第四章 容積調(diào)速回路分析

第四章容積(róngjī)調(diào)速回路分析共三十二頁本章主要(zhǔyào)內(nèi)容本章主要討論液壓泵和液壓馬達(dá)、液壓缸組成的容積調(diào)速回路的工作原理及主要工作特性容積調(diào)速回路通過改變液壓泵和液壓馬達(dá)的排量來調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的速度。由于沒有節(jié)流損失和溢流損失，回路效率高，系統(tǒng)溫升小，適用于高速、大功率調(diào)速系統(tǒng)。容積節(jié)流調(diào)速是以不同形式變量泵為前提，具有容積調(diào)速的基本特征——液壓泵輸出的流量始終與負(fù)載(fùzài)流量相適應(yīng)，故也納入本章討論共三十二頁第一節(jié)容積(róngjī)調(diào)速回路容積調(diào)速回路通過改變液壓泵和液壓馬達(dá)的排量來調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的速度。由于沒有節(jié)流損失和溢流損失，回路效率高，系統(tǒng)溫升小，適用于高速、大功率調(diào)速系統(tǒng)。液壓缸的速度：液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速：可見通過改變變量泵的排量來改變進(jìn)入(jìnrù)液壓缸的流量，即可達(dá)到調(diào)速的目的第四章容積調(diào)速回路分析

共三十二頁一.變量(biànliàng)泵-定量馬達(dá)、液壓缸回路1.變量泵-液壓缸調(diào)速回路閥2是安全閥，閥3是背壓閥，回路為開式回路改變變量泵1的排量可調(diào)節(jié)(tiáojié)液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度回路用于負(fù)載變化不大的系統(tǒng)中第四章容積調(diào)速回路分析第一節(jié)容積調(diào)速回路共三十二頁2.變量泵-定量(dìngliàng)馬達(dá)調(diào)速回路泵的轉(zhuǎn)速np和馬達(dá)排量VM為常數(shù)，改變泵的排量Vp可使馬達(dá)轉(zhuǎn)速nM隨之成比例變化?；芈?huílù)高壓管路上有安全閥2，防止回路(huílù)過載，低壓管路上泵7為補(bǔ)油泵，壓力由閥6調(diào)節(jié)改變變量泵1的排量可調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)運(yùn)動(dòng)速度第四章容積調(diào)速回路分析第一節(jié)容積調(diào)速回路一.變量泵-定量馬達(dá)回路共三十二頁變量(biànliàng)泵-定量馬達(dá)回路的靜特性（1）變量泵的調(diào)節(jié)特性通常把液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速nm與變量泵的調(diào)節(jié)參數(shù)(cānshù)xp之間的關(guān)系，稱為轉(zhuǎn)速特性。Vp是變量泵的排量，Vpmax是Vp的最大值，則泵的理論流量為：泵的實(shí)際輸出流量為：第四章容積調(diào)速回路分析第一節(jié)容積調(diào)速回路一.變量泵-定量馬達(dá)回路可見，Δxp1為調(diào)節(jié)死區(qū)，是由泵的內(nèi)泄產(chǎn)生的共三十二頁變量(biànliàng)泵-定量馬達(dá)回路的靜特性（2）回路的特性曲線轉(zhuǎn)速特性：qm為馬達(dá)輸入流量(liúliàng)轉(zhuǎn)矩特性：功率特性：可見調(diào)速方式為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)第四章容積調(diào)速回路分析第一節(jié)容積調(diào)速回路一.變量泵-定量馬達(dá)回路共三十二頁變量泵-定量馬達(dá)(mǎdá)回路的靜特性（3）恒功率變量泵-定量馬達(dá)回路的特性曲線(qūxiàn)馬達(dá)轉(zhuǎn)速同前面馬達(dá)的功率恒定，轉(zhuǎn)矩第四章容積調(diào)速回路分析第一節(jié)容積調(diào)速回路一.變量泵-定量馬達(dá)回路共三十二頁二.定量泵-變量(biànliàng)馬達(dá)回路（1）回路構(gòu)成泵的轉(zhuǎn)速np和排量Vp為常數(shù)，改變馬達(dá)的排量Vm可使馬達(dá)轉(zhuǎn)速nM隨之成比例(bǐlì)變化?；芈分懈邏汗苈飞嫌邪踩y2，防止回路過載，低壓管路上泵4為補(bǔ)油泵，壓力由閥6調(diào)節(jié)改變變量馬達(dá)3的排量可調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速第四章容積調(diào)速回路分析第一節(jié)容積調(diào)速回路共三十二頁（2）回路(huílù)的特性曲線馬達(dá)(mǎdá)調(diào)節(jié)參數(shù)：馬達(dá)轉(zhuǎn)速：馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩：馬達(dá)輸出功率：可見調(diào)速方式為恒功率調(diào)節(jié)第四章容積調(diào)速回路分析第一節(jié)容積調(diào)速回路二.定量泵-變量馬達(dá)回路共三十二頁三.變量(biànliàng)泵-變量(biànliàng)馬達(dá)回路1.回路構(gòu)成變量泵可正反向供油，變量馬達(dá)可正反向旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)變量泵或并聯(lián)馬達(dá)的排量均可改變(gǎibiàn)馬達(dá)轉(zhuǎn)速閥5、7分別為馬達(dá)正反轉(zhuǎn)的安全閥泵4為補(bǔ)油泵，閥6為其調(diào)壓閥泵4可分別通過閥2、3為低壓一側(cè)補(bǔ)油換向閥8和溢流閥9可使低壓管路的熱油排回油箱第四章容積調(diào)速回路分析第一節(jié)容積調(diào)速回路二.變量泵-變量馬達(dá)回路共三十二頁2.回路(huílù)的特性曲線（1）轉(zhuǎn)速(zhuànsù)特性（2）轉(zhuǎn)矩特性（3）功率特性第四章容積調(diào)速回路分析第一節(jié)容積調(diào)速回路二.變量泵-變量馬達(dá)回路共三十二頁第二節(jié)容積(róngjī)調(diào)速回路的速度剛性分析一.容積調(diào)速回路的速度剛性分析機(jī)械特性方程：速度剛性：回路泄漏系數(shù)越大，負(fù)載對(duì)液壓馬轉(zhuǎn)速達(dá)的影響就越大液壓泵的理論流量越小，泄漏所占比重越大，對(duì)液壓馬轉(zhuǎn)速達(dá)的影響就越大減少回路各元件的容積損失、提高馬達(dá)的機(jī)械效率(jīxièxiàolǜ)、增大馬達(dá)的排量等都有利于提高回路的速度剛性第四章容積調(diào)速回路分析共三十二頁二.速度穩(wěn)定(wěndìng)方法1.流量補(bǔ)償法利用回路壓力隨負(fù)載的增減來控制泵流量做相應(yīng)的增減當(dāng)馬達(dá)負(fù)載增加時(shí)，p升高，作用(zuòyòng)在柱塞1上的力增大，推動(dòng)泵的釘子向加大偏心距e的方向移動(dòng)，使泵的流量增大。反之，流量減少第四章容積調(diào)速回路分析第二節(jié)容積調(diào)速回路速度剛性分析

