6.2节流调速回路 为保证主机的工作性能,多需要对其速度进行控制和调节。在液压系统中,速度控制回路是液压系统的核心, 执行机构的运动速度是通过输入到执行机构的流量来实现的。从工作原理方面分类,速度控制回路分为节流调速回 路、容积调速回路和容积节流调速回路等。从油液在油路中的循环方式分类,分为开式调速回路和闭式调速回路 所谓开式即是油液在油箱中冷却及沉淀后在进入工作循环 调速回路是以调速范围来表征其工作特性的,调速范围定义为回路所驱动的执行元件在规定负载下可能得到的 最大速度与最小速度之比。因此要求速度控制回路能在规定的速度范围内调节执行件的速度,满足最大速比的要 求;并且调速特性不随负载变化,具有足够的速度刚性和功率损失最小的特点;同时提供给执行件所需的力和力 矩。 V=q/A n=qlM 其中:9—流量 A活塞面积 V—活塞速度; —油马达转速; vAM油马达排量。 对于油缸可调节A来控制速度,但不易办到,所以多用调节q来达到。油马达可改变q及其转速n来调节。 类别 节流阀调速——用定量油泵供油,用节流元件(节流阀控制q) 调速阀调速——用定量油泵供油,用调速阀控制q 溢流节流阀调速—用定量油泵供油,用溢流节流阀控制q 6.2.1节流阀调速 类别:进油节流调速、回油节流调速、支路(旁路)节流调速 1进油节流调速——把节流阀安装在液动机的进油路上的调速方式。 溢流阀调定后,系统的最大压力基本上恒定不变(一直处于溢流状态), 即压力B不变 (1)工作原理(如右图) PA=F 0 1=F/A 节流阀流量qr,qr=1 gr=CrAr Apr= CrAr(p3-P,) CrAr (P3-F/A) v=g1/A=qr (2-F/4”=(P4-F 进油节流调速 (A) 式中:Cr流量系数,与孔口形状、油液性质有关; 4—节流阀的通流面积; AP2r-节流阀进出口压力差 指数。 由上式可知,调节节流阀的通流面积4,可改变速度v (2)调速性能
6.2 节流调速回路 为保证主机的工作性能，多需要对其速度进行控制和调节。在液压系统中，速度控制回路是液压系统的核心， 执行机构的运动速度是通过输入到执行机构的流量来实现的。从工作原理方面分类，速度控制回路分为节流调速回 路、容积调速回路和容积节流调速回路等。从油液在油路中的循环方式分类，分为开式调速回路和闭式调速回路。 所谓开式即是油液在油箱中冷却及沉淀后在进入工作循环。 调速回路是以调速范围来表征其工作特性的，调速范围定义为回路所驱动的执行元件在规定负载下可能得到的 最大速度与最小速度之比。因此要求速度控制回路能在规定的速度范围内调节执行件的速度，满足最大速比的要 求；并且调速特性不随负载变化，具有足够的速度刚性和功率损失最小的特点；同时提供给执行件所需的力和力 矩。 ， 其中： ——流量； ——活塞面积； ——活塞速度； ——油马达转速； ——油马达排量。 对于油缸可调节A来控制速度，但不易办到，所以多用调节q来达到。油马达可改变q及其转速n来调节。 类别： 节流阀调速——用定量油泵供油，用节流元件（节流阀控制q）； 调速阀调速——用定量油泵供油，用调速阀控制q； 溢流节流阀调速——用定量油泵供油，用溢流节流阀控制q 6.2.1 节流阀调速 类别：进油节流调速、回油节流调速、支路（旁路）节流调速 1.进油节流调速——把节流阀安装在液动机的进油路上的调速方式。 溢流阀调定后，系统的最大压力基本上恒定不变（一直处于溢流状态）， 即压力 不变。 （1）工作原理（如右图） （ ） 节流阀流量 ， （A） 式中： ——流量系数，与孔口形状、油液性质有关； 动画演示 ——节流阀的通流面积； ——节流阀进出口压力差； ——指数。 由上式可知，调节节流阀的通流面积 ，可改变速度 。 （2）调速性能
