液壓與氣動(dòng)技術(shù) 第2版 課件 項(xiàng)目六 調(diào)速回路的設(shè)計(jì)與構(gòu)建

液壓與氣動(dòng)技術(shù)PROJECT6調(diào)速回路的設(shè)計(jì)與構(gòu)建01PARTONE流量控制閥的結(jié)構(gòu)與選用概述節(jié)流閥調(diào)速閥氣動(dòng)速度控制閥流量控制閥是靠改變閥口通流面積的大小，來調(diào)節(jié)通過閥口的流量，從而改變執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度。一、節(jié)流口的結(jié)構(gòu)形式節(jié)流口形式多樣，如右圖所示。當(dāng)閥芯處于不同位置時(shí)，其流通截面的大小不一樣。概

述節(jié)流口歸結(jié)為三種形式:二、影響節(jié)流口流量穩(wěn)定性的因素概

述L/d＞4薄壁小孔

L/d≤0.5細(xì)長孔（阻流管）

短孔

0.5＜L/d≤4通過節(jié)流口輸出流量的穩(wěn)定性與節(jié)流口的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。其流量特性可用小孔流量通用公式來表示，即二、影響節(jié)流口流量穩(wěn)定性的因素概

述q

kAT

Pmk：節(jié)流系數(shù)（孔口流量系數(shù)），由節(jié)流口形狀和油液粘度決定，數(shù)值由實(shí)驗(yàn)得出；AT：節(jié)流口通流截面積（㎡）；ΔP：節(jié)流口進(jìn)出口的壓力差（Pa）；m：節(jié)流口形狀指數(shù)，短孔0.5≤m<1，薄壁小孔m＝0.5，細(xì)長孔m＝1。

由公式可知，通過節(jié)流口的流量不但與節(jié)流口通流面積有關(guān)，而且還和節(jié)流口前后的壓力差、油溫以及節(jié)流口形狀等因素有關(guān)。二、影響節(jié)流口流量穩(wěn)定性的因素概

述q

kAT

Pm節(jié)流閥節(jié)流閥是通過改變閥口的過流面積來調(diào)節(jié)輸出流量的。無論哪一種流量控制閥，其內(nèi)部一定有節(jié)流閥，因此，節(jié)流閥可以說是最基本的流量控制閥。節(jié)流閥孔口形狀為軸向三角槽式。油液從進(jìn)油口P1進(jìn)入，經(jīng)閥芯上的三角槽節(jié)流口，從出油口P2流出。轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺母，可通過推桿推動(dòng)閥芯作軸向移動(dòng)，改變節(jié)流口的通流面積來調(diào)節(jié)流量。一、節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)節(jié)流閥優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、使用方便、成本低。缺點(diǎn)：負(fù)載和溫度對(duì)流量穩(wěn)定性影響較大。適用：負(fù)載和溫度變化不大、速度穩(wěn)定性要求不高的場合。二、節(jié)流閥的特點(diǎn)調(diào)速閥調(diào)速閥是一種能自動(dòng)補(bǔ)償負(fù)載或溫度變化對(duì)流量的影響，從而保持輸出流量穩(wěn)定性的流量控制閥。一、調(diào)速閥的工作原理和結(jié)構(gòu)普通調(diào)速閥：定差減壓閥和節(jié)流閥相串聯(lián)。調(diào)速閥一、調(diào)速閥的工作原理和結(jié)構(gòu)當(dāng)減壓閥閥芯在彈簧力F、液壓力P2和P3的作用下處于某一平衡位置時(shí)（忽略摩擦力）力平衡方程為：式中，

－分別是ｄ、ｃ、ｂ腔內(nèi)的壓力油作用于閥心的有效面積，且因彈簧剛度較低，且工作過程中減壓閥閥心位移較小，可以認(rèn)為彈簧力基本保持不變，故節(jié)流閥兩端壓力差也基本保持不變，從而保證了通過節(jié)流閥的流量穩(wěn)定。調(diào)速閥二、調(diào)速閥的特點(diǎn)調(diào)速閥在壓差大到一定值后，減壓閥處于工作狀態(tài)，流量基本保持恒定。要使調(diào)速閥正常工作就必須保證調(diào)速閥有一個(gè)最小壓差，中低壓調(diào)速閥為0.5MPa，高壓調(diào)速閥為1MPa。氣動(dòng)速度控制閥02PARTTWO常用速度控制回路節(jié)流調(diào)速回路容積調(diào)速回路容積節(jié)流調(diào)速回路調(diào)速是為了滿足執(zhí)行元件對(duì)工作速度的要求。