共三十二頁二.速度穩(wěn)定(wěndìng)方法2.壓力(yālì)恒定法利用一能自動(dòng)調(diào)節(jié)液流阻力的液動(dòng)滑閥，實(shí)現(xiàn)負(fù)載變化時(shí)，系統(tǒng)工作壓力基本不隨負(fù)載變化當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加時(shí)，泵的工作壓力p也相應(yīng)升高,推動(dòng)液動(dòng)滑閥閥芯向右移動(dòng),使節(jié)流口增大，背壓減少,維持泵工作壓力近于恒定。反之亦然。第四章容積調(diào)速回路分析第二節(jié)容積調(diào)速回路速度剛性分析

共三十二頁第三節(jié)容積(róngjī)調(diào)速回路主要參數(shù)選擇一.性能指標(biāo)1.容積調(diào)速回路(huílù)的轉(zhuǎn)矩放大系數(shù)KM是指當(dāng)液壓泵和液壓馬達(dá)在最大調(diào)節(jié)參數(shù)時(shí)，馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩Tm與泵輸出轉(zhuǎn)矩Tp之比：2.容積調(diào)速回路的傳動(dòng)比i是指當(dāng)液壓泵和液壓馬達(dá)在最大調(diào)節(jié)參數(shù)時(shí)，馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩nm與泵輸出轉(zhuǎn)矩np之比：第四章容積調(diào)速回路分析

