第7章 液壓基本回路(r)

1、第7章 液壓基本回路不論機(jī)械設(shè)備的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)如何復(fù)雜，都是由一些液壓基本回路組成的。所謂基本回路，就是由有關(guān)的液壓元件組成，用來(lái)完成特定功能的典型油路。按其在液壓系統(tǒng)中的功用，基本回路可分為：壓力控制回路控制整個(gè)系統(tǒng)或局部油路的工作壓力；速度控制回路控制和調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的速度；方向控制回路控制執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)方向的變換和鎖停；多執(zhí)行元件控制回路控制多個(gè)執(zhí)行元件相互間的動(dòng)作。本章討論的是最常見(jiàn)的液壓基本回路，熟悉和掌握它們的組成、工作原理及其應(yīng)用，是分析、設(shè)計(jì)和使用液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)。7.1 壓力控制回路壓力控制回路是利用壓力控制閥來(lái)控制系統(tǒng)中液體的壓力，以滿足執(zhí)行元件對(duì)力或轉(zhuǎn)矩的要求。這類回路包括調(diào)壓

2、、減壓、卸荷、保壓、平衡、增壓等回路。7.1.1調(diào)壓回路調(diào)壓回路的功能在于調(diào)定或限制液壓系統(tǒng)的最高工作壓力，或者使執(zhí)行機(jī)構(gòu)在工作過(guò)程的不同階段實(shí)現(xiàn)多級(jí)壓力變換。一般是由溢流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能的。圖7.1單級(jí)調(diào)壓回路1.單級(jí)調(diào)壓回路圖7.1所示為單級(jí)調(diào)壓回路，這是液壓系統(tǒng)中最為常見(jiàn)的回路。調(diào)速閥調(diào)節(jié)進(jìn)入液壓缸的流量，定量泵提供的多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥起溢流恒壓作用，保持系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，且不受負(fù)載變化的影響。調(diào)節(jié)溢流閥可調(diào)整系統(tǒng)的工作壓力。當(dāng)取消系統(tǒng)中的調(diào)速閥時(shí)，系統(tǒng)壓力隨液壓缸所受負(fù)載而變，溢流閥起安全閥作用，限定系統(tǒng)的最高工作壓力。系統(tǒng)過(guò)載時(shí)，安全閥開(kāi)啟，定量泵泵出的壓力油經(jīng)安全閥流回油

3、箱。2.多級(jí)調(diào)壓回路圖7.2所示為二級(jí)調(diào)壓回路。先導(dǎo)式溢流閥1的外控口串接二位二通換向閥2和遠(yuǎn)程調(diào)壓閥3，構(gòu)成二級(jí)調(diào)壓回路。當(dāng)兩個(gè)壓力閥的調(diào)定壓力為p3p1時(shí)，系統(tǒng)可通過(guò)換向閥的左位和右位分別獲得p3和p1兩種壓力。如果在溢流閥的外控口，通過(guò)多位換向閥的不同通油口，并聯(lián)多個(gè)調(diào)壓閥，即可構(gòu)成多級(jí)調(diào)壓回路。圖7.3為三級(jí)調(diào)壓回路。主溢流閥1的遙控口通過(guò)三位四通換向閥4分別接具有不同調(diào)定壓力的遠(yuǎn)程調(diào)壓閥2和3，當(dāng)換向閥左位時(shí)，壓力由閥2調(diào)定；換向閥右位時(shí)，壓力由閥3調(diào)定；換向閥中位時(shí)，由主溢流閥1來(lái)調(diào)定系統(tǒng)最高的壓力。調(diào)壓閥的調(diào)定壓力值必須小于主溢流閥1的調(diào)定壓力值。圖7.2 二級(jí)調(diào)壓回路 圖7.3

4、 三級(jí)調(diào)壓回路圖7.4 無(wú)級(jí)調(diào)壓回路 3.無(wú)級(jí)調(diào)壓回路圖7.4所示為無(wú)級(jí)調(diào)壓回路，根據(jù)執(zhí)行元件工作過(guò)程各個(gè)階段的不同要求，可通過(guò)改變比例溢流閥的輸入電流來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)壓，這種調(diào)壓方式容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和計(jì)算機(jī)控制，而且壓力切換平穩(wěn)。7.1.2 卸荷回路卸荷回路是在系統(tǒng)執(zhí)行元件短時(shí)間不工作時(shí)，不頻繁啟停驅(qū)動(dòng)泵的原動(dòng)機(jī)，而使泵在很小的輸出功率下運(yùn)轉(zhuǎn)的回路。所謂卸荷就是使液壓泵在輸出壓力接近為零的狀態(tài)下工作。因?yàn)楸玫妮敵龉β实扔趬毫土髁康某朔e，因此卸荷的方法有兩種，一種是將泵的出口直接接回油箱，泵在零壓或接近零壓下工作；一種是使泵在零流量或接近零流量下工作。前者稱為壓力卸荷，后者稱為流量卸荷。流量卸

5、荷僅適用于變量泵。1.利用換向閥中位機(jī)能的卸荷回路定量泵利用三位換向閥的M型、H型、K型等中位機(jī)能，可構(gòu)成卸荷回路。圖7.5 a）為采用M型中位機(jī)能電磁換向閥的卸荷回路。當(dāng)執(zhí)行元件停止工作時(shí)，使換向閥處于中位，液壓泵與油箱連通實(shí)現(xiàn)卸荷。這種卸荷回路的卸荷效果較好，一般用于液壓泵流量小于63L/min的系統(tǒng)。但選用換向閥的規(guī)格應(yīng)與泵的額定流量相適應(yīng)。圖7.5 b）為采用M型中位機(jī)能電液換向閥的卸荷回路。該回路中，在泵的出口處設(shè)置了一個(gè)單向閥，其作用是在泵卸荷時(shí)仍能提供一定的控制油壓（0.5MPa左右），以保證電液換向閥能夠正常進(jìn)行換向。圖7.5 采用換向閥的卸荷回路2.用先導(dǎo)式溢流閥的卸荷回路

6、圖7.6為最常用的采用先導(dǎo)式溢流閥的卸荷回路。圖中，先導(dǎo)式溢流閥的外控口處接一個(gè)二位二通常閉型電磁換向閥（用二位四通閥堵塞兩個(gè)油口構(gòu)成）。當(dāng)電磁閥通電時(shí)，溢流閥的外控口與油箱相通，即先導(dǎo)式溢流閥主閥上腔直通油箱，液壓泵輸出的液壓油將以很低的壓力開(kāi)啟溢流閥的溢流口而流回油箱，實(shí)現(xiàn)卸荷，此時(shí)溢流閥處于全開(kāi)狀態(tài)（也可以采用二位二通常通閥實(shí)現(xiàn)失電卸荷）。卸荷壓力的高低取決于溢流閥主閥彈簧剛度的大小。通過(guò)換向閥的流量只是溢流閥控制油路中的流量，只需采用小流量閥來(lái)進(jìn)行控制。因此當(dāng)停止卸荷，使系統(tǒng)重新開(kāi)始工作時(shí)，作時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生壓力沖擊現(xiàn)象。這種卸荷方式適用于高壓大流量系統(tǒng)。但電磁閥連接溢流閥的外控口后，溢流

