寧波大學(xué)《液壓傳動(dòng)與控制》課程報(bào)告之二

1、寧波大學(xué)液壓傳動(dòng)與控制課程報(bào)告之二液壓傳動(dòng)與控制課程報(bào)告之二xx（寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院）摘要：本報(bào)告主要分為兩部分，第一部分主要介紹節(jié)流閥的流量特性, 分析、比較采用節(jié)流閥的進(jìn)、回、旁三種調(diào)速回路的速度負(fù)載特性，對(duì)調(diào) 速閥和節(jié)流閥在控制流量方血進(jìn)行了一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)比分析。第二部分主要 針對(duì)一個(gè)液壓系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)分析，了解其中的液壓缸的運(yùn)動(dòng)特 點(diǎn)。關(guān)鍵詞：節(jié)流閥調(diào)速閥速度負(fù)載特性 液壓缸 運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)一、節(jié)流閥、調(diào)速閥的調(diào)速特性節(jié)流調(diào)速回路的工作原理是通過(guò)改變回路中流量控制元件（節(jié)流閥和 調(diào)速閥）通流截面積的大小來(lái)控制流人執(zhí)行元件或自執(zhí)行元件流出的流量， 以調(diào)節(jié)其運(yùn)動(dòng)速度。液壓泵輸出的油

2、液一部分經(jīng)節(jié)流閥進(jìn)人液壓缸工作腔. 推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，多余的油液經(jīng)溢流閥流回油箱。溢流是這種調(diào)速回路能夠 正常工作的必要條件。由于溢流閥有滋流，泵的出口壓力p,就是溢流閥的 調(diào)整壓力并基木保持恒定。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，從而調(diào)節(jié)液壓缸的運(yùn)動(dòng)速。1 節(jié)流閥不同流通面積時(shí)的速度負(fù)載特性圖1所示液壓缸在穩(wěn)定工作時(shí)，其受力平衡方程式為式p1a1pl、p2分別為液壓缸進(jìn)油腔和回油腔的壓力，回油腔通油箱,p2?f?p2a2 （1-1）,式中?0fa1 ,f為液壓缸的負(fù)載;al、a2分別為液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔的有效面積。所以p油壓力pp為定值，故節(jié)流閥兩端的壓力為？p壓缸的流量為q?

3、kar?p1(1-2)因?yàn)橐簤罕玫墓?13)經(jīng)節(jié)流閥進(jìn)入液?pp?pl?pp?fa11?kat(pp?fa1)(1-4)式中ar為節(jié)流閥的同流面積。故液壓缸的fa1)速度負(fù)載特性方程為vqlalkata1（pp?（l-5）o因此，我們就得到圖2進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路速度負(fù)載特性曲線。圖4繪制的這組進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路的速度負(fù)載特性曲線表示液壓缸運(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 速度剛性越差。從圖中可以看出當(dāng)at 定時(shí)，隨著負(fù)載的增大曲線越陡， 即重載區(qū)域比輕載區(qū)域的速度剛性差；在相同負(fù)載條件下,at越大曲線越 陡，亦即速度高時(shí)速度剛性差.所以這種調(diào)速回路適用于低速輕

4、載的場(chǎng)合。 從圖中還可以看出，無(wú)論at為何值，曲線都在f軸相交與同一點(diǎn)，這一點(diǎn) 就是回路的最大承載值，此時(shí)節(jié)流閥兩端壓差為零，活塞運(yùn)動(dòng)也就停止， 此時(shí)液壓泵輸出的流量全部經(jīng)滋流閥回油箱。由此又進(jìn)一步可知，為了保 證該回路的正常工作，必須使泵的工作壓力大于負(fù)載壓力，以保證節(jié)流閥 上的工作壓力差大于零。圖1進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路圖2回油節(jié)流調(diào)速回路圖3旁路節(jié)流調(diào)速回路2.節(jié)流閥的進(jìn)、回、旁三種調(diào)速回路的速度負(fù)載特性表1根據(jù)流量閥在回路中的位置不同，節(jié)流閥分為進(jìn)油節(jié)流調(diào)速、回油節(jié)流調(diào)速和旁路節(jié)流調(diào)速三種回路。在液壓泵和液壓缸之間，用它來(lái)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所示；將

5、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(lái)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。在定量液壓泵至液壓缸進(jìn) 油路的分支油路上，接一個(gè)節(jié)流閥，便構(gòu)成了旁路節(jié)流調(diào)速回路，如圖3 所示。根據(jù)表1我們著重從以下四方面分析比較著三種調(diào)速回路的速度負(fù) 載特性。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。 回油節(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)口節(jié)流調(diào)速回路由于回油腔沒(méi)有背壓力，因而不能在負(fù)值 負(fù)載下工作。旁路節(jié)流調(diào)速回路由于速度受負(fù)載變化的影響大，在小負(fù)載 或低速時(shí)，曲線陡，回路的速度剛性差，故其不

6、能承受負(fù)值負(fù)載。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，可冇效地防止空氣從 回油路吸入，因而低速時(shí)不易爬行，高速時(shí)不易顫振，即運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好。 進(jìn)口節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)速 當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，節(jié)流閥的同流面積越小，速度剛 度越大。當(dāng)節(jié)流閥的通流面積保持不變時(shí)，負(fù)載越小，速度剛度越人。因 此，進(jìn)口節(jié)流閥式調(diào)速回路的速度穩(wěn)定性，在低速小負(fù)載的情況下比高速 大負(fù)載時(shí)要好。而旁路節(jié)流調(diào)速回路的速度負(fù)載特性軟，低速承載能力差, 一般用于高速、重載、對(duì)速度平穩(wěn)性耍求很低的較大功率場(chǎng)合。3）啟動(dòng)性能 回油節(jié)流調(diào)速回路中若停車(chē)時(shí)間較長(zhǎng)，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

