速度控制回路課件

1、62 速度控制回路 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的速度控制回路包括調(diào)節(jié)液壓執(zhí)行元件的速度的調(diào)速回路、使之獲得快速運(yùn)動(dòng)的快速回路、快速運(yùn)動(dòng)和工作進(jìn)給速度以及工作進(jìn)給速度之間的速度換接回路。 1第1頁，共51頁。 調(diào)速是為了滿足液壓執(zhí)行元件對(duì)工作速度的要求。在不考慮液壓油的壓縮性和泄漏的情況下，液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度為： 一.調(diào)速回路液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速為 ：2第2頁，共51頁。由以上兩式可知，改變輸入液壓執(zhí)行元件的流量q或改變液壓缸的有效作用面積A均可達(dá)到改變速度的目的。但改變液壓缸的有效作用面積是不現(xiàn)實(shí)的，因此，通常采用改變進(jìn)入液壓缸的流量或用改變變量液壓馬達(dá)的排量的方法實(shí)現(xiàn)調(diào)速。節(jié)流調(diào)速回路：用定量泵和流量控制閥組成

2、的調(diào)速回路。容積調(diào)速回路：用改變變量泵或變量液壓馬達(dá)的排量實(shí)現(xiàn)的調(diào)速回路。容積節(jié)流調(diào)速回路：用變量泵和流量控制閥組成的調(diào)速回路。3第3頁，共51頁。（一）節(jié)流調(diào)速回路 節(jié)流調(diào)速回路的工作原理是通過改變回路中流量控制元件（節(jié)流閥和調(diào)速閥）通流截面積的大小來控制流入執(zhí)行元件或自執(zhí)行元件流出的流量，以調(diào)節(jié)其運(yùn)動(dòng)速度。 根據(jù)流量閥在回路中的位置不同，分為進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路、回油節(jié)流調(diào)速回路和旁路節(jié)流調(diào)速回路三種回路，前兩種調(diào)速回路由于在工作中回路的供油壓力不隨負(fù)載變化而變化又被稱為定壓式節(jié)流調(diào)速回路；而旁路節(jié)流調(diào)速回路由于回路的供油壓力隨負(fù)載的變化而變化又被稱為變壓式節(jié)流調(diào)速回路。 4第4頁，共51頁。

3、1.進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路 5第5頁，共51頁。缸在穩(wěn)定工作時(shí)，其受力平衡方程式為：（1）速度負(fù)載特性 因?yàn)橐簤罕玫墓┯蛪毫?為定值，則節(jié)流閥兩端的壓力差為：經(jīng)節(jié)流閥進(jìn)入液壓缸的流量為：6第6頁，共51頁。進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路的速度負(fù)載特性方程 該式即為進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路的速度-負(fù)載特性方程。由此可見，液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度 和節(jié)流閥通流面積 成正比。調(diào)節(jié) 可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，這種回路的調(diào)速范圍較大（速比最高可達(dá)100）。當(dāng) 調(diào)定后，速度隨負(fù)載的增大而減小， 故這種調(diào)速回路的速度負(fù)載特性較“軟”。 7第7頁，共51頁。進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路的速度負(fù)載特性曲線 速度-負(fù)載特性曲線表明液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度隨負(fù)載變化的規(guī)律，曲線

4、越陡，說明負(fù)載變化對(duì)速度的影響越大，即速度剛度差。節(jié)流閥的通流面積一定時(shí)，重載比輕載時(shí)的速度剛度差。在負(fù)載相同時(shí)，節(jié)流閥的通流面積大的比小的速度剛度差。該調(diào)速回路用于低速輕載的場(chǎng)合。8第8頁，共51頁。（2）最大承載能力 無論節(jié)流閥的通流面積為何值，當(dāng) 時(shí)，節(jié)流閥兩端壓差為零，活塞運(yùn)動(dòng)也就停止，此時(shí)液壓泵輸出的流量全部經(jīng)溢流閥流回油箱。所以該點(diǎn)的 F 值即為該回路的最大承載值，即 9第9頁，共51頁。（3）功率和效率 進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路的功率損失為：進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路的效率為：溢流損耗節(jié)流損耗10第10頁，共51頁。2.回油節(jié)流調(diào)速回路 11第11頁，共51頁。缸在穩(wěn)定工作時(shí)，其受力平衡方程式為：

