第四章-容积调速回路分析.ppt

1、,第四章 容积调速回路分析,本章主要内容,本章主要讨论液压泵和液压马达、液压缸组成的容积调速回路的工作原理及主要工作特性 容积调速回路通过改变液压泵和液压马达的排量来调节执行元件的速度。由于没有节流损失和溢流损失，回路效率高，系统温升小，适用于高速、大功率调速系统。 容积节流调速是以不同形式变量泵为前提，具有容积调速的基本特征液压泵输出的流量始终与负载流量相适应，故也纳入本章讨论,第一节 容积调速回路,容积调速回路通过改变液压泵和液压马达的排量来调节执行元件的速度。由于没有节流损失和溢流损失，回路效率高，系统温升小，适用于高速、大功率调速系统。 液压缸的速度： 液压马达的转速： 可见通过改变变

2、量泵的排量来改变进入液压缸的流量，即可达到调速的目的,第四章 容积调速回路分析,一.变量泵-定量马达、液压缸回路,1.变量泵-液压缸调速回路 阀2是安全阀，阀3是背压阀，回路为开式回路 改变变量泵1的排量可调节液压缸的运动速度 回路用于负载变化不大的系统中,第四章 容积调速回路分析 第一节 容积调速回路,2.变量泵-定量马达调速回路,泵的转速 np 和马达排量VM 为常数，改变泵的排量Vp可使马达转速 nM 随之成比例变化。 回路高压管路上有安全阀2 ，防止回路过载，低压管路上泵7为补油泵，压力由阀6调节 改变变量泵1的排量可调节液压马达运动速度,第四章 容积调速回路分析 第一节 容积调速回路

3、 一.变量泵-定量马达回路,变量泵-定量马达回路的静特性,（1）变量泵的调节特性 通常把液压马达的转速nm与变量泵的调节参数xp之间的关系，称为转速特性。 Vp是变量泵的排量， Vpmax是Vp的最大值，则 泵的理论流量为： 泵的实际输出流量为：,第四章 容积调速回路分析 第一节 容积调速回路 一.变量泵-定量马达回路,可见，xp1为调节死区，是由泵的内泄产生的,变量泵-定量马达回路的静特性,（2）回路的特性曲线 转速特性： qm为马达输入流量 转矩特性： 功率特性：,可见调速方式为恒转矩调节,第四章 容积调速回路分析 第一节 容积调速回路 一.变量泵-定量马达回路,变量泵-定量马达回路的静特

4、性,（3）恒功率变量泵-定量马达回路的特性曲线 马达转速同前面 马达的功率恒定，转矩,第四章 容积调速回路分析 第一节 容积调速回路 一.变量泵-定量马达回路,二.定量泵-变量马达回路,（1）回路构成 泵的转速 np 和排量Vp 为常数，改变马达的排量Vm可使马达转速 nM 随之成比例变化。 回路中高压管路上有安全阀2 ，防止回路过载，低压管路上泵4为补油泵，压力由阀6调节 改变变量马达3的排量可调节液压马达的转速,第四章 容积调速回路分析 第一节 容积调速回路,（2）回路的特性曲线,马达调节参数： 马达转速： 马达输出转矩： 马达输出功率：,可见调速方式为恒功率调节,第四章 容积调速回路分析

5、 第一节 容积调速回路 二.定量泵-变量马达回路,三.变量泵-变量马达回路,1.回路构成 变量泵可正反向供油，变量马达可正反向旋转 调节变量泵或并联马达的排量均可改变马达转速 阀5、7分别为马达正反转的安全阀,泵4为补油泵，阀6为其调压阀 泵4可分别通过阀2、3为低压一侧补油 换向阀8和溢流阀9可使低压管路的热油排回油箱,第四章 容积调速回路分析 第一节 容积调速回路 二.变量泵-变量马达回路,2.回路的特性曲线,（1）转速特性 （2）转矩特性 （3）功率特性,第四章 容积调速回路分析 第一节 容积调速回路 二.变量泵-变量马达回路,第二节 容积调速回路的速度刚性分析,一.容积调速回路的速度刚

