液压基础知识8资料

调速方法概述节流阀采用节流阀的节流调速回路节流调速的速度稳定其它流量阀同步回路第八章流量阀和节流调速回路一般液压传动机构都需要调节执行元件运动速度。在液压系统中,执行元件液压缸或马达。在不考虑液压油的压缩性和泄漏性的情况下，液压缸的运动速度为V=Q/A;液压马达的转速为n=Q/qm。式中Q-输入执行元件的流量；A-液压缸的有效面积；qm-液压马达的排量。从上两式可知，改变输入液压缸的流量Q或改变液压缸有效面积A，都可以达到改变速度的目的。但对于特定的液压缸来说，一般用改变输入液压缸流量Q的办法来变速。而对于液压马达，既可用改变输入流量也可用改变马达排量的方法来变速。§8-1调速方法概述概括起来，调速方法可分以下几种：1、节流调速。即用定量泵供油，采用节流元件调节输入执行元件的流量Q来实现调速；2、容积调速。即改变变量泵的供油量Q和改变变量液压马达的排量qm来实现调速；3、容积节流调速。用自动改变流量的变量泵及节流元件联合进行调速。本章介绍以节流元件为基础的各种流量控制阀的结构、原理以及节流调速回路的性能。返回结束§8-2节流阀流量控制阀包括节流阀、调速阀和溢流节流阀等，其中以节流阀最为简单。一、节流阀的作用二、节流阀的特性三、节流口的形式和节流阀的典型结构节流阀是借助改变阀口通流面积或通道长度来改变阻力的可变液阻。在液压回路中，液阻对通过的流量起限制作用，因此节流阀可以调速。如图所示,将节流阀串联在液压泵与执行元件之间,同时在节流阀与液压泵之间并联一个溢流阀.调节节流阀,可使进入液压缸的流量改变.由于系统中采用定量泵供油，多余的油从溢流阀溢出。这样节流阀就能达到调节液压缸速度的目的。一、节流阀的作用图8-1节流调速原理1、节流阀的节流口有三种形式：薄壁小孔、细长小孔和厚壁小孔。他们的流量特性各不相同。薄壁小孔的特性方程为：Q=Cqa(2P/)1/2=K.a(P)1/2式中K=Cq(2/)1/2.细长小孔的流量特性方程为：Q=d4P/128l=K.aP式中K=d2/32l;a=d2/4.厚壁小孔的流量特性方程为:Q=K.apm式中k-系数；a-小孔截面积;p-小孔两端压差；m-指数。二、节流阀的特性2、流量稳定性（1）压差对流量的影响当节流阀两端压差p改变时，通过它的流量也要发生变化。三种结构形式的节流口中，通过薄壁小孔的流量受到压差改变的影响最小，见下图。图8-2压差与通过流量的关系（3）最小稳定流量为了得到小流量，节流阀需要在小开口条件下工作。实验表明：虽然节流阀的前后压差、开口和油液的粘度均保持不变，但在小开口时，通过节流阀的流量会出现时大时小的周期性脉动现象。开口越小，脉动现象越严重，最后甚至断流。这种现象称为节流阀的堵塞。（2）温度对流量的影响温度对薄壁小孔的流量没有影响。至于细长小孔，通过它的流量受粘度的影响，而油液粘度对温度很敏感。因此，通过细长小孔的流量对温度变化很敏感。三、节流口的形式和节流阀的典型结构a、针阀式图中为针阀式节流元件。当针阀阀芯作轴向移动时，即可改变环形节流口的通流面积。其优点是结构简单、制造容易。但节流通道较长，水力直径小，易堵塞，温度变化对流量稳定性影响较大.一般用于对性能要求不高的场合。1、节流口的结构形式图中为偏心槽式结构。阀芯上开有截面为三角形的偏心槽，转动阀芯即可改变通流面积的大小。其节流口的水力直径较针阀式节流口大，因此其防堵性能优于针阀式节流口，其它特点和针阀式节流口基本相同。这种结构形式阀芯上的径向力不平衡，旋转时比较费劲，一般用于压力较低，对流量稳定性要求不高的场合。b、偏心槽式图中为轴向三角槽式节流口。阀芯作轴向移动时，改变了通流面积的大小。这种节流口结构简单，工艺性好，水力直径中等，可得较小的稳定流量，调节范围较大。由于几条三角槽沿周围方向均匀分布，径向力平衡，故调节时所需的力也较小。但节流通道有一定长度，油温变化对流量有一定影响。这是一种目前应用很广的节流口形式。c、轴向三角槽式图中为周向隙缝式节流口。