式中—輸入執(zhí)行元件的流量；Ａ—液壓缸的有效面積；

—液壓馬達(dá)的排量。

由以上兩式可知，改變輸入液壓執(zhí)行元件的流量（或改變液壓馬達(dá)的排量）可以達(dá)到改變速度的目的。液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度：

液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速：

節(jié)流調(diào)速回路一、進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路采用定量泵供油，由流量閥調(diào)節(jié)進(jìn)入執(zhí)行元件的流量來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度的方法。節(jié)流閥串聯(lián)在液壓泵和液壓缸之間。調(diào)節(jié)節(jié)流閥口的大小便能控制進(jìn)入液壓缸量，達(dá)到調(diào)速的目的。在這種調(diào)速回路中，節(jié)流閥和溢流閥聯(lián)合使用才起調(diào)速作用。節(jié)流調(diào)速回路一、進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路活塞的運(yùn)動(dòng)速度式中

－進(jìn)入液壓缸的流量；－液壓缸無桿腔的面積。、↑可知，

↓缸的運(yùn)動(dòng)速度減小。由此可知，當(dāng)調(diào)定后，液壓缸的速度

僅與負(fù)載→減小，由當(dāng)負(fù)載↑增大時(shí)，有關(guān)?？蓪?shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。改變節(jié)流閥通流面積這種回路的調(diào)速范圍較大。節(jié)流調(diào)速回路一、進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路速度負(fù)載特性：（1）當(dāng)節(jié)流閥通流面積AT不變時(shí)，缸的運(yùn)動(dòng)速度v隨負(fù)載F的增大而下降，因此這種回路的速度剛性較軟。（2）當(dāng)AT一定時(shí)，重載區(qū)域比輕載區(qū)域的速度剛性差。（3）當(dāng)負(fù)載F不變時(shí)，AT小，速度剛性好。節(jié)流調(diào)速回路二、回油路節(jié)流調(diào)速回路節(jié)流閥串聯(lián)在執(zhí)行元件的回油路上。用節(jié)流閥調(diào)節(jié)液壓缸的回油流量q2，控制了進(jìn)入液壓缸的流量q1。定量泵多余的油液經(jīng)溢流閥流回油箱，泵出口壓力為溢流閥的調(diào)整壓力，并基本保持穩(wěn)定?；钊乃俣葹槭街校M(jìn)入液壓缸的流量；－液壓缸排出的流量；－液壓缸無桿腔的面積；－液壓缸有桿的面積。

節(jié)流調(diào)速回路二、回油路節(jié)流調(diào)速回路回油路節(jié)流調(diào)速和進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速的速度負(fù)載特性基本相同。