6、性分析 机械特性方程： 速度刚性： 回路泄漏系数越大，负载对液压马转速达的影响就越大 液压泵的理论流量越小，泄漏所占比重越大，对液压马转速达的影响就越大 减少回路各元件的容积损失、提高马达的机械效率、增大马达的排量等都有利于提高回路的速度刚性,第四章 容积调速回路分析,二.速度稳定方法,1.流量补偿法 利用回路压力随负载的增减来控制泵流量做相应的增减 当马达负载增加时，p升高，作用在柱塞1上的力增大，推动泵的钉子向加大偏心距e的方向移动，使泵的流量增大。反之，流量减少,第四章 容积调速回路分析 第二节 容积调速回路速 度刚性分析,二.速度稳定方法,2.压力恒定法 利用一能自动调节液流阻力的液动

7、滑阀，实现负载变化时，系统工作压力基本不随负载变化 当负载转矩增加时，泵的工作压力p也相应升高,推动液动滑阀阀芯向右移动,使节流口增大，背压减少,维持泵工作压力近于恒定。反之亦然。,第四章 容积调速回路分析 第二节 容积调速回路速 度刚性分析,第三节 容积调速回路主要参数选择,一.性能指标 1.容积调速回路的转矩放大系数KM 是指当液压泵和液压马达在最大调节参数时，马达输出转矩Tm与泵输出转矩Tp之比： 2.容积调速回路的传动比i 是指当液压泵和液压马达在最大调节参数时，马达输出转矩nm与泵输出转矩np之比：,第四章 容积调速回路分析,3.容积调速回路的效率c,是指在输出额定转矩和额定负载下，

8、马达的 最高转速nmmax与最低转速nmmin之比：即： 变量泵-定量马达回路：马达转速nm与泵的排量成正比，马达转速的最小值取决于Vp减小时泵可能提供的最小稳定流量。即： 定量泵-变量马达回路:马达转速nm与马达排量成反比，即： 变量泵-变量马达回路：该回路由上述两种回路组合而成，即：,第四章 容积调速回路分析 第三节 容积调速回路主要 参数选择,二.液压泵和液压马达参数的选择,1.给定原始参数为原动机的输出功率时 设计时，先根据主机对液压系统的性能要求，选择回路方案及泵进出口压差，然后选择泵的结构形式，计算泵的输入功率和排量及马达的排量，并选择相应的效率 2.给定原始参数为液压马达的最大输

9、出转矩、转速变化范围和液压泵转速时 设计时，先根据主机的性能要求，选择马达的结构形式及回路工作压力，计算出马达的排量和泵的排量,第四章 容积调速回路分析 第三节 容积调速回路主要 参数选择,第四节 容积节流调速回路,一.限压式变量泵和调速阀的调速回路 1.回路工作原理 回路采用限压式变量泵1供油，调速阀3确定进入液压缸的流量，并使变量泵输出的流量与液压缸所需的流量自动相适应。这种调速回路没有溢流损失，效率较高，速度稳定性好。 改变调速阀中节流阀的通流面积AT的大小，就可以调节液压缸的运动速度，泵的输出流量qp和通过调速阀进入液压缸的流量q1自相适应。,第四章 容积调速回路分析,2.回路的特性曲

10、线,曲线ABC是限压式变量泵的压力流量特性，曲线CDE是调速阀在某一开度时的压力流量特性，点F是泵的工作点。 回路有节流损失，其大小液压缸工作压力p1有关。当p1=plmax时，回路的节流损失最小(图中阴影面积S1)，p1越小，则节流损失越大（图中阴影面积S2）。,第四章 容积调速回路分析 第四节 容积节流调速回路,二.差压式变量泵和节流阀的调速回路,1.回路工作原理 该回路采用了带有先导式滑阀控制的差压式变量叶片泵，在液压缸的进油路上串联一节流阀。 当节流阀开口增大时滑阀5左移，节流口b开大，c关小，泵的定子左移，e增大，泵流量增大，液压缸的速度增大，反之亦然 在某一稳定工况下，当节流阀3处

