液壓與氣壓傳動 課件 10.1 速度控制回路

10-1速度控制回路第10章液壓基本回路液壓與氣壓傳動

速度控制回路是討論液壓執(zhí)行元件速度的調(diào)節(jié)和變換的問題。調(diào)速回路快速運動回路速度換接回路快進(jìn)工進(jìn)液壓缸液壓缸的速度v=q/AA＝C液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速n=q/Vm10.1.1調(diào)速回路的基本概念10.1.1調(diào)速回路的基本概念調(diào)速回路的要求：1）能在規(guī)定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的工作速度。2）負(fù)載變化時，要穩(wěn)定調(diào)好的速度不變，或在允許的范圍內(nèi)變化。3）具有驅(qū)動執(zhí)行元件所需的力或力矩。4）功率損耗要小，節(jié)省能量，減小系統(tǒng)發(fā)熱。節(jié)流調(diào)速回路：由定量泵供油、流量閥調(diào)節(jié)流量來調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)的運動速度。容積調(diào)速回路：改變變量泵或變量馬達(dá)的排量來調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)的運動速度。容積節(jié)流調(diào)速回路：利用流量閥和變量泵來共同調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)的運動速度。三種調(diào)速方式：節(jié)流調(diào)速回路—定量泵供油，流量控制閥調(diào)速。（節(jié)流閥、調(diào)速閥）按流量控制閥安放位置的不同分：進(jìn)油路上——進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路回油路上——回油節(jié)流調(diào)速回路旁油路上——旁路節(jié)流調(diào)速回路按使用流量閥的不同分為：節(jié)流閥——節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)速回路調(diào)速閥——調(diào)速閥式節(jié)流調(diào)速回路調(diào)速閥式節(jié)流調(diào)速回路節(jié)流閥式調(diào)速回路10.1.2節(jié)流調(diào)速回路本節(jié)主要內(nèi)容進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路特性分析回油節(jié)流調(diào)速回路特性分析旁路節(jié)流調(diào)速回路特性分析分析目的了解節(jié)流調(diào)速回路的組成了解三種節(jié)流調(diào)速回路的調(diào)速方法和特性1.回路組成定量泵+流量控制閥+溢流閥+執(zhí)行元件。流量控制閥：流量調(diào)節(jié)作用溢流閥：定壓（溢流）作用一、進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路思考：如果回路中沒有溢流閥，該系統(tǒng)還能調(diào)節(jié)液壓缸的速度嗎？定壓式節(jié)流調(diào)速回路（1）速度負(fù)載特性qp=q1+qYa.流量關(guān)系b.活塞受力平衡方程p1A1=FL

q1=KATΔp1/2=KAT(ps-FL/A1)1/2c.節(jié)流閥壓力流量方程q1FL

ATqp?p=ps-p1

qy(?q)

p1

p2=0

ps

節(jié)流閥口采用薄壁刃口形式速度負(fù)載特性方程v=q1/A1=KAT(ps-FL/A1)1/2/A1v與AT、FL有關(guān)，當(dāng)AT一定，F(xiàn)L

，v同樣FL一定，AT，

v最大承載能力：Fmax=psA1回路特點：q1FL

ATqp?p=ps-p1

qy(?q)

p1

p2=0

ps

泵輸出功率缸輸出有效功率回路功率損失溢流損失節(jié)流損失回路效率（2）進(jìn)油節(jié)流調(diào)速功率特性溢流損失節(jié)流損失進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路結(jié)構(gòu)簡單，價格低，但存在溢流損失和節(jié)流損失，所以效率低，僅應(yīng)用于低速、輕載的小功率系統(tǒng)。應(yīng)用二、回油路節(jié)流調(diào)速回路1.回路組成定量泵+流量控制閥+溢流閥+執(zhí)行元件。流量控制閥：流量調(diào)節(jié)作用溢流閥：定壓（溢流）作用定壓式節(jié)流調(diào)速回路a.流量關(guān)系b.活塞受力平衡方程c.節(jié)流閥壓力--流量方程qp=q1+qY

psA1=p2A2+FL

2.速度負(fù)載特性qppsq1qyp1p2AT?p=p2

q2

FL

速度負(fù)載特性方程

進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路回油節(jié)流調(diào)速回路

回油節(jié)流調(diào)速回路同進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路的速度負(fù)載特性基本相同。