在阀芯圆周方向上开有一狭缝，旋转阀芯就可改变通流面积的大小。所开狭缝在圆周上的宽度是变化的，尾部宽度逐渐缩小,在小流量时其通流截面是三角形，水力直径较大，因此有较小的稳定流量。节流口是薄壁结构，油温变化对流量影响小。但阀芯所受径向力不平衡。这种节流阀应用于低压小流量系统时，能得到较为满意的性能。向d、周向隙缝式图中为轴向隙缝式节流口。在阀芯衬套上先铣出一个槽，使该处厚度减薄，然后在其上沿轴向开有节流口。当阀芯轴向移动时，就改变了通流面积的大小。开口很小时通流面积为正方形，水力直径大，不易堵塞，油温变化对流量影响小。这种结构的性能与周向隙缝式节流口的相似。向放大e、轴向隙缝式（1）节流阀图中是节流阀的结构和图形符号.结构中的节流口是轴向三角槽式,油液从进油口P1进入,经阀芯上的三角槽节流口后,由出油口P2流出。转动把手可使阀芯作轴向移动,以改变节流口的通流面积。2、节流阀的典型结构（2）单向节流阀图中为其结构和图形符号。当压力油从油口P1进入，经阀芯上三角槽节流口，然后从油口P2流出，这时起溢流阀作用。旋转螺帽即可改变阀的轴向位置，从而使通流面积相应的变化。当压力油从油口P2进入时，在压力油的作用下阀芯克服软弹簧的作用力而下移，油液不再经过节流口而直接从油口P1流出，这时起单向阀作用。（3）单向行程节流阀如图所示，图中分别为原理图，结构图和图形符号。单向行程节流阀由单向阀和用机械操纵的节流阀组合而成。这种阀常用于需要实现快进慢进快退的工作循环，也用来使执行元件在行程末端减速，起缓冲作用。下图为双单向节流阀结构图返回结束根据节流阀在油路中的位置的不同，调速回路有以下三种基本形式：进油路节流调速。节流阀串联在进入液压缸的油路上。回油路节流调速。节流阀串联在液压缸的回油路上。旁油路节流调速。节流阀装在与执行元件并联的支路上。§8-3采用节流阀的节流调速回路一、进油路节流调速回路二、回油路节流调速三、进、回油路节流调速回路比较四、旁油路节流调速回路一、进油路节流调速回路图8-7进油路节流调速回路1、速度负载特性从图中可看出，活塞运动速度取决于进入液压缸的流量Q1和液压缸进油腔的有效面积A1，既：V=Q1/A1根据连续性方程，进入液压缸的流量等于通过节流阀的流量，而通过节流阀的流量可由节流阀的流量特性方程决定。即Q1=Ka(P1)1/2=Ka(Ps-P1)式中Ps-液压泵出口压力。当活塞以稳定的速度运动时，作用在活塞上的力平衡方程为：p1A1=p2+FL式中FL—负载力；p2—液压缸回油腔压力。所以P1=FL/A1=PL,PL为克服负载所需的压力，称为负载压力。再将P1代入前式得：Q=K.a(Ps-FL/A1)1/2=(Ka/A11/2).(PsA1+PL)V=Q1/A1=（K.a/A13/2).(Ps.A-FL)1/2上式即为进油路节流调速回路的速度负载特性方程，他它反映了速度v和负载FL的关系。若活塞运动速度为v为纵坐标，负载为横坐标，将上式按不同节流阀通流面积a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。图8-8进油路节流调速回路的速度负载特性下图即为该回路的速度负载特性，从图中可看出，当其它条件不变时，活塞运动速度v与节流阀通流面积a成正比，故调节节流阀通流面积就能调节执行元件的运动速度。由于薄壁小孔节流阀最小稳定流量很小，故能得到较低的稳定速度。这种调速回路和调速范围大，一般可超过100。从前式和图中还能看出，当节流阀通流面积a一定时,随着负载FL的增加，节流阀两端压差减小，活塞运动速度按抛物线规律下降。当FL=psA时，节流阀两端压差为零，活塞运动也就停止，液压泵的流量全部经溢流阀流回油箱。这种调速回路的速度负载特性较软。通常用速度刚度T表示负载变化对速度的影响程度。T=-dFL/dv=ctg再由前式可得出：-dFL/dv=(2A13/2/K.a)(Ps-A1-FL)=2(Ps-A1-FL)/v由上式可以看出：（1）当节流阀通流面积一定时，负载越小，速度刚度T越大。