第八章調(diào)速回路講解

液壓與氣壓傳動(dòng)授課教師：唐德棟HarbinUniversityofScienceandTechnology

哈爾濱理工大學(xué)1第八章調(diào)速回路一、概述調(diào)速原理和調(diào)速回路的分類1.調(diào)速原理：在不考慮油液壓縮性和泄漏的情況下，液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度為液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速為2.常用的調(diào)速回路：節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速和容積節(jié)流調(diào)速。2二、節(jié)流式調(diào)速回路節(jié)流調(diào)速：在定量泵系統(tǒng)中，通過改變回路中流量控制元件通流截面面積的大小來控制輸入或流出執(zhí)行元件的流量，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的一種方法。分為三種：根據(jù)流量控制閥在回路中安裝位置的不同可分為進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路、出口節(jié)流調(diào)速回路和旁路節(jié)流調(diào)速回路。

按工作中回路壓力是否隨負(fù)載變化分：定壓式節(jié)流調(diào)速回路變壓式節(jié)流調(diào)速回路

3１.進(jìn)口節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)速回路

(屬于定壓式)

(1)回路的結(jié)構(gòu)和調(diào)速原理

動(dòng)畫演示4（2）進(jìn)口節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)速回路速度-負(fù)載特性由圖可知：當(dāng)溢流閥的調(diào)整壓力pp和節(jié)流閥的通流截面積AT1調(diào)定之后①、F↑↓

→v↓↑②、當(dāng)F=A1pp時(shí)，v=0即活塞停止運(yùn)動(dòng)；③、定壓式節(jié)流調(diào)速回路的承載能力是不受AT1的變化影響的。5回路速度剛性：活塞運(yùn)動(dòng)速度受負(fù)載影響的程度?；芈匪俣萲v的物理意義:引起單位速度變化時(shí)負(fù)載力的變化量，它是回路對(duì)負(fù)載變化抗衡能力的一種說明。

某處的斜率↓→kv↑→機(jī)械特性越硬→活塞運(yùn)動(dòng)速度受負(fù)載變化的影響↓→活塞在負(fù)載下的運(yùn)動(dòng)越平穩(wěn)。6影響kv的因素：1、當(dāng)AT1不變時(shí)，F(xiàn)↓→kv↑2、當(dāng)F不變時(shí)，AT1↓→kv↑3、pp↑或A1↑或φ↓→kv↑(pp，A1，φ的變化受其它條件的限制)7(3)、回路的功率特性以其自身的功率損失（不包括泵、缸、管道的功率損失），功率損失分配情況和效率來表達(dá)的。

定壓式進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路的輸入功率PP（即定量泵的輸出功率）、輸出功率P1和功率損失△P分別為：8功率損失分配

回路的功率損失包括兩部分：1)、溢流損失：△P1=Pp△q2)、節(jié)流損失：△P2=△PT1q1

效率1)、當(dāng)液壓缸在恒載下工作時(shí)（F不變）：影響因素：①、當(dāng)q1∕qp↑(或△q↓)→ηc↑②、當(dāng)p1∕pp↑(F↑)→ηc↑2)、外負(fù)載變化時(shí)，系統(tǒng)效率的最大值為66%9

整個(gè)回路的功率損失很大，回路的效率很低。結(jié)論10（4）回路的調(diào)速特性調(diào)速范圍Rc：以其所驅(qū)動(dòng)的液壓缸在某個(gè)負(fù)載下可能得到的最大工作速度和最小工作速度之比表示。

式中：RT1—節(jié)流閥的調(diào)速范圍定壓式進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路的調(diào)速范圍只受流量控制元件調(diào)節(jié)范圍的限制。結(jié)論11結(jié)論回路的優(yōu)缺點(diǎn)

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低，效率低，只宜用在負(fù)載變化不大、低速、小功率的場(chǎng)合。1213142.出口節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)速回路

(1)回路的結(jié)構(gòu)和調(diào)速原理

15（2）出口節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)速回路速度-負(fù)載特性同進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路

(3)功率特性16◆進(jìn)出口節(jié)流調(diào)速回路的比較

(1)承受負(fù)性負(fù)載的能力

(2)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性能

(3)油液溫升

(4)出口節(jié)流起動(dòng)時(shí)的前沖

(5)出口節(jié)流回油腔壓力17◆進(jìn)出口節(jié)流調(diào)速回路的比較最大承載能力、功率和效率:

回油節(jié)流調(diào)速回路的最大承載能力、功率和效率與進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路的情況相同回油節(jié)流調(diào)速回路中由于節(jié)流閥的存在而使液壓缸的回油腔具有一定背壓，不僅提高了液壓缸的平穩(wěn)性，并且使它能承受負(fù)方向的負(fù)載（負(fù)值負(fù)載，與液壓缸運(yùn)動(dòng)方向相同的負(fù)載力）而進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路則只有在液壓缸的回油路上設(shè)置背壓閥后，才可承受負(fù)值負(fù)載。在回油節(jié)流調(diào)速回路中，流經(jīng)節(jié)流閥而發(fā)熱的油液，直接流回油箱而得到冷卻。在進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路中流經(jīng)節(jié)流閥而發(fā)熱的油液，則直接進(jìn)入液壓缸中，使液壓缸泄漏增加，導(dǎo)致其速度穩(wěn)定性降低。對(duì)于單出桿液壓缸而言，在回油節(jié)流調(diào)速回路中，當(dāng)負(fù)載為零時(shí)，液壓缸的背壓將會(huì)升得很高，這樣會(huì)使密封件壽命降低，而導(dǎo)致泄漏增加效率降低?；赜凸?jié)流調(diào)速回路，如長(zhǎng)時(shí)間停車后，由于泄漏在液壓缸回油腔會(huì)形成空隙，重新啟動(dòng)時(shí)，由于瞬時(shí)負(fù)載為零而導(dǎo)致液壓泵全部流量進(jìn)入液壓缸，進(jìn)油腔而使活塞前沖。在進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路中，只要在啟動(dòng)時(shí)關(guān)小節(jié)流閥就能避免前沖183、旁油節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)速回路

(1)

回路的結(jié)構(gòu)和調(diào)速原理▲回路的特點(diǎn)回路的工作壓力隨負(fù)載而變；（也稱變壓式節(jié)流調(diào)速回路）節(jié)流閥調(diào)節(jié)排回油箱的流量，從而間接地控制了流入缸中的流量；此回路的溢流閥起安全保護(hù)作用。19(2)速度-負(fù)載特性

變壓式節(jié)流調(diào)速回路的液壓泵的泄漏對(duì)液壓缸的工作速度有影響，泄漏的大小又直接與回路的工作壓力有關(guān)。即：

式中：kl

—泵的泄漏系數(shù)∴

根據(jù)上式，按不同的AT值作圖，可得一組速度-負(fù)載特性曲線。20

由圖可知：①、當(dāng)

AT不變時(shí)，F(xiàn)↑→v↓↓

所以機(jī)械特性比定壓式的“軟”的多②、當(dāng)F到達(dá)某一數(shù)值時(shí)，v=0③、回路的承載能力是變化的，即v↓(AT↑)→承載能力↓AT1AT2AT3AT1<AT2<AT321回路的速度剛性

影響kv的因素1、當(dāng)AT不變時(shí)，F(xiàn)↑→kv

↑2、當(dāng)F不變時(shí)，AT↓(v↑)→kv

↑3、A1↑或φ↓或kl↓→kv

↑22(3)、功率特性

q1↑(v↑)→ηci↑

變壓式節(jié)流調(diào)速回路的效率比定壓式節(jié)流調(diào)速回路的效率高。結(jié)論23（4）、回路的調(diào)速范圍

由上式可知：1、Rc不只取決于RT，而且還和其它參數(shù)有關(guān)；2、式中RT不是節(jié)流閥可能的調(diào)速范圍（因?yàn)锳T加大到某值時(shí)v=0，再增加AT也不會(huì)起調(diào)速作用）。244、調(diào)速閥式節(jié)流調(diào)速回路

使用節(jié)流閥的節(jié)流調(diào)速回路，機(jī)械特性都比較軟，變載下的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性都比較差。為了克服這一缺點(diǎn)，回路中的流量控制元件可以改用調(diào)速閥。

