液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中速度控制回路包括調(diào)節(jié)液壓執(zhí)行元件速度調(diào)速回路

1、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中速度控制回路包括調(diào)節(jié)液壓執(zhí)行元件的速度的調(diào)速回 路、使之獲得快速運(yùn)動(dòng)的快速回路、快速運(yùn)動(dòng)和工作進(jìn)給速度以及工作進(jìn)給速 度之間的速度換接回路。、調(diào)速回路調(diào)速是為了滿(mǎn)足液壓執(zhí)行元件對(duì)工作速度的要求，在不考慮液壓油的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:由以上兩式可知，改變輸入液壓執(zhí)行元件的流量 q或改變液壓缸的有效 面積A或液壓馬達(dá)的排量VM均可以達(dá)到改變速度的目的。但改變液壓缸工 作面積的方法在實(shí)際中是不現(xiàn)實(shí) 的，因此，只能用改變進(jìn)入液壓執(zhí)行元件的流 量或用改變變量液壓馬達(dá)排量的方法來(lái)調(diào)速。為了改變進(jìn)入液壓執(zhí)行元件的流量，可采用變量液壓泵來(lái)供油，也可采用定量泵和流

2、量控制閥，以改變通過(guò)流量閥流量的方法。用定量泵和流量問(wèn)閥來(lái)調(diào)速時(shí)，稱(chēng)為節(jié)流擁速；用改變變量 泵或變量液壓馬達(dá)的排量調(diào)速時(shí)，稱(chēng)為容積調(diào)速；用變量泵和流量閥來(lái)達(dá)到調(diào) 速目的時(shí)，則稱(chēng) 為容積節(jié)流調(diào)速。 ）節(jié)流調(diào)速回路節(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)控制流入執(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。根根流量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)速和旁路節(jié)流調(diào)速三種回路。前兩種回路稱(chēng)為定壓式節(jié)流調(diào)速回路，后一種 因?yàn)榛芈返墓┯蛪毫﹄S負(fù)載的變化而變化又稱(chēng)為變壓式節(jié)流調(diào)速回路。1、進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路LU圖乩8進(jìn)油節(jié)潦調(diào)速回嘛V1）速度負(fù)

3、載特性缸穩(wěn)定工作時(shí)有式中，P1為進(jìn)油腔壓力；P2為出油腔壓力，P2=0; F為液壓缸的負(fù)載；A1為液壓缸無(wú)桿腔面積；A2為液壓缸有桿腔面積，AT為節(jié)流閥通流面 積。故節(jié)流閥兩端的壓差為即二Pp-Pl節(jié)流閥進(jìn)入液壓缸的流量為二剛A八附（乙分A液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度為這種回路的調(diào)速范圍較大，當(dāng) AT調(diào)定后，速度隨負(fù)載的增大而減小，故負(fù) 載特性軟。適用于低速輕載場(chǎng)合。<2）最大承載能力b=酬<3）功率和效率在節(jié)流閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路中，液壓泵的輸出功率為： 卜=P二 Fv 二 F 寸二常量，而液壓缸的輸出功率為*1，所以該回路的功率損失為2諾-£二P禺-冊(cè)二&©+%）

4、-幅-勒）91二島+物式中，qy為通過(guò)溢流閥的溢流量，qy=qp-q1由上式可以看出，功率損失由兩部分組成，即溢流損失功率和節(jié)流損失功 率。<4）回路效率為MiPpcbP、 Fv r/c= ='Pp PHp因?yàn)榇嬖趦刹糠值墓β蕮p失，故這種調(diào)速回路的效率較低。當(dāng)負(fù)載恒定或變化很小時(shí)，n可達(dá)0.2-0.6 ;當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，回路的最大效率為0.3852、回油節(jié)流調(diào)速回路V1）速度負(fù)載特性A A Pl7.FPiArr p=p2-1W L-pJ1 HP &LU圖6-9回油節(jié)流調(diào)速回路式中，P1為進(jìn)油腔壓力；P2為出油腔壓力，P2=0; F為液壓缸的負(fù)載；A1為液壓缸無(wú)桿腔面積；A2

