液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

§9-1容積調(diào)速回路

容積調(diào)速回路是通過改變泵的排量或（和）液壓馬達(dá)的排量來調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)（或液壓缸）速度的回路。溶劑調(diào)速回路有變量泵和定量執(zhí)行元件、定量泵和變量液壓馬達(dá)以及變量泵和變量液壓馬達(dá)三種可能的組合，下面對(duì)這三種組合情況調(diào)速回路的性能作進(jìn)一步分析。一、變量泵和定量執(zhí)行元件組成的調(diào)速回路二、定量泵變量馬達(dá)容積調(diào)速回路三、變量泵和變量馬達(dá)容積調(diào)速回路第1頁/共26頁第一頁，共27頁。一、變量泵和定量執(zhí)行元件組成的調(diào)速回路

這種調(diào)速回路可由變量泵與液壓缸或變量泵與定量馬達(dá)組成，回路原理見下圖。左圖為結(jié)構(gòu)簡圖，右圖為回路原理圖。第2頁/共26頁第二頁，共27頁。

變量泵與定量執(zhí)行元件所組成的容積調(diào)速回路的主要工作特性如下：（1）速度特性：速度特性反映的是執(zhí)行元件的速度vm與變量泵調(diào)節(jié)參數(shù)qp（排量）的關(guān)系。當(dāng)不考慮回路的容積效率時(shí)，執(zhí)行元件的速度為：

nm=npqp/qm

或vm=npqp/A由上式可知：馬達(dá)的轉(zhuǎn)速與變量泵的排量成正比，它是一條通過原點(diǎn)的直線，如圖虛線所示。第3頁/共26頁第三頁，共27頁。（2）轉(zhuǎn)矩和功率特性：即執(zhí)行元件輸出轉(zhuǎn)矩Tm和輸出功率Pm與變量泵調(diào)節(jié)參數(shù)qp之間的關(guān)系。當(dāng)不考慮回路的損失時(shí)，液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩Tm為：Tm=qm(Pp-P0)F=A(Pp-P0)由式可知：當(dāng)泵的輸油壓力和吸油路壓力不變時(shí)，馬達(dá)的輸出扭矩是恒定的，而與變量泵的調(diào)節(jié)參數(shù)無關(guān)。故其稱為恒轉(zhuǎn)矩推力調(diào)速，其特性曲線如圖。第4頁/共26頁第四頁，共27頁。

同樣，由于存在泄漏、機(jī)械摩擦等損失，當(dāng)qp小于一定值時(shí)，Mm也會(huì)等于零而存在一個(gè)死區(qū)。所以實(shí)際轉(zhuǎn)矩Tm特性曲線如圖中實(shí)線所示。次回路中執(zhí)行元件的輸出功率為：Pm=(Pp-P0)=(Pp-P0).npqp或Pm=nmTm=qpnpTm/qm上式表明，執(zhí)行元件輸出的功率隨變量泵的排量的增減而線性地增減，其理論與實(shí)際的功率特性曲線如圖。第5頁/共26頁第五頁，共27頁。

下圖為定量泵與變量馬達(dá)組成的容積調(diào)速回路。圖(a)為閉式回路，圖(b)為開式回路。兩回路中1為定量泵，2為變量馬達(dá)，3為安全閥，圖(a)中4為低壓溢流閥，5為補(bǔ)油泵。此回路是靠調(diào)節(jié)變量馬達(dá)2自身的排量來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。二、定量泵變量馬達(dá)容積調(diào)速回路第6頁/共26頁第六頁，共27頁?；芈分饕ぷ魈匦裕鹤兞狂R達(dá)的轉(zhuǎn)速：nm=Qp/qm

其中Qp=C,可見變量馬達(dá)的轉(zhuǎn)速nm與其排量qm成反比。即當(dāng)排量qm最小時(shí)，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速最高，其特性曲線如圖虛線所示。由于存在容積損失和機(jī)械損失等，當(dāng)qm小到一定值時(shí)，會(huì)帶不動(dòng)負(fù)載而使馬達(dá)nm=0。此時(shí)定量泵的輸出流量通過安全閥泄漏回油箱或流回低壓油路，所以也存在一個(gè)死區(qū)。第7頁/共26頁第七頁，共27頁。液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩Tm和輸出功率Pm輸出轉(zhuǎn)矩Tm=qm(Pp-P0)輸出功率Pm=nmTm=Qp(Pp-P0)上式表明，定量泵和變量馬達(dá)調(diào)速回路，液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩Tm與排量qm成正比；其輸出功率Pm與調(diào)節(jié)參數(shù)qm無關(guān)，當(dāng)進(jìn)油路壓力Pp和回油路壓力P0不變時(shí)，Pm=C。故此種調(diào)速回路為恒功率調(diào)節(jié)，特性曲線如圖所示。第8頁/共26頁第八頁，共27頁。三、變量泵和變量馬達(dá)容積調(diào)速回路

