第七章 第二节 速度控制回路

11第二节速度控制回路速度控制回路是讨论液压执行元件速度的调节和变换的问题。•1调速回路调节执行元件运动速度的回路•2快速运动回路使执行元件快速运动的回路•3速度换接回路变换执行元件运动速度的回路12第二节速度控制回路1调速回路1.1调速方法概述液压系统常常需要调节液压缸和液压马达的运动速度，以适应主机的工作循环需要。液压缸和液压马达的速度决定于排量及输入流量。液压缸的速度为：Aq液压马达的转速:MVqn式中：q—输入液压缸或液压马达的流量；A—液压缸的有效面积（相当于排量）—液压马达的每转排量。MV13第二节速度控制回路目前常用的调速回路主要有以下几种：(1)节流调速回路采用定量泵供油，通过改变回路中节流面积的大小来控制流量，以调节其速度。(2)容积调速回路通过改变回路中变量泵或变量马达的排量来调节执行元件的运动速度。(3)容积节流调速回路（联合调速）下面分别讨论节流调速回路、容积调速回路以及容积节流调速回路。14第二节速度控制回路1.2节流调速回路通过调节流量阀通流面积（AT）控制执行元件运动速度的回路•按流量控制阀安放执行元件位置的不同分：进油路上——进油节流调速回路回油路上——回油节流调速回路旁油路上——旁路节流调速回路•按使用流量阀分为：节流阀——节流阀式节流调速回路调速阀——调速阀式节流调速回路15第二节速度控制回路1.2.1进油路节流调速回路V图1进油路节流调速回路进油节流调速回路正常工作的条件:泵的出口压力为溢流阀的调定压力并保持定值。注意节流阀串联在泵和缸之间16第二节速度控制回路（1）速度负载特性当不考虑泄漏和压缩时，活塞运动速度为：11Aq活塞受力方程为：11AFp式中F—外负载力；p2—液压缸回油腔压力，p20缸的流量方程为：mTTpCAq)(1mpTAFpCA)(1mpTppCAq)(11(1.1)17第二节速度控制回路于是mpmTFApACAAq)(11111(1.2)式中C—与油液种类等有关的系数；AT—节流阀的开口面积；Tp1ppppT—节流阀前后的压强差，m—为节流阀的指数；当为薄壁孔口时，m=0.5。18第二节速度控制回路mpmTFApACAAq)(11111(1.2)式(1.2)为进油路节流调速回路的速度负载特性方程。以v为纵坐标,FL为横坐标，将式(1.2)按不同节流阀通流面积AT作图，可得一组抛物线，称为进油路节流调速回路的速度负载特性曲线。19第二节速度控制回路调节节流阀通流面积AT可无级调节液压缸活塞速度，v与AT成正比。当AT一定时，速度随负载的增加而下降。当v=0时，最大承载能力Fmax=A1pρ；速度随负载变化而变化的程度，表现为速度负载特性曲线的斜率不同，常用速度刚性kv来评价。Kv=–dF/dv它表示负载变化时回路阻抗速度变化的能力；液压缸在高速和大负载时，速度受负载变化的影响大，即回路的速度刚性差。这种回路适用于低速、小负载、负载变化不大和对速度稳定性要求不高的小功率场合。110第二节速度控制回路（2）功率特性图1中，液压泵输出功率即为该回路的输入功率为：pppqpPFFP11111qpAq回路的功率损失为：111qpqpPPPppp11)()(qppqqpTpp=1qpqpTp=而缸的输出功率为：111第二节速度控制回路式中—溢流阀的溢流量,。q1qqqp进油路节流调速回路的功率损失由两部分组成：溢流功率损失和节流功率损失qpPp112qpPT1qpqpPTppqpqpPPPppp11(1.3)V回油路节流调速回路调速方式：由，调节AT调速调速特性：速度负载特性方程：mTmTAFpAACApCAqppAFpAApAPFAp)(212122212122211mmrFpAACAAqv)(11222rmTpCAq节流阀串联在液压缸的回油路上，114第二节速度控制回路两种调速回路的比较：相同点：•其速度负载特性及功率特性同进油路节流调速回路•回油节流调速回路回油腔有一定背压，故液压缸能承受负值负载，且运动速度比较平稳。