進(jìn)油節(jié)流和回油節(jié)流調(diào)速回路的綜合性能分析

1、進(jìn)油節(jié)流和回油節(jié)流調(diào)速回路的綜合性能分析    關(guān)鍵詞： 速度負(fù)載特性；負(fù)值負(fù)載；節(jié)流損失功率節(jié)流調(diào)速回路是通過改變回路中流量控制元件通流面積的大小來控制流入執(zhí)行元件或自執(zhí)行元件流出的流量來實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的。將節(jié)流閥串聯(lián)在液壓泵和液壓缸之間，用它來控制進(jìn)入液壓缸的流量達(dá)到調(diào)速目的，為進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路，如圖1（a）所示；將節(jié)流閥串聯(lián)在液壓缸的回油路上，借助節(jié)流閥控制液壓缸的排油流量來實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)，為回油節(jié)流調(diào)速回路，如圖2所示。定量泵多余油液通過溢流閥回油箱。由于溢流閥處在溢流狀態(tài)，定量泵出口的壓力pp為溢流閥的調(diào)定壓力，且基本保持定值，與液壓缸負(fù)載的變化無

2、關(guān)，所以這種調(diào)速回路也稱為定壓節(jié)流調(diào)速回路。 1 進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路 1.1 速度負(fù)載特性 在圖1（a）所示進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路中，記qp為泵的輸出流量，q1為流經(jīng)節(jié)流閥進(jìn)入液壓缸的流量，qy為溢流閥的溢流量，p1和p2為液壓缸無桿腔和有桿腔的工作壓力，由于進(jìn)油調(diào)速回路缸回油腔與油箱相通，p2=0，pp為泵的出口壓力即溢流閥調(diào)定壓力，A1和A2為液壓缸兩腔作用面積，K為節(jié)流閥閥口的液阻系數(shù)，AT為節(jié)流閥的通流面積，p為節(jié)流閥前后的壓力差，F(xiàn)為負(fù)載力。于是可得下列方程組： 式中m孔口的節(jié)流指數(shù)，0.5m1，m=0.5孔口為薄壁小孔，m=1孔口為細(xì)長小孔。 由式（1-2）可知，當(dāng)其它條件不變時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)

3、速度v與節(jié)流閥通流面積AT成正比。調(diào)節(jié)AT就能實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，這種回路的調(diào)速范圍較大（速比最高可達(dá)100）。從圖1（b）可以看出，當(dāng)節(jié)流閥通流面積AT一定時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)速度v隨負(fù)載F的增加按拋物線規(guī)律下降，且閥開口越大，負(fù)載對(duì)速度的影響也越大。 1.2 最大承載能力與速度剛性 1）最大承載力Fmax 當(dāng)負(fù)載F= 0時(shí)，活塞的運(yùn)動(dòng)速度為空載速度v0，且 該點(diǎn)為速度負(fù)載特性曲線與縱坐標(biāo)之交點(diǎn)，當(dāng)閥的通流面積AT變化時(shí)，該點(diǎn)在縱坐標(biāo)上相應(yīng)變化。不論節(jié)流閥通流面積AT怎么變化，當(dāng)負(fù)載F由0變化到p1maxA1，節(jié)流閥進(jìn)出口壓差為零時(shí)，活塞的運(yùn)動(dòng)速度v= 0，此時(shí)液壓泵的流量全部經(jīng)溢流閥流回油箱。當(dāng)節(jié)流閥前

4、后的壓力差為零，即p1= pp，且p2=0，此時(shí)液壓缸的速度為零，該回路的最大承載能力為 盡管節(jié)流閥有不同的通流面積AT，但其速度負(fù)載特性曲線均交于圖1（b）的Fmax點(diǎn)。 2）速度剛度Tv 當(dāng)節(jié)流閥的通流面積一定時(shí)，活塞速度隨負(fù)載變化的程度不同，表現(xiàn)出速度抗負(fù)載作用的能力也不同，這種特性稱為回路的速度剛性，如果以Tv表示速度剛度，則有 由上式可以看到，當(dāng)節(jié)流閥通流面積AT一定時(shí)，負(fù)載F越小，回路的速度剛性Tv越大；當(dāng)負(fù)載F一定時(shí)，活塞速度越低，速度剛性越大。增大pp和A1可以提高回路的速度剛性Tv。 1.3 功率特性 在圖1a）所示的回路中，液壓泵的輸出功率為 式中qy為通過溢流閥的溢流量，

5、qy= qp- q1。 回路的功率損失由兩部分組成，即溢流損失Py= ppqy和節(jié)流損失PT=pq1，回路效率為回路的輸出功率與輸入功率之比，即 由于存在兩種功率損失，回路的效率較低，尤其是在低速小負(fù)載情況下，效率更低，并且此時(shí)的功率損失主要是溢流功率損失Py，這些功率損失會(huì)造成液壓系統(tǒng)發(fā)熱，引起系統(tǒng)油溫升高。 2 回油節(jié)流調(diào)速回路 對(duì)圖2所示回油節(jié)流調(diào)速回路，采用與進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路同樣的方法進(jìn)行相關(guān)分析。 2.1 速度負(fù)載特性 在圖2所示回油節(jié)流調(diào)速回路中，記qp為泵的輸出流量，q1為進(jìn)入液壓缸的流量，q2為由液壓缸有桿腔排出經(jīng)節(jié)流閥流回油箱的流量，qy為溢流閥的溢流量，p1和p2為液壓缸

