A液本回路速度控制回路节流调速回路

1、液压传动液压传动李杞超李杞超2021年11月20日1/19 在液压系统中，速度控制回路是液压系统的在液压系统中，速度控制回路是液压系统的核心核心，其工作性能的优劣，对系统起着决定性的作用。其工作性能的优劣，对系统起着决定性的作用。分类：分类：按原理可分为以下几种：按原理可分为以下几种： 节流调速回路节流调速回路 容积调速容积调速 容积节流调速容积节流调速 要求要求： 调速范围对最大和最小速度的要求调速范围对最大和最小速度的要求 速度刚性调节速度不随负载变化速度刚性调节速度不随负载变化 回路效率高回路功率消耗要小，效率要高回路效率高回路功率消耗要小，效率要高 动力动力提供所需的力和力矩提供所需的

2、力和力矩 结构结构简单、安全可靠结构结构简单、安全可靠7.2 7.2 速度控制回路速度控制回路7 7 液压基本回路液压基本回路2021年11月20日2/19调速回路调速回路 调速就是调节执行机构的速度，其调速就是调节执行机构的速度，其基本原理基本原理是：是： 液压缸：液压缸：v=q/a ; 液压马达：液压马达：n=q/qm 即改变输入执行元件的流量即改变输入执行元件的流量q，或改变液压缸的有效工作面积，或改变液压缸的有效工作面积a(困难困难)和液压马达的每转排量和液压马达的每转排量qm都可达到调速的目的。都可达到调速的目的。定量泵定量泵变量泵变量泵流量控制阀流量控制阀油缸油缸定量马达定量马达变

3、量马达变量马达2021年11月20日3/19（1）节流）节流调速回路调速回路按流量阀在回路中的安装位置不同，节流调速回路按流量阀在回路中的安装位置不同，节流调速回路可分为：可分为： 进油路进油路节流调速回路节流调速回路 回油路回油路节流调速回路节流调速回路 旁路旁路节流调速回路节流调速回路进油路节流调速回路进油路节流调速回路回油路节流调速回路回油路节流调速回路旁油路节流调速旁油路节流调速2021年11月20日4/191）进油路进油路节流调速回路节流调速回路 原理动画原理动画对于定量泵供油系统，利用节流阀，通过改变节流面积对于定量泵供油系统，利用节流阀，通过改变节流面积大小，来控制进入或流出执行

4、元件的大小，来控制进入或流出执行元件的流量流量，实现调节执行元，实现调节执行元件运动速度。件运动速度。节流阀串联在泵和缸之间进油节流调速回路正常工作的条件:泵的出口压力为溢流阀的调定压力并保持定值。注意注意2021年11月20日5/19（a a）速度负载特性）速度负载特性 当不考虑泄漏和压缩时，当不考虑泄漏和压缩时，活塞运动速度为：活塞运动速度为： 11aq 活塞受力平衡方程为：活塞受力平衡方程为： fapap2211 缸的流量方程为：缸的流量方程为： mttpcaq)(1mptmptafpcappcaq)()(111p2 液压缸回油腔压力，p20。 f 外负载力； 式中：v11afptp1p

5、pppt节流阀前后的压强差，节流阀前后的压强差，2021年11月20日6/19 mptafpacaaq)(1111式中：c 与油液种类等有关的系数； at 节流阀的开口面积； m 为节流阀的指数。薄壁孔m=0.5。 上式为进油路节流调速回路的速度负载特性方程。以v为纵坐标，fl为横坐标，按不同节流阀通流面积at作图，可得一组抛物线，称为进油路节流调速回路的速度负载特性曲线。lfapfslmax2021年11月20日7/19 通常用通常用速度刚度速度刚度tv来表示负载变化时回路阻抗速度变化来表示负载变化时回路阻抗速度变化的能力。其定义为负载特性曲线上某一点斜率负倒数。的能力。其定义为负载特性曲线

6、上某一点斜率负倒数。vftgtv1物理意义：物理意义：反映了负载变化时，反映了负载变化时，速度保持不变的程度。速度保持速度保持不变的程度。速度保持不变或变化小，则速度刚度大，不变或变化小，则速度刚度大，即说明了系统速度稳定性好；反即说明了系统速度稳定性好；反之，速度稳定性差。之，速度稳定性差。vfaptpv)(21对对f求偏导数求偏导数1212afpcaavftptv代入得代入得2021年11月20日8/19由式和图可知：由式和图可知： 当当at一定时，越小，一定时，越小，越小，则越小，则kv越大越大 当一定时，当一定时，at越小，则越小，则kv越大越大 当当a1越大时，则越大时，则kv越大越