速度負(fù)載特性：但是，這兩種調(diào)速回路在承受負(fù)值負(fù)載能力方面是不同的?；赜凸?jié)流調(diào)速回路上的節(jié)流閥使缸回油腔形成一定的背壓，在有負(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，因而不能在負(fù)值負(fù)載下工作。節(jié)流調(diào)速回路三、旁油路節(jié)流調(diào)速回路將節(jié)流閥裝在和液壓泵并聯(lián)的支路上。用節(jié)流閥調(diào)節(jié)液壓泵流回油箱的流量，從而控制了進(jìn)入液壓缸的流量，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。油路中的溢流閥在正常工作情況下是關(guān)閉的，過載時(shí)打開，故稱之為安全閥，其調(diào)整壓力比最大負(fù)載所需的壓力稍高?；钊倪\(yùn)動(dòng)速度為－液壓缸無桿腔的面積。式中－進(jìn)入液壓缸的流量；－液壓泵輸出的流量；節(jié)流調(diào)速回路三、旁油路節(jié)流調(diào)速回路（1）當(dāng)節(jié)流閥通流面積AT一定時(shí)，負(fù)載Ｆ較小的區(qū)段，速度剛度差；負(fù)載較大的區(qū)段，速度剛度較好。（2）當(dāng)負(fù)載Ｆ一定時(shí)，AT越?。ɑ钊\(yùn)動(dòng)速度越高）時(shí)，速度剛度越大。速度負(fù)載特性：最大承載能力隨節(jié)流閥流通面積增大而減小，即低速承載能力差，調(diào)速范圍也小。節(jié)流調(diào)速回路三、旁油路節(jié)流調(diào)速回路特點(diǎn)：旁油節(jié)流調(diào)速只有節(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。應(yīng)用：用于高速重載和對(duì)速度平穩(wěn)性要求不高的較大功率系統(tǒng)。節(jié)流調(diào)速回路特性調(diào)速方法進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回油路節(jié)流調(diào)速旁油路節(jié)流調(diào)速速度負(fù)載特性較軟同進(jìn)油路比進(jìn)油路、回油路更軟運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性平穩(wěn)性較差，不能在負(fù)值負(fù)載下工作平穩(wěn)性較好，可以在負(fù)值負(fù)載下工作。平穩(wěn)性較差，不能在負(fù)值負(fù)載下工作調(diào)速范圍較大同進(jìn)油路因低速穩(wěn)定性差，故調(diào)速范圍較小最大承載能力最大負(fù)載由溢流閥所調(diào)定的壓力決定，最大承載能力不隨節(jié)流閥通流面積的改變而改變同進(jìn)油路最大負(fù)載隨節(jié)流閥通流面積增大而減小，低速承載能力差功率損耗功率損耗與負(fù)載、速度無關(guān)。低速、輕載時(shí)效率低，發(fā)熱大同進(jìn)油路功率損耗與負(fù)載成正比，效率高，發(fā)熱小起動(dòng)沖擊停車后起動(dòng)沖擊小停車后起動(dòng)有沖擊停車后起動(dòng)有沖擊發(fā)熱及泄漏的影響

油液通過節(jié)流閥，發(fā)熱的油進(jìn)入液壓缸，影響液壓缸泄漏，從而影響活塞運(yùn)動(dòng)速度油液通過節(jié)流閥后回油箱冷卻，對(duì)液壓缸泄漏影響較小

