第六章 液压传动系统的速度调节

第六章液压传动系统的速度调节第六章液压传动的速度调节●基本回路：由若干个液压元件组成的，用以完成特定功能的油路单元。如：调速回路、调压回路、保压回路、顺序回路、同步回路………液压传动系统中的速度调节是液压系统中的核心部分，它的工作性能优劣对系统起着决定性的作用。●速度回路:调速回路、速度换接回路、快速运动回路等。§6-1调速回路作用：工作过程中调节执行元件的运动速度。基本要求：①调速范围内能灵活、平稳地实现无级调速，具有良好的调节性；②具有良好的速度刚性；③良好的功率特性（效率高、发热少）。调速原理：mqQnAQ缸液m液压马达压§6-1调速回路调速形式：速。配合流量阀进行联合调容积节流调速：变量泵实现调速。量泵或变量马达的排量容积调速：通过改变变。，流量控制阀控制流量节流调速：定量泵供油§6-1调速回路--节流调速回路一、节流调速回路回路构成：定量泵+溢流阀+流量阀+定量执行元件回路特点：结构简单、成本底、维护方便；能量损失大、效率低、发热大。应用场合：一般用于功率不大的场合。基本形式：进口节流调速、出口节流调速、旁路节流调速。§6-1调速回路--节流调速回路根据流量控制阀安装位置的不同，节流调速回路可分为如下三种基本形式：（1）进口节流调速。流量控制阀安装在进油路上，即串联在定量泵和执行元件之间（图6-1）。（2）出口节流调速。流量控制阀安装在回油路上，即串联在执行元件与油箱之间（图6-2）。（3）旁路节流调速。流量控制阀安装在与执行元件并联的旁支油路上（图6-3）。节流调速回路--进口节流调速回路1.采用普通节流阀的节流调速回路（一）进口节流调速回路①工作原理和回路参数执行元件的工作速度v由通过节流阀进入执行元件的流量Q1和工作腔有效工作面积A1决定，即（6-1）为克服负载F而运动，执行元件工作腔的油液必须具有一定的工作压力p1，其值由活塞受力平衡方程确定（6-3）11AQ2211ApFAp节流调速回路--进口节流调速回路当不计管道压力损失时，p2≈0，则得（6-4)通过节流阀进入执行元件的流量可用节流阀流量公式(4-14)计算，即（6-7)将式（6-7）代入（6-1），可得进口节流的调速公式为：（6-8）11AFp11AFpCApCAQQQpjjjYP111111AFpCAAFpACAAQvpjpj节流调速回路--进口节流调速回路②速度-负载特性按式(6-8)作图，可得一组速度-负载特性曲线，如图6-4所示。节流调速回路--进口节流调速回路速度-负载特性可用速度刚性这一指标来评定，其定义为曲线上某一点处切线斜率的倒数，表示意义为：负载变化时，系统抗阻速度变化的能力。即（6-10）或（6-11）1111FApCAAFkpjv11AFpAkpv节流调速回路--进口节流调速回路由式（6-10）及图6-4可见：a.节流阀进口节流调速的机械特性较差；b.当节流阀通流截面积Aj一定时，小负载下的速度刚性较大负载时为好；c.当负载F一定时，同一节流阀通流截面积减小，刚性增大。d.增大节流阀进出口压力差Δpj，减小节流阀指数，可提高回路的速度刚性，通常使，取的薄壁小孔型节流阀；e.增大执行元件有效工作面积A1，可有效地提高回路的速度刚性。31pjpp5.0节流调速回路--进口节流调速回路③功率特性和回路效率液压泵的输出功率为：（6-12）当不计执行元件的泄漏与摩擦损失时，其有效功率为:（6-13）pppQppFApQpP11111节流调速回路--进口节流调速回路当不考虑管路的功率损失时，回路的功率损失为（6-14）式中ΔPy—溢流量ΔQy在压力py下流过溢流阀时造成的功率损失，称溢流损失；ΔPj—流量Q1在压差Δpj作用下通过节流阀时产生的功率损失，称节流损失。