泵輸出功率缸輸出功率回路功率損失溢流損失節(jié)流損失3.回油路節(jié)流調(diào)速功率特性qppsq1qyp1p2AT?p=p2

q2

FL

性能進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路回油節(jié)流調(diào)速回路承受負(fù)值負(fù)載的能力不能能運動平穩(wěn)性平穩(wěn)性差比較平穩(wěn)油液發(fā)熱對泄漏的影響影響大影響小啟動性能可避免產(chǎn)生前沖會產(chǎn)生前沖現(xiàn)象回油腔壓力較低較高進(jìn)、回油節(jié)流調(diào)速回路性能比較特點：結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，效率低。應(yīng)用:低速、小負(fù)載場合。為提高回路綜合性能，用進(jìn)油節(jié)流調(diào)

速回路，在回油路上加背壓閥。三、旁油路節(jié)流調(diào)速回路

溢流閥起安全閥作用。變壓式節(jié)流調(diào)速a.流量關(guān)系b.壓力關(guān)系c.速度負(fù)載特性方程FL

q1qs?qp1p2ATd.功率和效率：回路輸入功率（泵輸出功率）回路輸出功率（缸輸出功率）回路功率損失節(jié)流損失效率AT1>AT2>AT3只有節(jié)流功率損失，無溢流功率損失，回路效率較高。適于高速、重載、速度平穩(wěn)性要求不高的場合。

速度受負(fù)載變化的影響大，在大負(fù)載或高速(AT較小)時，回

路的速度剛性好?；芈诽攸c四、采用調(diào)速閥（二通調(diào)速閥）的調(diào)速回路回路構(gòu)成、工作原理、調(diào)速性能的分析方法與它們各自對應(yīng)的節(jié)流閥調(diào)速回路基本一致。速度剛性優(yōu)于相應(yīng)的節(jié)流閥調(diào)速回路速度負(fù)載特性曲線為保證調(diào)速閥中定差減壓閥的壓力補償作用，調(diào)速閥正常工作必須保持0.5~1MPa的壓差。1.原理：溢流節(jié)流閥只能用于進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路中，因為定差溢流閥的壓力補償，使節(jié)流閥的進(jìn)出口壓力差基本保持不變，從而保證了較好地速度穩(wěn)定性。

特點：

1.液壓泵的出口壓力隨負(fù)載變化，是變壓式節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，因此回路的效率比采用二通調(diào)速閥的系統(tǒng)效率高，故有較好的節(jié)能效果。

2.溢流節(jié)流閥的流量穩(wěn)定性較差，工作在大流量時穩(wěn)定性較好。不宜用于對低速穩(wěn)定性要求較高的精密調(diào)速系統(tǒng)中。五、采用溢流節(jié)流閥（三通調(diào)速閥）的調(diào)速回路1.六、采用電液比例流量閥的調(diào)速回路用電液比例流量閥替代普通流量控制閥，可以很方便地通過改變輸入電信號實時調(diào)節(jié)進(jìn)入執(zhí)行機構(gòu)的流量，實現(xiàn)自動調(diào)速，若配合位移傳感器檢測液壓缸的位移，既可以構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，達(dá)到精確控制液壓缸的速度和位置的目的。特點：結(jié)構(gòu)緊湊，油液直接循環(huán)密封好，但散熱差，受污染后不宜清理。容積調(diào)速多用閉式系統(tǒng)。