7、閥上腔的控制容積增大，使溢流閥的動(dòng)態(tài)性能下降，易出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。為此，需要在兩閥間的連接油路上設(shè)置阻尼裝置，以改善溢流閥的動(dòng)態(tài)性能。選用這種卸荷回路時(shí)，可以 直接選用電磁溢流閥。 圖7.6 用先導(dǎo)式溢流閥的卸荷回路7.1.3減壓回路減壓回路的作用是使系統(tǒng)中的某一部分油路或某個(gè)執(zhí)行元件獲得比系統(tǒng)壓力低的穩(wěn)定壓力，機(jī)床的工件夾緊、導(dǎo)軌潤(rùn)滑及液壓系統(tǒng)的控制油路常需要減壓回路。如圖7.7所示的為液壓系統(tǒng)中的減壓回路。最常見(jiàn)的減壓回路是在所需低壓的支路上串接定值減壓閥，如圖7.7a）所示?；芈分械膯蜗蜷y3用于當(dāng)主油路壓力低于減壓閥2的調(diào)定值時(shí)，防止液壓缸4的壓力受其干擾，起短時(shí)保壓作用。圖7.7b）是二

8、級(jí)減壓回路。在先導(dǎo)型減壓閥2的遙控口上接入遠(yuǎn)程調(diào)壓閥3，當(dāng)二位二通換向閥處于圖示位置時(shí)，液壓缸4的壓力由減壓閥2的調(diào)定壓力決定；當(dāng)二位二通換向閥處于右位時(shí)，缸4的壓力由遠(yuǎn)程調(diào)壓閥3的調(diào)定壓力決定，閥3的調(diào)定壓力必須低于閥2。液壓泵的最大工作壓力由溢流閥1調(diào)定。減壓回路也可以采用比例減壓閥來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)減壓。為了保證減壓回路的工作可靠性，減壓閥的最低調(diào)整壓力不應(yīng)小于0.5MPa，最高調(diào)整壓力至少比系統(tǒng)調(diào)整壓力小0.5MPa。由于減壓閥工作時(shí)存在閥口的壓力損失和泄漏口泄漏造成的容積損失，故這種回路不宜用在壓力降或流量較大的場(chǎng)合。必須指出的是，負(fù)載在減壓閥出口處所產(chǎn)生的壓力應(yīng)不低于減壓閥的調(diào)定壓力，否則

9、減壓閥不可能起到減壓、穩(wěn)壓作用。圖7.7 減壓回路7.1.4增壓回路增壓回路用來(lái)使系統(tǒng)中某一支路獲得較系統(tǒng)壓力高且流量不大的油液供應(yīng)。利用增壓回路，液壓系統(tǒng)可以采用壓力較低的液壓泵，甚至壓縮空氣動(dòng)力源來(lái)獲得較高壓力的壓力油。增壓回路中實(shí)現(xiàn)油液壓力放大的主要元件是增壓器，其增壓比為增壓器大小活塞的面積之比。1.單作用增壓器的增壓回路圖7.8a）所示的為單作用增壓器的增壓回路，它適用于單向作用力大、行程小、作業(yè)時(shí)間短的場(chǎng)合，如制動(dòng)器、離合器等。當(dāng)壓力為p1的油液進(jìn)入增壓器的大活塞腔時(shí)，在小活塞腔即可得到壓力為p2的高壓油液，增壓的倍數(shù)等于增壓器大小活塞的工作面積之比。當(dāng)二位四通電磁換向閥右位接入系

10、統(tǒng)時(shí)，增壓器的活塞返回，補(bǔ)油箱中的油液經(jīng)單向閥補(bǔ)入小活塞腔。這種回路只能間斷增壓。圖7.8 增壓回路2.雙作用增壓器的增壓回路圖7.8b）所示為采用雙作用增壓器的增壓回路，它能連續(xù)輸出高壓油，適用于增壓行程要求較長(zhǎng)的場(chǎng)合。泵輸出的壓力油經(jīng)換向閥5左位和單向閥1進(jìn)入增壓器左端大、小活塞腔，右端大活塞腔的回油通油箱，右端小活塞腔增壓后的高壓油經(jīng)單向閥4輸出，此時(shí)單向閥2、3被關(guān)閉；當(dāng)活塞移到右端時(shí)，換向閥5得電換向，活塞向左移動(dòng)，左端小活塞腔輸出的高壓液體經(jīng)單向閥3輸出。這樣增壓缸的活塞不斷往復(fù)運(yùn)動(dòng)，兩端便交替輸出高壓液體，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)增壓。7.1.5保壓回路 保壓回路的功用是，在執(zhí)行元件工作循環(huán)中

11、的某一階段，保持系統(tǒng)中規(guī)定的壓力。 1.利用蓄能器的保壓回路圖7.9a)所示為用蓄能器保壓的回路。系統(tǒng)工作時(shí)，電磁換向閥6的左位通電，主換向閥左位接入系統(tǒng)，液壓泵向蓄能器和液壓缸左腔供油，并推動(dòng)活塞右移，壓緊工件后，進(jìn)油路壓力升高，升至壓力繼電器調(diào)定值時(shí)，壓力繼電器發(fā)訊使二通閥3通電，通過(guò)先導(dǎo)式溢流閥使泵卸荷，單向閥自動(dòng)關(guān)閉，液壓缸則由蓄能器保壓。蓄能器的壓力不足時(shí)，壓力繼電器復(fù)位使泵重新工作。保壓時(shí)間的長(zhǎng)短取決于蓄能器的容量，調(diào)節(jié)壓力繼電器的通斷區(qū)間即可調(diào)節(jié)缸中壓力的最大值和最小值。這種回路既能滿足保壓工作需要，又能節(jié)省功率、減少系統(tǒng)發(fā)熱。圖7.9 利用蓄能器的保壓回路1液壓泵；2先導(dǎo)型溢流

12、閥；3二位二通電磁閥；4壓力繼電器；5蓄能器；6三位四通電磁換向閥；7液壓缸；8單向閥圖7.9b)所示為多缸系統(tǒng)一缸保壓回路。進(jìn)給缸快進(jìn)時(shí)，泵壓下降，但單向閥8關(guān)閉，把夾緊油路和進(jìn)給油路隔開(kāi)。蓄能器5用來(lái)給夾緊缸保壓并補(bǔ)充泄漏，壓力繼電器4的作用是夾緊缸壓力達(dá)到預(yù)定值時(shí)發(fā)出訊號(hào)，使進(jìn)給缸動(dòng)作。2.利用液壓泵的保壓回路如圖7.10所示，在回路中增設(shè)一臺(tái)小流量高壓補(bǔ)油泵5，組成雙泵供油系統(tǒng)。當(dāng)液壓缸加壓完畢要求保壓時(shí)，由壓力繼電器4發(fā)訊，換向閥2處于中位，主泵1卸載，同時(shí)二位二通換向閥8處于左位，由高壓補(bǔ)油泵5向封閉的保壓系統(tǒng)a點(diǎn)供油，維持系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。由于高壓補(bǔ)油泵只需補(bǔ)償系統(tǒng)的泄漏量，可選用小

13、流量泵，功率損失小。壓力穩(wěn)定性取決于溢流閥7的穩(wěn)壓精度。3.利用液控單向閥的保壓回路圖7.10用高壓補(bǔ)油泵的保壓回路圖7.11所示為采用液控單向閥和電接觸式壓力表的自動(dòng)補(bǔ)油式保壓回路，當(dāng)1YA通電時(shí)，換向閥右位接入回路，液壓缸上腔壓力升至電接觸式壓力表上觸點(diǎn)調(diào)定的壓力值時(shí)，上觸點(diǎn)接通，1YA斷電，換向閥切換成中位，泵卸荷，液壓缸由液控單向閥保壓。當(dāng)缸上腔壓力下降至下觸頭調(diào)定的壓力值時(shí)，壓力表又發(fā)出信號(hào)，使1YA通電，換向閥右位接入回路，泵向液壓缸上腔補(bǔ)油使壓力上升，直至上觸點(diǎn)調(diào)定值。這種回路用于保壓精度要求不高的場(chǎng)合。圖7.11采用液控單向閥的保壓回路7.1.6平衡回路平衡回路的功能在于使執(zhí)行