共三十二頁3.容積調(diào)速回路(huílù)的效率ηc是指在輸出(shūchū)額定轉(zhuǎn)矩和額定負(fù)載下，馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速nmmax與最低轉(zhuǎn)速nmmin之比：即：變量泵-定量馬達(dá)回路：馬達(dá)轉(zhuǎn)速nm與泵的排量成正比，馬達(dá)轉(zhuǎn)速的最小值取決于Vp減小時(shí)泵可能提供的最小穩(wěn)定流量。即：定量泵-變量馬達(dá)回路:馬達(dá)轉(zhuǎn)速nm與馬達(dá)排量成反比，即：變量泵-變量馬達(dá)回路：該回路由上述兩種回路組合而成，即：第四章容積調(diào)速回路分析第三節(jié)容積調(diào)速回路主要參數(shù)選擇共三十二頁二.液壓泵和液壓馬達(dá)(mǎdá)參數(shù)的選擇1.給定原始參數(shù)為原動(dòng)機(jī)的輸出功率時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)，先根據(jù)主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的性能要求，選擇回路方案及泵進(jìn)出口壓差，然后選擇泵的結(jié)構(gòu)形式(xíngshì)，計(jì)算泵的輸入功率和排量及馬達(dá)的排量，并選擇相應(yīng)的效率2.給定原始參數(shù)為液壓馬達(dá)的最大輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化范圍和液壓泵轉(zhuǎn)速時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)，先根據(jù)主機(jī)的性能要求，選擇馬達(dá)的結(jié)構(gòu)形式及回路工作壓力，計(jì)算出馬達(dá)的排量和泵的排量第四章容積調(diào)速回路分析第三節(jié)容積調(diào)速回路主要參數(shù)選擇共三十二頁第四節(jié)容積(róngjī)節(jié)流調(diào)速回路一.限壓式變量泵和調(diào)速閥的調(diào)速回路1.回路工作原理回路采用限壓式變量泵1供油，調(diào)速閥3確定進(jìn)入液壓缸的流量，并使變量泵輸出的流量與液壓缸所需的流量自動(dòng)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)定性好。改變調(diào)速閥中節(jié)流閥的通流面積AT的大小，就可以調(diào)節(jié)液壓缸的運(yùn)動(dòng)(yùndòng)速度，泵的輸出流量qp和通過調(diào)速閥進(jìn)入液壓缸的流量q1自相適應(yīng)。

第四章容積調(diào)速回路分析共三十二頁2.回路的特性(tèxìng)曲線曲線ABC是限壓式變量泵的壓力－流量(liúliàng)特性，曲線CDE是調(diào)速閥在某一開度時(shí)的壓力——流量(liúliàng)特性，點(diǎn)F是泵的工作點(diǎn)?；芈酚泄?jié)流損失，其大小液壓缸工作壓力p1有關(guān)。當(dāng)p1=plmax時(shí)，回路的節(jié)流損失最小(圖中陰影面積S1)，p1越小，則節(jié)流損失越大（圖中陰影面積S2）。第四章容積調(diào)速回路分析第四節(jié)容積節(jié)流調(diào)速回路共三十二頁二.差壓式變量(biànliàng)泵和節(jié)流閥的調(diào)速回路1.回路工作(gōngzuò)原理該回路采用了帶有先導(dǎo)式滑閥控制的差壓式變量葉片泵，在液壓缸的進(jìn)油路上串聯(lián)一節(jié)流閥。當(dāng)節(jié)流閥開口增大時(shí)滑閥5左移，節(jié)流口b開大，c關(guān)小，泵的定子左移，e增大，泵流量增大，液壓缸的速度增大，反之亦然在某一穩(wěn)定工況下，當(dāng)節(jié)流閥3處在某一開口時(shí)，變量泵有一穩(wěn)定流量第四章容積調(diào)速回路分析第四節(jié)容積節(jié)流調(diào)速回路共三十二頁2.回路的特性(tèxìng)曲線該回路具有良好的穩(wěn)速特性。當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，pp增加，缸的泄漏增加，qp減少，閥3的壓差減小，滑閥5向左移動(dòng)，節(jié)流口b開大，c關(guān)小，泵的定子左移，e增大，泵排量增大，補(bǔ)償了泵的泄漏，使泵的輸出流量回升?；芈返男?xiàolǜ)較高。泵的輸出壓力和流量始終與負(fù)載相適應(yīng)，故效率(xiàolǜ)較高。第四章容積調(diào)速回路分析第四節(jié)容積節(jié)流調(diào)速回路共三十二頁三.負(fù)載(fùzài)敏感泵和節(jié)流閥的調(diào)速回路

1.回路工作原理負(fù)載敏感泵由泵4、負(fù)載敏感閥1、恒壓閥2和變量缸3組成pL為負(fù)載所需要的壓力，pS為泵的出口(chūkǒu)壓力，也是節(jié)流閥5的進(jìn)口壓力，節(jié)流閥5的進(jìn)出口(chūkǒu)分別與負(fù)載敏感閥1的左右腔相通。負(fù)載敏感泵有三種狀態(tài)，即一般工作狀態(tài)、保壓工作狀態(tài)和空轉(zhuǎn)狀態(tài)。