7、大 当当pp越大时，则越大时，则kv越大。越大。使用场合使用场合 起步要求冲击小，起步要求冲击小，负载变化小的场合。负载变化小的场合。vmax2021年11月20日9/19 液压泵输出功率即为该液压泵输出功率即为该 回路的输入功率为回路的输入功率为: pp=ppqp 缸的输出功率为缸的输出功率为: p1=p1q1 p1a1v=fv 若不计管路等的损失，回路的功率损失若不计管路等的损失，回路的功率损失 p= pp-p1= ppqp- p1q1 = pp(q1 + q )- p1q1 = pp q +(pp- p1)q1 = ppq + ptq1 由上式可见，功率损失由两部分组成：由上式可见，功率

8、损失由两部分组成： p1= ppq 溢流损失溢流损失 p2=ptq1 节流损失节流损失 功率损失都转化为热能。功率损失都转化为热能。(b) 功率特性和回路效率功率特性和回路效率2021年11月20日10/19回路效率回路效率ppppppqpqppqqpqpqpqp111111)()（进minmaxminmax节节aavv（c）调速范围）调速范围 即最高工作速度与最小稳定工作速度之比：即最高工作速度与最小稳定工作速度之比：泵泵节cpqamax其中，其中， 可知，最大节流面积是由泵的流量和额定压力所决定的。可知，最大节流面积是由泵的流量和额定压力所决定的。（d）最大承载能力）最大承载能力当泵的出口

9、压力和油缸面积确定之后，液压缸的最大承当泵的出口压力和油缸面积确定之后，液压缸的最大承载能力不变，为载能力不变，为max1pfp a可知可知： 该调速方式是恒推力调速。该调速方式是恒推力调速。 由于回油路没有背压阀，不能承受负值（反向）载荷由于回油路没有背压阀，不能承受负值（反向）载荷2021年11月20日11/19（e）运动平稳性）运动平稳性活塞运动时，当负载突然变小时，活塞将产生突然前冲现象。活塞运动时，当负载突然变小时，活塞将产生突然前冲现象。可知可知： 进油节流调速回路的速度稳定性差。进油节流调速回路的速度稳定性差。 节流调速会节流调速会发热发热，压力越大，发热越严重。这将对，压力越大

10、，发热越严重。这将对液压缸泄漏和速度稳定性产生影响。液压缸泄漏和速度稳定性产生影响。2021年11月20日12/192） 回油路回油路节流调速回路节流调速回路（a）速度负载特性）速度负载特性 采用同样的分析方采用同样的分析方法可以得到与进油路节法可以得到与进油路节流调速回路相似的速度流调速回路相似的速度负载特性。负载特性。qqqp1212afappp节流阀串联在液压节流阀串联在液压缸与邮箱之间缸与邮箱之间 缸的流量为：缸的流量为： 节流阀前的压力为：节流阀前的压力为：2021年11月20日13/19mvfaptpv11221qpqpqppp回12122)(mmptafapcaaqvlfapfs

11、lmax使用场合使用场合负载变化大，要求运动平稳的液压系统。活塞运动速度：活塞运动速度：速度刚度：速度刚度：效率：效率：2021年11月20日14/19（b）其它特性）其它特性 u回油节流调速回路因流量阀装在回油路上，节流阀的阻尼作回油节流调速回路因流量阀装在回油路上，节流阀的阻尼作用相当于在执行元件的回油路上用相当于在执行元件的回油路上产生背压力产生背压力，所以，所以能承受负能承受负值负载值负载。负值负载。负值负载f=p2a2。u进油节流调速回路进油节流调速回路通过节流阀而通过节流阀而发热发热的油直接进入液压缸，的油直接进入液压缸，会使缸内泄漏增加会使缸内泄漏增加； 而回油节流调速回路而回油

12、节流调速回路，通过节流阀的油，通过节流阀的油流回油箱，得到充分流回油箱，得到充分冷却冷却。 u进油节流调速路因流量阀装在缸的进油路上，可避免进油节流调速路因流量阀装在缸的进油路上，可避免启动时启动时的前冲现象的前冲现象u回油节流调速回路中液压缸回油腔的压力回油节流调速回路中液压缸回油腔的压力p2有时比进油腔的压有时比进油腔的压力力p1还要高得多。由缸的力平衡方程可得还要高得多。由缸的力平衡方程可得p2=（p1a1-f）/a2，当负载当负载f=0、a1/a2=2（即差动缸）时，（即差动缸）时，p2=2p1。这样就会增加密封摩擦、降低密封件的寿命，引起泄漏这样就会增加密封摩擦、降低密封件的寿命，引

13、起泄漏增加，效率降低。增加，效率降低。2021年11月20日15/19进油路和回油路节流调速的比较进油路和回油路节流调速的比较 回油节流调速能承受一定的负值负载 回油节流调速回路运动平稳性好。 进油节流调速的油液发热会使缸的内外泄漏增加； 回油节流调速回路中重新启动时背压不能立即建立，会引起瞬间工作机构的前冲现象。 进油路、回油路节流调速回路结构简单，但效率较低，只宜用在负载变化不大，低速、小功率场合，如某些机床的进给系统中。 2021年11月20日16/193. 旁路旁路节流调速回路节流调速回路 （课下自学）（课下自学）有关该调速回路特性，有关该调速回路特性，课下同学自学。课下同学自学。20