14、元件的回油路上保持一定的背壓值，以平衡重力負(fù)載，使之不會(huì)因自重而自行下落。1.采用單向順序閥的平衡回路圖7.12a）是采用單向順序閥的平衡回路。調(diào)整順序閥的開(kāi)啟壓力，使液壓缸向上的液壓作用力稍大于垂直運(yùn)動(dòng)部件的重力，即可防止活塞部件因自重而下滑。活塞下行時(shí)，由于回油路上存在背壓支撐重力負(fù)載，因此運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。當(dāng)工作負(fù)載變小時(shí)，系統(tǒng)的功率損失將增大。由于順序閥存在泄漏，液壓缸不能長(zhǎng)時(shí)間停留在某一位置上，活塞會(huì)緩慢下降。若在單向順序閥和液壓缸之間增加一個(gè)液控單向閥，由于液控單向閥密封性很好，可防止活塞因單向順序閥泄漏而下降。2.單向液控單向閥的平衡回路圖7.12 c）是采用液控單向閥的平衡回路。由于液

15、控單向閥是錐面密封，泄漏量小，故其閉鎖性能好，活塞能夠較長(zhǎng)時(shí)間停止不動(dòng)。回油路上串聯(lián)單向節(jié)流閥，以保證下行運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)。如果回油路上沒(méi)有節(jié)流閥，活塞下行時(shí)液控單向閥被進(jìn)油路上的控制油打開(kāi)，回油腔沒(méi)有背壓，運(yùn)動(dòng)部件因自重而加速下降，造成液壓缸上腔供油不足而失壓，液控單向閥因控制油路失壓而關(guān)閉。液控單向閥關(guān)閉后控制油路又建立起壓力，該閥再次被打開(kāi)。液控單向閥時(shí)開(kāi)時(shí)閉，使活塞在向下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中時(shí)走時(shí)停，從而會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)和沖擊。圖7.12 平衡回路3.采用遙控平衡閥的平衡回路圖7.12 b）所示為采用遙控平衡閥的平衡回路。在背壓不太高的情況下，活塞因自重負(fù)載而加速下降，活塞上腔因供油不足，壓力下降，

16、平衡閥的控制壓力下降，閥口就關(guān)小，回油的背壓相應(yīng)上升，起支撐和平衡重力負(fù)載的作用增強(qiáng)，從而使閥口的大小能自動(dòng)適應(yīng)不同負(fù)載對(duì)背壓的要求，保證了活塞下降速度的穩(wěn)定性。當(dāng)換向閥處于中位時(shí)，泵卸荷，平衡閥遙控口壓力為零，閥口自動(dòng)關(guān)閉，由于這種平衡閥的閥芯有很好的密封性，故能起到長(zhǎng)時(shí)間對(duì)活塞進(jìn)行閉鎖和定位作用。這種遙控平衡閥又稱為限速閥。必須指出，無(wú)論是平衡回路，還是背壓回路，在回油管路上都存在背壓力，故都需要提高供油壓力。但這兩種基本回路也有區(qū)別，主要表現(xiàn)在功用和背壓力的大小上。背壓回路主要用于提高進(jìn)給系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高加工精度，所具有的背壓力不大。平衡回路通常是在立式液壓缸情況下用以平衡運(yùn)動(dòng)部件的自

17、重，以防下滑發(fā)生事故，其背壓力應(yīng)根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的重力而定。7.2 調(diào)速回路在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，調(diào)速是為了滿足執(zhí)行元件對(duì)工作速度的要求，因此是系統(tǒng)的核心問(wèn)題。調(diào)速回路不僅對(duì)系統(tǒng)的工作性能起著決定性的影響，而且對(duì)其他基本回路的選擇也起著決定性的作用，因此在液壓系統(tǒng)中占有極其重要的地位。7.2.1調(diào)速回路概述1.調(diào)速回路的基本原理在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，執(zhí)行元件主要是液壓缸和液壓馬達(dá)。在不考慮液壓油的壓縮性和元件泄漏的情況下，液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度v取決于流入或流出液壓缸的流量及相應(yīng)的有效工作面積，即 （7.1）式中 q流入（或流出）液壓缸的流量；A液壓缸進(jìn)油腔（或回油腔）的有效工作面積。 由上式可知，要調(diào)節(jié)液壓缸

18、的工作速度，可以改變輸入執(zhí)行元件的流量，也可以改變執(zhí)行元件的有效工作面積。對(duì)于確定的液壓缸來(lái)說(shuō)，改變其有效工作面積是比較困難的，因此，通常用改變液壓缸的輸入流量q液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速nM由進(jìn)入馬達(dá)的流量q和馬達(dá)的排量VM決定，即 （7.2）由上式可知，可以改變輸入液壓馬達(dá)的流量，或改變變量馬達(dá)排量VM來(lái)控制液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。為了改變進(jìn)入執(zhí)行元件的流量，可采用定量泵和溢流閥構(gòu)成的恒壓源與流量控制閥的方法，也可以采用變量泵供油的方法。目前，調(diào)速回路主要有以下的三種調(diào)速方式： 節(jié)流調(diào)速采用定量泵供油，通過(guò)改變流量控制閥通流面積的大小，來(lái)調(diào)節(jié)流入或流出執(zhí)行元件的流量實(shí)現(xiàn)調(diào)速，多余的流量由溢流閥溢流回油箱。容積

19、調(diào)速通過(guò)改變變量泵或改變變量馬達(dá)的排量來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。容積節(jié)流調(diào)速，綜合利用流量閥及變量泵來(lái)共同調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度。2.調(diào)速回路的基本特性調(diào)速回路的調(diào)速特性、機(jī)械特性和功率特性，實(shí)際上就是系統(tǒng)的靜態(tài)特性，它們基本上決定了系統(tǒng)的性能、特點(diǎn)和用途。調(diào)速特性回路的調(diào)速特性用回路的調(diào)速范圍來(lái)表征。所謂調(diào)速范圍是指執(zhí)行元件在某負(fù)載下可能得到的最高工作速度與最低工作速度之比： （7.3）各種調(diào)速回路可能的調(diào)速范圍是不同的，人們希望能在較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的速度，在調(diào)速范圍內(nèi)能靈敏、平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。圖7.13 速度負(fù)載特性曲線機(jī)械特性機(jī)械特性即速度負(fù)載特性，它是調(diào)速回路中執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度隨負(fù)載而變化的性

20、能。一般地，執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度隨負(fù)載增大而降低。如圖7.14所示為某調(diào)速回路中執(zhí)行元件的速度負(fù)載特性曲線。速度受負(fù)載影響的程度，常用速度剛度來(lái)描述。速度剛度定義為負(fù)載對(duì)速度的變化率的負(fù)值，即 （7.4） 速度剛度的物理意義是：負(fù)載變化時(shí)，調(diào)速回路抵抗速度變化的能力，亦即引起單位速度變化時(shí)負(fù)載力的變化量。從圖7.13可知，速度剛度是速度負(fù)載特性曲線上某點(diǎn)處斜率的倒數(shù)。在特性曲線上某處的斜率越小，速度剛度就越大，亦即機(jī)械特性就硬，執(zhí)行元件工作速度受負(fù)載變化的影響就越小，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性越好。功率特性調(diào)速回路的功率特性包括回路的輸入、輸出功率、功率損失和回路效率，一般不考慮執(zhí)行元件和管路中的功率損失。這樣，

