速度控制回路

1、7.3  速度控制回路            調(diào)速回路按改變流量的方法不同可分為三類：節(jié)流調(diào)速回流容積調(diào)速回路容積節(jié)流調(diào)速回路 節(jié)流閥調(diào)速回路進(jìn)口節(jié)流閥調(diào)速回路出口節(jié)流閥調(diào)速回路旁路節(jié)流閥調(diào)速回路調(diào)速閥節(jié)流調(diào)速回路您的位置:<第7章傳動(dòng)回路<7.3速度控制回路<節(jié)流調(diào)速回路<進(jìn)口節(jié)流閥調(diào)速回路進(jìn)口節(jié)流閥調(diào)速回路進(jìn)口節(jié)流閥調(diào)速回路調(diào)速原理    進(jìn)口節(jié)流閥調(diào)速回路中液壓泵的輸出流量為： qp=q1max+q1min=A1max+q1m

2、in式中 q1max 液壓缸最大速度；max 通過節(jié)流閥的最大流量；  q1min 通過溢流閥的最小溢流量 ；max 液壓缸最大速度；     A1 液壓缸大腔的有效工作面積。q qminmin     進(jìn)口節(jié)流閥調(diào)速回路中泵的工作壓力為： 式中 Fmax 液壓缸最大負(fù)載力；       pTmin 節(jié)流閥最小工作壓差。pFFmax pTmin Fpp     在進(jìn)口節(jié)流閥調(diào)速回路中，當(dāng)缸的負(fù)載力改變時(shí)，會(huì)導(dǎo)致節(jié)流閥的兩端壓差的變化。這

3、樣使通過節(jié)流閥的流量q1 發(fā)生變化，從而導(dǎo)致液壓缸速度變化。在不考慮管路壓力損失和泄漏的情況下，液壓缸的速度用下式來表示，即： 式中 C 節(jié)流閥系數(shù)； AT 節(jié)流閥通流截面積； F 液壓缸負(fù)載； j 節(jié)流閥指數(shù)。 改變節(jié)流閥開口面積AT 就改變了液壓缸速度。進(jìn)口節(jié)流閥調(diào)速回路速度-負(fù)載特性速度剛性進(jìn)口節(jié)流閥調(diào)速回路的速度剛性為：     回路速度剛性K 的物理意義是：引起單位速度變化時(shí)的負(fù)載力的變化量。它是速度負(fù)載特性曲線上某點(diǎn)處斜率的倒數(shù)。在特性曲線上某點(diǎn)的斜率越小（機(jī)械特性硬），速度剛性越大，液壓缸運(yùn)動(dòng)速度受負(fù)載波動(dòng)的影響越小，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好。反之會(huì)使運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性

4、變壞。      從上式和速度負(fù)載特性曲線可看出，當(dāng)節(jié)流閥通流截面積不變時(shí)（圖中的同一曲線），負(fù)載越小，速度剛性越大；負(fù)載一定時(shí)，節(jié)流閥通流截面積越小，速度剛性越大。因此，進(jìn)口節(jié)流閥調(diào)速回路的速度穩(wěn)定性，低速小負(fù)載，比高速大負(fù)載好。從上式還可看出回路中其它參數(shù)對速度剛性的影響，例如：提高溢流閥的調(diào)定壓力，增大液壓缸的有效面積，減小節(jié)流閥指數(shù)等，均可提高調(diào)速回路的速度剛性。但是，這些參數(shù)的變動(dòng)，常常受其它條件的限制。此外，進(jìn)口節(jié)流閥調(diào)速回路的速度剛性不受液壓泵泄漏的影響。 進(jìn)口節(jié)流閥調(diào)速回路功率特性     

