液壓與氣壓傳動(dòng) 課件 10.1 速度控制回路

10-1速度控制回路第10章液壓基本回路液壓與氣壓傳動(dòng)

速度控制回路是討論液壓執(zhí)行元件速度的調(diào)節(jié)和變換的問(wèn)題。調(diào)速回路快速運(yùn)動(dòng)回路速度換接回路快進(jìn)工進(jìn)液壓缸液壓缸的速度v=q/AA＝C液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速n=q/Vm10.1.1調(diào)速回路的基本概念10.1.1調(diào)速回路的基本概念調(diào)速回路的要求：1）能在規(guī)定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的工作速度。2）負(fù)載變化時(shí)，要穩(wěn)定調(diào)好的速度不變，或在允許的范圍內(nèi)變化。3）具有驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件所需的力或力矩。4）功率損耗要小，節(jié)省能量，減小系統(tǒng)發(fā)熱。節(jié)流調(diào)速回路：由定量泵供油、流量閥調(diào)節(jié)流量來(lái)調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度。容積調(diào)速回路：改變變量泵或變量馬達(dá)的排量來(lái)調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度。容積節(jié)流調(diào)速回路：利用流量閥和變量泵來(lái)共同調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度。三種調(diào)速方式：節(jié)流調(diào)速回路—定量泵供油，流量控制閥調(diào)速。（節(jié)流閥、調(diào)速閥）按流量控制閥安放位置的不同分：進(jìn)油路上——進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路回油路上——回油節(jié)流調(diào)速回路旁油路上——旁路節(jié)流調(diào)速回路按使用流量閥的不同分為：節(jié)流閥——節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)速回路調(diào)速閥——調(diào)速閥式節(jié)流調(diào)速回路調(diào)速閥式節(jié)流調(diào)速回路節(jié)流閥式調(diào)速回路10.1.2節(jié)流調(diào)速回路本節(jié)主要內(nèi)容進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路特性分析回油節(jié)流調(diào)速回路特性分析旁路節(jié)流調(diào)速回路特性分析分析目的了解節(jié)流調(diào)速回路的組成了解三種節(jié)流調(diào)速回路的調(diào)速方法和特性1.回路組成定量泵+流量控制閥+溢流閥+執(zhí)行元件。流量控制閥：流量調(diào)節(jié)作用溢流閥：定壓（溢流）作用一、進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路思考：如果回路中沒(méi)有溢流閥，該系統(tǒng)還能調(diào)節(jié)液壓缸的速度嗎？定壓式節(jié)流調(diào)速回路（1）速度負(fù)載特性qp=q1+qYa.流量關(guān)系b.活塞受力平衡方程p1A1=FL

q1=KATΔp1/2=KAT(ps-FL/A1)1/2c.節(jié)流閥壓力流量方程q1FL

ATqp?p=ps-p1

qy(?q)

p1

p2=0

ps

節(jié)流閥口采用薄壁刃口形式速度負(fù)載特性方程v=q1/A1=KAT(ps-FL/A1)1/2/A1v與AT、FL有關(guān)，當(dāng)AT一定，F(xiàn)L

，v同樣FL一定，AT，

v最大承載能力：Fmax=psA1回路特點(diǎn)：q1FL

ATqp?p=ps-p1

qy(?q)

p1

p2=0

ps

泵輸出功率缸輸出有效功率回路功率損失溢流損失節(jié)流損失回路效率（2）進(jìn)油節(jié)流調(diào)速功率特性溢流損失節(jié)流損失進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低，但存在溢流損失和節(jié)流損失，所以效率低，僅應(yīng)用于低速、輕載的小功率系統(tǒng)。應(yīng)用二、回油路節(jié)流調(diào)速回路1.回路組成定量泵+流量控制閥+溢流閥+執(zhí)行元件。流量控制閥：流量調(diào)節(jié)作用溢流閥：定壓（溢流）作用定壓式節(jié)流調(diào)速回路a.流量關(guān)系b.活塞受力平衡方程c.節(jié)流閥壓力--流量方程qp=q1+qY

psA1=p2A2+FL

2.速度負(fù)載特性qppsq1qyp1p2AT?p=p2

q2

FL

速度負(fù)載特性方程

進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路回油節(jié)流調(diào)速回路

回油節(jié)流調(diào)速回路同進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路的速度負(fù)載特性基本相同。