5、為液壓缸有桿腔面積，AT為節(jié)流閥通流面比較式（6-5>和式（6-3>可以發(fā)現(xiàn)，回油路節(jié)流調(diào)速和進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速的速度負(fù)載特性以及速度剛性基本相同，若液壓缸兩腔有效面積相同（雙出桿液壓缸，那么兩種節(jié)流調(diào)速回路的速度負(fù)載特性和速度剛度就完全一樣。因此對(duì)進(jìn) 油路節(jié)流調(diào)速回路的一些分析對(duì)回油路節(jié)流調(diào)速回路完全適用。<2）最大承載能力回油路節(jié)流調(diào)速的最大承載能力與進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速相同，即F皿=PpA<3）功率和效率曲二 pp _ p嚴(yán) p p q p _ p卩日2=Pp Sp _ 務(wù)）+ 加2 = Pp% + 恥<4）回路效率為液壓泵的輸出功率與進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速相同，即液壓缸的輸

6、出功率為P1=Pv=（Pp&Ppi - PiQi回路的功率損失為Fv呃-皿9宀的 PPQP PPQPPPQP因此可以認(rèn)為進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路的效率和回油節(jié)流調(diào)速回路的效率相同。但是，應(yīng)當(dāng)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，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 泄漏，因而其效率實(shí)際上比進(jìn)油調(diào)速回路要低。進(jìn)油與回油路節(jié)流調(diào)速回路不同之處：(1承受負(fù)值負(fù)載的能力回油節(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，在負(fù)值負(fù) 載時(shí)，背壓能阻止工作部件的前沖，而進(jìn)油節(jié)流調(diào)

7、速因?yàn)榛赜颓粵](méi)有背壓力， 因而不能在負(fù)值負(fù)載下工作。(2停車(chē)后的啟動(dòng)性能長(zhǎng)期停車(chē)后液壓缸油腔內(nèi)的油液會(huì)流回油箱，當(dāng)液壓泵重新向液壓缸供 油時(shí)，在回油節(jié)流調(diào)速回路中，因?yàn)檫M(jìn)油路上沒(méi)有節(jié)流閥控制流量，會(huì)使活塞 前沖；而在進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路中，因?yàn)檫M(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。(3實(shí)現(xiàn)壓力控制的方便性進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路中，進(jìn)油腔的壓力將隨負(fù)載而變化，當(dāng)工作部件碰到 止擋塊而停止后，其壓力將升到溢流閥的調(diào)定壓力，利用這一壓力變化來(lái)實(shí)現(xiàn) 壓力控制是很方便的；但在回油節(jié)流調(diào)速回路中，只有回油腔的壓力才會(huì)隨負(fù) 載而變化，當(dāng)工作部件碰到止擋塊后，其壓力將降至零，雖然也可以利用這一 壓力

8、變化來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力控制，但其可靠性差，一般均不采用。( 4發(fā)熱及泄漏的影響在進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路中，經(jīng)過(guò)節(jié)流閥發(fā)熱后的液壓油將直接進(jìn)入液壓缸 的進(jìn)油腔；而在回油節(jié)流調(diào)速回路中，經(jīng)過(guò)節(jié)流閥發(fā)熱后的液壓油將直接流回 油箱冷卻。因此，發(fā)熱和泄漏對(duì)進(jìn)油節(jié)流調(diào)速的影響均大于對(duì)回油節(jié)流調(diào)速的 影響。(5運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性在回油節(jié)流調(diào)速回路中，因?yàn)橛斜硥毫Υ嬖冢梢云鸬阶枘嶙饔?，?時(shí)空氣也不易滲入，而在進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路中則沒(méi)有背壓力存在，因此，可以 認(rèn)為回油節(jié)流調(diào)速回路的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好一些；但是，從另一個(gè)方面講，在使用 單出桿液壓缸的場(chǎng)合，無(wú)桿腔的進(jìn)油量大于有桿腔的回油量。故在缸徑、缸速 均相同的情況下，進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路