泵

（閥）

執(zhí)行元件

泵

閥

執(zhí)行元件

油箱特點：油箱尺寸大，散熱性好，能幫助油液分離，沉淀渣滓，但易受污染。節(jié)流調(diào)速回路多用開式系統(tǒng)。閉式系統(tǒng)：系統(tǒng)主油路循環(huán)不經(jīng)過油箱。由油路循環(huán)方式，可分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)。開式系統(tǒng)：系統(tǒng)主油路循環(huán)經(jīng)過油箱。10.1.3容積調(diào)速回路10.1.3容積調(diào)速回路變量泵——液壓缸的容積調(diào)速回路變量泵——定量馬達(dá)的容積調(diào)速回路定量泵——變量馬達(dá)的容積調(diào)速回路變量泵——變量馬達(dá)的容積調(diào)速回路本節(jié)主要內(nèi)容容積調(diào)速回路的速度特性分析容積調(diào)速回路的扭矩特性分析容積調(diào)速回路的功率特性分析(1)轉(zhuǎn)速特性

當(dāng)不考慮回路容積效率時1.變量泵—定量馬達(dá)閉式調(diào)速回路即：TM與qp無關(guān)，qp，TM不變

(2)轉(zhuǎn)矩特性（不計損失）恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速回路Δp取決于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定時，回路工作壓力恒定不變，則TM恒定。（3）功率特性（不考慮泄漏）（4）特點恒轉(zhuǎn)矩輸出；調(diào)速范圍較大，速比可達(dá)40。2.定量泵—變量馬達(dá)閉式調(diào)速回路（1）轉(zhuǎn)速特性分析時不考慮回路泄漏。（2）轉(zhuǎn)矩特性Tm與Vm成正比（3）功率特性恒功率調(diào)速回路結(jié)果：速度過高，以致帶不動負(fù)載，使馬達(dá)“自鎖”

這種回路不單獨使用存在問題：負(fù)載一定，TM與VM成正比，VM↑，nM↓，TM↑

VM↓，nM↑，TM↓nM與VM成反比(1)轉(zhuǎn)速特性（不計損失）3.變量泵—變量馬達(dá)閉式調(diào)速回路問題：兩個變量VP和VM，如何調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的原則是什么？低速段

先將VM調(diào)至最大，然后將VP由小變大，馬達(dá)nM由小變大。（相當(dāng)于變量泵＋定量馬達(dá)）——恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。

馬達(dá)能獲得Tmax，且處于恒轉(zhuǎn)矩狀態(tài)。高速段

將VP固定至最大，將VM由大變小，nM繼續(xù)增加。（相當(dāng)于定量泵＋變量馬達(dá)）——恒功率調(diào)速。泵處于最大輸出功率狀態(tài)不變，馬達(dá)處于恒功率狀態(tài)。(2)調(diào)節(jié)方式：分兩段調(diào)節(jié)低速段高速段(3)特點

低速時為恒扭矩，高速時為恒功率；調(diào)速范圍大，速比可達(dá)100。(4)應(yīng)用

大功率，調(diào)速范圍大的工況。

?結(jié)構(gòu)緊湊，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高，適用于高壓大流量的大功率設(shè)備。容積調(diào)速回路特點：?無節(jié)流和溢流損失，回路效率高，發(fā)熱小。?隨著負(fù)載的增大，泄漏量隨工作壓力的增加而增加，速度穩(wěn)定性差。應(yīng)用實例在運輸過程中始終保持?jǐn)嚢柰厕D(zhuǎn)動，以保證所運載的混凝土不會凝固混凝土攪拌車柱塞馬達(dá)+減速器變量泵散熱器+補油油箱手動控制變量換油閥組安全閥組冷卻器補油泵變量活塞討論查閱混凝土攪拌車的相關(guān)資料，以混凝土攪拌車為例，說明采用變量泵—定量馬達(dá)容積調(diào)速回路的特點，系統(tǒng)中如何解決系統(tǒng)的補油和發(fā)熱問題?；竟ぷ髟聿捎米兞勘霉┯汀⒄{(diào)速閥(或節(jié)流閥)調(diào)節(jié)進(jìn)入液壓缸的流量，并使泵的輸出流量自動地與液壓缸所需流量相適應(yīng)。常用的容積節(jié)流調(diào)速回路有限壓（恒壓）式變量泵＋調(diào)速閥＝容積節(jié)流調(diào)速回路差壓式變量泵＋節(jié)流閥＝容積節(jié)流調(diào)速回路10.1.4容積節(jié)流調(diào)速回路限壓式變量泵＋調(diào)速閥（1）工作原理：改變調(diào)速閥開口，可改變q1，從而改變v。qp與q1自動適應(yīng)。AT，qp<q1,pp,通過反饋，e,qp，qpq1，BC段≈ABCPqPCpmax快速轉(zhuǎn)慢速，qp>q1,pp