5、0;  進(jìn)口節(jié)流閥調(diào)速回路的輸入功率（液壓泵的輸出功率）Pp 為：     該調(diào)速回路的輸出功率（液壓缸的輸入功率，即回路的有效功率）P1為：     回路的損失功率P 為： 其中：溢流損失     節(jié)流損失     回路的效率c為： 進(jìn)口節(jié)流閥調(diào)速回路調(diào)速特性出口節(jié)流閥調(diào)速回路出口節(jié)流閥調(diào)速回路調(diào)速原理    由節(jié)流閥組成的出口節(jié)流閥調(diào)速回路在不考慮系統(tǒng)泄漏和管路壓力損失的情況下，液壓泵的輸出流量qp 為： 液壓泵

6、的輸出壓力pp 為： ，     通過節(jié)流閥的流量為： 液壓油缸的速度為： 改變節(jié)流閥通斷面積AT就可以調(diào)節(jié)油缸的速度。     當(dāng)液壓泵的輸出壓力按上式確定的值調(diào)定后，在回路工作過程中，該壓力就不再變化，故這種調(diào)速回路也稱為定壓節(jié)流閥調(diào)速回路。當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，會(huì)引起節(jié)流閥前后工作壓差pT 的變化。出口節(jié)流閥調(diào)速回路速度負(fù)載特性    回路速度剛性k 為：     出口節(jié)流閥調(diào)速回路的速度負(fù)載特性曲線與進(jìn)口節(jié)流閥調(diào)速回路速度負(fù)載特性類同。 出口節(jié)流閥調(diào)速回路功率特性 液壓泵輸出

7、功率Pp 為： 常量     有效功率P1為： 損失功率p 為： 回路效率c為： ，進(jìn)口與出口節(jié)流閥調(diào)速回路比較    出口節(jié)流閥調(diào)速回路：     液壓缸回油腔形成一定背壓，能承受負(fù)值負(fù)載（與液壓缸運(yùn)動(dòng)方向相同的負(fù)載力）。     流經(jīng)節(jié)流閥而發(fā)熱的油液，直接流回油箱冷卻。     進(jìn)口節(jié)流閥調(diào)速回路：     液壓缸回油路上設(shè)置背壓閥后，才能承受負(fù)值負(fù)載。故增加節(jié)流調(diào)速回路的功率損失。    

8、 流經(jīng)節(jié)流閥而發(fā)熱的油液，還要進(jìn)入液壓缸，對熱變形有嚴(yán)格要求的精密設(shè)備會(huì)產(chǎn)生不利影響。     對同一個(gè)節(jié)流閥可使液壓缸得到比出口節(jié)流閥調(diào)速回路更低的速度。     對于單出桿液壓缸來說，在出口節(jié)流閥調(diào)速回路中，當(dāng)負(fù)載變?yōu)榱銜r(shí)，液壓缸的背腔壓力（有桿腔），將會(huì)升高很大，其值為：  這樣對密封不利，在選擇液壓執(zhí)行元件和其他元件時(shí)要給予充分注意。    出口節(jié)流閥調(diào)速回路與進(jìn)口節(jié)流閥調(diào)速回路的性能相同。 節(jié)流閥的進(jìn)口、出口調(diào)速回路結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，但效率低，機(jī)械特性軟，宜用在負(fù)載變化不大、低速小功

9、率的場合，如平面磨床、外圓磨床的工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)等。 另外，在液壓缸的進(jìn)、出油路上，也可同時(shí)設(shè)置節(jié)流閥，兩個(gè)節(jié)流閥的開口能聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)。這就構(gòu)成了進(jìn)出口節(jié)流閥調(diào)速回路。由伺服閥控制的液壓伺服系統(tǒng)和有些磨床的液壓系統(tǒng)就采用了這種調(diào)速回路。旁路節(jié)流閥調(diào)速回路旁路節(jié)流閥調(diào)速回路調(diào)速原理     改變節(jié)流閥的通流截面積，調(diào)節(jié)排回油箱的流量qT ，間接地控制進(jìn)入液壓缸的流量q1，便可實(shí)現(xiàn)對液壓缸速度的調(diào)節(jié)。 在不考慮系統(tǒng)管路壓力損失及泄漏情況下， 當(dāng)液壓缸的背壓腔壓力p2 為零時(shí)，液壓泵的輸出壓力，也是節(jié)流閥前后壓差為：    