21、便于從理論上對(duì)各種調(diào)速回路進(jìn)行比較。功率特性好，即能量損失小，效率高，油液發(fā)熱少。7.2.2節(jié)流調(diào)速回路節(jié)流調(diào)速回路是通過(guò)在液壓回路上采用流量控制閥（節(jié)流閥或調(diào)速閥）來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的一種回路，一般根據(jù)流量控制閥在回路中的位置不同分為進(jìn)油節(jié)流調(diào)速、回油節(jié)流調(diào)速及旁路節(jié)流調(diào)速三種。1.進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路圖7.14所示為節(jié)流閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路。將節(jié)流閥串聯(lián)在液壓缸的進(jìn)油路上，用定量泵供油，且在泵的出口處并聯(lián)一個(gè)溢流閥。泵輸出的油液一部分經(jīng)節(jié)流閥進(jìn)入液壓缸的工作腔，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，多余的油液經(jīng)溢流閥流回油箱。由于溢流閥處于溢流狀態(tài)，因此泵的出口壓力保持恒定。調(diào)節(jié)節(jié)流閥的通流面積，即可調(diào)節(jié)通過(guò)節(jié)流閥的流量，從而

22、調(diào)節(jié)液壓缸的工作速度。（1）速度負(fù)載特性進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路的工作原理如下： 圖7.14 進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路液壓缸要克服負(fù)載F而運(yùn)動(dòng)，其工作腔的油液必須具有一定的工作壓力，即穩(wěn)定工作時(shí)活塞的受力平衡方程為 （7.5）式中 F液壓缸的負(fù)載； A1、A2分別為液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔的有效面積；p1、p2 分別為液壓缸進(jìn)油腔、回油腔的壓力。當(dāng)回油腔直接通油箱時(shí)，可設(shè)p20 ，故液壓缸無(wú)桿腔壓力為 （7.6）這說(shuō)明液壓缸工作壓力p1取決于負(fù)載，隨負(fù)載變化。為了保證油液通過(guò)節(jié)流閥進(jìn)入執(zhí)行元件，節(jié)流閥上必須存在一個(gè)壓力差p，即泵的出口壓力pp必須大于液壓缸工作壓力p1，即 調(diào)節(jié)通過(guò)節(jié)流閥的流量q1，才能調(diào)節(jié)液壓缸

23、的工作速度。因此定量泵多余的油液qy必須經(jīng)溢流閥流回油箱。必須指出，溢流閥溢流是該回路能調(diào)速的必要條件。注意，如果溢流閥不能溢流，定量泵的流量qp只能全部進(jìn)入液壓缸，而不能實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能。根據(jù)連續(xù)性方程，有 常數(shù)進(jìn)入液壓缸的流量q1越小，液壓缸的工作速度就越低，溢流量qy也就越大。溢流閥工作在溢流狀態(tài)，因此泵的出口壓力pp保持恒定。經(jīng)節(jié)流閥進(jìn)入液壓缸的流量q1為 （7.7）式中 AT節(jié)流閥的通流面積；p節(jié)流閥兩端的壓力差，；K節(jié)流閥的流量系數(shù)，對(duì)薄壁孔，對(duì)細(xì)長(zhǎng)孔Kd2(32L)，其中，Cd為流量系數(shù)；、分別為液體密度和動(dòng)力粘度；d、L為細(xì)長(zhǎng)孔直徑和長(zhǎng)度；m節(jié)流指數(shù)，0.5m1，對(duì)薄壁孔m0.5，

24、對(duì)細(xì)長(zhǎng)孔m1。調(diào)節(jié)節(jié)流閥通流面積AT，即可改變通過(guò)節(jié)流閥的流量q1，從而調(diào)節(jié)液壓缸的工作速度。根據(jù)上述討論，液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度為 （7.8） 式(7.8)稱為進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路的速度負(fù)載特性方程。由此式可知，液壓缸的工作速度是節(jié)流閥通流面積AT和液壓缸負(fù)載F的函數(shù)，當(dāng)AT不變時(shí)，活塞的運(yùn)動(dòng)速度v受負(fù)載F變化影響；液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度v與節(jié)流閥的通流面積AT成正比，調(diào)節(jié)AT就可調(diào)節(jié)液壓缸的速度。這種回路調(diào)速范圍比較大，最高速度比可達(dá)100左右。圖7.15 進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路速度負(fù)載特性曲線圖7.15所示為進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路的速度負(fù)載特性曲線，它是根據(jù)進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路在節(jié)流閥的不同開(kāi)口情況繪制出來(lái)的。這組曲線

25、表示液壓缸運(yùn)動(dòng)速度隨負(fù)載變化的規(guī)律，曲線越陡，說(shuō)明負(fù)載變化對(duì)速度的影響越大，即速度剛度越差。從圖中可以看出：當(dāng)節(jié)流閥通流面積AT一定時(shí)，負(fù)載F大的區(qū)域，曲線陡，速度剛度差，而負(fù)載F越小，曲線越平緩，速度剛度越好；在相同負(fù)載下工作時(shí)，AT越大，速度剛度越小，即速度高時(shí)速度剛度差；特性曲線交匯于橫坐標(biāo)軸上的一點(diǎn)，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的F值為最大負(fù)載，這說(shuō)明速度調(diào)節(jié)不會(huì)改變回路的最大承載能力Fmax。因最大負(fù)載時(shí)缸停止運(yùn)動(dòng)(p0，v0)，由式(7.8)可知，該回路的最大承載能力為FmaxppA1。進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路的速度剛性為： （7.9） 由式（7.9）可知，提高系統(tǒng)壓力、增大液壓缸工作面積均可提高速度剛度。由

26、式（7.9）還可知，小負(fù)載、低速時(shí)，速度剛性大，速度穩(wěn)定性好。（2）功率特性進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路中，泵的供油壓力pp由溢流閥確定，所以液壓泵的輸出功率，即回路輸入功率為一常值，即 （7.10）回路輸出功率，即液壓缸輸出的有效功率為 （7.11）回路的功率損失P為 （7.12）這種調(diào)速回路的功率損失由溢流損失pPqy和節(jié)流損失pq1兩部分組成。溢流損失是在泵的輸出壓力pP下，流量qy流經(jīng)溢流閥產(chǎn)生的功率損失，而節(jié)流損失是流量q1在壓差p下流經(jīng)節(jié)流閥產(chǎn)生的功率損失?；芈沸蕿?（7.13）由于回路中存在溢流損失和節(jié)流損失這樣兩種功率損失，所以回路效率比較低，特別是在低速、輕載場(chǎng)合，效率更低。為了提高效

27、率，實(shí)際工作中應(yīng)盡量使液壓泵的流量qp 接近液壓缸的流量q1。特別是當(dāng)液壓缸需要快速和慢速兩種運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)采用雙泵供油。進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路適用于輕載、低速、負(fù)載變化不大和對(duì)速度穩(wěn)定性要求不高的小功率場(chǎng)合。2.回油節(jié)流調(diào)速回路圖7.16所示為回油節(jié)流調(diào)速回路，這種調(diào)速回路是將節(jié)流閥串接在液壓缸的回油路上，定量泵的供油壓力由溢流閥調(diào)定并基本上保持恒定不變。該回路的調(diào)節(jié)原理是：借助節(jié)流閥控制液壓缸的回油量q2，實(shí)現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)。圖7.16回油節(jié)流調(diào)速回路或 （7.14）由上式可知，用節(jié)流閥調(diào)節(jié)流出液壓缸的流量q2，也就調(diào)節(jié)了流入液壓缸的流量q1。定量泵多余的油液經(jīng)溢流閥流回油箱。溢流閥處于溢流狀態(tài)，泵的出

