液壓與氣壓傳動(dòng) 調(diào)速回路

《液壓傳動(dòng)》機(jī)電教研室第八章調(diào)速回路1節(jié)流調(diào)速回路容積調(diào)速回路

熟悉和掌握這些基本回路的組成、工作原理及應(yīng)用，是分析、設(shè)計(jì)和使用液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)。容積節(jié)流調(diào)速回路本章提要2任何液壓系統(tǒng)都是由基本液壓回路構(gòu)成，其中實(shí)現(xiàn)功率傳遞的調(diào)速回路在液壓系統(tǒng)中占有頭等重要的地位。對(duì)于液壓系統(tǒng)來說，調(diào)速回路是它的核心部分。調(diào)速回路可以通過事先的調(diào)整或在工作中通過自動(dòng)調(diào)節(jié)來改變執(zhí)行元件的運(yùn)行速度，但是它的主要功能是傳遞動(dòng)力（功率）。液壓系統(tǒng)常常需要調(diào)節(jié)液壓缸和液壓馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)速度，以適應(yīng)主機(jī)的工作循環(huán)需要。液壓缸和液壓馬達(dá)的速度決定于排量及輸入流量。調(diào)速回路的靜態(tài)特性由調(diào)速特性、機(jī)械特性和功率特性三個(gè)方面決定，必須對(duì)于不同的調(diào)速回路的靜態(tài)特性加以詳細(xì)地分析和討論。8.1概述3調(diào)速回路可分為無級(jí)變速型調(diào)速回路和有級(jí)變速型調(diào)速回路，其中無級(jí)變速方式對(duì)于液壓系統(tǒng)來講比較容易實(shí)現(xiàn)，因而最為常用。無級(jí)變速型調(diào)速回路又包含節(jié)流調(diào)速回路、容積調(diào)速回路和容積節(jié)流調(diào)速回路。

(1)節(jié)流調(diào)速回路采用定量泵供油，通過改變回路中流量控制元件通流截面積的大小來控制流量，以調(diào)節(jié)其速度。

(2)容積調(diào)速回路通過改變回路中變量泵或變量馬達(dá)的排量來調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度。

(3)容積節(jié)流調(diào)速回路（聯(lián)合調(diào)速）8.1概述48.2節(jié)流調(diào)速回路

節(jié)流調(diào)速回路的工作原理：通過改變回路中流量控制元件通流截面積的大小來控制流量，以調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度。節(jié)流調(diào)速回路按其在工作中回路壓力是否隨負(fù)載變化而分成定壓式節(jié)流調(diào)速回路和變壓式節(jié)流調(diào)速回路兩種。8.2.1

定壓式節(jié)流調(diào)速回路

定壓式節(jié)流調(diào)速回路中的定量泵出口壓力由溢流閥調(diào)定并基本保持不變，按節(jié)流閥的位置可分為進(jìn)口節(jié)流式、出口節(jié)流式和進(jìn)-出口節(jié)流式三種基本形式。58.2.1.1

進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路（2）速度剛性：（一）機(jī)械特性（1）速度負(fù)載特性：進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路

節(jié)流閥串聯(lián)在泵和缸之間；采用定量泵，并且必須并聯(lián)一個(gè)溢流閥；動(dòng)畫演示6以運(yùn)動(dòng)速度v

為縱坐標(biāo),負(fù)載FL為橫坐標(biāo)，按不同節(jié)流閥通流面積AT

作圖，可得一組拋物線，稱為進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路的速度負(fù)載特性曲線。8.2.1.1

進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路（二）功率特性總功率=有效功率+溢流損失功率+節(jié)流損失功率（1）恒負(fù)載恒定恒定且有恒定恒定即輸入流量由節(jié)流閥的開口度決定。78.2.1.1

進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路88.2.1.1

進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路（2）變負(fù)載恒定，有：，或時(shí)，。計(jì)算有效功率的最大值：極值點(diǎn)：效率：當(dāng)時(shí)，，回路的最大效率為：（三）調(diào)速特性98.2.1.2

出口節(jié)流調(diào)速回路節(jié)流閥串聯(lián)在液壓缸的回油路上（一）機(jī)械特性（二）功率特性動(dòng)畫演示108.2.1.3

進(jìn)口式與出口式節(jié)流調(diào)速回路的比較⑴出口（進(jìn)-出口）式節(jié)流調(diào)速回路有背壓，能承受兩個(gè)方向上的負(fù)載，且速度平穩(wěn)。而進(jìn)口式不能承受負(fù)向負(fù)載，必須在出口處加裝背壓閥；⑵出口式節(jié)流閥產(chǎn)生的熱量直接回到油箱消散，而進(jìn)口式節(jié)流閥產(chǎn)生的熱量進(jìn)入液壓缸，不利于熱量的發(fā)散；⑶進(jìn)口式壓力控制方便，出口式壓力控制不方便；⑷進(jìn)口式啟動(dòng)沖擊小，出口式重新啟動(dòng)時(shí)背壓不能立即建立，會(huì)引起瞬間工作機(jī)構(gòu)的前沖現(xiàn)象，因而啟動(dòng)沖擊較大。