6、無桿腔和有桿腔的工作壓力，由于回油調(diào)速回路節(jié)流閥的出油口與油箱相通，p2=p，pp為泵的出口壓力即溢流閥調(diào)定壓力，A1和A2為液壓缸兩腔作用面積，K為節(jié)流閥閥口的液阻系數(shù)，AT為節(jié)流閥的通流面積，p為節(jié)流閥前后的壓力差，F(xiàn)為負(fù)載力。于是可得下列方程組 比較兩種回路的缸活塞速度函數(shù)，可以看出，回油節(jié)流調(diào)速回路與進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路有相似的速度負(fù)載特性。 2.2 最大承載能力和速度剛性 1）最大承載能力 活塞運(yùn)動(dòng)速度v=0時(shí)，液壓泵的流量全部經(jīng)溢流閥溢回油箱，流經(jīng)節(jié)流閥的流量q2=0，節(jié)流閥前后的壓差為零，液壓缸有桿腔的背壓為零，回路的最大承載負(fù)載仍為 其與進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路最大承載能力完全相同。 2）

7、速度剛度Tv 與進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路同理，如果以Tv表示速度剛度，則有 比較式兩種回路的速度剛度函數(shù)，可以看出，回油節(jié)流調(diào)速回路與進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路有相似的速度剛性。 2.3 功率特性 在圖2所示的回路中，液壓泵的輸出功率為 液壓缸的輸出功率為 回路的功率損失為 回路的功率損失由兩部分組成，即溢流損失Py= ppqy和節(jié)流損失PT=pq2，回路效率為回路的輸出功率與輸入功率之比，即 當(dāng)使用同一個(gè)液壓缸和同一個(gè)節(jié)流閥，而負(fù)載和活塞運(yùn)動(dòng)速度相同時(shí)，進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路和回油節(jié)流調(diào)速回路的效率是相同的。但是，應(yīng)該指出，在回油節(jié)流調(diào)速回路中，液壓缸工作腔和回油腔的壓力都比進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路高，特別是在負(fù)載變化大

8、，尤其是當(dāng)F = 0時(shí)，回油腔的背壓有可能比液壓泵的供油壓力還要高，這樣會(huì)使節(jié)流功率損失大大提高，且加大泄露，因而效率實(shí)際上比進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路要低。        3 進(jìn)油與回油節(jié)流調(diào)速回路的比較 1）承受負(fù)值負(fù)載的能力 負(fù)值負(fù)載是指外負(fù)載作用力的方向和執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)方向相同的負(fù)載?；赜凸?jié)流調(diào)速回路的節(jié)流閥使液壓缸回油腔形成一定的背壓，能在負(fù)值負(fù)載下工作，而進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路由于回油腔沒有背壓力，因而不能在負(fù)值負(fù)載下工作。 2）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性 回油節(jié)流調(diào)速回路由于回油路上始終存在背壓，可有效地防止空氣從回油路吸入，因而低速

9、時(shí)不易爬行，高速時(shí)不易顫振，即運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好。 3）油液發(fā)熱對(duì)泄漏的影響 進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路中通過節(jié)流閥發(fā)熱了的油液直接進(jìn)入液壓缸，會(huì)使缸的泄漏增加，而回油節(jié)流調(diào)速回路油液經(jīng)節(jié)流閥溫升后直接回油箱，經(jīng)冷卻后再進(jìn)入系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)泄漏影響相對(duì)較小。 4）壓力信號(hào)的提取與程序控制的方法 進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路的進(jìn)油腔壓力隨負(fù)載同步變化，當(dāng)工作部件碰到死擋鐵停止運(yùn)動(dòng)后，其壓力將升至溢流閥調(diào)定壓力，可直接利用系統(tǒng)工作壓力升高提取壓力信號(hào)作為控制順序動(dòng)作的指令信號(hào)。在回油節(jié)流調(diào)速回路中回油腔壓力隨負(fù)載變化反向變化，工作部件碰上死擋鐵后其壓力將下降至零，只能利用壓力降低提取信號(hào)。因此，在采用死擋鐵定位的節(jié)流調(diào)速回路中，

10、壓力繼電器應(yīng)并聯(lián)安裝在流量控制閥與液壓缸工作腔之間。 5）啟動(dòng)性能 回油節(jié)流調(diào)速回路中若停車時(shí)間較長，液壓缸回油腔的油液會(huì)泄漏回油箱，重新啟動(dòng)時(shí)因背壓不能立即建立，將會(huì)引起啟動(dòng)瞬間工作機(jī)構(gòu)的前沖現(xiàn)象。而在進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路中，由于進(jìn)油路上有節(jié)流閥控制流量，故活塞前沖很小，甚至沒有前沖。 6）液壓缸油腔壓力 在回油節(jié)流調(diào)速回路中回油腔壓力隨負(fù)載的減少而升高，輕載時(shí)會(huì)出現(xiàn)回油腔壓力高于進(jìn)油腔的壓力情況，特別是負(fù)載突然消失時(shí)，如果缸的面積比A1A2=2，回油腔壓力p2將是進(jìn)油腔壓力pp的兩倍，這對(duì)液壓缸回油腔和回油管路的強(qiáng)度和密封提出了更高要求。 4 結(jié)論 如上所述，為了提高回路的綜合性能，一般常采用進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路，并在回油路上加背壓閥的回路。 參考文獻(xiàn)： 1劉恒麗，進(jìn)口節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性仿真研究J.機(jī)床與液壓，2007，35（9）：161-162.