28、口壓力pP保持恒定，且p1pP。穩(wěn)定工作時(shí)，活塞的受力平衡方程為： （7.15）由于節(jié)流閥兩端存在壓差，因此在液壓缸有桿腔中形成背壓p2，由式(7.15)可知，負(fù)載F越小，背壓p2越大，當(dāng)負(fù)載F0時(shí)， （7.16） 液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度，亦即速度負(fù)載特性方程為： （7.17）式中 A2液壓缸有桿腔的有效面積； q2通過(guò)節(jié)流閥的流量； 其它符號(hào)意義與式(7.5)相同。 比較式(7.8)和(7.17)可以發(fā)現(xiàn)，回油節(jié)流閥調(diào)速與進(jìn)油節(jié)流閥調(diào)速的速度負(fù)載特性基本相同，若缸兩腔有效面積相同，則兩種節(jié)流閥調(diào)速回路的速度負(fù)載特性就完全一樣了。因此，前面對(duì)進(jìn)油節(jié)流閥調(diào)速回路的分析和結(jié)論都適用于本回路。進(jìn)油節(jié)流調(diào)速

29、回路與回油節(jié)流調(diào)速回路雖然流量特性與功率特性基本相同，但也在某些方面有不同之處，主要有以下幾點(diǎn)：承受負(fù)負(fù)載的能力不同 回油節(jié)流調(diào)速回路的節(jié)流閥使液壓缸的回油腔形成一定的背壓(p20)，因而能承受負(fù)負(fù)載（負(fù)負(fù)載是與活塞運(yùn)動(dòng)方向相同的負(fù)載），并提高了液壓缸的速度平穩(wěn)性。而進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路則要在回油路上設(shè)置背壓閥后，才能承受負(fù)負(fù)載，但是需要提高調(diào)定壓力，功率損失大。 實(shí)現(xiàn)壓力控制的難易程度不同 進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路容易實(shí)現(xiàn)壓力控制。當(dāng)工作部件在行程終點(diǎn)碰到死擋鐵后，缸的進(jìn)油腔壓力會(huì)上升到等于泵的供油壓力，利用這個(gè)壓力變化，可使并聯(lián)于此處的壓力繼電器發(fā)出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)作控制?；赜凸?jié)流調(diào)速時(shí)，液壓缸進(jìn)

30、油腔壓力沒(méi)有變化，難以實(shí)現(xiàn)壓力控制。雖然工作部件碰到死擋鐵后，缸的回油腔壓力下降為零，可利用這個(gè)變化值使壓力繼電器失壓復(fù)位，對(duì)系統(tǒng)的下步動(dòng)作實(shí)現(xiàn)控制，但可靠性差，一般不采用。 調(diào)速性能不同 若回路使用單桿缸，無(wú)桿腔進(jìn)油流量大于有桿腔回油流量。故在缸徑、缸速相同的情況下，進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路的節(jié)流閥開(kāi)口較大，低速時(shí)不易堵塞。因此，進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路能獲得更低的穩(wěn)定速度。 停車后的啟動(dòng)性能不同 長(zhǎng)期停車后液壓缸內(nèi)的油液會(huì)流回油箱，當(dāng)液壓泵重新向缸供油時(shí)，在回油節(jié)流閥調(diào)速回路中，由于進(jìn)油路上沒(méi)有節(jié)流閥控制流量，活塞會(huì)出現(xiàn)前沖現(xiàn)象；而在進(jìn)油節(jié)流閥調(diào)速回路中，活塞前沖很小，甚至沒(méi)有前沖。為了提高回路的綜合性能

31、，一般常采用進(jìn)油節(jié)流閥調(diào)速，并在回油路上加背壓閥；使其兼有二者的優(yōu)點(diǎn)。 3.旁路節(jié)流調(diào)速回路圖7.17 旁路節(jié)流調(diào)速回路如圖7.17所示，這種回路把節(jié)流閥接在與執(zhí)行元件并聯(lián)的旁油路上。定量泵輸出的流量一部分通過(guò)節(jié)流閥溢回油箱，一部分進(jìn)入液壓缸，使活塞獲得一定的運(yùn)動(dòng)速度。通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流閥的通流面積AT，就可調(diào)節(jié)進(jìn)入液壓缸的流量，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。溢流閥作安全閥用，正常工作時(shí)關(guān)閉，過(guò)載時(shí)才打開(kāi)，其調(diào)定壓力為最大工作壓力的1.11.2倍。在工作過(guò)程中，定量泵的壓力隨負(fù)載而變化。設(shè)泵的理論流量為qt，泵的泄漏系數(shù)為kl，其它符號(hào)意義同前，則缸的運(yùn)動(dòng)速度為 （7.18）按式(7.18)選取不同的AT值可作出一

32、組速度負(fù)載特性曲線，如圖7.17b)所示。由曲線可知，當(dāng)節(jié)流閥通流面積一定而負(fù)載增加時(shí)，速度下降較前兩種回路更為嚴(yán)重，即特性很軟，速度穩(wěn)定性很差；在重載高速時(shí)，速度剛度較好，這與前兩種回路恰好相反。其最大承載能力隨節(jié)流口AT的增加而減小，即旁路節(jié)流調(diào)速回路的低速承載能力很差，調(diào)速范圍也小。 這種回路只有節(jié)流損失而無(wú)溢流損失；泵壓隨負(fù)載的變化而變化，節(jié)流損失和輸入功率也隨負(fù)載變化而變化。因此，本回路比前兩種回路效率高。由于本回路的速度負(fù)載特性很軟，低速承載能力差，故其應(yīng)用比前兩種回路少，只用于高速、重載、對(duì)速度平穩(wěn)性要求不高的較大功率的系統(tǒng)，如牛頭刨床主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、輸送機(jī)械液壓系統(tǒng)等。7.2.3容

33、積調(diào)速回路節(jié)流調(diào)速回路由于有節(jié)流損失和溢流損失，所以只適用于小功率系統(tǒng)。容積調(diào)速回路主要是利用改變變量泵的排量或改變變量馬達(dá)的排量來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的，其主要優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有節(jié)流損失和溢流損失，因而效率高，系統(tǒng)溫升小，適用于大功率系統(tǒng)。容積調(diào)速回路根據(jù)油液的循環(huán)方式有開(kāi)式回路和閉式回路兩種。在開(kāi)式回路中，液壓泵從油箱吸油，執(zhí)行元件的回油直接回油箱，油液能得到較好的冷卻，便于沉淀雜質(zhì)和析出氣體，但油箱體積大，空氣和污染物侵入油液的機(jī)會(huì)增加，侵入后影響系統(tǒng)正常工作。在閉式回路中，執(zhí)行元件的回油直接與泵的吸油腔相連，結(jié)構(gòu)緊湊，只需較小的補(bǔ)油箱，空氣和臟物不易混入回路，但油液的散熱條件差，為了補(bǔ)償回路中的泄漏、并進(jìn)

34、行換油冷卻，需附設(shè)補(bǔ)油泵。容積調(diào)速回路按照動(dòng)力元件與執(zhí)行元件的不同組合可以分為變量泵和定量執(zhí)行元件的容積調(diào)速回路，定量泵和變量馬達(dá)的容積調(diào)速回路以及變量泵和變量馬達(dá)的容積調(diào)速回路三種基本形式。1.變量泵和定量執(zhí)行元件組成的容積調(diào)速回路圖7.18所示是變量泵和定量執(zhí)行元件組成的容積調(diào)速回路。其中圖中(a)所示為變量泵和液壓缸組成的開(kāi)式回路。圖中(b)所示為變量泵和定量馬達(dá)組成的閉式回路。顯然，改變變量泵的排量即可調(diào)節(jié)液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度和液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。兩圖中的溢流閥2均起安全閥作用，用于防止系統(tǒng)過(guò)載；單向閥3用來(lái)防止停機(jī)時(shí)油液倒流入油箱和空氣進(jìn)入系統(tǒng)。這里重點(diǎn)討論變量泵和定量馬達(dá)容積調(diào)速回路。在圖