•进油节流调速回路容易实现压力控制。工作部件运动碰到死挡铁后，液压缸进油腔压力上升至溢流阀调定压力，压力继电器发出信号，可控制下一步动作。不同点：115第二节速度控制回路•回油节流调速回路中，油液经节流阀发热后回油箱冷却，对系统泄漏影响小。•在组成元件相同的条件下，进油节流调速回路在同样的低速时节流阀不易堵塞。•回油节流调速回路回油腔压力较高，特别是负载接近零时，压力更高，这对回油管的安全、密封及寿命均有影响。116第二节速度控制回路1.2.3旁油路节流调速回路图3旁油路节流调速回路节流阀装在与液压缸并联的支路上，利用节流阀把液压泵供油的一部分排回油箱实现速度调节溢流阀作安全阀用，液压泵的供油压力Pp取决于负载。117第二节速度控制回路（2）功率特性回路的输入功率ppqpP1回路的输出功率11111qpApFP回路的功率损失qpqpqpPPPpp11111回路效率ppqqqpqpPPp11111旁路节流调速只有节流损失，无溢流损失，功率损失较小。注意:节流调速回路速度负载特性比较软，变载荷下的运动平稳性比较差。为了克服这个缺点，回路中的节流阀可用调速阀来代替。用于功率较大且对速度稳定性要求不高的场合1181.2.4调速阀式节流调速回路•在节流阀调速回路中，当负载变化时，因节流阀前后压力差变化，通过节流阀的流量均变化，故回路的速度负载特性比较差。若用调速阀代替节流阀，回路的负载特性将大为提高。•调速阀可以装在回路的进油、回油或旁路上。负载变化引起调速阀前后压差变化时，由于定差减压阀的作用，通过调速阀的流量基本稳定（如图以进油路调速为例）。第二节速度控制回路119第二节速度控制回路1.如图所示两个结构和尺寸均相同的液压缸相互串联，无杆腔面积A1=100cm2，有杆腔面积A2=80cm2，液压缸1输入压力P1=0.9Mpa，输入流量q1=12L/min，不计力损失和泄漏，试计算两缸负载相同时（F1=F2），负载和运动速度各为多少？P12P1v1F2vF2A12A121q练习题120第二节速度控制回路P12P1v1F2vF2A12A121q121第二节速度控制回路2.图示回路，溢流阀的调整压力为5MPa，减压阀的调整压力为1.5MPa，活塞运动时负载压力为1MPa，其它损失不计，试分析：（1）活塞在运动期间A、B点的压力值。（2）活塞碰到死挡铁后A、B点的压力值。（3）活塞空载运动时A、B两点压力各为多少？答：（1）pA=1MPa；pB=1MPa（2）pA=1.5MPa；pB=5MPa（3）pA=0MPa；pB=0MPa122第二节速度控制回路下图为两结构尺寸相同的液压缸，A1=100cm2，A2=80cm2，p1=0.9Mpa，q1=15L/min。若不计摩擦损失和泄漏，试求：（1）当两缸负载相同(F1=F2)时，两缸能承受的负载是多少？（2）此时，两缸运动的速度各为多少？P12P1v1F2vF2A12A121q作业：123第二节速度控制回路124第二节速度控制回路1.3容积调速回路容积调速回路有泵-缸式回路和泵-马达式回路。这里主要介绍泵-马达式容积调速回路。1.3.1变量泵-定量马达式容积调速回路马达为定量,改变泵排量VP可使马达转速nM随之成比例地变化.125第二节速度控制回路图：变量泵-定量马达容积调速回路防止回路过载，作安全阀补偿泵3和马达5的泄漏，置换部分发热油液以降低系统温升调定油泵1的供油压力变量泵126第二节速度控制回路原理：变量泵—定量马达闭式调速回路安全阀4防止回路过载，辅助泵1补充主泵和马达的泄漏，改善主泵的吸油条件，置换部分发热油液以降低系统温升。