5、（1）速度負(fù)載特性 經(jīng)節(jié)流閥流出液壓缸的流量為：12第12頁，共51頁?；赜凸?jié)流調(diào)速回路的速度負(fù)載特性方程 液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度 和節(jié)流閥通流面積 成正比。調(diào)節(jié) 可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。當(dāng) 調(diào)定后，速度隨負(fù)載的增大而減小， 故這種調(diào)速回路的速度負(fù)載特性也較“軟”。 回油路節(jié)流調(diào)速回路和進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路的速度-負(fù)載特性和速度剛度基本相同，因此進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速的一些分析，對(duì)回油路節(jié)流調(diào)速完全適用。13第13頁，共51頁。（2）最大承載能力 無論節(jié)流閥的通流面積為何值，當(dāng) 時(shí)，節(jié)流閥兩端壓差為零，活塞運(yùn)動(dòng)也就停止，此時(shí)液壓泵輸出的流量全部經(jīng)溢流閥流回油箱。所以該點(diǎn)的 F 值即為該回路的最大承載值，即 14第14

6、頁，共51頁。（3）功率和效率 回油節(jié)流調(diào)速回路的功率損失為：進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路的效率為：15第15頁，共51頁。當(dāng)使用同一個(gè)液壓缸和同一個(gè)節(jié)流閥，而負(fù)載F和活塞的運(yùn)動(dòng)速度也相同時(shí)，可認(rèn)為進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速和回油路節(jié)流調(diào)速回路的效率相同。應(yīng)當(dāng)指出，在回油路節(jié)流調(diào)速回路中，液壓缸進(jìn)油腔和回油腔的壓力都比進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速的高，特別是負(fù)載很小時(shí)，若F=0時(shí)，回油腔的壓力有可能比液壓泵的供油壓力還要高，這樣，加大了泄漏，功率損耗提高，造成其效率比進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路要低。16第16頁，共51頁。進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路與回油路節(jié)流調(diào)速回路的區(qū)別 （1）承受負(fù)值負(fù)載的能力 回油節(jié)流調(diào)速回路的節(jié)流閥使液壓缸回油腔形成一定

7、的背壓，在負(fù)值負(fù)載時(shí)，背壓能阻止工作部件的前沖，即能在負(fù)值負(fù)載下工作，而進(jìn)油節(jié)流調(diào)速由于回油腔沒有背壓力，因而不能在負(fù)值負(fù)載下工作； （2）停車后的啟動(dòng)性能 長(zhǎng)期停車后液壓缸油腔內(nèi)的油液會(huì)流回油箱，當(dāng)液壓泵重新向液壓缸供油時(shí)，在回油節(jié)流調(diào)速回路中，由于進(jìn)油路上沒有節(jié)流閥控制流量，會(huì)使活塞前沖；而在進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路中，由于進(jìn)油路上有節(jié)流閥控制流量，故活塞前沖很小，甚至沒有前沖； （3）實(shí)現(xiàn)壓力控制的方便性 進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路中，進(jìn)油腔的壓力將隨負(fù)載而變化，當(dāng)工作部件碰到止擋塊而停止后，其壓力將升到溢流閥的調(diào)定壓力，利用這一壓力變化來實(shí)現(xiàn)壓力控制是很方便的；但在回油節(jié)流調(diào)速回路中，只有回油腔的壓力才

8、會(huì)隨負(fù)載而變化，當(dāng)工作部件碰到止擋塊后，其壓力將降至零，雖然也可以利用這一壓力變化來實(shí)現(xiàn)壓力控制，但其可靠性差，一般均不采用；17第17頁，共51頁。 （4）發(fā)熱及泄漏的影響 在進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路中，經(jīng)過節(jié)流閥發(fā)熱后的液壓油將直接進(jìn)入液壓缸的進(jìn)油腔；而在回油節(jié)流調(diào)速回路中，經(jīng)過節(jié)流閥發(fā)熱后的液壓油將直接流回油箱冷卻。因此，發(fā)熱和泄漏對(duì)進(jìn)油節(jié)流調(diào)速的影響均大于對(duì)回油節(jié)流調(diào)速的影響； （5）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性 在回油節(jié)流調(diào)速回路中，由于有背壓力存在，它可以起到阻尼作用，同時(shí)空氣也不易滲入，而在進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路中則沒有背壓力存在，因此，可以認(rèn)為回油節(jié)流調(diào)速回路的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好一些；但是，從另一個(gè)方面講，在使用單