35、7.18(b)中，為了補(bǔ)償泵1和馬達(dá)7的泄漏，增加了補(bǔ)油泵8。補(bǔ)油泵8將冷油送入回路，而從溢流閥9溢出回路中多余的熱油，進(jìn)入油箱冷卻。補(bǔ)油泵的工作壓力由溢流閥9來(lái)調(diào)節(jié)。補(bǔ)油泵的流量為主泵的1015，工作壓力為0.51.4MPa。圖7.18 變量泵和定量執(zhí)行元件的容積調(diào)速回路 1變量泵；2，9溢流閥；3單向閥；4換向閥；5液壓缸；6背壓閥；7定量馬達(dá)；8補(bǔ)油液壓泵速度負(fù)載特性在圖7.18(b)回路中，引入泵和馬達(dá)的泄漏系數(shù)，不考慮管道的泄漏和壓力損失時(shí)，可得此回路的速度負(fù)載特性方程為 （7.19）相應(yīng)的速度剛度為 （7.20）式中 k1泵和馬達(dá)的泄漏系數(shù)之和；np變量泵的轉(zhuǎn)速； pp泵的工作壓力

36、，亦即液壓馬達(dá)的工作壓力； Vp、VM變量泵、馬達(dá)的排量；nM、TM馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速、輸出轉(zhuǎn)矩。此回路的速度負(fù)載特性曲線如圖7.19(a)所示。由圖可見(jiàn)，由于變量泵、馬達(dá)有泄漏，馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速nM會(huì)隨負(fù)載TM的加大而減小，即速度剛性要受負(fù)載變化的影響。負(fù)載增大到某值時(shí)，馬達(dá)停止運(yùn)動(dòng)(見(jiàn)圖7. 19 (a)中的)，表明這種回路在低速下的承載能力很差。所以在確定回路的最低速度時(shí)，應(yīng)將這一速度排除在調(diào)速范圍之外。馬達(dá)的排量是定值，因此改變泵的排量，即可改變泵的輸出流量，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速也隨之改變。轉(zhuǎn)速特性在圖7.18(b)中，若采用容積效率、機(jī)械效率表示液壓泵和馬達(dá)的損失和泄漏，則馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速nM與變量泵

37、排量Vp的關(guān)系為 （7.21）式中 、泵、馬達(dá)的容積效率。 馬達(dá)的排量是定值，因此改變泵的排量，即可改變泵的輸出流量，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速也隨之改變。式（7.21）也稱為容積調(diào)速公式，此式表明，或改變泵的排量Vp，或改變馬達(dá)的排量VM，或既改變泵的排量Vp又改變馬達(dá)的排量VM都可以調(diào)節(jié)馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速nM。轉(zhuǎn)矩特性馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩TM與馬達(dá)排量VM的關(guān)系為 （7.22）式中 pM液壓馬達(dá)進(jìn)出口的壓差； Mm馬達(dá)的機(jī)械效率。上式表明，馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩TM與泵的排量Vp無(wú)關(guān)，不會(huì)因調(diào)速而發(fā)生變化。若系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定，則回路的工作壓力p恒定不變(即pM不變)，此時(shí)馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩TM恒定，故此回路又稱為“等轉(zhuǎn)矩調(diào)速

38、回路”。功率特性馬達(dá)的輸出功率PM與變量泵排量Vp的關(guān)系為圖7.19變量泵定量馬達(dá)調(diào)速回路特性(a)速度負(fù)載特性曲線 (b) 調(diào)速回路特性曲線 （7.23）或者 （7.24）上式表明，馬達(dá)的輸出功率PM與馬達(dá)的轉(zhuǎn)速成正比，亦即與泵的排量Vp成正比。上述的三個(gè)特性曲線如圖7.19(b)所示。必須指出，由于泵和馬達(dá)存在泄漏，所以當(dāng)Vp還未調(diào)到零值時(shí)，nM、TM和PM已都為零值。這種回路調(diào)速范圍大，可持續(xù)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，一般用于如機(jī)床上作直線運(yùn)動(dòng)的主運(yùn)動(dòng)（刨床、拉床等）。2.定量泵和變量馬達(dá)組成的容積調(diào)速回路 (a)定量泵變量馬達(dá)容積調(diào)速回路圖 (b)調(diào)速回路特性曲線圖7.20 定量泵變量馬達(dá)調(diào)速回路

39、1定量泵；2變量馬達(dá)；3安全閥；4輔助泵；5溢流閥 圖7.20所示為定量泵和變量馬達(dá)組成的容積調(diào)速回路，在這種容積調(diào)速回路中，泵的排量Vp和轉(zhuǎn)速np均為常數(shù)，輸出流量不變，補(bǔ)油泵4，溢流閥3、5的作用同變量泵一定量馬達(dá)調(diào)速回路中的一樣。該回路通過(guò)改變變量馬達(dá)的排量VM來(lái)改變馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速nM。當(dāng)負(fù)載恒定時(shí)，回路的工作壓力p和馬達(dá)輸出功率PM都恒定不變，而馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩TM與馬達(dá)的排量VM成正比變化，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速nM與其排量VM成反比（按雙曲線規(guī)律）變化，其調(diào)速特性如圖7.20(b)所示。從圖中可知，輸出功率PM不變，故此回路又稱“恒功率調(diào)速回路”。 當(dāng)馬達(dá)排量VM減小到一定程度，輸出轉(zhuǎn)矩TM不足

40、以克服負(fù)載時(shí)，馬達(dá)便停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣不僅不能在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中使馬達(dá)通過(guò)VM0點(diǎn)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的反向，而且其調(diào)速范圍也很小，這種回路很少單獨(dú)使用。3.變量泵和變量馬達(dá)組成的容積調(diào)速回路圖7.21所示為采用雙向變量泵和雙向變量馬達(dá)的容積調(diào)速回路。改變雙向變量泵1的供油方向，可使雙向變量馬達(dá)2正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。在圖(a)中，回路左側(cè)的兩個(gè)單向閥6和8用于使輔助泵4能雙向補(bǔ)油，補(bǔ)油壓力由溢流閥5調(diào)定。右側(cè)兩個(gè)單向閥7和9使安全閥3在雙向變量馬達(dá)2的正反兩個(gè)方向都能起過(guò)載保護(hù)作用。這種調(diào)速回路實(shí)際上是上述兩種容積調(diào)速回路的組合。由于泵和馬達(dá)的排量均可改變，故增大了調(diào)速范圍，其調(diào)速特性曲線如圖7.21(b)所示。在

41、工程中，一般都要求執(zhí)行元件在啟動(dòng)時(shí)有低轉(zhuǎn)速和大的輸出轉(zhuǎn)矩，而在正常工作時(shí)都希望有較高的轉(zhuǎn)速和較小的輸出轉(zhuǎn)矩。因此，這種回路在使用時(shí)，在低速段，將雙向變量馬達(dá)的排量調(diào)到最大，使雙向變量馬達(dá)能夠獲得最大的輸出轉(zhuǎn)矩，然后通過(guò)調(diào)節(jié)雙向變量泵的輸出流量來(lái)調(diào)節(jié)雙向變量馬達(dá)的轉(zhuǎn)圖7.21 變量泵變量馬達(dá)容積調(diào)速回路(a)變量泵變量馬達(dá)容積調(diào)速回路 (b)調(diào)速回路特性曲線速。隨著轉(zhuǎn)速升高，雙向變量馬達(dá)的輸出功率也隨之增加。在此過(guò)程中，雙向變量馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩不變，這一段是變量泵和定量馬達(dá)容積調(diào)速方式。在高速段，使雙向變量泵處于最大排量狀態(tài)，然后調(diào)節(jié)雙向變量馬達(dá)的排量來(lái)調(diào)節(jié)雙向變量馬達(dá)轉(zhuǎn)速，隨著雙向變量馬達(dá)轉(zhuǎn)速的升高