第四章容積調(diào)速回路分析第四節(jié)容積節(jié)流調(diào)速回路共三十二頁負(fù)載(fùzài)敏感泵的三種狀態(tài)1.一般工作狀態(tài)：當(dāng)節(jié)流閥5的開口減小，表明負(fù)載需求流量減少，此時(shí)(cǐshí)泵輸出的流量大于負(fù)載所需要的流量，則閥5的進(jìn)出口壓差Δp=pS-pL增大，推動(dòng)負(fù)載敏感閥1的閥芯向右移動(dòng)，使泵的出口油液通過閥1左位進(jìn)入變量缸3的無桿腔，推動(dòng)泵的變量斜盤傾角減少，泵的輸出流量較少，直到達(dá)到負(fù)載所需求的流量為止。反之亦然。第四章容積調(diào)速回路分析第四節(jié)容積節(jié)流調(diào)速回路共三十二頁負(fù)載敏感(mǐngǎn)泵的三種狀態(tài)2.保壓工作狀態(tài)：ps=pL，負(fù)載(fùzài)敏感閥1在右腔彈簧作用下處于右位，ps推動(dòng)恒壓閥2閥芯向右移動(dòng)，泵出口油液通過閥2左位進(jìn)入變量缸3的無桿腔，使泵的輸出流量減少到僅能維持系統(tǒng)的壓力，斜盤傾角接近零偏角，泵的功耗最小。3.空轉(zhuǎn)狀態(tài)：當(dāng)閥5關(guān)死，即負(fù)載停止工作時(shí)，泵的出口壓力僅需為閥1彈簧設(shè)置壓力，一般只有14bar左右，流量接近為零。第四章容積調(diào)速回路分析第四節(jié)容積節(jié)流調(diào)速回路共三十二頁2.負(fù)載敏感(mǐngǎn)泵和節(jié)流閥的調(diào)速回路

負(fù)載敏感泵和節(jié)流閥組成的調(diào)速回路，泵的輸出流量始終與負(fù)載流量相適應(yīng)，泵的工作壓力ps始終比液壓缸的進(jìn)口壓力大一個(gè)(yīɡè)恒定值，顯然，這是一種效率高、調(diào)速剛性好的調(diào)速回路。目前應(yīng)用較為廣泛。

第四章容積調(diào)速回路分析第四節(jié)容積節(jié)流調(diào)速回路共三十二頁第五節(jié)容積(róngjī)調(diào)速回路的動(dòng)態(tài)性能本節(jié)以變量泵-定量馬達(dá)容積調(diào)速為例，用古典控制理論對(duì)其進(jìn)行(jìnxíng)動(dòng)態(tài)特性分析。一.回路動(dòng)態(tài)方程及傳遞函數(shù)的建立假定：1.液壓泵的吸油口和馬達(dá)的排油口壓力為零2.不考慮液壓泵和馬達(dá)之間管路的壓力損失3.液壓泵和馬達(dá)的泄漏液流流態(tài)為層流4.不考慮液壓泵供油的脈動(dòng)性5.采用在給定平衡點(diǎn)取小增量線性化的方法第四章容積調(diào)速回路分析共三十二頁動(dòng)態(tài)(dòngtài)方程及傳遞函數(shù)的建立1.流量連續(xù)性方程2.馬達(dá)負(fù)載(fùzài)轉(zhuǎn)矩平衡方程3.聯(lián)立上兩式，線性化并拉式變換通常則：第四章容積調(diào)速回路分析第五節(jié)容積調(diào)速回路的動(dòng)態(tài)性能共三十二頁動(dòng)態(tài)(dòngtài)方程及傳遞函數(shù)的建立其中：當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí)當(dāng)泵的調(diào)節(jié)參數(shù)不變時(shí)W2(S)稱為回路的動(dòng)態(tài)速度(sùdù)柔度，其倒數(shù)稱為回路的動(dòng)態(tài)速度(sùdù)剛度第四章容積調(diào)速回路分析第五節(jié)容積調(diào)速回路的動(dòng)態(tài)性能共三十二頁二.回路動(dòng)態(tài)特性(tèxìng)的定性分析1.穩(wěn)定性分析二階系統(tǒng)(xìtǒng)穩(wěn)定的條件是特征方程的系數(shù)全部為正值，即：2.回路速度放大系數(shù)KvKv越大