綜上所述，節(jié)流調(diào)速回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，但效率較低，只宜用在負(fù)載變化不大、低速、小功率的場(chǎng)合。11

8.2.2

變壓式節(jié)流調(diào)速回路定量泵并聯(lián)安全閥，節(jié)流閥裝在與液壓缸并聯(lián)的支路上，利用節(jié)流閥把液壓泵供油的一部分排回油箱實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)。工作壓力與泵的出口壓力相等，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，工作壓力上升，泵的出口壓力也上升，故稱變壓式。（一）機(jī)械特性動(dòng)畫演示12回路的輸入功率：回路的有效功率：回路功率損失：回路效率：變壓式節(jié)流調(diào)速只有節(jié)流損失，沒有溢流損失，功率損失較小，用于功率較大且對(duì)速度穩(wěn)定性要求不高的場(chǎng)合。節(jié)流調(diào)速回路速度負(fù)載特性比較軟，變載荷下的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性比較差。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，回路中的節(jié)流閥可用調(diào)速閥來代替。8.2.2

變壓式節(jié)流調(diào)速回路（二）功率特性（恒負(fù)載）138.3容積調(diào)速回路容積調(diào)速回路的工作原理是通過改變回路中變量泵或變量馬達(dá)的排量來調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度。容積調(diào)速回路中，變量泵輸出的油液直接進(jìn)入執(zhí)行元件，因而不存在溢流損失和節(jié)流損失，工作壓力隨負(fù)載變化，效率高，發(fā)熱少。容積調(diào)速回路按油液循環(huán)方式可分為開式回路和閉式回路兩種。開式回路中泵從油箱中吸油，輸入到執(zhí)行元件，執(zhí)行元件排出的油液直接返回油箱，冷卻效果較好，但空氣和臟物易侵入回路；閉式回路中泵將油液輸入到執(zhí)行元件中，又從執(zhí)行元件的回油腔吸油，結(jié)構(gòu)緊湊，但散熱差，常常需要設(shè)置補(bǔ)油裝置。容積調(diào)速回路還可按所用的執(zhí)行元件分為泵-缸式容積調(diào)速回路和泵-馬達(dá)式容積調(diào)速回路。148.3.1

泵-缸式容積調(diào)速回路缸的運(yùn)動(dòng)速度由變量泵1的排量來調(diào)節(jié)，回路中的最大壓力則由安全閥

2限定。缸的運(yùn)動(dòng)速度為：

回路的速度剛性為：缸的運(yùn)動(dòng)速度隨負(fù)載加大而減小，當(dāng)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，可見這種調(diào)速加在低速下的承載能力是很差的?；芈返乃俣葎傂詾槌?shù)，即不受負(fù)載影響。8.3.1.1

泵-缸開式回路

158.3.1.2

泵-缸閉式回路

雙向變量泵7在b腔有控制壓力時(shí)，向缸右腔輸入油液，缸的左腔回油通過泵7吸油進(jìn)入缸的右腔，形成閉式回路。泵7的換向由輔助泵1提供低壓控制油液實(shí)現(xiàn)，泵1配合行程閥3同時(shí)可控制閥液動(dòng)換向閥4和雙向變量泵7的換向。單向閥5和9在泵7換向過程中直接從油箱中吸油，以補(bǔ)償閉式回路中的油液泄漏。閥6和8為安全閥，用以限制回路每個(gè)方向的最高壓力。泵1多余油液由溢流閥2回油箱。

16

泵的轉(zhuǎn)速nP和馬達(dá)的排量VM為定量,改變泵排量VP可使馬達(dá)轉(zhuǎn)速nM和輸出功率PM隨之成比例變化。馬達(dá)的轉(zhuǎn)速nM

、輸出轉(zhuǎn)矩TM和回路工作壓力p有以下關(guān)系：8.3.2

泵-馬達(dá)式容積調(diào)速回路8.3.2.1

變量泵-定量馬達(dá)式調(diào)速回路

補(bǔ)償泵3和馬達(dá)5的泄漏

防止回路過載

由上式可知，變量泵-定量馬達(dá)式調(diào)速回路的輸出轉(zhuǎn)矩在負(fù)載恒定時(shí)保持恒定，因而稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速回路。178.3.2.1