42、，輸出轉(zhuǎn)矩隨之降低，雙向變量馬達(dá)的輸出功率保持不變，這一段是定量泵和變量馬達(dá)容積調(diào)速方式。7.2.4容積節(jié)流調(diào)速回路容積節(jié)流調(diào)速回路的工作原理是用壓力補(bǔ)償變量泵供油，用流量控制閥調(diào)定進(jìn)入或流出液壓缸的流量來(lái)調(diào)節(jié)液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度，并使變量泵的輸出流量自動(dòng)與液壓缸所需流量相適應(yīng)。這種調(diào)速回路，沒(méi)有溢流損失，效率較高，速度穩(wěn)定性也比單純的容積調(diào)速回路好。常見(jiàn)的容積節(jié)流調(diào)速回路主要有以下兩種。1.限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速回路圖7.22所示為限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積調(diào)速回路。在這種回路中，由限壓式變量泵1供油，為獲得更低的穩(wěn)定速度，一般將調(diào)速閥2安裝在進(jìn)油路中，回油路中裝有背壓閥6。

43、空載時(shí)泵以最大流量進(jìn)入液壓缸使其快進(jìn)，進(jìn)入工作進(jìn)給(簡(jiǎn)稱工進(jìn))時(shí)，電磁閥3通電使其所在油路斷開(kāi)，壓力油經(jīng)調(diào)速閥2流入缸內(nèi)。工進(jìn)結(jié)束后，壓力繼電器5發(fā)出訊號(hào)，使閥3和閥4換向，調(diào)速閥被短接，液壓缸快退，油液經(jīng)背壓閥6返回油箱，調(diào)速閥2也可放在回油路上，但對(duì)單桿缸，為獲得更低的穩(wěn)定速度，應(yīng)放在進(jìn)油路上。當(dāng)回路處于工進(jìn)階段時(shí)，液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度由調(diào)速閥中節(jié)流閥的通流面積AT來(lái)控制。變量泵的輸出流量qp和供油壓力pp自動(dòng)保持相應(yīng)的恒定值。由于這種回路中泵的供油壓力基本恒定，因此也稱之為定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路。圖7.22(b)為回路的調(diào)速特性曲線。由圖可見(jiàn)，限壓式變量泵壓力流量特性曲線上的點(diǎn)a是泵的工作點(diǎn)

44、，泵的供油壓力為pp，流量為q1。調(diào)速閥在某一開(kāi)度下的壓力流量特性曲線上的點(diǎn)b 是調(diào)速閥(液壓缸)的工作點(diǎn)，壓力為p1，流量為q1。當(dāng)改變調(diào)速閥的開(kāi)口量，使調(diào)速閥壓力流量特性曲線上下移動(dòng)時(shí)，回路的工作狀態(tài)便相應(yīng)改變。限壓式變量泵的供油壓力應(yīng)調(diào)節(jié)為 （7.24）其中，是保證調(diào)速閥正常工作的最小壓差，一般應(yīng)在0.5MPa左右。系統(tǒng)最大工作壓力應(yīng)為 （7.25）圖7.22 限壓式變量泵與調(diào)速閥式聯(lián)合調(diào)速回路(a)調(diào)速回路結(jié)構(gòu) (b)特性曲線一般地，限壓式變量泵的壓力流量曲線在調(diào)定后是不會(huì)改變的，因此，當(dāng)負(fù)載F變化，使p1發(fā)生變化時(shí)，調(diào)速閥的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用使調(diào)速閥內(nèi)節(jié)流閥上的壓差p保持不變，流過(guò)此節(jié)流閥

45、的流量q1也不變，從而使泵的輸出壓力pp和流量qp也不變，回路就能保持在原工作狀態(tài)下工作，速度穩(wěn)定性好。如果不考慮泵、缸和管路的損失，回路效率為 （7.26）如果背壓p20，則 （7.27）從上式可知，如果負(fù)載較小時(shí)，p1減小，使調(diào)速閥的壓差pT增大，造成節(jié)流損失增大。低速時(shí)，泵的供油流量較小，而對(duì)應(yīng)的供油壓力很大，泄漏增加，回路效率嚴(yán)重下降。因此，這種回路不宜用在低速、變載且輕載的場(chǎng)合，適用于負(fù)載變化不大的中、小功率場(chǎng)合，如組合機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)等。2.差壓式變量泵和節(jié)流閥組成的調(diào)速回路圖7.23 差壓式變量泵和節(jié)流閥組成的容積節(jié)流回路這種調(diào)速回路采用壓差式變量泵供油，用節(jié)流閥控制進(jìn)入液壓缸或從

46、液壓缸流出的流量。圖7.23所示是節(jié)流閥安裝在進(jìn)油路上調(diào)速回路，其中閥7為背壓閥，閥9為安全閥。泵的配油盤上的吸排油窗口對(duì)稱于垂直軸，變量機(jī)構(gòu)由定子兩側(cè)的控制缸1、2組成，節(jié)流閥前的壓力pp反饋?zhàn)饔迷诳刂聘?的有桿腔和控制柱塞1上，節(jié)流閥后的壓力p1反饋?zhàn)饔迷诳刂聘?的無(wú)桿腔，柱塞1的直徑與缸2的活塞桿直徑相等，亦即節(jié)流閥兩端壓差作用在定子兩側(cè)的作用面積相等。定子的移動(dòng)（即偏心量的調(diào)節(jié)）靠控制缸兩腔的液壓作用力之差與彈簧力Fs的平衡來(lái)實(shí)現(xiàn)。壓力差增大時(shí)，偏心量減小，供油量減小。壓力差一定時(shí)，供油量也一定。調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開(kāi)口量，即改變其兩端壓力差，也改變了泵的偏心量，使其輸油量與通過(guò)節(jié)流閥進(jìn)入液壓

47、缸的流量相適應(yīng)。阻尼孔8用以增加變量泵定子移動(dòng)阻尼，改善動(dòng)態(tài)特性，避免定子發(fā)生振蕩。系統(tǒng)在圖示位置時(shí)，泵排出的油液經(jīng)閥4進(jìn)入缸6，故ppp1，泵的定子兩側(cè)的液壓作用力相等，定子僅受Fs的作用，從而使定子與轉(zhuǎn)子間的偏心距e為最大，泵的流量最大，缸5實(shí)現(xiàn)快進(jìn)。快進(jìn)結(jié)束，lYA通電，閥4關(guān)閉，泵的油液經(jīng)節(jié)流閥5進(jìn)入缸6，故ppp1，定子右移，使e減小，泵的流量就自動(dòng)減小至與節(jié)流閥5調(diào)定的開(kāi)度相適應(yīng)為止，液壓缸6實(shí)現(xiàn)慢速工進(jìn)。設(shè)A為控制缸2活塞右端面積，A1為控制缸1柱塞和缸2活塞桿的面積，則作用在泵定子上的力平衡方程式為 （7.28）故得節(jié)流閥前后壓差為 （7.29）由式（7.29）可知，節(jié)流閥的工