10、0;                                       調(diào)節(jié)節(jié)流閥開口面積AT,便可實(shí)現(xiàn)對液壓缸速度的調(diào)節(jié)。當(dāng)AT增大，油缸速度變小，反之亦然。     由輸出壓力公式可看出，在旁路節(jié)

11、流閥調(diào)速回路中，液壓泵的工作壓力是隨負(fù)載變化的。因此，這種回路也被稱為變壓式節(jié)流調(diào)速回路。為了防止液壓油路過載損壞，可同時(shí)并聯(lián)一個(gè)溢流閥，這時(shí)它起安全閥的作用。當(dāng)液壓回路正常工作時(shí)，安全閥不打開，只有過載時(shí)才開啟溢流。旁路節(jié)流閥調(diào)速回路速度負(fù)載特性    旁路節(jié)流調(diào)速回路液壓缸的速度為： 式中 ql 液壓泵的理論流量； Kl 液壓泵的泄漏系數(shù)。 其它符號(hào)意義同前。 依據(jù)上式，按不同的AT值作圖，得一組速度負(fù)載特性曲線如圖所示。 旁路節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)速回路速度負(fù)載特性    公式和圖表明，在節(jié)流閥通流截面積不變的情況下，液壓缸的速度因負(fù)載

12、增大而明顯減小，速度負(fù)載特性很軟。主要原因有兩點(diǎn)：一是當(dāng)負(fù)載增大后，節(jié)流閥前后的壓差也增大，從而使通過節(jié)流閥的流量增加，這樣會(huì)減少進(jìn)入液壓缸的流量，降低液壓缸的速度；二是當(dāng)負(fù)載增大后，液壓泵出口壓力也增大，從而使液壓泵的內(nèi)泄漏增加，使液壓泵的實(shí)際輸出流量減少，液壓缸速度隨著減小。當(dāng)負(fù)載增大到某一數(shù)值時(shí)，液壓缸停止不動(dòng)。而且，節(jié)流閥通流截面積越大（即液壓缸速度越?。?，液壓缸停止運(yùn)動(dòng)的負(fù)載力就越小。因此，在旁路節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)速回路中，當(dāng)節(jié)流閥開口大時(shí)（即低速時(shí)），承載能力很差。這樣，為了在低速下驅(qū)動(dòng)足夠大的負(fù)載，必須減小節(jié)流閥的通流截面積，結(jié)果，使這種調(diào)速回路的調(diào)速范圍變小。旁路節(jié)流閥調(diào)速回路功率

13、特性    在不考慮管路壓力損失及其泄漏的情況下，對旁路節(jié)流閥調(diào)速回路的功率特性分析如下： 液壓泵輸出功率Pp 當(dāng)負(fù)載不變時(shí)為： 有效功率P1為： 損失功率P為： 回路效率c為：     由此可知旁路節(jié)流閥調(diào)速回路的功率損失只有一項(xiàng)，即節(jié)流損失p1qT ，而沒有溢流損失。因此，與進(jìn)口和出口節(jié)流調(diào)速閥回路相比，旁路節(jié)流閥調(diào)速回路的效率比較高。由于在該回路中液壓泵的輸出壓力與負(fù)載相適應(yīng)，沒有多余的壓力損失，因此，在高速和變載的情況下效率更高，從回路效率公式也可以看出這一點(diǎn)。    這種調(diào)速回路的調(diào)速范圍不僅與