A:V=f(F特性(即速度一负载特性)。下图2(按薄壁孔计算) 速度的刚度气一表示负载的变化对速度变化影响的程度,即负载特性曲线上某一点切线斜率的倒数,随着 负载的增加,速度下降。为使刚度~保持正值,在式中加负号 F Ky 定义 《引∽小,K大 dF AA =1,F P-4 A(PBA 进油节流调速速度一负载特性 曲线(图6-26) PBA-F 若取m=05,0长、2(1-F 速度刚度~是反映速度稳定性或承载能力大小的一项重要指标,希望越大越好。刚度的几何意义就是负载 曲线上某点的8值,越小,则曲线越平缓,刚度就越大 由 图线及公式(B)可看出 特性曲线 1)4一定时,F越小,则号就越小即气(=g)越大,在F=附近时,较小。可保证的 稳定性,F不应靠近(-般取F<3) 2)当F一定时,冯越小,则越小,即气越大。4值小时,低速稳定性好,工作范围宽(即变化较大范 围时,对ν的影响不明显)。 不论斗=鸟,42…,而其值只有一个。(=P4,可由公式A求知) 3)增大冯或PB,可使气增大(由公式B可得出 4)当负载达到最大值时,节流阀前后无压差,所以不管节流阀的过流断面为何值,流过节流口的流量为零, 活塞停止运动,液压泵的流量全部经溢流阀回油箱。 B:功率特性 泵的输出功率 (const) P8=(c8),…qB=(c02s),定量泵 41 =p141 油缸输出有效功率 p11 回路的效率: By PB9B 功率损失 △P=Bb-B=PB-P191=P(q1+△g)-(p2-4r)1=P2△q+4r1 即功率损失由两部分组成
A： 特性（即速度—负载特性）。下图 （按薄壁孔计算）： 速度的刚度 ——表示负载F的变化对速度变化影响的程度，即负载特性曲线上某一点切线斜率的倒数。随着 负载的增加，速度下降。为使刚度 保持正值，在式中加一负号。 定义： 若取 ，则有 （B） 速度刚度 是反映速度稳定性或承载能力大小的一项重要指标，希望 越大越好。刚度的几何意义就是负载 曲线上某点的 值， 越小，则曲线越平缓，刚度就越大。 由 图线及公式（B）可看出： 特性曲线 1） 一定时，F越小，则 就越小，即 （ ）越大。在 附近时， 较小。可保证 的 稳定性，F不应靠近 （一般取F< ）； 2）当F一定时， 越小，则 越小，即 越大。 值小时，低速稳定性好，工作范围宽（即F变化较大范 围时，对 的影响不明显）。 不论 ， ，而其 值只有一个。（ ，可由公式A求知）。 3）增大 或 ，可使 增大（由公式B可得出）。 ４）当负载达到最大值时，节流阀前后无压差，所以不管节流阀的过流断面为何值，流过节流口的流量为零， 活塞停止运动，液压泵的流量全部经溢流阀回油箱。 B：功率特性 泵的输出功率： ， ，定量泵。 油缸输出有效功率： 。 回路的效率： 。 功率损失： 即功率损失由两部分组成：
溢流损失—P28Aq,其中—溢流阀溢流流量; 节流损失—42r的1,其中4r=PB-21,节流阅进出口压差。 由于有此两种损失,所以不高,调速经济性能差,且油发热大。另外,因回油路上没有背压,不能承受负值 负载(及方向与ν方向相反的负载,如铣床的顺铣和提升机械在重物下放等工况下均承受负值负载)。此外,溢 流阀调定压力不宜调得太高;一方面它使溢流损失増加,同时也由于节流阀两端压差增加使节流损失増加。通常溢 流阀调定压力以使节流阀两端压差4=02~03MP为宜(最大负载下) C最大承载能力和运动平稳性 当泵的出口压力设定好,并且液压缸的大小选择完毕后,不管节流阀的开口面积如何变化,液压缸的最大承载 能力都是不变的,即“ 所以这种调速方式是恒推力调速 在活塞运动时,如果负载突然变小时,活塞将会产生突然前冲现象,所以进油节流调速回路的运动平稳性差; 另外,油液通过节流阀时会发热,压力越大发热越严重,这对液压缸的泄漏有一定的影响,也影响到液压缸的运动 速度平稳性 结论:进油节流调速一般用于功率较小,对速度的稳定性要求不高,且具有正值负载的液压传动系统中。 