48、作壓差由作用在變量泵機(jī)構(gòu)控制柱塞上的彈簧的推力Fs決定。由于彈簧剛度小，工作中伸縮量也很小(e)，F(xiàn)s基本恒定，則節(jié)流閥前后壓差p基本上不隨外負(fù)載而變化，所以通過(guò)節(jié)流閥進(jìn)入液壓缸的流量也近似等于常數(shù)。當(dāng)外負(fù)載F增大(或減小)時(shí)，缸6工作壓力p1就增大(或減小)，則泵的工作壓力pp也相應(yīng)增大(或減小)。故又稱此回路為變壓式容積節(jié)流調(diào)速回路。由于泵的供油壓力隨負(fù)載而變化，回路中又只有節(jié)流損失，沒(méi)有溢流損失，因而其效率比限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的調(diào)速回路要高。這種回路適用于負(fù)載變化大，速度較低的中、小功率場(chǎng)合，如某些組合機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)。7.2.5三種調(diào)速回路的比較三種調(diào)速回路的主要性能比較見(jiàn)表7.1。

49、表7.1 調(diào)速回路主要性能比較 回路類型主要性能節(jié)流調(diào)速回路容積調(diào)速回路容積節(jié)流調(diào)速回路用節(jié)流閥調(diào)節(jié)用調(diào)速閥調(diào)節(jié)限壓式差壓式進(jìn)、回路旁路進(jìn)、回路旁路機(jī)械特性速度穩(wěn)定性較差差好較好好承載能力較好較差好較好好調(diào)速特性(調(diào)速范圍)較大小較大大較大功率特性效率低較高低較高最高較高高發(fā)熱大較小大較小最小較小小適用范圍小功率，輕載或低速的中、低壓系統(tǒng)大功率，重載高速的中、高壓系統(tǒng)中、小功率的中壓系統(tǒng)7.3速度換接和快速運(yùn)動(dòng)回路7.3.1 速度換接回路速度換接回路的功用是使液壓執(zhí)行元件在一個(gè)工作循環(huán)中，從一種運(yùn)動(dòng)速度換成另一種運(yùn)動(dòng)速度。有快速慢速、慢速慢速的換接，這種回路應(yīng)該具有較高的換接平穩(wěn)性和換接精度。

50、圖7.24采用行程閥實(shí)現(xiàn)的速度換接回路 1. 快、慢速換接回路圖7.24為用行程閥實(shí)現(xiàn)的速度換接回路。該回路可使執(zhí)行元件完成“快進(jìn)工進(jìn)快退停止”這一自動(dòng)工作循環(huán)。在圖示位置，電磁換向閥2處在右位，液壓缸7快進(jìn)。此時(shí)，溢流閥處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)活塞所連接的液壓擋塊壓下行程閥6時(shí)，行程閥上位工作，液壓缸右腔的只能經(jīng)過(guò)節(jié)流閥5回油，構(gòu)成回油節(jié)流調(diào)速回路，活塞運(yùn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)變?yōu)槁俟みM(jìn)，此時(shí)，溢流閥處于溢流恒壓狀態(tài)。當(dāng)電磁換向閥2通電處于左位時(shí)，壓力油經(jīng)單向閥4進(jìn)入液壓缸右腔，液壓缸左腔的油液直接流回油箱，活塞快速退回。這種回路的快速與慢速的換接過(guò)程比較平穩(wěn)，換接點(diǎn)的位置比較準(zhǔn)確。缺點(diǎn)是行程閥必須安裝在裝備上

51、，管路連接較復(fù)雜。若將行程閥改為電磁換向閥，則安裝比較方便，除行程開(kāi)關(guān)需裝在機(jī)械設(shè)備上，其它液壓元件可集中安裝在液壓站中，但速度換接時(shí)平穩(wěn)性以及換向精度較差。2.兩種慢速的換接回路 某些機(jī)床要求工作行程有兩種進(jìn)給速度，一般第一進(jìn)給速度大于第二進(jìn)給速度，為實(shí)現(xiàn)兩次工作進(jìn)給速度，常用兩個(gè)調(diào)速閥串聯(lián)或并聯(lián)在油路中，用換向閥進(jìn)行切換。(1)兩個(gè)調(diào)速閥并聯(lián)式速度換接回路圖7.25為兩個(gè)調(diào)速閥并聯(lián)實(shí)現(xiàn)兩種工作進(jìn)給速度的換接回路。液壓泵輸出的壓力油經(jīng)三位電磁閥D左位、調(diào)速閥A和電磁閥C進(jìn)入液壓缸，液壓缸得到由閥A所控制的第一種工作速度。當(dāng)需要第二種工作速度時(shí)，電磁閥C通電切換，使調(diào)速閥B接入回路，壓力油經(jīng)閥

52、B和閥C的右位進(jìn)入液壓缸，這時(shí)活塞就得到閥B所控制的工作速度。這種回路中，調(diào)速閥A、B各自獨(dú)立調(diào)節(jié)流量，互不影響，一個(gè)工作時(shí)，另一個(gè)沒(méi)有油液通過(guò)。沒(méi)有工作的調(diào)速閥中的減壓閥開(kāi)口處于最大位置。閥C換向，由于減壓閥瞬時(shí)來(lái)不及響應(yīng)，會(huì)使調(diào)速閥瞬時(shí)通過(guò)過(guò)大的流量，造成執(zhí)行元件出現(xiàn)突然前沖的現(xiàn)象，速度換接不平穩(wěn)。圖7.25調(diào)速閥并聯(lián)的速度換接回路圖7.26調(diào)速閥串聯(lián)的速度換接回路(2)兩個(gè)調(diào)速閥串聯(lián)式速度換接回路圖7.26為兩個(gè)調(diào)速閥串聯(lián)的速度換接回路。在圖示位置，壓力油經(jīng)電磁換向閥D，調(diào)速閥A和電磁換向閥C進(jìn)入液壓缸，執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度由調(diào)速閥A控制。當(dāng)電磁換向閥C通電切換時(shí)，調(diào)速閥B接入回路，由于閥

53、B的開(kāi)口量調(diào)得比閥A小，壓力油經(jīng)電磁換向閥D、調(diào)速閥A和調(diào)速閥B進(jìn)入液壓缸，執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度由調(diào)速閥B控制。這種回路在調(diào)速閥B沒(méi)起作用之前，調(diào)速閥A一直處于工作狀態(tài)，在速度換接的瞬間，它可限制進(jìn)入調(diào)速閥B的流量突然增加，所以速度換接比較平穩(wěn)。但由于油液經(jīng)過(guò)兩個(gè)調(diào)速閥，因此能量損失比兩調(diào)速閥并聯(lián)時(shí)大。7.3.2快速運(yùn)動(dòng)回路快速運(yùn)動(dòng)回路的功用在于使執(zhí)行元件獲得盡可能大的工作速度，以提高系統(tǒng)的工作效率。常見(jiàn)的快速運(yùn)動(dòng)回路有以下幾種。1.液壓缸差動(dòng)連接的快速運(yùn)動(dòng)回路圖7.27所示，當(dāng)換向閥處于圖示位置時(shí)，液壓缸有桿腔的回油和液壓泵供給的油液合在一起進(jìn)入液壓缸無(wú)桿腔，使活塞快速向右運(yùn)動(dòng)。這種回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用較多，但液壓缸的速度加快有限，差動(dòng)連接與非差動(dòng)連接的速度之比為v1/v1A1/(A1A2)，有時(shí)仍不能滿足快速運(yùn)動(dòng)的要求，常常需要和其他方式聯(lián)合使用。在差動(dòng)連接回路中，泵的流量和液壓缸有桿腔排出的流量合在一起流過(guò)的閥和管路應(yīng)按合成流量來(lái)選擇其規(guī)格，否則壓力