這種回路是上述兩種調(diào)速回路的組合，下圖是回路原理圖。它是由雙向變量泵2和雙向變量馬達(dá)9等組成的容積調(diào)速回路。調(diào)節(jié)變量泵2的排量和變量馬達(dá)的排量都可調(diào)節(jié)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。補(bǔ)油泵1向低壓腔補(bǔ)油。安全閥5和6用以防止兩個(gè)方向的高壓過載。第9頁/共26頁第九頁，共27頁?；芈返墓ぷ魈匦裕厚R達(dá)輸出轉(zhuǎn)速nm=Qp/qm=qpnp/qm馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩Tm=qm(pp-pq)馬達(dá)輸出功率Pm=nmTm=qpnp(pp-p0)

由于此回路中既可用變量泵調(diào)速，又可用變量馬達(dá)調(diào)速，因此要合理利用上述兩種調(diào)速回路的優(yōu)點(diǎn)，克服其缺點(diǎn)，以達(dá)到既可擴(kuò)大調(diào)速范圍（一般可達(dá)i=100左右），又使其換向平穩(wěn)，一般采用分段調(diào)速的方法。變量泵變量馬達(dá)回路的調(diào)速方法的特性曲線如圖所示。結(jié)束第10頁/共26頁第十頁，共27頁。

§9-2容積節(jié)流調(diào)速回路

容積節(jié)流調(diào)速回路是采用特定的變量泵和調(diào)速閥組成，它兼有節(jié)流調(diào)速回路和容積調(diào)速回路的優(yōu)點(diǎn)。無溢流損失、效率較高、低速穩(wěn)定性好、調(diào)節(jié)方便，廣泛應(yīng)用于機(jī)床液壓系統(tǒng)。一、限壓式變量泵和調(diào)速閥的調(diào)速回路二、穩(wěn)流式變量泵和節(jié)流閥容積調(diào)速回

路三、壓力反饋式變量泵和節(jié)流閥容積節(jié)流調(diào)速回路四、調(diào)速回路的比較和選擇第11頁/共26頁第十一頁，共27頁。一、限壓式變量泵和調(diào)速閥的調(diào)速回路

這種回路的原理和工作特性曲線如圖所示。左圖為原理圖，在圖示位置時(shí)，活塞4快速向右運(yùn)動(dòng)。第12頁/共26頁第十二頁，共27頁。

這種調(diào)速回路與容積調(diào)速相比，活塞運(yùn)動(dòng)速度v由調(diào)速閥調(diào)節(jié)與泵的泄漏無關(guān)，能獲得較低的穩(wěn)定速度；與節(jié)流閥相比，它只有節(jié)流損失而無溢流損失，因而效率較高。當(dāng)不考慮泵、缸和管路損失時(shí)，回路的效率為：p=(p1-p2)(A2/A1)Q1/ppQ1=(p1-p2)(A2/A1)/Pp上式表明：當(dāng)泵的工作壓力pp調(diào)的低一些，回路效率也就高一些。但為了保證調(diào)速閥正常工作，泵的供油壓力pp應(yīng)比缸的負(fù)載壓力p1大5x105Pa左右。為保證壓力繼電器可靠發(fā)訊，泵的供油壓力還需調(diào)的高些。所以其實(shí)際工作特性曲線如上圖(b)中AB’C’所示。第13頁/共26頁第十三頁，共27頁。二、穩(wěn)流式變量泵和節(jié)流閥容積調(diào)速回路

在這種回路中，穩(wěn)流式變量泵可用葉片式泵或柱塞泵，節(jié)流閥可裝在進(jìn)油路上也可裝在回油路上。圖中為穩(wěn)流式變量泵和裝在進(jìn)油路上的節(jié)流閥組成的容積節(jié)流調(diào)速回路。在圖示位置時(shí)，泵3輸出的壓力油經(jīng)換向閥5進(jìn)入缸的左腔，泵3的定子處于左端位置，使轉(zhuǎn)子與定子的偏心處處于最大值emax，液壓缸便快速向右運(yùn)動(dòng)。第14頁/共26頁第十四頁，共27頁。

這種回路的調(diào)速特性曲線如圖所示。由圖中可知，當(dāng)節(jié)流閥上壓差p小于或等于某一值p3時(shí)，此作用在定子左右兩邊和不平衡液壓作用力，尚不足以克服變量泵右邊平衡缸中彈簧的預(yù)壓力，定子仍處于最左端，泵的偏心仍處于最大值，因而泵的流量Qp也為最大，如特性曲線的AB段。圖中BC段表示變量泵的流量Qp隨p的變化而變化。第15頁/共26頁第十五頁，共27頁。三、壓力反饋式變量泵和節(jié)流閥容積節(jié)流調(diào)速回路