9、出桿液壓缸的場(chǎng)合，無桿腔的進(jìn)油量大于有桿腔的回油量。故在缸徑、缸速均相同的情況下，進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路的節(jié)流閥通流面積較大，低速時(shí)不易堵塞。因此，進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路能獲得更低的穩(wěn)定速度。 為了提高回路的綜合性能，一般常采用進(jìn)油節(jié)流調(diào)速，并在回油路上加背壓閥的回路，使其兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)。 18第18頁，共51頁。3.旁油路節(jié)流調(diào)速回路 19第19頁，共51頁。缸在穩(wěn)定工作時(shí)，其受力平衡方程式為：（1）速度負(fù)載特性 進(jìn)入液壓缸的流量為：20第20頁，共51頁。旁路節(jié)流調(diào)速回路的速度負(fù)載特性方程 當(dāng)節(jié)流閥通流面積一定而負(fù)載增加時(shí)，速度顯著下降，即特性很“軟”； 當(dāng)節(jié)流閥通流面積一定時(shí)，負(fù)載越大，速度剛度越大

10、； 當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，節(jié)流閥通流面積越?。椿钊\(yùn)動(dòng)速度高），速度剛度越大； 該回路適用于高速重載的場(chǎng)合。21第21頁，共51頁。旁路節(jié)流調(diào)速回路的速度負(fù)載特性曲線 22第22頁，共51頁。（2）最大承載能力 不同節(jié)流閥通流截面時(shí)的速度負(fù)載特性曲線在橫坐標(biāo)上并不匯交，其最大承載能力隨節(jié)流閥通流面積 的增加而減小，即旁路節(jié)流調(diào)速回路的低速承載能力很差，調(diào)速范圍也小。 23第23頁，共51頁。（3）功率和效率 旁路節(jié)流調(diào)速回路只有節(jié)流損失而無溢流損失，泵的輸出壓力隨負(fù)載而變化，即節(jié)流損失和輸入功率隨負(fù)載而變化，所以比前兩種調(diào)速回路效率高。 這種旁抽路節(jié)流調(diào)速回路負(fù)載特性很軟，低速承載能力又差，故其應(yīng)用

11、比前兩種回路少，只用于高速、重載，對(duì)速度平穩(wěn)性要求不高的較大功率系統(tǒng)中，如牛頭刨床主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、輸送機(jī)械液壓系統(tǒng)等。 24第24頁，共51頁。4.采用調(diào)速閥的節(jié)流調(diào)速回路 使用節(jié)流閥的節(jié)流調(diào)速回路，速度負(fù)載特性都比較“軟”，變載荷下的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性都比較差。 用調(diào)速閥來代替節(jié)流閥，由于調(diào)速閥本身能在負(fù)載變化的條件下保證節(jié)流閥進(jìn)出油口間的壓差基本不變，節(jié)流調(diào)速回路的速度負(fù)載特性將得到改善，旁路節(jié)流調(diào)速回路的承載能力亦不因活塞速度降低而減小，但所有性能上的改進(jìn)都是以加大整個(gè)流量控制閥的工作壓差為代價(jià)的。 進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路特性曲線旁路節(jié)流調(diào)速回路特性曲線25第25頁，共51頁。（二）容積調(diào)速回路 容積調(diào)速

12、回路是用改變泵或馬達(dá)的排量來實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。主要優(yōu)點(diǎn)是沒有節(jié)流損失和溢流損失，因而效率高，油液溫升小，適用于高速、大功率調(diào)速系統(tǒng)。缺點(diǎn)是變量泵和變量馬達(dá)的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高。 根據(jù)油路的循環(huán)方式，容積調(diào)速回路可以分為開式回路和閉式回路。在開式回路中液壓泵從油箱吸油，液壓執(zhí)行元件的回油直接回油箱，這種回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，油液在油箱中能得到充分冷卻，但油箱體積較大，空氣和臟物易進(jìn)入回路。在閉式回路中，執(zhí)行元件的回油直接與泵的吸油腔相連，結(jié)構(gòu)緊湊，只需很小的補(bǔ)油箱，空氣和臟物不易進(jìn)入回路，但油液的冷卻條件差，需附設(shè)輔助泵補(bǔ)油、冷卻和換油。補(bǔ)油泵的流量一般為主泵流量的10%15%，壓力通常為0.3 1.0 M