14、節(jié)流閥的調(diào)速范圍有關(guān)，而且還與負(fù)載、液壓泵的泄漏有關(guān)。因此其數(shù)值要比進(jìn)口、出口節(jié)流閥調(diào)速回路的調(diào)速范圍要小。調(diào)速閥節(jié)流調(diào)速回路    進(jìn)口、出口和旁路節(jié)流閥調(diào)速回路當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，要引起節(jié)流閥前后工作壓差的變化。對于開口量一定的節(jié)流閥來說，當(dāng)工作壓差變化時(shí)，通過其流量必然變化，這就導(dǎo)致了液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度的變化。因此可以說，上述三種節(jié)流閥調(diào)速回路速度平穩(wěn)性差的根本原因是采用了節(jié)流閥。 用調(diào)速閥代替節(jié)流閥節(jié)流調(diào)速回路中的節(jié)流閥，便構(gòu)成了進(jìn)口、出口和旁路調(diào)速閥調(diào)速回路。因?yàn)橹灰{(diào)速閥的工作壓差超過它的最小壓差值（一般為0.40.5MPa），進(jìn)、出口調(diào)速閥調(diào)速回路通過調(diào)

15、速閥的流量便不隨壓差而變化，所以回路的速度-負(fù)載特性大大改善。   由調(diào)速閥構(gòu)成的進(jìn)口和出口節(jié)流調(diào)速回路的其它特性與相應(yīng)的節(jié)流閥進(jìn)口和出口節(jié)流調(diào)速回路類同。 進(jìn)、出口調(diào)速閥節(jié)流調(diào)速回路速度負(fù)載特性容積調(diào)速回路    節(jié)流調(diào)速回路由于存在著節(jié)流損失和溢流損失，回路效率低，發(fā)熱量大，因此，只用于小功率調(diào)速系統(tǒng)。在大功率調(diào)速系統(tǒng)中，多采用回路效率高的容積式調(diào)速回路。在容積調(diào)速回路中，根據(jù)油路的循環(huán)方式不同可分為開始回路和閉式回路。開式泵缸泵馬達(dá)開式閉式閉式變量泵定量馬達(dá)定量泵變量馬達(dá)變量泵變量馬達(dá)泵缸開式容積調(diào)速回路式中 泵的轉(zhuǎn)速； 

16、60;    泵的容積效率；      泵的泄漏系數(shù)；    。 速度負(fù)載特性    液壓泵工作壓力隨負(fù)載F正比變化。     由于變量泵的泄漏系數(shù) kl 存在，當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，液壓缸的速度v按線性規(guī)律下降。這樣，當(dāng)液壓泵以小排量（低速）工作時(shí)，回路的承載能力變差。         負(fù)載對速度影響大小可用回路速度剛性kv表示。 速度剛性 泵缸閉式容積

17、調(diào)速回路 該閉式循環(huán)泵缸容積調(diào)速回路的工作特性與開式循環(huán)回路完全相同。 變量泵定量馬達(dá)容積調(diào)速回路變量泵定量馬達(dá)容積調(diào)速回路特性 定量泵變量馬達(dá)容積調(diào)速回路定量泵變量馬達(dá)容積調(diào)速回路特性變量泵變量馬達(dá)容積調(diào)速回路變量泵變量馬達(dá)容積調(diào)速回路特性    變量泵變量馬達(dá)容積調(diào)速回路中馬達(dá)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)可分成低速和高速兩段進(jìn)行。在低速段，使變量馬達(dá)的排量最大，通過調(diào)節(jié)變量泵的排量來改變馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。所以，這一速度段具有變量泵定量馬達(dá)式容積調(diào)速回路的工作特性。在高速段，將變量泵的排量調(diào)至最大后，改變液壓馬達(dá)的排量來調(diào)節(jié)馬達(dá)轉(zhuǎn)速。所以，這一速度段具有定量泵變量馬達(dá)式容積調(diào)速回路的工