jyjypjpypppPPQpQpQppQQpQpQpPPPp111111节流调速回路--进口节流调速回路说明这种回路的功率损失由溢流损失和节流损失两部分组成，它们都转化为热量使系统油温升高。式（6-14）也可写成或jypPPPP1jypPPPP1节流调速回路--进口节流调速回路当液压缸在恒载下工作时，工作压力p1、液压泵供油压力pp、节流阀工作压差Δpj都是定值，工作流量Q1只随节流阀通流面积变化。这时调速回路的有效功率P1和节流功率损失ΔPj随工作速度增大而线性增大。而溢流损失Δpy则线性减小，如图6-5。在这种情况下的回路效率为（6-19）此式表明，对负载恒定回路，工作速度愈大(Q1愈大)，效率愈高。pppjpppQpppCAQpQpPP1111回路输入功率回路输出功率节流调速回路--进口节流调速回路当液压缸在变载下工作，工作压力p1是个变量，液压泵供油压力pp按所需的最大工作压力来调定。这时如节流阀的通流截面积保持不变,则工作流量将随负载而变化,如图6-6所示。执行元件的的有效功率为（6-15）此式在p1=0和p1=pp处都等于零，有效功率的最大值出现在这两种极端性情况之间。11111pppCAQpPpj节流调速回路--进口节流调速回路对式（6-16）求极值，不难得到，当p1=（2/3）pp时，即负载压力等于供油压力的2/3时，执行元件将有最大功率输出，同时回路有最佳效率。其值分别为（6-17）（6-20）式(6-20)表明，Q1＇/Qp越小，溢流损失越大，效率愈低。因Q1＇恒小于Qp，故此情况下的回路效率恒低于0.385。'121max1385.0385.0QppCApPppjppppQQQpQpp'1'1385.0385.0节流调速回路--进口节流调速回路由上分析可知，这种进口节流调速回路不宜在负载变化大的工作状态下使用的。负载变化大带来执行元件的速度变化大，速度稳定性差，回路效率也低。只有在负载恒定、调速范围不大的工作情况下，才能获得较好的速度稳定性与回路效率。节流调速回路--出口节流调速回路（二）出口节流调速回路(图6-2)①工作原理与回路参数节流阀装在执行元件的回油路上，控制从执行元件回油腔流出的流量Q2，从而也就控制了进入执行元件工作腔的流量Q1，因为这两者有固定的比例关系，即（6-21）液压泵输出流量除流入执行元件的流量Q1外，其余由溢流阀流回油箱，即（6-22）1122AQAQvypQQQ1节流调速回路--出口节流调速回路当忽略管路压力损失时，由活塞受力平衡方程式可得（6-23）可见,负载F越小,回油腔的压力P2越大,当A2≤A1,且负载很小时,回油腔压力P2可比工作腔压力大得多,甚至超过泵的供油压力很多,节流阀的两端将承受很大的压力差。21pp212AFAAFAppp节流调速回路--出口节流调速回路执行元件的运动速度，由通过节流阀从执行元件回油腔排出的流量Q2决定，即（6-24）1212222AFApCAApCAAQpjj节流调速回路--出口节流调速回路②速度-负载特性由式（6-24）可求得出口节流调速回路的速度刚性为（6-25）由式（6-24），上式可写成（6-26）1112)(FApCAAvFkpjv11AFpvAkpv节流调速回路--出口节流调速回路比较式(6-26)和(6-11)，其形式完全相同,当供油压力pp、执行元件的运动速度v及节流阀的结构形式与液压缸尺寸相同的情况下，出口节流调速回路的速度刚性和进口节流阀调速回路完全相同，其速度-负载特性曲线与特性分析也完全一样。比较式(6-24)和(6-8)在其他条件相同情况下，因为A1A2，故进口节流调速能获得较低的工作速度。若为双出杆液压缸，A1=A2，则两者的速度范围完全相同。