油液通過節(jié)流閥后直接流回油箱冷卻，對(duì)液壓缸泄漏影響較小節(jié)流調(diào)速回路四、采用調(diào)速閥的節(jié)流調(diào)速回路采用節(jié)流閥的節(jié)流調(diào)速回路，其速度剛度都比較軟，變載荷下的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性均比較差。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，在回路中用調(diào)速閥代替節(jié)流閥。調(diào)速閥能在負(fù)載變化的條件下保證節(jié)流閥兩端壓差基本不變，因而使用調(diào)速閥后回路的速度負(fù)載特性得到了改善。注意：為保證調(diào)速閥能正常工作，調(diào)速閥兩端壓力差必須大于一定數(shù)值，中低壓為0.5MPa。容積調(diào)速回路節(jié)流調(diào)速主要缺點(diǎn)是效率低、發(fā)熱大，只適用于小功率液壓系統(tǒng)中。采用變量泵或變量馬達(dá)的容積調(diào)速回路，因無溢流損失和節(jié)流損失，故效率高、發(fā)熱小，適用于大功率液壓系統(tǒng)。容積調(diào)速回路有三種形式：變量泵和定量執(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。容積調(diào)速回路a圖中的執(zhí)行元件為液壓缸，是開式回路；安全閥2起安全作用，用以防止系統(tǒng)過載。改變液壓泵的排量即可調(diào)節(jié)活塞的運(yùn)動(dòng)速度。一、變量泵和定量執(zhí)行元件組成的容積調(diào)速回路b圖中的執(zhí)行元件為液壓馬達(dá)，是閉式回路；安全閥2起安全作用，用以防止系統(tǒng)過載。為了補(bǔ)充液壓泵和液壓馬達(dá)的泄露，增加了補(bǔ)油液壓泵4，同時(shí)置換部分發(fā)熱的油液，降低系統(tǒng)溫升。溢流閥5用來調(diào)節(jié)補(bǔ)油液壓泵的壓力。容積調(diào)速回路閥2為安全閥，泵4和溢流閥5組成補(bǔ)油油路。定量泵輸出流量不變，調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)的排量便可改變其轉(zhuǎn)速。二、定量泵和變量馬達(dá)組成的容積調(diào)速回路因這種調(diào)速回路中，液壓馬達(dá)的最大輸出功率不變，故這種調(diào)速稱為恒功率調(diào)速。容積調(diào)速回路三、變量泵和變量馬達(dá)組成的容積調(diào)速回路通過改變變量泵排量Vp或改變液壓馬達(dá)的排量VM進(jìn)行調(diào)速。變量泵正向或反向供油，馬達(dá)即可正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。單向閥6、8用于使輔助泵9雙向補(bǔ)油，單向閥7、9使安全閥都能起過載保護(hù)作用。這種回路是前面兩種調(diào)速回路的組合。容積調(diào)速回路容積調(diào)速回路調(diào)速方法輸出特性應(yīng)用調(diào)速范圍輸出轉(zhuǎn)矩輸出功率變量泵和定量執(zhí)行元件調(diào)節(jié)泵的排量較大恒轉(zhuǎn)矩（恒推力）調(diào)速隨馬達(dá)的轉(zhuǎn)速改變呈線性變化小型內(nèi)燃機(jī)車、液壓起重機(jī)、船用絞車等處有關(guān)裝置定量泵和變量馬達(dá)調(diào)節(jié)馬達(dá)的排量很小馬達(dá)轉(zhuǎn)速增大時(shí)，轉(zhuǎn)矩逐漸減小，輸出轉(zhuǎn)矩為變值恒功率調(diào)速造紙、紡織等行業(yè)的卷取裝置中變量泵和變量馬達(dá)

低速段：馬達(dá)排量固定在最大值上，調(diào)節(jié)泵的排量高速段：泵的排量固定在最大值上，調(diào)節(jié)馬達(dá)的排量很大低速段為恒功率調(diào)速高速段為恒功率調(diào)速大功率液壓系統(tǒng)，特別適用于系統(tǒng)中有兩個(gè)或多個(gè)液壓馬達(dá)要求共用一個(gè)液壓泵，又能各自獨(dú)立進(jìn)行調(diào)速的場合，如港口起重運(yùn)輸機(jī)械、礦山采掘機(jī)械容積節(jié)流調(diào)速回路用流量閥調(diào)節(jié)進(jìn)入或流出液壓缸的流量來調(diào)節(jié)液壓缸的運(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)?；芈诽攸c(diǎn)：

沒有溢流損失，效率較高，速度穩(wěn)定性比容積調(diào)速好。應(yīng)用：用于調(diào)速范圍大、中小功率的場合。

快速運(yùn)動(dòng)回路一、液壓缸差動(dòng)連接回路當(dāng)閥1和閥3在左位工作時(shí)，閥3將液壓缸左右腔連通，并同時(shí)接通壓力油，實(shí)現(xiàn)液壓缸差動(dòng)連接，液壓缸快速向左運(yùn)動(dòng)。當(dāng)閥3通電時(shí)，差動(dòng)連接被切斷，液壓缸回油經(jīng)過調(diào)速閥，實(shí)現(xiàn)工進(jìn)。當(dāng)閥1切換至右位后，液壓缸快退?？焖龠\(yùn)動(dòng)回路的功用是使液壓執(zhí)行元件獲得所需的高速，以提高生產(chǎn)率或充分利用功率。特點(diǎn)：回路簡單經(jīng)濟(jì)，應(yīng)用較多。