變量泵-定量馬達(dá)式調(diào)速回路

變量泵-定量馬達(dá)容積調(diào)速回路

工作特性曲線

如果不考慮能量損失，泵的輸出功率和馬達(dá)的輸入功率相等，則有：可見，馬達(dá)的輸出功率在工作壓力恒定時(shí)與泵的排量成正比，馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速也和泵的排量成正比，馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩則保持恒定，不受泵排量變化的影響，只和負(fù)載有關(guān)。188.3.2.2

定量泵-變量馬達(dá)式調(diào)速回路

不考慮能量損失，泵的轉(zhuǎn)速nP

和排量VP為定量,改變馬達(dá)的排量VM可使馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩TM的變化與VM成正比，輸出轉(zhuǎn)速nM

則與VM成反比。由上式可知，定量泵-變量馬達(dá)式調(diào)速回路的輸出功率在負(fù)載恒定時(shí)保持恒定，因而稱為恒功率調(diào)速回路。198.4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用壓力補(bǔ)償型變量泵供油、用流量控制元件確定進(jìn)入液壓缸或由液壓缸流出的流量來調(diào)節(jié)活塞的運(yùn)動(dòng)速度，并使用變量泵的輸油量自動(dòng)與液壓缸所需流量相適應(yīng)。容積節(jié)流調(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。常見的容積節(jié)流調(diào)速回路有定壓式和變壓式兩種。定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路中的變量泵可以自動(dòng)適應(yīng)缸的流量，使泵的供油壓力基本恒定；變壓式容積節(jié)流調(diào)速回路利用穩(wěn)流量泵的壓力反饋調(diào)節(jié)供油量，使之與缸的運(yùn)動(dòng)速度相適應(yīng)。208.4.1

定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路

回路采用限壓式變量葉片泵和調(diào)速閥，缸的運(yùn)動(dòng)速度由調(diào)速閥中的節(jié)流閥調(diào)節(jié)AT,變量泵輸出流量qP與進(jìn)入液壓缸的流量q1相適應(yīng)。當(dāng)qP

>q1時(shí)，泵的供油壓力上升，使泵的流量自動(dòng)減小至qP

≈q1；反之，當(dāng)qP

<q1時(shí)，泵的供油壓力下降，使泵的流量自動(dòng)增加至qP

≈q1。可見，回路既采用了容積調(diào)速，又采用了節(jié)流調(diào)速，回路中節(jié)流閥兩端的壓力差基本保持恒定，因而稱為定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路?；芈窡o溢流損失，但有節(jié)流損失，宜用在負(fù)載變化不大的中、小功率場(chǎng)合。218.4.2

變壓式容積節(jié)流調(diào)速回路

回路采用穩(wěn)流量泵和節(jié)流閥，缸的運(yùn)動(dòng)速度由節(jié)流閥調(diào)節(jié)控制，使泵的輸出流量qP與進(jìn)入液壓缸的流量q1相適應(yīng)：當(dāng)qP

>q1時(shí)，泵的供油壓力上升，泵左右兩個(gè)控制柱塞進(jìn)推定子向>右減小偏心距，使得泵的供油量下降至qP

≈q1；反之，當(dāng)qP

<

q1時(shí)，泵的供油壓力下降，定子被向左推動(dòng)，加在偏心量，使泵的供油量增大至qP

≈q1?；芈分泄?jié)流兩端壓差隨負(fù)載變化而變化，因而稱為定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路?；芈返墓?jié)流損失小，發(fā)熱少，效率高，宜用在負(fù)載變化大，速度較低的的中、小功率場(chǎng)合。22

如圖所示的四位換向閥，可分別實(shí)現(xiàn)大泵供油、小泵供油、雙泵同時(shí)供油和雙泵快速差動(dòng)連接，液壓缸因此獲得四個(gè)不同的運(yùn)動(dòng)速度，構(gòu)成四級(jí)調(diào)速。I：小泵供油，大泵卸荷；II：大泵供油，小泵卸荷；III：雙泵同時(shí)供油；IV：雙泵同時(shí)供油，構(gòu)成快速差動(dòng)連接。8.5有級(jí)調(diào)速型調(diào)速回路23小結(jié)

調(diào)速回路是液壓系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)功率傳遞的核心組成部分，其主要功用是調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的運(yùn)行速度。調(diào)速回路按其使系統(tǒng)執(zhí)行元件調(diào)速方式的不同，可分為無級(jí)變速型和有級(jí)變速型，前者又可分為節(jié)流調(diào)速回路、容積調(diào)速回路和容積節(jié)流調(diào)速回路。24節(jié)流調(diào)速回路通過改變節(jié)流閥的通流截面積來改變執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度，分為定壓式和變壓式兩大類，定壓式又