（2）当负载一定时，节流阀通流面积越小，速度刚度T越大。（3）适当增大液压缸有效面积和提高液压泵供油压力可提高速度刚度。2、最大承载能力在Ps已调定的情况下，不论节流阀通流面积怎样变化，其最大承载能力是不变的，即FLmax=Ps.A1。故称这种调速方式为恒推力调速。3、功率特性液压泵输出的功率为：Np=ps.Qp=常数液压缸输出有效功率为:N1=FL.v=FLQL/A1=pL.QL式中QL称为负载流量，即进入液压缸的流量，这里QL=Q1。回路的功率损失为：N=Np-N1=psQp-pLQL=(QL+Q)ps-QL(ps-p1)=ps.Q+p1QL式中Q—溢流的溢流量；Ps—节流阀的压力损失。由上式可知，这种调速回路的功率损失由溢流损失(N1=PsQ)和节流损失(N2=P1.QL)两部分组成。而回路功率为：=N1/N2=PL.QL/Ps.Qp由于两种损失的存在，故调速回路效率较低，特别是当负载小，速度低时效率更低。二、回油路节流调速图8-9回油路节流调速在这种调速回路中，把节流阀串联在液压缸的回油路上，如图所示，借助节流阀控制液压缸的排油量Q2来实现速度调节。由于进入液压缸的流量Q1受到回油路上排出流量Q2的限制，因此用节流阀来调节液压缸排油量Q2，也就调节了进油量Q1。定量泵多余的油液经溢流阀流回油箱。1、速度负载特性液压缸的运动速度为：v=Q2/A2=Q1/A1液压缸排出的流量等于通过节流阀的流量，即：Q2=Ka(P2)1/2=Ka(P2)1/2式中P2—节流阀两端压差。在这里,P1=P2,所以P2=PsA1/A2-FL/A2,故得：Q2=K.a(PsA1/A2-FL/A2)1/2=(K.a/A1/2)(Ps.A1-FL)1/2V=Ka/A23/2(PsA1-FL)1/2同理可求得回油路节流调速回路的速度刚度为：T=-dFL/dv=(2A23/2/K.a)(PsA1-FL)1/2=2(PsA1-FL)/v对以上各式比较可知，进油路节流调速回路和回油路节流调速回路的速度负载特性和刚度基本相同。3、功率特性2、最大承载压力最大承载能力和进油路调速回路完全相同。液压泵输出同样保持不变，即Np=PsQp=常数。液压缸输出有效功率为:N1=FL.v=(psA1-P2A2)v=PsQ1-P2Q2功率损失为：N=Np-N1=ps.Qp-psQ1+p2Q2=psQ+p2Q2=psQ+（p1A1/A2）.Q1.A2/A1=ps.Q+p1.QL因此，在相同条件下，进、回油路节流调速回路的功率损失相同，回油效率=PL.QL/Ps.Qp当然也相同。进、回油路节流调速回路在速度负载特性、承载能力和效率等方面性能是相同的，差别如下:1、承受负值负载能力所谓负值负载就是负载作用力方向和执行元件运动方向相同。进油路节流调速回路不能承受负值负载。如果要使其承受负值负载，就得在回油路上加背压阀（见图），使执行元件在承受负值负载时其进油腔内的压力不致下降到零，以免液体“拉断”。三、进、回油路节流调速回路比较2、运动平稳性在回油路节流调速回路中，液压缸回油腔的背压p2与运动速度的平方成正比，是一种阻尼力。阻尼力不但有限速作用，且对运动部件的振动有抑制作用，有利于提高执行元件的运动平稳性。因此，就低速平稳性而言，回油路调速优于进油路调速，回油路节流调速的最低稳定速度较进油路调速低。3、回油腔压力回油路节流调速回路中回油腔压力P2较高，特别是在负载时，回油腔压力有可能比进油腔压力P1还要高。这样就会使密封摩擦力增加，降低密封件寿命，并使泄漏增加，效率降低。5、起动时前冲4、油液发热对泄漏的影响回油路节流调速回路中，油液流经节流阀时产生能量损失并且发热，然后回油箱，通过油箱散热冷却后再重新进入泵和液压缸；而在进油路节流调速回路中，经节流阀后发热的油液直接进入液压缸，对液压缸泄漏影响较大，从而影响速度的稳定性。回油路节流调速回路中，