上述這些性能上的改進(jìn)都是以加大整個(gè)流量控制閥的工作壓差為代價(jià)的（一般工作壓差最少須0.5MPa，高壓調(diào)速閥則須1MPa）。25調(diào)速閥在進(jìn)油路上調(diào)速閥在回油路上26調(diào)速閥在分支油路上278-2、在圖示簡(jiǎn)化了的調(diào)速閥節(jié)流調(diào)速回路中，已知泵的供油流量為qp=50L/min，液壓缸無桿腔面積為A1=120×10-4m2，有桿腔的面積為A2=60×10-4m2，負(fù)載力F由零增至72000N時(shí)活塞向右運(yùn)動(dòng)的速度基本無變化，υ=2m/min，若調(diào)速閥要求的最小壓差Δpmin=0.5MPa。求：（1）系統(tǒng)中溢流閥的調(diào)整壓力py為多少？（2）液壓缸可能達(dá)到的最高工作壓力是多少？（3）回路的最高效率為多少（液壓缸的總效率為1.0）？28（1）當(dāng)溢流閥溢流時(shí)，p1=py，p2=△pmin=0.5MPa，p1A1=Fmax+A2p2則有py=(Fmax+A2p2)/A1=(72000+60×10-4×0.5×106)/（120×10-4）=6.25MPa溢流閥的調(diào)整壓力py為6.25MPa（2）F=0時(shí)，由于調(diào)速閥的作用，p2可能達(dá)到最大值，則p1A1=p2maxA2得p2max=12.5MPa（3）回路的最高效率：max=Fmaxv/(pyqp)=72000×2/(6.25×106×50×10-3)=46.08%29三、容積調(diào)速回路容積調(diào)速回路采用變量泵或變量液壓馬達(dá)，用改變變量泵或變量液壓馬達(dá)的排量來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。該種調(diào)速方法，液壓泵的油液始終全部進(jìn)入執(zhí)行元件中，與節(jié)流調(diào)速相比，既沒有節(jié)流損失，也沒有溢流損失，回路效率僅取決于液壓泵和執(zhí)行元件的效率，回路效率高，這是容積調(diào)速回路最突出的特點(diǎn)。當(dāng)然，由于容積調(diào)速回路需采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高的變量泵或變量液壓馬達(dá)，使制造、維修的費(fèi)用增大，但該回路效率高，節(jié)省動(dòng)力，故近些年來容積調(diào)速回路得到了廣泛的應(yīng)用。

30回路的分類1、按油液循環(huán)方式不同①、開式回路：泵從油箱吸油后輸入執(zhí)行元件,執(zhí)行元件排出的油直接回油箱。②、閉式回路：泵將油輸入執(zhí)行元件的吸油腔，又從執(zhí)行元件的回油腔處吸油。2、按所用執(zhí)行元件的不同1泵－缸式容積調(diào)速回路2泵－馬達(dá)式容積調(diào)速回路（1）變量泵-定量液壓馬達(dá)容積調(diào)速回路（2）定量泵-變量液壓馬達(dá)容積調(diào)速回路（3）變量泵-變量液壓馬達(dá)容積調(diào)速回路31(一)泵—缸式容積調(diào)速回路泵—缸式開式容積調(diào)速回路1、變量泵2、安全閥32(1)回路特點(diǎn)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度由變量泵的排量來調(diào)節(jié)；回路中的最大工作壓力由溢流閥限定。(2)速度-負(fù)載特性若不考慮液壓泵以外元件和管邊的泄漏，則33

下面按不同的qt值作圖，可得一組速度負(fù)載特性曲線。qt1qt2qt3qt1>qt2>qt31)、當(dāng)qt調(diào)節(jié)好后，F(xiàn)↑→v↓(∵變量泵有泄漏）2)、在低速下，當(dāng)F增大至某值時(shí)，v=0；這時(shí)qt=泄漏量，即液壓泵向系統(tǒng)輸入的qp=0，所以這種回路在低速下的承載能力很差。影響kv

