第八章 液压回路的流量控制

第八章液压回路的流量控制•§8-1节流阀及节流调速回路•§8-2调速阀及其调速回路•§8-3溢流节流阀•§8-4分流阀•§8-5容积调速回路•§8-6容积节流调速回路•§8-7快速运动回路•§8-8速度换接回路第八章液压回路的流量控制•改变进入液压执行元件（油缸或马达）流量的方法有两种方法。1.定量泵＋节流阀，改变节流阀的通流面积。2.变量泵改变泵的输出流量。•通常的速度控制回路有三类：1.节流调速：定量泵＋节流阀2.容积调速：变量泵，变量马达。3.容积——节流联合调速：变量泵＋节流阀§8-1节流阀及节流调速回路•一、节流口的基本形式•二、节流阀的结构及工作原理•三、节流阀的静特性•四、节流阀的节流调速回路一、节流口的基本形式•1.针式节流阀：（图8-1）•2.偏心式：阀芯上开一个截面为三角形的偏心槽。•3.轴向三角沟式：阀芯端部开有一个或两个斜的三角沟，轴向移动阀芯。•4.周向缝隙式：阀芯上沿圆周开有部分狭缝。•5.轴向缝隙式：轴向移动阀芯改变缝隙的通流面积大小二、节流阀的结构及工作原理•1.简式节流阀二、节流阀的结构及工作原理•2.单向节流阀二、节流阀的结构及工作原理•3.单向行程节流阀（图8-4）二、节流阀的结构及工作原理4.节流阀应用示例液压系统对流量控制阀要求:1)流量调节范围要大和调节要均匀;2)阀前后的压差发生变化时,通过阀的流量变化要小;3)油温变化对流量的影响要小;4)流量通过全开阀的流量影响要小;5)阀口关闭时,阀的泄漏量要小.三、节流阀的静特性•1.流量稳定性•式中•C——由阀口形状、油的性质及流态等决定的系数，实验确定。•——节流指数。由节流口形状决定，0.5～1之间，实验得流量特性可用图形表示。•影响流量稳定性的因素：•1）压差p：压差p变化对流量变化的影响可用节流阀刚度K节来衡量•K节＝•K节＝K节越大流量稳定性越好，刚度是流量特性曲线斜率的倒数，＝1时K节不变，＝0.5时，K节变化，而且比＝1时大，所以节流口的形状薄壁孔比细长孔好。Qp•2）油温：油温变化引起粘度发生变化。对细长孔节流口粘度变化对流量影响较大，对于薄壁孔在雷诺数Re大于临界值时流量不受影响，在压差小，通流面积小时流量系数与Re有关，故这时流量要受油温影响。•3）节流口堵塞：试验表明在节流口开度很小时，在保持其它因素不变的情况下，通过节流口的流量会出现周期性的脉动，甚至造成断流，这种现象称为节流阀的堵塞。•造成堵塞的原因：•①油液污染。沉淀物、氧化物、机械杂质在节流口表面形成一层附着层。•②油液中的极化分子与金属表面间的吸附现象，在节流缝隙的表面形成一层牢固的吸附层，改变了节流口的形状。•防止堵塞的措施：•①结构上：选水力半经大的节流口;•②油液:•a.对油液的污染进行控制、过滤，定期检查换油。•b.选化学稳定性和抗氧化性好的油。•2.最小稳定流量•节流阀正常工作，不堵塞的最小限制流量与节流阀的形状有关。•轴向三角槽式——30～50cm3/min，薄壁孔——10～15cm3/min。四、节流阀的节流调速回路1.进口节流调速回路1）速度分析四、节流阀的节流调速回路•②经过节流阀的节流损失•p＝pp－p1＝pp－1AFpp＝1AF＋p1.进口节流调速回路•1）速度分析•③进入油缸的流量•=•Qp＝Q＋QQ＝Q节＝cA节pcA节(p泵－1AF)1.进口节流调速回路1）速度分析④油缸活塞的速度)()(111111FApAcAAFpAAcAQvpp节节1.进口节流调速回路2）进口节流调速的速度——负载特性①速度——通流面积特性曲线v与通流面积A节成线性关系。)()(111111FApAcAAFpAAcAQvpp节节1.进口节流调速回路•②速度——负载特性•负载增大，速度减小。)()(111111FApAcAAFpAAcAQvpp节节③速度刚度Ⅰ.A节不变，F↓时，T↑，即曲线斜率越小，；Ⅱ.F不变，A节↓即v↓时，T↑；Ⅲ.p泵↑，A1↑，↓则T↑。节cAFpAAvFTp1111)(tg1)(111FpAvAcAp节vFApTp1结论:•低速下的速度刚度好,•负载小时的速度刚度好.1.进口节流调速回路④节流阀最大通流面积•A节的调定值有一个调节范围，不能超过某一最大限定值.ppcpQA节限1.进口节流调速回路•3）功率特性①泵的功率：Np＝ppQp②油缸的功率N缸＝p1Q1=p1A1v1③功率损失：N＝N泵－N缸节溢NNpQQpQpQpNppp1111.进口节流调速回路•③功率损失：Ⅰ.F恒定:N缸和N节随Q1的增大线性增大，N溢随Q1的增大线性减小Ⅱ.F变化:对上式求导：时，取得最大值1111)(QppppcANp节缸11ppppppcApN节缸1max)1(•对薄壁孔＝0.5则有pp时•N缸max＝0.385ppcA节•＝0.385ppQ1••无负载流量321p21pp211ppcAQ节111577.032QQppp时1.进口节流调速回路•4）进口节流调速的效率ppppppppppQQQpQpQppppcAQpQpNN11max1111385.0385.0)(进节缸进＝进0.3851.进口节流调速回路•5）应用由于功率损失大，发热大，效率低，而且速度稳定性差，一般用于小功率，负载变化不大，速度变化不大的场合。