18、作特性。    這種回路的調(diào)速范圍是變量泵的調(diào)節(jié)范圍Rp 與變量馬達(dá)調(diào)節(jié)范圍RM 之積。 這種回路適宜于大功率液壓系統(tǒng)，如港口起重運(yùn)輸機(jī)械、礦山采掘機(jī)械等。容積節(jié)流調(diào)速回路限壓式變量泵調(diào)速閥容積節(jié)流調(diào)速回路   調(diào)速閥式容積節(jié)流調(diào)速回路由限壓式變量葉片泵、調(diào)速閥和液壓缸等主要元件組成。調(diào)速閥安裝在進(jìn)油路或回油路上。液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度由調(diào)速閥控制，變量泵輸出的流量qp 與進(jìn)入液壓缸的流量q1 相適應(yīng)。其工作原理是：在節(jié)流閥通流截面積AT調(diào)定后，通過調(diào)速閥的流量q1 是恒定不變的。因此，當(dāng)qpq1時(shí)，泵的出口壓力上升，通過壓力反饋?zhàn)饔茫ㄒ娤?/p>

19、壓式變量葉片泵工作原理），使限壓式變量葉片泵的流量自動(dòng)減小到qp q1 ；反之，當(dāng)qp q1 時(shí)，限壓式變量泵的出口壓力下降，壓力反饋?zhàn)饔糜謺?huì)使其流量自動(dòng)增大到qp q1 。調(diào)速閥在這里的作用不僅使進(jìn)入液壓缸的流量保持恒定，而且還使泵的輸出流量恒定并與液壓缸所需要的流量相匹配。這樣，泵的供油壓力基本恒定不變，故又稱為定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路。限壓式泵調(diào)速閥容積節(jié)流調(diào)速回路特性  穩(wěn)流量泵節(jié)流閥容積節(jié)流調(diào)速回路回路分析回路特性回路分析該回路中液壓缸的速度通過改變節(jié)流閥通流截面積AT 來控制進(jìn)入液壓缸的流量q1進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)AT 調(diào)定后，液壓泵輸出流量qp就自動(dòng)地與通過節(jié)流閥的流量q1相匹配

20、。若某時(shí)刻qpq1，泵出口壓力pp 升高，則控制缸作用在定子左側(cè)的推力大于右側(cè)的推力，定子右移，使泵的排量減小，直至qp=q1 。反之，當(dāng)qpq1 時(shí)，pp 減小，定子左移，使泵的排量增大，直到qp=q1 。由此可見，在qp=q1 的過程中是它一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)過程。在這個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)過程中，為了防止控制缸左右振動(dòng)，在控制油路中設(shè)有阻尼孔a，用以增加控制系統(tǒng)的阻尼，提高穩(wěn)定性。 在這種回路中，當(dāng)節(jié)流閥開口量調(diào)定后，輸入液壓缸的流量q1基本不受負(fù)載變化的影響而保持恒定。這是因?yàn)榉€(wěn)流量泵的控制回路能保證節(jié)流閥的工作壓差不變，并且具有自動(dòng)補(bǔ)償泄漏的功能。依據(jù)控制缸對定子作用力的靜態(tài)平衡方程可以導(dǎo)出節(jié)流閥工作壓

21、差p為：     節(jié)流閥的工作壓差pT 由彈簧R的推力Fs決定。由于該彈簧剛度較低，工作中壓縮量變化又很小，所以Fs基本恒定，使節(jié)流閥的工作壓差不受負(fù)載變化的影響，具有調(diào)速閥的功能。其自動(dòng)調(diào)節(jié)的過程是：當(dāng)負(fù)載力變大使p1 增大時(shí)，在泵的排量及輸出壓力pp 未變的瞬間，由于節(jié)流閥的工作壓差減小，可能會(huì)使通過節(jié)流閥的流量q1減??；但是，在p1 增大的同時(shí)，控制缸右腔的壓力也增大，推動(dòng)定子左移，增大泵的排量使pp 隨之增大，維持pT 基本不變。在這一自動(dòng)調(diào)節(jié)過程中，泵所增加的理論流量，正好補(bǔ)償了由于pp 提高所增加的內(nèi)泄漏量，因此泵的輸出流量基本未變。反之，當(dāng)