9、的節(jié)流閥通流面積較大 , 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。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，并在回油路上加背 壓閥的回路，使其兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)。3旁油路節(jié)流調(diào)速回路如圖 6-10a 所示的為采用節(jié)流閥的旁路節(jié)流調(diào)速回路，節(jié)流閥調(diào)節(jié)了液壓 泵溢回油箱的流量，從而控制了進(jìn)入液壓缸的流量，調(diào)節(jié)節(jié)流閥的通流面積， 即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速，因?yàn)橐缌饕延晒?jié)流閥承擔(dān)，故溢流閥實(shí)際上是安全閥，常態(tài)時(shí)關(guān)閉，過(guò)載時(shí)打開(kāi)，其調(diào)定壓力為最大工作壓力的倍，故液壓泵工作過(guò)程中的壓力完全取決于負(fù)載而不恒定，所以這種凋速方式又稱(chēng)變壓式節(jié)流調(diào)速。(Iqp Ppob圖6-10 旁路節(jié)流調(diào)速回路（1速

10、度負(fù)載特性FF-爲(wèi)（亍）-也匸廣A(2> 最大承載能力由圖 6-10b 可知，速度負(fù)載特性曲線(xiàn)在橫坐標(biāo)上并不匯交，其最大承載能 力隨節(jié)流閥通流面積 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。(3> 功率和效率 旁路節(jié)流調(diào)速回路只有節(jié)流損失而無(wú)溢流損失，泵的輸出壓力隨負(fù)載而變化， 即節(jié)流損失和輸入功率隨負(fù)載而變化，所以比前兩種調(diào)速回路效率高。旁油路節(jié)流調(diào)速回路負(fù)載特性很軟，低速承載能力又差，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系統(tǒng)中，如 牛頭刨床主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、輸送機(jī)械液壓系統(tǒng)等。4. 采用調(diào)速閥的節(jié)流調(diào)速回路使用節(jié)流

11、閥的節(jié)流調(diào)速回路，速度負(fù)載特性都比較 " 軟" ，變載荷下的運(yùn)動(dòng) 平穩(wěn)性都比較差，為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，回路中的節(jié)流閥可用調(diào)速閥來(lái)代替，因 為調(diào)速閥本身能在負(fù)載變化的條件下保證節(jié)流閥進(jìn)出油口間的壓差基本不變， 因而使用調(diào)速閥后，節(jié)流調(diào)速回路的速度負(fù)載特性將得到改善。調(diào)速閥的工作 壓差一般最小須0. 5MPa高壓調(diào)速閥需I.OMPa左右。<二)容積調(diào)速回路容積調(diào)速回路是用改變泵或馬達(dá)的排量來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。主要優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有節(jié) 流損失和回流損失，因而效率高，油液溫升小，適用于高速、大功率調(diào)速系 統(tǒng)。缺點(diǎn)是變量泵和變量馬達(dá)的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高。根據(jù)油路的循環(huán)方式，容積調(diào)速回路可以分

12、為開(kāi)式回路或閉式回路。在開(kāi) 式回路中液壓泵從油箱吸油，液壓執(zhí)行元件的回油直接回油箱，這種回路結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，油液在油箱中能得到充分冷卻，但油箱體積較大，空氣和贓物易進(jìn)入回 路。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，只需很小的補(bǔ)油箱，空氣和贓物不易進(jìn)入回路，但油液的冷卻條件差，先附設(shè)輔助 泵補(bǔ)油、冷卻和換油。補(bǔ)油泵的流量一般為主泵流量的 10%-15%容積調(diào)速回路通常有三種基本形式：變量泵和定量液壓執(zhí)行元件組成的容積調(diào) 速回路；定量泵和變量馬達(dá)組成的容積調(diào)速回路；變量泵和變量馬達(dá)組成的容 積調(diào)速回路。1.變量泵和定量液壓執(zhí)行元件的容積調(diào)速回路圖6- 11a的執(zhí)行元件為液壓缸，圖