2.出口节流调速回路•1）油缸受力分析212221AFAppFApAppp2.出口节流调速回路•2）活塞工作速度0)(pAF)A(cA)(3121p节232222pAppcAApcAAQv节节2.出口节流调速回路•3）速度刚度vFApFApcAAvFTpp11112)(节出2.出口节流调速回路•4）功率损失22QpQpNNNpp缸溢流节流2.出口节流调速回路5）与进口节流调速的不同之处•①能承受负性负载（力的方向与运动方向相同）。进口节流在不加背压阀时不能承受负性负载。•②运动比较平稳，因为节流阻力造成的背压在外界负载变化时可起缓冲作用。•③温升小——节流阀节流产生的热量正好被油直接带回油箱，容易散热。•④工作腔和回油腔压力都较高，降低了密封寿命。•⑤再起动冲击大——由于停车后油液漏空。•⑥出口节流调速实现压力控制不方便。•6）应用•主要应用于小功率、负载变化小的系统。3.旁路节流调速3.旁路节流调速1）进入油缸的流量•111AFcApcAQQQQp节节3.旁路节流调速•2）工作速度1111AAFcAQAQvp节3.旁路节流调速3）速度刚度•)(11vAQFAvFTp旁)(11vAQFAvFTp旁3.旁路节流调速4）速度——负载特性曲线•①A节不变F↑T旁↑•②F不变v↑即A节↓T旁↑•③A1↑、↓、Qp↓可使T旁↑5）特点•①供油压力随负载变化，能量利用比较合理，效率较高。•②速度高、负载大时刚性好，这与进出口回路相反。•③速度稳定性差，负载变化时，节流阀流量也变、泵的内泄漏也变、泵的实际流量也变，几个因素综合使活塞运动速度变化大。•6）应用•用于功率较大、速度较高时速度平稳性要求不高的场合。§8-2调速阀及其调速回路•一、调速阀的结构和工作原理•二、调速阀的流量特性曲线•三、采用调速阀的节流调速回路一、调速阀的结构和工作原理1.结构2.工作原理二、调速阀的流量特性曲线节pxcQvd2三、采用调速阀的节流调速回路•1.进口节流调速回路1）速度波动小于±4%2）功率负载曲线pp＝const=QXP•p溢＝const=pxQ•在变负载情况下效率可以大于0.385。•其余性能与节流阀进口调速回路相同。三、采用调速阀的节流调速回路•2.调速阀出口节流调速回路•速度波动可达±4%。•除速度稳定性外，其它性能与节流阀出口调速回路相同。•3.调速阀旁路节流调速•效率比调速阀进口和出口节流调速回路都高，因为油缸的有效功率N1，调速阀的功率损失N和泵的驱动功率N泵都随负载的增减而增减。•4.调速阀节流调速回路的起动冲击①出口节流调速②进口节流调速§8-3溢流节流阀•1.结构•2.工作原理•3.特点•4.应用§8-4分流阀•1.种类：•2.结构•3.工作原理•4.特点§8-5容积调速回路•形式1）变量泵＋定量执行元件2）定量泵＋变量执行元件3）变量泵＋变量执行元件•特点无能量损失，效率较高，发热少，且泵结构复杂，价格贵，适用于大功率和速度高的场合（拉床、铣床、龙门刨）。§8-5容积调速回路•一、变量泵和定量执行元件的调速回路•二、定量泵和变量马达回路•三、变量泵和变量马达的调速回路一、变量泵和定量执行元件的调速回路AnqAQv11泵21122qnqqQn泵21122qnqqQn泵21pqT功率PM＝P泵＝n1pq1=pQ1油缸速度马达转速马达转矩恒转矩调速调速特性:二、定量泵和变量马达回路(恒功率调速）2112qnqn马达的转矩：22pqT马达的功率：pM＝p泵＝n1pq1马达的转速：三、变量泵和变量马达的调速回路•调速特性①该回路马达的转速的调节可分成低速和高速两段进行.在低速段,先将马达的排量调自最大固定不动,然后将泵的排量由小调大,此段属于变量泵-定量马达回路的恒转矩调节,马达的最高转速为:②泵的排量调自最大并固定,将马达排量由最大向小调,马达的转速将继续升高,此段属于定量泵-变量马达回路的恒功率调节.该回路调速范围大，可达100，工作效率高，＝0.80～0.85，结构紧凑，在一定的调速范围条件下泵的规格可以选得小些。max21max1max2qnqn2112qnqn§8-6容积节流调速回路•一、限压式变量泵和调速阀的调速回路•二、差压式变量泵和节流阀的调速回路一、限压式变量泵和调速阀的调速回路•1.限压式变量泵的特点•2.工作原理•3.油泵压力的确定p泵＝p1＋p1•调速阀压降p1一般为0.5MPa。•当需压力继电器发讯时p泵＝p1＋p1＋p2p2一般为0.3～0.5MPa。•4.特点:工进和快进时可以自动变换，能量损耗小，发热少，运动平稳性好，但在负载变化大，且多数时间工作在小负荷场合中使用不合适，因为这时损失在调速阀减压阀上的压降太大，系统发热增大，这时宜采用差压式变量泵和节流阀组成的调速回路。二、差压式变量泵和节流阀的调速回路•1.工作原理•2.油泵定子上的力平衡方程•3.特点)()(1111010弹簧力RARpppRApAApApppp§8-7快速运动回路•一、双泵并联快速运动回路•二、用蓄能器的快速运动回路•三、用增速缸的快速运动回路§8-8速度换接回路•一、快速运动和工作进给运动的换接回路•二、两种工作进给速度的换接回路§8-9多缸运动控制回路•1.顺