變量柱塞泵的流量大小取決于斜盤4的傾角的大小，而大小是由變量活塞3來控制的，變量活塞3的位置又是由節(jié)流閥2的壓差p2來控制的。在圖示位置時(shí)，控制壓力p2=0，變量活塞3在其上端的彈簧力作用下處于最第16頁/共26頁第十六頁，共27頁。下端位置，斜盤4的傾角最大，泵的輸出流量Qp也最大，活塞快速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)液壓缸工作進(jìn)給時(shí)，換向閥6換向，缸的回油經(jīng)節(jié)流閥2流回油箱，變量活塞3在節(jié)流閥的壓差p=p2作用下克服彈簧力Fs而上移，使傾角減小，泵的流量也自動(dòng)相應(yīng)減小。當(dāng)節(jié)流閥的開口調(diào)定后，p2一定，也一定，泵的流量也就一定。所以調(diào)節(jié)節(jié)流閥的通流面積就可調(diào)節(jié)泵的輸出流量，達(dá)到調(diào)速目的。這種調(diào)速回路中泵的流量與節(jié)流閥的開口量及工作負(fù)載的變化量相適應(yīng)，所以低速穩(wěn)定性好，效率較高，但泵的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。第17頁/共26頁第十七頁，共27頁。1、三種調(diào)速回路特性的比較四、調(diào)速回路的比較和選擇2、調(diào)速回路的選擇調(diào)速回路的選擇主要考慮以下問題：（1）負(fù)載力、調(diào)速范圍、負(fù)載特性和低速穩(wěn)壓性要求。這些因素決定了所需壓力、流量和功率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，功率在2～３kW以下的液壓系統(tǒng)宜采用節(jié)流調(diào)速；功率在3～5kW以上時(shí)，宜采用容積調(diào)速。要求調(diào)速范圍大而低速穩(wěn)定性好的系統(tǒng)，采用節(jié)流閥調(diào)速或容積節(jié)流閥調(diào)速。此外，負(fù)載變化大小，負(fù)載特性也是選擇調(diào)速回路的依據(jù)。第18頁/共26頁第十八頁，共27頁。（2）工作條件的要求。當(dāng)處于高溫環(huán)境工作時(shí)，應(yīng)選擇效率高、發(fā)熱較小的容積調(diào)速或容積節(jié)流調(diào)速，必要時(shí)可采用冷卻措施。對(duì)行走機(jī)構(gòu)如工程機(jī)械，為減輕重量其油箱不能做的很大，也宜采用效率高、發(fā)熱小的容積調(diào)速回路。（3）經(jīng)濟(jì)性要求。節(jié)流調(diào)速回路雖有成本較低的優(yōu)點(diǎn)，但功率消耗大、效率低。有時(shí)從整個(gè)系統(tǒng)所用元件的數(shù)量和節(jié)省功率的觀點(diǎn)分析還不如采用容積節(jié)流調(diào)速或容積調(diào)速更經(jīng)濟(jì)。結(jié)束第19頁/共26頁第十九頁，共27頁。

§9-3幾種其它回路一、液壓馬達(dá)串聯(lián)回路二、液壓馬達(dá)制動(dòng)回路三、限速補(bǔ)油回路四、雙泵供油卸荷第20頁/共26頁第二十頁，共27頁。一、液壓馬達(dá)串聯(lián)回路

在行走機(jī)械中，常直接用液壓馬達(dá)來驅(qū)動(dòng)車輪，這時(shí)可利用液壓馬達(dá)串聯(lián)時(shí)的不同特性，來適應(yīng)行走機(jī)械的不同工況。圖中，電磁閥2通電吸合，電磁閥1處于常態(tài)位時(shí)，兩液壓馬達(dá)并聯(lián)。這時(shí)行走機(jī)械有較大的牽引力，即液壓馬達(dá)的輸出扭矩較大，但速度較低。當(dāng)電磁閥1、2都通電吸合時(shí)，兩液壓馬達(dá)串聯(lián)。這時(shí)行走機(jī)械速度較高，但牽引力較小。第21頁/共26頁第二十一頁，共27頁。1、液壓制動(dòng)二、液壓馬達(dá)制動(dòng)回路

圖中，在液壓馬達(dá)的回路上設(shè)置背壓閥使液壓馬達(dá)制動(dòng)。當(dāng)二位三通電磁閥4在常態(tài)位時(shí)，液壓馬達(dá)1回油壓力為閥3的卸荷壓力。當(dāng)二位三通電磁閥4吸合時(shí)，一方面油泵經(jīng)溢流閥2卸荷，另一方面背壓閥3起作用，對(duì)液壓馬達(dá)起制動(dòng)作用，使馬達(dá)很快停下。第22頁/共26頁第二十二頁，共27頁。2、液壓機(jī)械制動(dòng)

圖中，液壓馬達(dá)上有一液壓機(jī)械制動(dòng)器，而其中制動(dòng)快2的伸縮由制動(dòng)缸3控制。當(dāng)馬達(dá)正常旋轉(zhuǎn)時(shí)，壓力油進(jìn)入缸3，使制動(dòng)塊2抬起。單向節(jié)流閥4的作用是控制動(dòng)塊2的抬起時(shí)間，使松閘較慢。當(dāng)電磁閥1處于中位，泵卸荷時(shí)，制動(dòng)塊2在彈簧作用下很快下壓，使液壓馬達(dá)迅速制動(dòng)。第23頁/共26頁第二十三頁，共27頁。三、限速補(bǔ)油回路

圖中是液壓馬達(dá)補(bǔ)油回路。