13、6- 11b中的執(zhí)行元件為液壓馬達(dá)圖6-11變量泵定最執(zhí)行元件容積調(diào)速回路在圖6-11a中，改變變量泵的排量即可調(diào)節(jié)活塞的運(yùn)動(dòng)速度v, 2為安全 閥，限制回路中的最大壓力。若不考慮液壓泵以外的元件和管道的泄漏，這種回路的活塞運(yùn)動(dòng)速度為式中，qt為變量泵的理論流量；kl為變量泵的泄漏系數(shù)；其余符號(hào)意 義同前。將上式按不同的qt值作圖，可得一組平行直線(xiàn)，如圖 6-12a所示。圖6-12變駅泵定量執(zhí)行元件調(diào)速待性因?yàn)樽兞勘糜行孤?，活塞運(yùn)動(dòng)速度會(huì)隨負(fù)載的加大而減小。負(fù)載增大至某 值時(shí)，在低速下會(huì)出現(xiàn)活塞停止運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象 （圖6-12a中，F(xiàn)'點(diǎn)，這時(shí)變量泵 的理論流量等于泄漏量，可見(jiàn)這種回路在低

14、速下的承載能力是很差的。在圖6-11b所示的變量泵定量液壓馬達(dá)的調(diào)速回路中，若不計(jì)損失，調(diào) 節(jié)變量泵的流量qp即可對(duì)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，同樣當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定時(shí)，馬達(dá) 的輸出轉(zhuǎn)矩T和回路工作壓力p都恒定不變，所以馬達(dá)的輸出功率 P與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系變化，故本回路的調(diào)速方式又稱(chēng)為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，回路的調(diào)速特性見(jiàn)圖6-12b所示。2 定量泵和變量馬達(dá)的容積調(diào)速回路如圖6-13a所示的為由定量泵和變量馬達(dá)組成的容積調(diào)速回路b)圖6-13定竄泵變只馬達(dá)容積調(diào)速回路因?yàn)橐簤罕玫霓D(zhuǎn)速和排量均為常數(shù)，當(dāng)負(fù)載功率恒定時(shí)，馬達(dá)輸出功率PM和回路工作壓力p都恒定不變，因?yàn)轳R達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩 TM與馬達(dá)的排量VM成正 比，馬達(dá)的

15、轉(zhuǎn)速則與VM成反比。所以這種回路稱(chēng)為恒功率調(diào)速回路，其調(diào)速特 性如圖6-13b所示。3.變量泵和變量馬達(dá)容積調(diào)速回路如圖6-14a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。a)b)圖6-14變量泵變量馬達(dá)容積調(diào)速回路一般工作部件都在低速時(shí)要求有較大的轉(zhuǎn)矩，因此，這種系統(tǒng)在低速范圍 內(nèi)調(diào)速時(shí)，先將液壓馬達(dá)的排量調(diào)為最大(使馬達(dá)能獲得最大輸出轉(zhuǎn)矩 ，然后 改變泵的輸油量，當(dāng)變量泵的排量由小變大，直至達(dá)到最大輸油量時(shí)，液壓馬 達(dá)轉(zhuǎn)速亦隨之升高，輸出功率隨之線(xiàn)性增加，此時(shí)液壓馬達(dá)處于恒轉(zhuǎn)矩狀態(tài)； 若要進(jìn)一步加大液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速，則可將變量馬達(dá)的排量由大調(diào)小，此時(shí)輸出轉(zhuǎn) 矩隨之降低，而泵則處于最大功

16、率輸出狀態(tài)不變，故液壓馬達(dá)亦處于恒功率輸 出狀態(tài)。(三容積節(jié)流調(diào)速回路容積節(jié)流調(diào)速回路的工作原理是采用壓力補(bǔ)償型變量泵供油，用流量控制 閥調(diào)定進(jìn)入液壓缸或由液壓缸流出的流量來(lái)調(diào)節(jié)液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度，并使變量 泵的輸油量自動(dòng)地與液壓缸所需的流量相適應(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，常用在速度范圍大，中小 功率的場(chǎng)合，例如組合機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)等。1 限壓式變量泵和調(diào)速閥的容積節(jié)流調(diào)速回路如圖6-15a所示為由限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流聯(lián)合調(diào)速回路。q變61泵pmax液壓缸h圖6*15限壓式變議泵和調(diào)速閥的容積節(jié)流調(diào)連回賂Enu"p T$圖6-