2回油节流调速——是把节流阀安装在液动机岀油路上的调速方式。如下图 因用定量泵,溢流阀处于溢流状态, 所以PB=P,=1 当右行时(左行也这样),通过节流阀的流量 qr=c14Ay2=c14(24-) A (P A-F) A. 该式与上式比较,形式相似,其工作特性与进油口节流调速特性基本 想同,不同点是 (1)液动机具有回油背压,因而工作较平稳; )可以承受负值载P——溢流阀调定压力 出油节流调速 荷 动画演示 (3)长时间不工作,回油腔油会从节流阀流出-部分,再次启动时,会在较短时间内,没有背压,会使活塞 猛冲一下,直到形成背压为止 (4)因存在背压,所以进油腔压力要比进油节流调速时高,在同样的F、Ⅴ时,其输入功率加大,使回路的效 率η比进油节流调速时低 (5)回油路中油液经油箱冷却后重新进入系统,对液压缸泄漏影响小。 结论:适合对速度要求的平稳性较高(对进油路节流调速而言),具有负值(正值也可以)载荷的小功率的系 统之中。 3.支路(旁路)节流调速 (1)工作原理(见下图) 溢流阀正常工作是关闭的,只有过载时才打开,作安全阀使用。 (2)速度一负载特性 Apr=Pi r=c14.a2=c14(2) 41=4841 CrAr( A 动画演示
溢流损失—— ，其中 ——溢流阀溢流流量； 节流损失—— ，其中 ，节流阀进出口压差。 由于有此两种损失，所以 不高，调速经济性能差，且油发热大。另外，因回油路上没有背压，不能承受负值 负载（及F方向与 方向相反的负载，如铣床的顺铣和提升机械在重物下放等工况下均承受负值负载）。此外，溢 流阀调定压力不宜调得太高；一方面它使溢流损失增加，同时也由于节流阀两端压差增加使节流损失增加。通常溢 流阀调定压力以使节流阀两端压差 为宜（最大负载下）。 C最大承载能力和运动平稳性 当泵的出口压力设定好，并且液压缸的大小选择完毕后，不管节流阀的开口面积如何变化，液压缸的最大承载 能力都是不变的，即 。所以这种调速方式是恒推力调速。 在活塞运动时，如果负载突然变小时，活塞将会产生突然前冲现象，所以进油节流调速回路的运动平稳性差； 另外，油液通过节流阀时会发热，压力越大发热越严重，这对液压缸的泄漏有一定的影响，也影响到液压缸的运动 速度平稳性。 结论：进油节流调速一般用于功率较小，对速度的稳定性要求不高，且具有正值负载的液压传动系统中。 2.回油节流调速——是把节流阀安装在液动机出油路上的调速方式。如下图： 因用定量泵，溢流阀处于溢流状态， 所以 当右行时（左行也这样），通过节流阀的流量 该式与上式比较，形式相似，其工作特性与进油口节流调速特性基本 想同，不同点是： （1）液动机具有回油背压，因而工作较平稳； （ 2 ） 可 以 承 受 负 值 载 荷； 动画演示 （3）长时间不工作，回油腔油会从节流阀流出一部分，再次启动时，会在较短时间内，没有背压，会使活塞 猛冲一下，直到形成背压为止； （4）因存在背压，所以进油腔压力要比进油节流调速时高，在同样的F、V时，其输入功率加大，使回路的效 率 比进油节流调速时低； （5）回油路中油液经油箱冷却后重新进入系统，对液压缸泄漏影响小。 结论：适合对速度要求的平稳性较高（对进油路节流调速而言），具有负值（正值也可以）载荷的小功率的系 统之中。 3.支路（旁路）节流调速 （1）工作原理（见下图） 溢流阀正常工作是关闭的，只有过载时才打开，作安全阀使用。 （2）速度—负载特性 （A） 动画演示