7、啟動(dòng)瞬間工作機(jī)構(gòu)的前 沖現(xiàn)象。而在進(jìn)口節(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(méi)有前沖。旁路節(jié)流調(diào)速回路在負(fù)載突然增加時(shí)，液 壓系統(tǒng)中的液流突然變速，液壓缸無(wú)桿腔壓力的瞬時(shí)升高，造成液壓沖擊, 并伴有巨大的噪聲和震動(dòng)等現(xiàn)象。4）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a1 / a2=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耍求。旁路節(jié)流調(diào)速回路卸載時(shí)，液壓缸的輸出有前沖，液壓缸輸出前沖和液壓 缸進(jìn)油腔壓力沖

8、擊可導(dǎo)致刀具損壞、零件加工質(zhì)量下降、密封元件損壞、液壓元件和系統(tǒng)壽 命下降等現(xiàn)象。3.比較節(jié)流閥、調(diào)速閥的調(diào)速特性調(diào)速閥是定差減壓閥與節(jié)流閥串聯(lián)而成的組合閥。節(jié)流閥用來(lái)調(diào)節(jié)通 過(guò)閥的流量，定差減壓閥則自動(dòng)補(bǔ)償負(fù)載變化的影響，使節(jié)流閥前后的壓 力差為定值，消除了負(fù)載的變化對(duì)流量的影響。下圖為節(jié)流閥和調(diào)速閥流 量特性曲線。根據(jù)速度負(fù)載特性方程及速度剛性的比較可知，采用調(diào)速閥后，進(jìn)、 回油節(jié)流調(diào)速回路的速度剛性理論上達(dá)到無(wú)窮大，其速度負(fù)載特性曲線為 水平線，如圖4所示。在節(jié)流口過(guò)流截面at相同的條件下，進(jìn)口節(jié)流調(diào) 速回路采用調(diào)速閥時(shí)，其活塞速度低于采用節(jié)流閥的速度。這是因?yàn)檎{(diào)速閥中的定差減壓閥的壓力

9、補(bǔ)償作用，使節(jié)流口的壓 差減小到一定值并基本保持為常數(shù)。采用調(diào)速閥后，旁路節(jié)流調(diào)速回路的速度剛性也大大的提高，其速 度.負(fù)載特性曲線為斜率很小的斜線，如圖5所示。在節(jié)流口過(guò)流截面at 相同的條件下，旁路節(jié)流調(diào)速回路采用調(diào)速閥時(shí)，其活塞速度高于采用節(jié) 流閥的。這也是因?yàn)檎{(diào)速閥中節(jié)流口的壓差減小，使得經(jīng)調(diào)速閥返回油箱 的流量減小而導(dǎo)致活塞速度提高。另外，當(dāng)節(jié)流口過(guò)流截血av二0（閥口關(guān) 閉）時(shí)，采用調(diào)速閥和采用節(jié)流閥的速度.負(fù)載特性曲線則完全相同，這是 因?yàn)楣?jié)流口關(guān)閉后，液壓泵的輸出流量全部進(jìn)入了液壓缸，與采用調(diào)速閥 或采用節(jié)流閥無(wú)關(guān)。就旁路節(jié)流調(diào)速回路而言，采用節(jié)流閥速度剛性很小, 在實(shí)際工程中

10、極少使用；而采用調(diào)速閥速度剛性提高，在實(shí)際工程中有所 應(yīng)用。采用調(diào)速閥的進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路在實(shí)際使用中要使定差減壓閥最小 壓差與節(jié)流閥最小壓差之和至少要0.4-0.5mpa的壓差。二、液壓缸的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)分析1 .該液壓系統(tǒng)中的各元件的羅列圖7液壓系統(tǒng)原理圖本液壓系統(tǒng)主要包含以下的液壓系統(tǒng)元件：油箱、液壓泵（定量泵） a、溢流閥ya、三位四通電磁換向閥、二位三通電磁換向閥、單桿活塞缸。2.該液壓系統(tǒng)中液壓缸的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)分析由第一部分的分析，我們可以知道該系統(tǒng)為回油調(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。在回油節(jié)流調(diào)速回路中，記qp為泵的輸出流量，ql為

11、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為溢流的 溢流量，pl和p2為液壓缸無(wú)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=ap, 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，a p為節(jié)流閥前后的壓力差，f為負(fù)載力。于是可 得速度負(fù)載特性方程（21） v度剛性方程（22） t?a22 q2a2kata2 (pp a1a2 ?fa2)m和速katm (ppa1a2fa2)l?mo結(jié)合方程式(2-1). (2-2),以及會(huì)有節(jié)流速度負(fù)載特性曲線圖4可得 到該液壓缸的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。節(jié)流閥在回油路上可以產(chǎn)生背壓，速度高時(shí)速度 剛性差。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, 因而低速時(shí)不易爬行，高速時(shí)不易顫振，即運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，常用于負(fù)載變 化較大，要求運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的液壓系統(tǒng)中。從圖4中還可以看出，無(wú)論at為何 值，曲線都在f軸相交與同一點(diǎn)，這一點(diǎn)就是回路的最大承載值，此時(shí)節(jié) 流閥兩端壓差為零，活塞運(yùn)動(dòng)也就停止，此時(shí)液圧泵輸出的流量全部經(jīng)滋 流閥回油箱。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。因此，為了保證該回路的正常工作，必須使泵的工作壓力 大于負(fù)載壓力，以保證節(jié)流閥上的工作