泵輸出功率缸輸出功率回路功率損失溢流損失節(jié)流損失3.回油路節(jié)流調(diào)速功率特性qppsq1qyp1p2AT?p=p2

q2

FL

性能進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路回油節(jié)流調(diào)速回路承受負(fù)值負(fù)載的能力不能能運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性平穩(wěn)性差比較平穩(wěn)油液發(fā)熱對(duì)泄漏的影響影響大影響小啟動(dòng)性能可避免產(chǎn)生前沖會(huì)產(chǎn)生前沖現(xiàn)象回油腔壓力較低較高進(jìn)、回油節(jié)流調(diào)速回路性能比較特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，效率低。應(yīng)用:低速、小負(fù)載場(chǎng)合。為提高回路綜合性能，用進(jìn)油節(jié)流調(diào)

速回路，在回油路上加背壓閥。三、旁油路節(jié)流調(diào)速回路

溢流閥起安全閥作用。變壓式節(jié)流調(diào)速a.流量關(guān)系b.壓力關(guān)系c.速度負(fù)載特性方程FL

q1qs?qp1p2ATd.功率和效率：回路輸入功率（泵輸出功率）回路輸出功率（缸輸出功率）回路功率損失節(jié)流損失效率AT1>AT2>AT3只有節(jié)流功率損失，無(wú)溢流功率損失，回路效率較高。適于高速、重載、速度平穩(wěn)性要求不高的場(chǎng)合。

速度受負(fù)載變化的影響大，在大負(fù)載或高速(AT較小)時(shí)，回

路的速度剛性好?；芈诽攸c(diǎn)四、采用調(diào)速閥（二通調(diào)速閥）的調(diào)速回路回路構(gòu)成、工作原理、調(diào)速性能的分析方法與它們各自對(duì)應(yīng)的節(jié)流閥調(diào)速回路基本一致。速度剛性優(yōu)于相應(yīng)的節(jié)流閥調(diào)速回路速度負(fù)載特性曲線為保證調(diào)速閥中定差減壓閥的壓力補(bǔ)償作用，調(diào)速閥正常工作必須保持0.5~1MPa的壓差。1.原理：溢流節(jié)流閥只能用于進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路中，因?yàn)槎ú钜缌鏖y的壓力補(bǔ)償，使節(jié)流閥的進(jìn)出口壓力差基本保持不變，從而保證了較好地速度穩(wěn)定性。

特點(diǎn)：

1.液壓泵的出口壓力隨負(fù)載變化，是變壓式節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，因此回路的效率比采用二通調(diào)速閥的系統(tǒng)效率高，故有較好的節(jié)能效果。

2.溢流節(jié)流閥的流量穩(wěn)定性較差，工作在大流量時(shí)穩(wěn)定性較好。不宜用于對(duì)低速穩(wěn)定性要求較高的精密調(diào)速系統(tǒng)中。五、采用溢流節(jié)流閥（三通調(diào)速閥）的調(diào)速回路1.六、采用電液比例流量閥的調(diào)速回路用電液比例流量閥替代普通流量控制閥，可以很方便地通過(guò)改變輸入電信號(hào)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)的流量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速，若配合位移傳感器檢測(cè)液壓缸的位移，既可以構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，達(dá)到精確控制液壓缸的速度和位置的目的。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，油液直接循環(huán)密封好，但散熱差，受污染后不宜清理。容積調(diào)速多用閉式系統(tǒng)。