14、21年11月20日17/19 旁油路节流调速回路 节流阀装在与节流阀装在与液压缸并联的支液压缸并联的支路上，利用节流路上，利用节流阀把液压泵供油阀把液压泵供油的一部分排回油的一部分排回油箱实现速度调节箱实现速度调节溢流阀作安全阀用，溢流阀作安全阀用，液压泵的供油压力液压泵的供油压力p pp p取决于负载取决于负载。 3） 旁路旁路节流调速回路节流调速回路2021年11月20日18/19（a a）速度负载特性）速度负载特性 考虑到泵的工作压力随负载变化，泵的输出流量qp应计入泵的泄漏量随压力的变化 ,采用与前述相同的分析方法可得速度表达式为： pq式中 qpt泵的理论流量； k泵的泄漏系数，其余

15、符号意义同前。 1)()(11111aafcaafkqvaqqqaqvmtptptplfapfslmax321tttaaa1ta2ta3ta使用场合使用场合: 负载变化小，运动平稳性要求不高的场合。2021年11月20日19/19（b b）功率特性）功率特性 回路的输入功率ppqpp1 回路的输出功率11111qpapfp回路的功率损失 qpqpqpppppp11111回路效率 ppqqqpqpppp11111旁路节流调速只有节旁路节流调速只有节流损失，无溢流损失流损失，无溢流损失，功率损失较小。 注意注意:节流调速回路速度负载特性比较软，变载荷下的运动平稳性比较差。为了克服这个缺点，回路中的

16、节流阀可用调速阀来代替。 用于功率较大且对速度稳定性要求不高的场合2021年11月20日20/19调速阀调速阀节流调速回路节流调速回路前面分析的节流阀调速回路三种基本形式的静特性中，前面分析的节流阀调速回路三种基本形式的静特性中，看出一个共同的看出一个共同的缺点缺点，就是回路速度稳定性（速度刚度），就是回路速度稳定性（速度刚度）随负载的变化而变化。随负载的变化而变化。其其主要主要原因在于节流阀原因在于节流阀两端压力差的变化，引起两端压力差的变化，引起流流经经节流阀流节流阀流量量的的变化，变化，从而从而引起活塞运动速度随负载变化。引起活塞运动速度随负载变化。 因此，这种回路只能用于负载变化很小、

17、或速度稳定性因此，这种回路只能用于负载变化很小、或速度稳定性不高的场合。不高的场合。对速度稳定性要求较高，或负载变化较大的液压系统，对速度稳定性要求较高，或负载变化较大的液压系统，就需采用就需采用调速阀调速阀。调速阀调速阀内内节流阀两端的压差基本不受负载的影响，流节流阀两端的压差基本不受负载的影响，流经的油液流量只取决于开口面积。因此，采用经的油液流量只取决于开口面积。因此，采用调速阀调速阀可提可提高回路的速度刚度，改善高回路的速度刚度，改善“速度负载特性速度负载特性”。2021年11月20日21/19例如，例如，采用采用调速阀调速阀的进油节流调速回路的进油节流调速回路当增加，当增加，p1增加

18、，增加，而调速阀内的而调速阀内的pm也增加，也增加，因此，调速阀内的节流阀因此，调速阀内的节流阀前、后两端的压差前、后两端的压差p保持保持不变，流经调速阀的流量不变，流经调速阀的流量保持不变。即保持不变。即constaqvpacqconstpmttdt111/2021年11月20日22/19 当负载在一定范围内变化时，使调速阀中节流阀前、后当负载在一定范围内变化时，使调速阀中节流阀前、后压差保持不变，从而使流经调速阀中节流阀流量也保持不压差保持不变，从而使流经调速阀中节流阀流量也保持不变，活塞的工作速度也就不受负载变化的影响而保持恒定，变，活塞的工作速度也就不受负载变化的影响而保持恒定，即即v=const。 因此，速度刚度为因此，速度刚度为vftvvffmax如果忽略系统泄漏，如果忽略系统泄漏，可认为速度不受负载影可认为速度不受负载影响，其速度负载特性响，其速度负载特性曲线。曲线。vfa节节1a节节2qb，v2v1）调速阀调速阀a a工作，工进工作，工进v v1 1调速阀调速阀a a，b b串联，串联，b b起作用起作用，工进，工进v v2 22021年11月20日45/19u2.2.调速阀并联的速度控制回路（调速阀并联的速度控制回路（注意：注意：a at t b bt t）bt起作用，工进速度起作用，工