当m=0.5时, PI k=-_2AF24 dv CrA q8-Av 根据上两式及vF特性图,可▲ 4一定时,F个时4 AATA K 4变大时,特性线下移, 安全阀 x变小,K,↓,故工作范 支路节流阀调速 围小,速度稳定性差 F一定时,4越小,, 0 大 支路节流调速速度一负载特性曲线 〔图6-30 增大A,可增大,(见公 式) (3)最大承载能力 当ν=0时,qB=qr(泵的流量全经节流阀流回油箱),此时F值既是最大承载能力<m。由(A)式可知 0p CrAr At =0.5 A()2 Ar 由(C)式可知,4越大,越小,即承载能力越小,工作范围 (4)功率特征 F 泵输出功率 FPA98-98'A 缸输出功率:F=P21 7=29= 回路效率: P14. 8 由此式可看出,只有流量损失而无压力损失,故比前2种回路功率损失小,效率高。 功率损失:无溢流损失功率,只有节流功率损失 △P=p19r 由(D)式可知,当负载F变化时,引起1(即PB)压力变化,故泵的输出功率是随而变化的,不是输出恒 功率,故系统效率高 结论:支路节流调速适用于功率较大,对运动的平稳性要求不高的液压系统中 三种节流阀节流调速方法的特性列表如下: 调速方法 进油路节流调速 回油路节流调速 旁油路节流调速 回路的主要参数 进油腔压力孕、节流阀两回油腔压力22、节流阀两进油腔压力2、节流阀两 端压差4以及进入液压端压差4以及进入液压端压差以及进入液压 缸的流量q等均随负载的变缸的流量q等均随负载的变缸的流量q、液压泵输出功 化而变化。液压泵出口压化而变化。液压泵出口压 率、液压泵出口压力PB均
当 时， （B） 根据上两式及v—F特性图，可 知： 一定时，F 时v ，而 ； 变大时，特性线下移， 变小， ，故工作范 围小，速度稳定性差； F一定时， 越小， 越 大； 增大 ，可增大 （见公 式）。 （3）最大承载能力 当 时， （泵的流量全经节流阀流回油箱），此时F值既是最大承载能力 。由（A）式可知， 当 时 ，若 ，则 （C） 由（C）式可知， 越大， 越小，即承载能力越小，工作范围小。 （4）功率特征 泵输出功率： （D） 缸输出功率： 回路效率： 由此式可看出，只有流量损失而无压力损失，故比前2种回路功率损失小，效率高。 功率损失：无溢流损失功率，只有节流功率损失。 由（D）式可知，当负载F变化时，引起 （即 ）压力变化，故泵的输出功率是随F而变化的，不是输出恒 功率，故系统效率高。 结论：支路节流调速适用于功率较大，对运动的平稳性要求不高的液压系统中。 三种节流阀节流调速方法的特性列表如下： 特 性 调速方法 进油路节流调速 回油路节流调速 旁油路节流调速 回路的主要参数 进油腔压力 、节流阀两 端压差 以及进入液压 缸的流量q等均随负载的变 化而变化。液压泵出口压 回油腔压力 、节流阀两 端压差 以及进入液压 缸的流量q等均随负载的变 化而变化。液压泵出口压 进油腔压力 、节流阀两 端压差 以及进入液压 缸的流量q、液压泵输出功 率、液压泵出口压力 均
力P为常数,液压泵输出力P为常数,液压泵输出 随负载的变化而变化 功率为常数 功率为常数,进油腔压力 1=P9,回油腔 PI=PB P2 s 0 速度负载特性 速度负载特性较软 速度负载特性比进油路 回油路节流调速回路更软 运动平稳性及承受负值负平稳性较差,不能承受负平稳性较好,能承受负值平稳性较差,不能承受负 值负载 负载 值负载 溢流阀压力调定后,最 大负载=PB 最大负载随节流阀流通面 最大承载能力 积的增大而减少,低速时 不随节流阀流通面积的改 承载能力差 调速范围 较大,可达10以上 同左 调速范围小 功率消耗与负载、速度无 功率消耗 功率消耗较进油、回油路 关。