11、在某一开口时，变量泵有一稳定流量,第四章 容积调速回路分析 第四节 容积节流调速回路,2.回路的特性曲线,该回路具有良好的稳速特性。当负载增加时，pp增加，缸的泄漏增加，qp减少，阀3的压差减小，滑阀5向左移动，节流口b开大，c关小，泵的定子左移，e增大，泵排量增大，补偿了泵的泄漏，使泵的输出流量回升。 回路的效率较高。泵的输出压力和流量始终与负载相适应，故效率较高。,第四章 容积调速回路分析 第四节 容积节流调速回路,三.负载敏感泵和节流阀的调速回路,1.回路工作原理 负载敏感泵由泵4、负载敏感阀1、恒压阀2和变量缸3组成 pL为负载所需要的压力，pS为泵的出口压力，也是节流阀5的进口压力，

12、节流阀5的进出口分别与负载敏感阀1的左右腔相通。 负载敏感泵有三种状态，即一般工作状态、保压工作状态和空转状态。,第四章 容积调速回路分析 第四节 容积节流调速回路,负载敏感泵的三种状态,1.一般工作状态： 当节流阀5的开口减小，表明负载需求流量减少，此时泵输出的流量大于负载所需要的流量，则阀5的进出口压差p=pS - pL增大，推动负载敏感阀1的阀芯向右移动，使泵的出口油液通过阀1左位进入变量缸3的无杆腔，推动泵的变量斜盘倾角减少，泵的输出流量较少，直到达到负载所需求的流量为止。反之亦然。,第四章 容积调速回路分析 第四节 容积节流调速回路,负载敏感泵的三种状态,2.保压工作状态：ps =

13、pL，负载敏感阀1在右腔弹簧作用下处于右位，ps推动恒压阀2阀芯向右移动，泵出口油液通过阀2左位进入变量缸3的无杆腔，使泵的输出流量减少到仅能维持系统的压力，斜盘倾角接近零偏角，泵的功耗最小。 3.空转状态：当阀5关死，即负载停止工作时，泵的出口压力仅需为阀1弹簧设置压力，一般只有14bar左右，流量接近为零。,第四章 容积调速回路分析 第四节 容积节流调速回路,2.负载敏感泵和节流阀的调速回路,负载敏感泵和节流阀组成的调速回路，泵的输出流量始终与负载流量相适应，泵的工作压力ps始终比液压缸的进口压力大一个恒定值，显然，这是一种效率高、调速刚性好的调速回路。目前应用较为广泛。,第四章 容积调速

14、回路分析 第四节 容积节流调速回路,第五节 容积调速回路的动态性能,本节以变量泵-定量马达容积调速为例，用古典控制理论对其进行动态特性分析。 一.回路动态方程及传递函数的建立 假定： 1.液压泵的吸油口和马达的排油口压力为零 2.不考虑液压泵和马达之间管路的压力损失 3.液压泵和马达的泄漏液流流态为层流 4.不考虑液压泵供油的脉动性 5.采用在给定平衡点取小增量线性化的方法,第四章 容积调速回路分析,动态方程及传递函数的建立,1.流量连续性方程 2.马达负载转矩平衡方程 3.联立上两式，线性化并 拉式变换 通常 则：,第四章 容积调速回路分析 第五节 容积调速回路的 动态性能,动态方程及传递函数的建立,其中： 当负载转矩不变时 当泵的调节参数不变时 W2(S)称为回路的动态速度柔度，其倒数称为回路的动态速度刚度,第四章 容积调速回路分析 第五节 容积调速回路的 动态性能,二.回路动态特性的定性分析,1.稳定性分析 二阶系统稳定的条件是特征方程的系数全部为正值，即： 2.回路速度放大系数Kv Kv越大，泵对马达转速控制精度越高，增大Vpmax、np和减少Vm均可使Kv增大 3.回路的阻尼比 和B越大，阻尼比越大，有