节流调速回路--出口节流调速回路③功率特性与回路效率泵的输出功率为执行元件的有效功率为（6-27）功率损失为（6-28）22122111)(QpQpApApFPpjy2j2221221ppQ21p1pQpQpQpQpQpQQpQpQpQpPPPypyppypppppppQpP节流调速回路--出口节流调速回路这里为折算到进油路上的节流阀压力损失，故（6-29）说明出口节流调速回路的功率损失和进口节流调速回路相同,也是由溢流阀损失和节流损失两部分组成，两者的功率特性和回路效率也相同。1QpQpPjyp节流调速回路--旁路节流调速回路（三）旁路节流调速回路(图6-3)①工作原理和回路参数节流阀装在与执行元件并联的旁支油路上，定量泵输出的流量一部分(Q1)直接进入执行元件，另一部分(Q2)通过节流阀流回油箱，不计泄漏时，由连续方程:（6-30）21QQQp节流调速回路--旁路节流调速回路当不考虑管路的压力损失时，液压泵供油压力等于执行元件的工作压力，也等于节流阀两端压力差,其大小决定于负载F和工作腔有效工作面积A1即（6-31）溢流阀调定压力必须大于克服最大负载所需压力，故在工作时溢流阀处于关闭状态，仅回路过载时才打开，起安全保护作用。11AFpppjp节流调速回路--旁路节流调速回路调节节流阀通流面积，改变通过节流阀的流量Q2，也就是改变了进入执行元件的流量Q1，从而调节执行元件的工作速度v，即（6-32）式中Qp是指泵的出口流量，随压力的变化而变化，即其中Q0—泵的理论流量Qt—泵的泄漏量，随压力的增大而增大21111111pjppjFQCAQQQCApAQAAAApCQQQQllp00节流调速回路--旁路节流调速回路②速度-负载特性由式（6-32）可求得旁路节流调速回路的速度刚性为（6-33）按式（6-32）、（6-33）及图6-7可知：a.随着负载的增加，运动速度下降很快，其速度-负载特性比进、出口节流调速回路更软；1121AFCAAkjv节流调速回路--旁路节流调速回路b.在节流阀通流截面积一定时，负载愈大速度刚性愈大；c.负载一定时，节流阀通流面积愈小，速度刚性愈好；d.增大执行元件有效工作面积，减小节流阀指数，可以提高速度刚性；e.执行元件工作速度愈低，则其能承受的最大负载愈小，即低速时的最大承载能力变小，故节流阀的开度不能太大。这种回路只能在小流量范围内进行调节，调速范围较小。节流调速回路--旁路节流调速回路③功率特性和回路效率液压泵输出功率随负载增大而增大，即（6-34）旁路节流无溢流损失，只有油液通过节流阀所产生的节流损失和液压泵泄漏损失，即（6-35）pppppQAFQpQpP11121jjjpCAQpP节流调速回路--旁路节流调速回路执行元件的有效功率为（6-36）当负载一定时，有效功率随工作速度增加而线性上升，功率损失则随之线性下降，如图6-8所示。功率损失为（6-37）11111QpApFPjjppppPPQpQpQpPPP11节流调速回路--旁路节流调速回路当负载变化时，泵功率随负载的增加而线性上升,有效功率则与进、出口节流调速回路相似，与负载呈曲线变化关系。旁路节流调速回路的效率为（6-38）由于泵的驱动功率随负载的增减而增减，故此种回路的效率比进、出口节流调速回路为高，工作速度愈大，效率愈高。pjppQpCAQQPP1111节流调速回路--三种节流调速方式的比较（四）三种节流调速方式的比较节流阀调速的共同优点是结构简单，能在较大范围内实现无级调速。速度随负载的变化而变化，机械特性软是普通节流阀调速的共同缺点，故多在负载变化不大的机床中应用。功率损耗较大，尤其在低速、轻载时效率低，是这种调速方式的另一个共同点，故只限于用在功率不大的系统,参见表6-1。节流调速回路---速度稳定2.节流