的因素：、kv

不受F的影響2)、A1↑→kv↑↑，或kl

↓(泄漏↓）→kv

↑34泵—缸式閉式容積調(diào)速回路1、輔助泵2、溢流閥3、換向閥4、液動(dòng)閥5、單向閥6、安全閥7、變量泵8、安全閥9、單向閥351、雙向變量泵：除了給液壓缸供應(yīng)所需的油液外，還可以改變輸油方向，使液壓缸運(yùn)動(dòng)換向(換向過程比使用換向閥平穩(wěn)，但換向時(shí)間長(zhǎng))。2、兩個(gè)安全閥：用以限制回路每個(gè)方向的最高壓力。3、兩個(gè)單向閥：“補(bǔ)油—變向”輔助裝置供補(bǔ)償回路中泄漏和液壓缸兩腔流量差額之用。一些元件在回路中的作用364、換向閥：變換工作位置時(shí)，輔助泵輸出的低壓油一方面改變液動(dòng)閥的工作位置，并作用在變量泵定子的控制缸a或b上，使變量泵改變輸油方向；另一方面又接通變量泵的吸油路，補(bǔ)償封閉油路中的泄漏，并使吸油路保持一定壓力以改善變量泵吸油情況。5、輔助泵：輸出的多余油液經(jīng)溢流閥流回油箱。6、變量泵：只在換向過程中通過單向閥直接從油箱吸油。注意：這種回路的工作特性和開式的完全相同。372、泵—馬達(dá)式容積調(diào)速回路1、變量泵—定量馬達(dá)式調(diào)速回路（恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速回路）特點(diǎn)：此回路的調(diào)速范圍較大，一般可達(dá)Rc≈40。當(dāng)回路中泵和馬達(dá)都能雙向作用時(shí)，馬達(dá)可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的反向。這種回路在小型內(nèi)燃機(jī)車、液壓起重機(jī)、船用絞車等處的有關(guān)裝置上應(yīng)用。38一、變量泵-定量馬達(dá)式調(diào)速回路調(diào)速特性：1.轉(zhuǎn)速調(diào)速范圍較大392.轉(zhuǎn)矩3.功率恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速回路402、定量泵—變量馬達(dá)式調(diào)速回路（恒功率調(diào)速回路）特點(diǎn)：這種回路的調(diào)速范圍很小，一般只有Rc≦3。不能用來使馬達(dá)反向。這種回路在造紙、紡織等行業(yè)的卷取裝置中得到了應(yīng)用。41二、定量泵-變量馬達(dá)式調(diào)速回路調(diào)速特性：1.轉(zhuǎn)速2.轉(zhuǎn)矩423.功率恒功率調(diào)速回路調(diào)速范圍小433、變量泵—變量馬達(dá)式調(diào)速回路特點(diǎn)：這種回路拓寬了調(diào)速范圍，即Rc=RPRM。效率較高，適用于大功率場(chǎng)合。44四、容積節(jié)流調(diào)速回路

采用壓力補(bǔ)償型變量泵供油，用流量控制元件確定進(jìn)入液壓缸或由液壓缸流出的流量來調(diào)節(jié)活塞的運(yùn)動(dòng)速度，并使變量泵的輸油量自動(dòng)地與液壓缸所需的流量相適應(yīng)。

工作原理

沒有溢流損失，效率較高，速度穩(wěn)定性比單純的容積調(diào)速回路好?；芈返膬?yōu)缺點(diǎn)451.定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路(1)這種回路使用了限壓式變量葉片泵和調(diào)速閥；(2)活塞運(yùn)動(dòng)速度v由調(diào)速閥中節(jié)流閥的通流截面積AT來控制；(3)變量泵輸出的流量qp和進(jìn)入缸中的流量q1自相適應(yīng)：當(dāng)qp﹤q1時(shí)→泵的供油壓力↓→變量泵的流量↑→qp≈q1；當(dāng)qp>q1時(shí)→泵的油壓力↑→變量泵的流量自動(dòng)↓→qp≈q1；回路的特點(diǎn)46(4)調(diào)速閥的作用使進(jìn)入缸中的流量保持恒定；使泵的供油壓力，供油量基本上不變，從而使泵和缸的流量匹配；(5)回路的速度剛性，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，承載能力和調(diào)速范圍都和與它對(duì)應(yīng)的節(jié)流調(diào)速回路相同；(6)這種回路最適用于中、小功率場(chǎng)合。(7)這種回路無溢流損失，效率較高，速度穩(wěn)定性比容積調(diào)速回路好。472.變壓式容積節(jié)流調(diào)速回路(1)這種回路使用穩(wěn)流量泵和節(jié)流閥；(2)節(jié)流閥控制著進(jìn)入液壓缸的流量q1，并使變量泵輸出流量qp自動(dòng)和q1相適應(yīng)；當(dāng)qp﹥q1時(shí)→泵的供油壓力↑→泵內(nèi)左，右兩個(gè)柱塞進(jìn)一步壓縮彈簧→e↓→泵的供油量qp

↓→qp≈q1

；當(dāng)qp<q1時(shí)→泵的供油壓力↓→e↑→泵的供油量qp

↑→qp≈q1

；(3)這種回路宜用在負(fù)載變化大，速度較低的中，小功率的場(chǎng)合。回路的特點(diǎn)48變壓式容積節(jié)流調(diào)速回路這種回路不但變量泵的流量與節(jié)流閥確定的液壓缸所需流量相適應(yīng)，而且泵的工作壓力能自動(dòng)跟隨負(fù)載的增減而增減。由于節(jié)流閥兩端的壓差基本由作用在變量泵控制活塞上的彈簧力來確定，因此輸入液壓缸的流量不受負(fù)載變化的影響。此外回路能補(bǔ)償負(fù)載變化引起泵的泄漏變化，故回路具有良好的穩(wěn)速性能。49