泵

（閥）

執(zhí)行元件

泵

閥

執(zhí)行元件

油箱特點(diǎn)：油箱尺寸大，散熱性好，能幫助油液分離，沉淀渣滓，但易受污染。節(jié)流調(diào)速回路多用開(kāi)式系統(tǒng)。閉式系統(tǒng)：系統(tǒng)主油路循環(huán)不經(jīng)過(guò)油箱。由油路循環(huán)方式，可分為開(kāi)式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)。開(kāi)式系統(tǒng)：系統(tǒng)主油路循環(huán)經(jīng)過(guò)油箱。10.1.3容積調(diào)速回路10.1.3容積調(diào)速回路變量泵——液壓缸的容積調(diào)速回路變量泵——定量馬達(dá)的容積調(diào)速回路定量泵——變量馬達(dá)的容積調(diào)速回路變量泵——變量馬達(dá)的容積調(diào)速回路本節(jié)主要內(nèi)容容積調(diào)速回路的速度特性分析容積調(diào)速回路的扭矩特性分析容積調(diào)速回路的功率特性分析(1)轉(zhuǎn)速特性

當(dāng)不考慮回路容積效率時(shí)1.變量泵—定量馬達(dá)閉式調(diào)速回路即：TM與qp無(wú)關(guān)，qp，TM不變

(2)轉(zhuǎn)矩特性（不計(jì)損失）恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速回路Δp取決于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定時(shí)，回路工作壓力恒定不變，則TM恒定。（3）功率特性（不考慮泄漏）（4）特點(diǎn)恒轉(zhuǎn)矩輸出；調(diào)速范圍較大，速比可達(dá)40。2.定量泵—變量馬達(dá)閉式調(diào)速回路（1）轉(zhuǎn)速特性分析時(shí)不考慮回路泄漏。（2）轉(zhuǎn)矩特性Tm與Vm成正比（3）功率特性恒功率調(diào)速回路結(jié)果：速度過(guò)高，以致帶不動(dòng)負(fù)載，使馬達(dá)“自鎖”

這種回路不單獨(dú)使用存在問(wèn)題：負(fù)載一定，TM與VM成正比，VM↑，nM↓，TM↑

VM↓，nM↑，TM↓nM與VM成反比(1)轉(zhuǎn)速特性（不計(jì)損失）3.變量泵—變量馬達(dá)閉式調(diào)速回路問(wèn)題：兩個(gè)變量VP和VM，如何調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的原則是什么？低速段

先將VM調(diào)至最大，然后將VP由小變大，馬達(dá)nM由小變大。（相當(dāng)于變量泵＋定量馬達(dá)）——恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。

馬達(dá)能獲得Tmax，且處于恒轉(zhuǎn)矩狀態(tài)。高速段

將VP固定至最大，將VM由大變小，nM繼續(xù)增加。（相當(dāng)于定量泵＋變量馬達(dá)）——恒功率調(diào)速。泵處于最大輸出功率狀態(tài)不變，馬達(dá)處于恒功率狀態(tài)。(2)調(diào)節(jié)方式：分兩段調(diào)節(jié)低速段高速段(3)特點(diǎn)