快速運(yùn)動(dòng)回路二、采用蓄能器的快速運(yùn)動(dòng)回路系統(tǒng)停止工作時(shí)，換向閥5處在中間位置，泵經(jīng)單向閥3向蓄能器充液，蓄能器壓力升高，達(dá)到液控順序閥（卸荷閥）調(diào)定壓力后，閥口打開，使泵卸荷。當(dāng)系統(tǒng)中短期需要大流量時(shí)，換向閥處于左位或右位，由泵1和蓄能器4共同向缸6供油，使液壓缸實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。采用蓄能器目的：利用小流量泵使執(zhí)行元件獲得快速運(yùn)動(dòng)。注意：系統(tǒng)在整個(gè)工作循環(huán)中要有足夠的向蓄能器充液時(shí)間?？焖龠\(yùn)動(dòng)回路三、雙液壓泵供油快速運(yùn)動(dòng)回路1為低壓、大流量泵，它和泵2的流量加在一起應(yīng)等于快速時(shí)所需流量，液控順序閥3的調(diào)整壓力應(yīng)比快速運(yùn)動(dòng)時(shí)所需壓力大0.8MPａ，比溢流閥5的調(diào)定壓力至少低10％～20％；2為高壓、小流量泵，泵的流量按工作進(jìn)給速度需要選取，工作壓力由溢流閥5調(diào)定。特點(diǎn)：系統(tǒng)效率高，功率利用合理；其缺點(diǎn)是回路比較復(fù)雜，常用在執(zhí)行元件快進(jìn)和工進(jìn)速度相差較大的場合?？焖龠\(yùn)動(dòng)回路四、采用增速缸的快速運(yùn)動(dòng)回路當(dāng)三位四通換向閥左位接入系統(tǒng)時(shí)，液壓油經(jīng)增速缸中的柱塞1的通孔進(jìn)入B腔，使活塞2快速伸出?；钊?伸出到工作位置時(shí)，由于負(fù)載加大，壓力升高，打開順序閥4，高壓油進(jìn)入A腔，同時(shí)關(guān)閉液控單向閥3。此時(shí)活塞桿2在液壓油作用下繼續(xù)外伸，但因有效工作面積加大，使速度變慢而推力加大。特點(diǎn)：功率利用合理，但液壓缸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常用于液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)中。速度換接回路一、快速與慢速換接回路圖示為用行程節(jié)流閥的速度換接回路。如圖狀態(tài)下，液壓缸快進(jìn)；當(dāng)活塞上擋塊壓下行程閥時(shí)，缸右腔油液只能通過節(jié)流閥流回油箱，缸由快進(jìn)轉(zhuǎn)變?yōu)槁俟みM(jìn)；當(dāng)電磁閥通電換向時(shí)，壓力油經(jīng)單向閥進(jìn)入缸右腔，活塞快速返回。液壓執(zhí)行元件在一個(gè)工作循環(huán)中從一種運(yùn)動(dòng)速度變換到另一種運(yùn)動(dòng)速度。應(yīng)具有較高的速度換接平穩(wěn)性。

優(yōu)點(diǎn)：快慢速換接比較平穩(wěn)，換接點(diǎn)位置比較準(zhǔn)確。缺點(diǎn)：行程閥安裝位置不能任意改變，管路連接較復(fù)雜。速度換接回路二、兩種工作進(jìn)給速度的換接回路兩個(gè)調(diào)速閥串聯(lián)實(shí)現(xiàn)兩種進(jìn)給速度的換接回路。當(dāng)電磁閥斷電時(shí)，實(shí)現(xiàn)一工進(jìn)，進(jìn)給速度由調(diào)速閥3控制；當(dāng)電磁閥通電時(shí)，壓力油經(jīng)調(diào)速閥3，再經(jīng)調(diào)速閥4進(jìn)入液壓缸左腔，速度由調(diào)速閥4控制，實(shí)現(xiàn)二工進(jìn)。注意：調(diào)速閥4的開口大小要小于調(diào)速閥3。優(yōu)點(diǎn)：速度換接平穩(wěn)性較好。應(yīng)用：用于二工進(jìn)速度小于一工進(jìn)速度的場合。速度換接回路二、兩種工作進(jìn)給速度的換接回路兩種進(jìn)給速度可以分別調(diào)節(jié)，兩個(gè)調(diào)速