13、Pa左右。26第26頁，共51頁。 容積調(diào)速回路通常有三種基本形式：變量泵和定量液壓執(zhí)行元件組成的容積調(diào)速回路；定量泵和變量馬達(dá)組成的容積調(diào)速回路；變量泵和變量馬達(dá)組成的容積調(diào)速回路。 27第27頁，共51頁。1.變量泵和定量液壓執(zhí)行元件的容積調(diào)速回路 1)變量泵和液壓缸組成的容積調(diào)速回路 28第28頁，共51頁。變量泵和液壓缸容積調(diào)速回路的速度負(fù)載特性方程 由于變量泵有泄漏，活塞運(yùn)動(dòng)速度會(huì)隨負(fù)載的加大而減小。負(fù)載增大至某值時(shí)，在低速下會(huì)出現(xiàn)活塞停止運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，這時(shí)變量泵的理論流量等于泄漏量。這種回路在低速下的承載能力是很差的。 29第29頁，共51頁。變量泵和液壓缸容積調(diào)速回路的速度負(fù)載特性

14、曲線 由于變量泵有泄漏，活塞運(yùn)動(dòng)速度會(huì)隨負(fù)載的加大而減小。負(fù)載增大至某值時(shí)，在低速下會(huì)出現(xiàn)活塞停止運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，這時(shí)變量泵的理論流量等于泄漏量。這種回路在低速下的承載能力是很差的。 30第30頁，共51頁。2)變量泵和定量液壓馬達(dá)組成的容積調(diào)速回路 補(bǔ)油泵31第31頁，共51頁。變量泵和定量液壓馬達(dá)容積調(diào)速回路的調(diào)速特性方程 因液壓馬達(dá)排量為定值，故調(diào)節(jié)變量泵的流量即可對(duì)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，同樣當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定時(shí)，馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩和回路工作壓力都恒定不變（不因調(diào)速而改變），所以馬達(dá)的輸出功率與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系變化，故本回路的調(diào)速方式又稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。馬達(dá)轉(zhuǎn)速馬達(dá)轉(zhuǎn)矩馬達(dá)功率32第32頁，共51頁。變量

15、泵和定量液壓馬達(dá)容積調(diào)速回路的調(diào)速特性曲線 本回路的調(diào)速方式又稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速33第33頁，共51頁。2.定量泵和變量馬達(dá)組成的容積調(diào)速回路 1-定量泵；2-安全閥；3-變量馬達(dá)；4-補(bǔ)油泵；5-調(diào)節(jié)補(bǔ)油壓力的溢流閥34第34頁，共51頁。定量泵和變量馬達(dá)容積調(diào)速回路的調(diào)速特性方程 由于定量泵輸出的流量恒定，當(dāng)負(fù)載功率恒定時(shí)，液壓馬達(dá)輸出的功率和液壓泵的工作壓力恒定不變，因?yàn)橐簤厚R達(dá)輸出的轉(zhuǎn)距與馬達(dá)的排量成正比，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速則與排量成反比。所以這種回路稱為恒功率調(diào)速回路。馬達(dá)轉(zhuǎn)速馬達(dá)轉(zhuǎn)矩35第35頁，共51頁。定量泵和變量馬達(dá)容積調(diào)速回路的調(diào)速特性曲線 這種調(diào)速回路調(diào)速范圍小，且不能用來使液壓馬達(dá)

16、實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的反向。因?yàn)榉聪驎r(shí)，雙向液壓馬達(dá)的偏心量（或傾角）必然要經(jīng)歷一個(gè)變小為零反向增大的過程，也就是液壓馬達(dá)的排量變小為零變大的過程，輸出轉(zhuǎn)矩就要經(jīng)歷轉(zhuǎn)速變高輸出轉(zhuǎn)矩太小而不能帶動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，甚至不能克服摩擦轉(zhuǎn)矩，所以這種調(diào)速回路很小使用。36第36頁，共51頁。3.變量泵和變量馬達(dá)組成的容積調(diào)速回路 1-變量泵；2-變量馬達(dá)；3-安全閥；4-補(bǔ)油泵；5-溢流閥雙向變量泵和雙向變量馬達(dá)組成的容積調(diào)速回路37第37頁，共51頁。變量泵和變量馬達(dá)組成的容積調(diào)速回路的調(diào)速特性 它是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速的組合，由于許多工作部件在低速時(shí)要求有較大的轉(zhuǎn)矩，便于起動(dòng)，所以當(dāng)液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速由低到高調(diào)節(jié)時(shí)，分