低速時(shí)為恒扭矩，高速時(shí)為恒功率；調(diào)速范圍大，速比可達(dá)100。(4)應(yīng)用

大功率，調(diào)速范圍大的工況。

?結(jié)構(gòu)緊湊，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高，適用于高壓大流量的大功率設(shè)備。容積調(diào)速回路特點(diǎn)：?無(wú)節(jié)流和溢流損失，回路效率高，發(fā)熱小。?隨著負(fù)載的增大，泄漏量隨工作壓力的增加而增加，速度穩(wěn)定性差。應(yīng)用實(shí)例在運(yùn)輸過(guò)程中始終保持?jǐn)嚢柰厕D(zhuǎn)動(dòng)，以保證所運(yùn)載的混凝土不會(huì)凝固混凝土攪拌車柱塞馬達(dá)+減速器變量泵散熱器+補(bǔ)油油箱手動(dòng)控制變量換油閥組安全閥組冷卻器補(bǔ)油泵變量活塞討論查閱混凝土攪拌車的相關(guān)資料，以混凝土攪拌車為例，說(shuō)明采用變量泵—定量馬達(dá)容積調(diào)速回路的特點(diǎn)，系統(tǒng)中如何解決系統(tǒng)的補(bǔ)油和發(fā)熱問(wèn)題。基本工作原理采用變量泵供油、調(diào)速閥(或節(jié)流閥)調(diào)節(jié)進(jìn)入液壓缸的流量，并使泵的輸出流量自動(dòng)地與液壓缸所需流量相適應(yīng)。常用的容積節(jié)流調(diào)速回路有限壓（恒壓）式變量泵＋調(diào)速閥＝容積節(jié)流調(diào)速回路差壓式變量泵＋節(jié)流閥＝容積節(jié)流調(diào)速回路10.1.4容積節(jié)流調(diào)速回路限壓式變量泵＋調(diào)速閥（1）工作原理：改變調(diào)速閥開(kāi)口，可改變q1，從而改變v。qp與q1自動(dòng)適應(yīng)。AT，qp<q1,pp,通過(guò)反饋，e,qp，qpq1，BC段≈ABCPqPCpmax快速轉(zhuǎn)慢速，qp>q1,pp

，e,qp

，qpq1，BC段≈快速運(yùn)動(dòng)，AB段AT

，qp>q1,pp,通過(guò)反饋，e,qp

，qpq1≈BC段（2）回路效率當(dāng)負(fù)載變化較大且大部分時(shí)間處于低負(fù)載下工作時(shí)，回路效率不高（3）回路特點(diǎn)在調(diào)速閥調(diào)速一定時(shí)，本回路的pp為一定值，為定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路回路有節(jié)流損失但無(wú)溢流損失，效率較高，速度穩(wěn)定性比單純的容積調(diào)速回路要好。若負(fù)載變化大時(shí)，節(jié)流損失大。低速工作時(shí)，泄漏量大，系統(tǒng)效率降低。（1）工作原理

改變節(jié)流閥開(kāi)口，可改變q1，從而改變v，并使qp與q1自動(dòng)適應(yīng)。AT

，qp>q1,pp,通過(guò)反饋，e,qpqp=q1

AT

，qp<q1,pp,通過(guò)反饋，e,qpqp=q12.差壓式變量泵和節(jié)流閥的調(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。變壓式容積調(diào)速回路（2）定子受力分析

節(jié)流閥兩端壓差基本恒定，因此輸入缸的流量不受負(fù)載變化的影響。泵的工作壓力能自動(dòng)跟隨負(fù)載的增減而增減。雖用了節(jié)流閥，但具有調(diào)速閥的性能，輸入液壓缸的流量不受負(fù)載變化的影響。采用固定阻尼孔，可防止定子因移動(dòng)過(guò)快而發(fā)生振動(dòng)。形成變壓式容積調(diào)速回路，功率損失小，發(fā)熱小，工作可靠。若采用電液比例節(jié)流閥，并根據(jù)工況需要實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)閥口大小以控制執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度，則泵的壓力和流量均適應(yīng)負(fù)載的需求，又稱功率適應(yīng)調(diào)速回路或負(fù)載敏感調(diào)速回路，特別適用于負(fù)載變化較大的場(chǎng)合。（3）回路特點(diǎn)討論查閱土壓平衡盾構(gòu)的相關(guān)資料，以推進(jìn)液壓系統(tǒng)為例，推進(jìn)液壓缸分組控制，每組有一個(gè)液壓缸內(nèi)置位移傳感器，單組推進(jìn)速度控制液壓原理簡(jiǎn)圖如圖所示，說(shuō)明電比例變量泵—比例調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速回路的特點(diǎn)，分析系統(tǒng)的調(diào)速原理和回路效率。組組組內(nèi)置位移傳感器組回路類

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)流閥用調(diào)速閥限壓式差壓式進(jìn)回油旁路進(jìn)回油旁路機(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)三類調(diào)速回路的比較

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