，e,qp

，qpq1，BC段≈快速運動，AB段AT

，qp>q1,pp,通過反饋，e,qp

，qpq1≈BC段（2）回路效率當(dāng)負(fù)載變化較大且大部分時間處于低負(fù)載下工作時，回路效率不高（3）回路特點在調(diào)速閥調(diào)速一定時，本回路的pp為一定值，為定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路回路有節(jié)流損失但無溢流損失，效率較高，速度穩(wěn)定性比單純的容積調(diào)速回路要好。若負(fù)載變化大時，節(jié)流損失大。低速工作時，泄漏量大，系統(tǒng)效率降低。（1）工作原理

改變節(jié)流閥開口，可改變q1，從而改變v，并使qp與q1自動適應(yīng)。AT

，qp>q1,pp,通過反饋，e,qpqp=q1

AT

，qp<q1,pp,通過反饋，e,qpqp=q12.差壓式變量泵和節(jié)流閥的調(diào)速回路

這種回路不但變量泵的流量與節(jié)流閥確定的液壓缸所需流量相適應(yīng)，而且泵的工作壓力能自動跟隨負(fù)載的增減而增減。變壓式容積調(diào)速回路（2）定子受力分析

節(jié)流閥兩端壓差基本恒定，因此輸入缸的流量不受負(fù)載變化的影響。泵的工作壓力能自動跟隨負(fù)載的增減而增減。雖用了節(jié)流閥，但具有調(diào)速閥的性能，輸入液壓缸的流量不受負(fù)載變化的影響。采用固定阻尼孔，可防止定子因移動過快而發(fā)生振動。形成變壓式容積調(diào)速回路，功率損失小，發(fā)熱小，工作可靠。若采用電液比例節(jié)流閥，并根據(jù)工況需要實時調(diào)節(jié)閥口大小以控制執(zhí)行元件的運動速度，則泵的壓力和流量均適應(yīng)負(fù)載的需求，又稱功率適應(yīng)調(diào)速回路或負(fù)載敏感調(diào)速回路，特別適用于負(fù)載變化較大的場合。（3）回路特點討論查閱土壓平衡盾構(gòu)的相關(guān)資料，以推進(jìn)液壓系統(tǒng)為例，推進(jìn)液壓缸分組控制，每組有一個液壓缸內(nèi)置位移傳感器，單組推進(jìn)速度控制液壓原理簡圖如圖所示，說明電比例變量泵—比例調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速回路的特點，分析系統(tǒng)的調(diào)速原理和回路效率。組組組內(nèi)置位移傳感器組回路類

主要性能節(jié)流調(diào)速回路容積調(diào)速回路容積節(jié)流調(diào)速回路用節(jié)流閥用調(diào)速閥限壓式差壓式進(jìn)回油旁路進(jìn)回油旁路機械特性速度穩(wěn)定性較差差好較好好承載能力較好較差好較好好調(diào)速范圍較大小較大大較大功率特性效率低較高低較高最高較高高發(fā)熱大較小大較小最小較小小適用范圍小功率、輕載的中、低壓系統(tǒng)大功率、重載、高速的中、高壓系統(tǒng)中、小功率的中壓系統(tǒng)三類調(diào)速回路的比較

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