22、負(fù)載F變小從而使p1 減小時(shí)，控制缸右腔的壓力也減小，則定子右移，使排量減小，導(dǎo)致pp 減小，維持pT 不變。在這個(gè)調(diào)節(jié)過程中，泵減小的理論流量與pp 降低所減少的泄漏量相當(dāng)。因此，泵輸出的流量基本不變。 回路特性這種回路的速度剛性、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和承載能力都和限壓式變量葉片泵調(diào)速閥容積節(jié)流調(diào)速回路相當(dāng)。它的調(diào)速范圍也只取決于節(jié)流閥的調(diào)速范圍。該回路中液壓泵的輸出壓力跟隨負(fù)載變化，因此，又稱它為變壓式容積節(jié)流調(diào)速回路。為了防止回路過載，在阻尼孔前并聯(lián)一節(jié)流閥起安全保護(hù)作用。     當(dāng)液壓缸回油腔壓力為零時(shí)，回路效率為：     這種回路

23、只有節(jié)流損失，無溢流損失。而且，由于泵的輸出壓力隨負(fù)載的變化而增減，節(jié)流閥工作壓差不變，故在變載情況下，節(jié)流損失比限壓式變量葉片泵調(diào)速閥容積節(jié)流調(diào)速回路小得多，因此，回路效率高，發(fā)熱少。 這種回路宜用于負(fù)載變化大，速度較低的中、小功率場合，如某些組合機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)?？焖倩芈?#160;   執(zhí)行機(jī)構(gòu)在一個(gè)工作循環(huán)的不同階段要求有不同的運(yùn)動(dòng)速度和承受不同的負(fù)載。在空行程階段其速度較高負(fù)載較小。采用快速回路，可以在盡量減少液壓泵流量的情況下使執(zhí)行元件獲得快速。液壓缸差動(dòng)連接的快速回路 液壓蓄能器輔助供油快速回路雙液壓泵供油的快速回路氣缸快速往復(fù)運(yùn)動(dòng)回路 液壓缸差動(dòng)連接的快速回路

24、    該差動(dòng)回路是利用差動(dòng)液壓缸的差動(dòng)連接來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)二位三通電磁換向閥處于右位時(shí)，液壓缸呈差動(dòng)連接，液壓泵輸出的油液和液壓缸小腔返回的油液合流，進(jìn)入液壓缸的大腔，實(shí)現(xiàn)活塞的快速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞兩端有效面積比為2:1時(shí)，快進(jìn)速度將是非差動(dòng)連接時(shí)的2倍，既油泵供油量可減少一半。蓄能器供油的快速運(yùn)動(dòng)回路    用液壓蓄能器輔助供油快速回路中，采用液壓蓄能器使液壓缸快速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)換向閥處于左位或右位時(shí)，液壓泵和液壓蓄能器同時(shí)向液壓缸供油，實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)換向閥處于中位時(shí)，液壓缸停止工作，液壓泵經(jīng)單向閥向液壓蓄能器供油，隨著液壓蓄能器內(nèi)油量的增加，液壓蓄能器的壓力升高到液控順序閥的調(diào)定壓力時(shí)，液壓泵卸荷。    這種回路適用于短時(shí)間內(nèi)需要大流量的場合，并可用小流量的液壓泵使液壓缸獲得較大的運(yùn)動(dòng)速度，需注意的是在液壓缸的一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)，須有足夠的停歇時(shí)間使液壓蓄能器充液。雙液壓泵供油的快速運(yùn)動(dòng)回路    在左圖中，低壓大流量液壓泵1和高壓小流量液壓泵2并聯(lián)，它們同時(shí)向系統(tǒng)供油時(shí)可實(shí)現(xiàn)液壓缸的快速運(yùn)動(dòng)；進(jìn)入工作行程時(shí)，系統(tǒng)壓力升高，液控順