進油節(jié)流和回油節(jié)流調速回路的綜合性能分析

1、進油節(jié)流和回油節(jié)流調速回路的綜合性能分析    關鍵詞： 速度負載特性；負值負載；節(jié)流損失功率節(jié)流調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現(xiàn)速度調節(jié)的。將節(jié)流閥串聯(lián)在液壓泵和液壓缸之間，用它來控制進入液壓缸的流量達到調速目的，為進油節(jié)流調速回路，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現(xiàn)速度調節(jié)，為回油節(jié)流調速回路，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為溢流閥的調定壓力，且基本保持定值，與液壓缸負載的變化無

2、關，所以這種調速回路也稱為定壓節(jié)流調速回路。 1 進油節(jié)流調速回路 1.1 速度負載特性 在圖1（a）所示進油節(jié)流調速回路中，記qp為泵的輸出流量，q1為流經節(jié)流閥進入液壓缸的流量，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，由于進油調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孔口為細長小孔。 由式（1-2）可知，當其它條件不變時，活塞運動

3、速度v與節(jié)流閥通流面積AT成正比。調節(jié)AT就能實現(xiàn)無級調速，這種回路的調速范圍較大（速比最高可達100）。從圖1（b）可以看出，當節(jié)流閥通流面積AT一定時，活塞運動速度v隨負載F的增加按拋物線規(guī)律下降，且閥開口越大，負載對速度的影響也越大。 1.2 最大承載能力與速度剛性 1）最大承載力Fmax 當負載F= 0時，活塞的運動速度為空載速度v0，且 該點為速度負載特性曲線與縱坐標之交點，當閥的通流面積AT變化時，該點在縱坐標上相應變化。不論節(jié)流閥通流面積AT怎么變化，當負載F由0變化到p1maxA1，節(jié)流閥進出口壓差為零時，活塞的運動速度v= 0，此時液壓泵的流量全部經溢流閥流回油箱。當節(jié)流閥前

4、后的壓力差為零，即p1= pp，且p2=0，此時液壓缸的速度為零，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，但其速度負載特性曲線均交于圖1（b）的Fmax點。 2）速度剛度Tv 當節(jié)流閥的通流面積一定時，活塞速度隨負載變化的程度不同，表現(xiàn)出速度抗負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，當節(jié)流閥通流面積AT一定時，負載F越小，回路的速度剛性Tv越大；當負載F一定時，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，尤其是在低速小負載情況下，效率更低，并且此時的功率損失主要是溢流功率損失Py，這些功率損失會造成液壓系統(tǒng)發(fā)熱，引起系統(tǒng)油溫升高。 2 回油節(jié)流調速回路 對圖2所示回油節(jié)流調速回路，采用與進油路節(jié)流調速回路同樣的方法進行相關分析。 2.1 速度負載特性 在圖2所示回油節(jié)流調速回路中，記qp為泵的輸出流量，q1為進入液壓缸的流量，q2為由液壓缸有桿腔排出經節(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)流調速回路與進油節(jié)流調速回路有相似的速度負載特性。 2.2 最大承載能力和速度剛性 1）最大承載能力 活塞運動速度v=0時，液壓泵的流量全部經溢流閥溢回油箱，流經節(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，回路的最大承載負載仍為 其與進油節(jié)流調速回路最大承載能力完全相同。 2）

7、速度剛度Tv 與進油路節(jié)流調速回路同理，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)流調速回路與進油節(jié)流調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 當使用同一個液壓缸和同一個節(jié)流閥，而負載和活塞運動速度相同時，進油節(jié)流調速回路和回油節(jié)流調速回路的效率是相同的。但是，應該指出，在回油節(jié)流調速回路中，液壓缸工作腔和回油腔的壓力都比進油節(jié)流調速回路高，特別是在負載變化大

8、，尤其是當F = 0時，回油腔的背壓有可能比液壓泵的供油壓力還要高，這樣會使節(jié)流功率損失大大提高，且加大泄露，因而效率實際上比進油節(jié)流調速回路要低。        3 進油與回油節(jié)流調速回路的比較 1）承受負值負載的能力 負值負載是指外負載作用力的方向和執(zhí)行元件運動方向相同的負載?；赜凸?jié)流調速回路的節(jié)流閥使液壓缸回油腔形成一定的背壓，能在負值負載下工作，而進油節(jié)流調速回路由于回油腔沒有背壓力，因而不能在負值負載下工作。 2）運動平穩(wěn)性 回油節(jié)流調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、時不易爬行，高速時不易顫振，即運動平穩(wěn)性好。 3）油液發(fā)熱對泄漏的影響 進油節(jié)流調速回路中通過節(jié)流閥發(fā)熱了的油液直接進入液壓缸，會使缸的泄漏增加，而回油節(jié)流調速回路油液經節(jié)流閥溫升后直接回油箱，經冷卻后再進入系統(tǒng)，對系統(tǒng)泄漏影響相對較小。 4）壓力信號的提取與程序控制的方法 進油節(jié)流調速回路的進油腔壓力隨負載同步變化，當工作部件碰到死擋鐵停止運動后，其壓力將升至溢流閥調定壓力，可直接利用系統(tǒng)工作壓力升高提取壓力信號作為控制順序動作的指令信號。在回油節(jié)流調速回路中回油腔壓力隨負載變化反向變化，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。因此，在采用死擋鐵定位的節(jié)流調速回路中，

10、壓力繼電器應并聯(lián)安裝在流量控制閥與液壓缸工作腔之間。 5）啟動性能 回油節(jié)流調速回路中若停車時間較長，液壓缸回油腔的油液會泄漏回油箱，重新啟動時因背壓不能立即建立，將會引起啟動瞬間工作機構的前沖現(xiàn)象。而在進油節(jié)流調速回路中，由于進油路上有節(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)流調速回路中回油腔壓力隨負載的減少而升高，輕載時會出現(xiàn)回油腔壓力高于進油腔的壓力情況，特別是負載突然消失時，如果缸的面積比A1A2=2，回油腔壓力p2將是進油腔壓力pp的兩倍，這對液壓缸回油腔和回油管路的強度和密封提出了更高要求。 4 結論 如上所述，為了提高回路的綜合性能，一般常采用進油節(jié)流調速回路，并在回油路上加背壓閥的回路。 參考文獻： 1劉恒麗，進口節(jié)流調速系統(tǒng)動態(tài)特性仿真研究J.機床與液壓，2007，35（9）：161-162.