低速轻载时效率低, 同左 热大 调速回路小,效率较高 油液通过节流阀发热后进 入液压缸,影响液压缸泄/油液通过节流阀发热后回 油箱冷却,对液压缸泄漏油泵的泄漏影响液压缸运 发热及泄漏的影响 漏,从而影响活塞运动速 度,但泵的泄漏对性能无|影响较小,泵的泄漏对性 动速度 能无影响 影响 车后起动冲击 停车后起动冲击小 停车后起动有冲击 停车后起动有冲击 6.2.2调速阀节流调速 节流阀的节流调速回路,负载刚度很小,难以达到)准确调速的目的。其原因是因为节流阀的流量一压力特性引 起的,即流量随压力变化而变化,我们称之为“柔性¨或“软特性”。调速阀的流量一压力特性,在其正常工作范围 内,是“刚性的,或称之为“硬特性”,即流量在压力变化时几乎不变 如果系统要求速度的稳定性较高,就要考虑采用复式流量阀(调速V 阀)。将调速阀代替上述节流阀作为流量控制阀用于进油口节流回路,回油 口节流回路和支路节流回路中,可以大大改善负载刚性。调速阀调速回路分D 定压式和变压式两大类,进油调速回路和回路调速回路属于定压式调速回 路,支路调速回路属于变压式调速回路 由于进入缸的流量与负载F无关,所以其vF图如下 F特性线 ABC0面积泵输出功率(即回路的输出功率“(恒功率)); ABED面积——溢流阀损失功率艹(恒功率损失) F F DEO面积——节流阀损失功率 △P 定压式调速阀功率特性曲线 0EC面积—回路输出功率P 〔图6-32) 0BC面积 效率ABC0面积 6.2.3溢流节流阀节流调速 只能用于进油口节流调速; 液压泵供油压力随负载变化,效率高; 流量稳定性较调速阀差
力 为常数，液压泵输出 功率为常数。 力 为常数，液压泵输出 功率为常数，进油腔压力 。 随负载的变化而变化。 ，回油腔 速度负载特性 速度负载特性较软 同左 速度负载特性比进油路、 回油路节流调速回路更软 运动平稳性及承受负值负 载的能力 平稳性较差，不能承受负 值负载 平稳性较好，能承受负值 负载 平稳性较差，不能承受负 值负载 最大承载能力 当溢流阀压力调定后，最 大负载＝ ＝常数， 不随节流阀流通面积的改 变而改变 同左 最大负载随节流阀流通面 积的增大而减少，低速时 承载能力差 调速范围 较大，可达100以上 同左 调速范围小 功率消耗 功率消耗与负载、速度无 关。低速轻载时效率低， 发热大 同左 功率消耗较进油、回油路 调速回路小，效率较高 发热及泄漏的影响 油液通过节流阀发热后进 入液压缸，影响液压缸泄 漏，从而影响活塞运动速 度，但泵的泄漏对性能无 影响 油液通过节流阀发热后回 油箱冷却，对液压缸泄漏 影响较小，泵的泄漏对性 能无影响 油泵的泄漏影响液压缸运 动速度 停车后起动冲击 停车后起动冲击小 停车后起动有冲击 停车后起动有冲击 6.2.2 调速阀节流调速 节流阀的节流调速回路，负载刚度很小，难以达到准确调速的目的。其原因是因为节流阀的流量—压力特性引 起的，即流量随压力变化而变化，我们称之为“柔性”或 “软特性”。调速阀的流量—压力特性，在其正常工作范围 内，是“刚性”的，或称之为“硬特性”，即流量在压力变化时几乎不变。 如果系统要求速度的稳定性较高，就要考虑采用复式流量阀（调速 阀）。将调速阀代替上述节流阀作为流量控制阀用于进油口节流回路，回油 口节流回路和支路节流回路中，可以大大改善负载刚性。调速阀调速回路分 定压式和变压式两大类，进油调速回路和回路调速回路属于定压式调速回 路，支路调速回路属于变压式调速回路． 由于进入缸的流量与负载F无关，所以其v—F图如下： AB——v—F特性线； ABC0面积——泵输出功率（即回路的输出功率 （恒功率））； ABED面积——溢流阀损失功率 （恒功率损失）； DE0面积——节流阀损失功率 ； 0EC面积——回路输出功率 。 效率 6.2.3 溢流节流阀节流调速 只能用于进油口节流调速； 液压泵供油压力随负载变化，效率高； 流量稳定性较调速阀差