调速特性方程如下：mppmpmpppVVnVqnVnqvppppMmmMVnpPPVpT2压特点：泵的转速np和马达排量VM视为常数，改变泵的排量Vp可使马达转速nM和输出功率PM随之成比例的变化。马达的输出转矩TM和回路的工作压力Δp取决于负载转矩，不会因调速而发生变化，所以这种回路常称为恒转矩调速回路。127第二节速度控制回路图变量泵-定量马达容积调速回路工作特性曲线回路的速度刚性受负载变化影响的原因：随着负载增加，因泵和马达的泄漏增加，致使马达输出转速下降。128第二节速度控制回路1.3.2定量泵-变量马达式容积调速回路原理：变量泵—定量马达闭式调速回路安全阀3防止回路过载，辅助泵4补充主泵和马达的泄漏，改善主泵的吸油条件。调速特性方程如下：MpMpVqnq不变pMMpMPP2VpT129第二节速度控制回路特点：泵的流量qp视为常数，改变泵马达的排量VM可使马达转速nM和输出转矩TM随之成比例的变化。马达的输出功率PM取决于泵的功率，不会因调速而发生变化，所以这种回路常称为恒功率调速回路。回路的速度刚性受负载变化影响的原因：随着负载增加，因泵和马达的泄漏增加，致使马达输出转速下降。130第二节速度控制回路1.3.3变量泵-变量马达式容积调速回路。538746原理：变量泵—变量马达闭式调速回路，元件对称布置，变换泵的供油方向，即可实现马达正反向旋转。单向阀4、5用于辅助泵3双向补油，单向阀6、7使溢流阀8在两个方向起过载保护作。131第二节速度控制回路特点：在低速段，先将马达排量调至最大，用变量泵调速，当泵的排量由小变大，直至最大，马达转速随之升高，输出功率也随之线性增加。此时因马达排量最大，马达能获得最大输出转矩，且处于恒转矩状态（恒转矩调节）。高速段，泵为最大排量，用变量马达调速，将马达排量由大调小，马达转速继续升高，输出转矩随之降低。此时因泵处于最大输出功率状态不变，故马达处于恒功率状态（恒功率调节）。132第二节速度控制回路限压式变量泵和调速阀的调速回路差压式变量泵和节流阀的调速回路1.4容积节流调速回路容积节流调速回路用压力补偿泵供油，用流量控制阀调定进入或流出液压缸的流量来调节液压缸的速度；并使变量泵的供油量始终随流量控制阀调定流量作相应的变化。这种回路无溢流损失，效率较高，速度稳定性比容积调速回路好。按变量泵和流量阀分为：以限压式变量泵和调速阀的调速回路为例介绍该方式调速特性133第二节速度控制回路1.4.1限压式变量泵与调速阀组成容积节流调速该回路中包含限压式变量泵、调速阀和背压阀，变量泵流量与调速阀相适应，无溢流损失；背压阀增强回路运动平稳性。这种回路无溢流损失，但有节流损失，其大小与液压缸的工作压力有关。回路效率：η＝p1q1/ppqp=p1/pp特点：134第二节速度控制回路2快速运动回路快速运动回路的功用在于使执行元件获得尽可能大的工作速度，以提高劳动生产率并使功率得到合理的利用。实现快速运动可以有几种方法。油缸差动连接快速回路双泵供油快速回路采用蓄能器的快速回路采用增速缸的快速回路自重充液的快速回路135第二节速度控制回路2.1液压缸差动连接的快速运动回路于是无杆腔排出的油液与泵1输出的油液合流进入无杆腔，即在不增加泵流量的前提下增加了供给无杆腔的油液量，使活塞快速向右运动。图液压缸差动连接的快速运动回路136第二节速度控制回路这种回路比较简单也比较经济，但液压缸的速度加快有限，差动连接与非差动连接的速度之比为:)(2111'1AAA图液压缸差动连接的快速运动回路137第二节速度控制回路138第二节速度控制回路当换向阀6处于图示位置，并且由于外负载很小，使系统压力低于顺序阀3的调定压力时，两个泵同时向系统供油，活塞快速向右运动；图双泵供油的快速运动回路设定双泵供油时系统的最高工作压力低压大流量泵1和高压小流量泵2组成的双联泵作为系统的动力源。2.2双泵供油的快速运动回路139第二节速度控制回路换向阀6的电磁铁通电后,缸有杆腔经节流阀7