17、15b所示為調(diào)速回路的調(diào)速特性，由圖可見(jiàn)，這種回路雖無(wú)溢流損失，但仍有節(jié)流損失，其大小與液壓缸工作腔壓力pl有關(guān)。液壓缸工作腔壓力的正常工作范圍是SPdPp-'P式中， p為保持調(diào)速閥正常工作所需的壓差，一般應(yīng)在0.5MPa以上。當(dāng)p仁plmax時(shí)，回路中的節(jié)流損失為最小。調(diào)速回路的效率為（Pi - PiPi Pi 7_pq-p.q2 _A _A% PPQPPPQPPp泵的輸出流量愈小，泵的壓力就愈高；負(fù)載愈小，則上式中的壓力pi便愈小。因而在速度?。╭p小、負(fù)載?。╬i小的場(chǎng)合下，這種調(diào)速回路效率就很低。2.差壓式變量泵和節(jié)流閥的容積節(jié)流調(diào)速回路圖6-16差壓式變強(qiáng)泵和節(jié)流閥的容積節(jié)

18、流間速回路圖6-16所示為差壓式變量泵和節(jié)流閥組成的容積節(jié)流調(diào)速回路，該回路的 工作原理與上述回路基本相似。作用在液壓泵定子上的力的平衡方程為+二川 + 代式中，A1、A2分別為控制缸無(wú)柱塞腔的面積和柱塞的面積；pp、pl分別為液壓泵供油壓力和液壓缸工作腔壓力；Fs為控制缸中的彈簧力。節(jié)流閥前后壓差p基本上由作用在泵控制柱塞上的彈簧力來(lái)確定的，因 為彈簧剛度小，工作中伸縮量也很小，所以 Fs基本恒定，則 p也近似為常 數(shù)，所以通過(guò)節(jié)流閥的流量就不會(huì)隨負(fù)載而變化，這和調(diào)速閥的工作原理相 似。因此，這種調(diào)速回路的性能和上述回路不相上下，它的調(diào)速范圍也是只受 節(jié)流閥調(diào)節(jié)范圍的限制。此外，這種回路因能

19、補(bǔ)償由負(fù)載變化引起的泵的泄漏 變化，因此它在低速小流量的場(chǎng)合使用性能尤佳。在這種調(diào)速回路中，不但沒(méi) 有溢流損失，而且泵的供油壓力隨負(fù)載而變化，回路中的功率損失也只有節(jié)流 處壓降p所造成的節(jié)流損失一項(xiàng)，因而它的效率較限壓式變量泵和調(diào)速閥的 調(diào)速回路要高，且發(fā)熱少，這種回路的效率表達(dá)式為這種回路宜用在負(fù)載變化大，速度較低的中、小功率場(chǎng)合，如某些組合機(jī) 床的進(jìn)給系統(tǒng)中。二、快速運(yùn)動(dòng)回路快速運(yùn)動(dòng)回路又稱(chēng)增速回路，其功用在于使液壓執(zhí)行元件獲得所需的高速，以提高系統(tǒng)的工作效率或充分利用功率1 .液壓缸差動(dòng)連接回路如圖6-17a所示的回路是利用二位三通換向閥實(shí)現(xiàn)的液壓缸差動(dòng)連接回 路，這種連接方式，可在不增加液壓泵流量的情況下提高液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng) 速度，但是，泵的流量和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，否則會(huì)使壓力損失過(guò)大，泵的供油壓力過(guò)大，致使泵的部分壓力 油從溢流閥溢回油箱而達(dá)不到差動(dòng)快進(jìn)的目的。若設(shè)液壓缸無(wú)桿腔的面積為 Al，有桿腔的面積為A2,液壓泵的出口至差動(dòng) 后合成管路前的壓力損失為 pi，液壓缸出口至合成管路前的壓力損失為 pO。，合成管路的壓力損失為 pc,如圖6-17b所示，則液壓泵差動(dòng)快進(jìn)時(shí) 的供油壓力pp可由力平衡方程求得，如 A仁2A2即F=+些A其中，F(xiàn)為差動(dòng)快進(jìn)時(shí)的負(fù)載2 采用蓄能器的快速運(yùn)動(dòng)