17、為兩個(gè)階段： 第一階段：將變量液壓馬達(dá)的排量 VM 固定在最大值上，然后調(diào)節(jié)變量泵的排量 Vp使其流量逐漸增加，液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速 nM 便從小到大逐漸增加，此階段屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速； 第二階段：將變量泵的排量 Vp 固定在最大值上，然后調(diào)節(jié)變量液壓馬達(dá)的排量VM使其逐漸減小，液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速nM繼續(xù)逐漸升高，此階段屬于恒功率調(diào)速。 因此這種調(diào)速回路的調(diào)速范圍是很大的，一般可達(dá)到速比100，并具有較大的傳動(dòng)效率，適用于機(jī)床主運(yùn)動(dòng)等大功率系統(tǒng)中。 38第38頁，共51頁。（三）容積節(jié)流調(diào)速回路 容積節(jié)流調(diào)速回路的工作原理是采用壓力補(bǔ)償型變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)進(jìn)入液壓缸或由液壓缸流出的流量來調(diào)節(jié)液壓缸

18、的運(yùn)動(dòng)速度，并使變量泵的輸出流量自動(dòng)地與液壓缸所需的流量相適應(yīng)。 這種調(diào)速回路沒有溢流損失，效率較高，速度穩(wěn)定性也比單純的容積調(diào)速回路好，常用在速度范圍大，中小功率系統(tǒng)中，例如組合機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)等。 39第39頁，共51頁。1.限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速回路 40第40頁，共51頁。在穩(wěn)態(tài)工作條件下，q1=qp；若調(diào)速閥的通流面積突然減小，則q1減小，由于此時(shí)液壓泵的輸出流量還沒有來得及改變，于是， q1qp,因回路中沒有溢流，多余的油液使泵與調(diào)速閥間的壓力升高，從而使限壓式變量泵的輸出流量減少，直到q1=qp ；反之，亦然。由此可見，調(diào)速閥不僅能保證進(jìn)入液壓缸的流量穩(wěn)定，而且還可

19、以使泵的輸出流量自動(dòng)的和液壓缸所需流量相適應(yīng)。由于泵的供油壓力基本恒定，故稱為定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路。該回路無溢流損失，只存在節(jié)流損失，節(jié)流損失的大小與液壓缸工作壓力p1有關(guān)。當(dāng)液壓缸的工作壓力最大時(shí)，節(jié)流損失最??；當(dāng)液壓缸的工作壓力最小時(shí)，節(jié)流損失最大。因此，這種調(diào)速回路在低負(fù)載下的效率不高。41第41頁，共51頁。2.差壓式變量泵和節(jié)流閥組成的容積節(jié)流調(diào)速回路 1、泵的輸出流量是如何自動(dòng)與液壓缸的所需流量相適應(yīng)的？2、為什么節(jié)流閥的流量不受負(fù)載變化的影響？3、為什么這種調(diào)速回路比限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的調(diào)速回路的效率高？42第42頁，共51頁。節(jié)流閥兩端的壓力差反饋?zhàn)饔迷谧兞勘玫膬蓚€(gè)控制活塞上，其柱塞的面積等于活塞桿的截面積。因此，變量泵定子的偏心距受節(jié)流閥兩端壓力差的控制。壓力差越大，偏心距越小，輸出流量越小。固定阻尼孔用于防止定子移動(dòng)過快引起的震動(dòng)。改變節(jié)流閥開口大小，可控制進(jìn)入液壓缸的流量。并使泵的輸出流量與之適應(yīng)。節(jié)流閥前后的壓力差基本上是由泵控制柱塞上的彈簧力確定，由于彈簧的剛度很小，工作時(shí)的伸縮量很小，故彈簧力基本恒定，節(jié)流閥前后的壓力差也基本恒定，因此，節(jié)流閥的流量不受負(fù)載變化的影響。這種回路沒有溢流