第二节-速度控制回路(一)

第二节速度控制回路速度控制回路是讨论液压执行元件速度的调节和变换的问题。常用的速度控制回路有调速回路、快速回路、速度换接回路等。调速回路：调节执行元件运动速度的回路。定量泵供油系统的节流调速回路变量泵（变量马达）的容积调速回路容积节流调速回路快速回路：使执行元件快速运动的回路。速度换接回路；变换执行元件运动速度的回路。调速回路的基本原理：调节执行元件的工作速度，可以改变输入（或输出）执行元件的流量；或改变执行元件的几何参数。对于定量泵供油系统，可以用流量控制阀来调速——节流调速回路；按流量控制阀安放位置的不同分：进油节流调速回路回油节流调速回路旁路节流调速回路AqvMVqn液压缸的速度液压马达的转速调速回路的基本原理：对于变量泵（马达）系统，可以改变液压泵（马达）的排量来调速——容积调速回路；变量泵——定量马达闭式调速回路变量泵——变量马达闭式调速回路同时调节泵的排量和流量控制阀来调速——容积节流调速回路。限压式变量泵和调速阀的调速回路差压式变量泵和节流阀的调速回路一、定量泵节流调速回路（一）进油、回油节流阀调速回路1、进油节流阀调速回路将节流阀串联在泵与阀之间，即构成进油节流调速回路。（1）回路的特点定量泵供油，流量恒定，溢流阀调定压力为pS，泵的供油压力pP，进入液压缸的流量q1由节流阀的调节开口面积AT确定，P1压力作用在活塞A1上，克服负载F，推动活塞以速度v=q1/A1向右运动。因为定量泵供油，q1小于qP。所以pP=pS,溢流阀常开。即定压式节流调速。活塞受力平衡方程节流阀前后的压力差LFApAp22111120AFppL则1AFppLs活塞的运动速度节流阀流过的流量)(2211AFpACpACqLsTdTd1111)(2AAFpACAqvLsTd（2）速度负载特性（1）V与AT成正比。无级调速：Rcmax=100（2）AT一定，V随负载变化。速度与负载的关系——速度负载特性（3)同一节流阀，Δp一定时，AT越小，刚度T越大。（4)同一节流阀，AT一定时，Δp越小，刚度T越低。（5）回路的最大承载能力为Fmax=psA1要使推力最大，必须压力达到最大值，而P1=PY-Δp，则Δp=0，q1=0，v=0，即无流压力点。（3）功率特性液压泵输出功率：液压缸输出的有效功率：回路的功率损失：psLqpvF常数pspqpPLsLsLsLLpsppqqpqppqqpqpqpPPP）（）（1式中：pSΔq——溢流损失ΔpqL——节流损失回路的效率：这种回路功耗大，效率较低，系统温升大。LLLLLqpAqFvFP112、回油节流调速回路节流阀装在液压缸的回油路上。（1）速度负载特性活塞力平衡方程：PSA1=P2A2+FL当F=0时，若A1/A2=2，则P2=2PS，注意缸的回油腔和回油管的强度和密封。节流阀前后的压差Δp=P2=（PSA1-FL）/A2活塞的运动速度：222121)(2AAFAApACAqvLsTd与进油节流调速回路有相似的速度负载特性和速度刚度，其中最大承载能力Fmax=psA1相同。（2）功率特性液压泵输出功率：液压缸输出的有效功率：回路的功率损失：psLqpvF常数pspqpP2211221)(qpqpqAAppqpPPPsspsp式中：pSΔq——溢流损失ΔpqL——节流损失回路的效率：该回路进油节流调速回路有相似的功率特性。LLssLqpqAAppvApApvFP11222211)()(3、进油与回油节流调速回路的性能差异（1）回油节流调速回路能承受负值负载，并提高了缸的速度平稳性。（2）进油节流阀调速回路容易实现压力控制。（3）进油节流调速回路能获得更低的稳定速度。（4）启动性能，回油路节流调速回路有前冲现象；而进油节流阀调速回路没有前冲现象。（5）发热及泄漏对进油节流调速的影响均大于回油节流调速。4、进油、回油节流阀调速回路的应用为了提高回路的综合性能，一般采用进油节流阀调速回路，并在回油路上加背压阀，使其兼具二者的优点。因为进（回）油节流调速回路具有溢流和节流损耗，效率较低，只宜用于低速、小负载、负载变化不大和对速度稳定性要求不高的小功率场合。（二）旁路节流调速回路这种回路由定量泵、安全阀、液压缸和节流阀组成，节流阀安装在与液压缸并联的旁油路上。定量泵输出的流量qP，一部分Δq通过节流阀流回油箱。剩余部分q1进入液压缸。溢流阀常闭，起安全作用。其调节压力一般为缸克服最大负载所需的工作压力p1max的1.1～1.3倍。液压泵的工作压力pP取决于负载，即变压式节流调速。1、速度负载特性活塞受力平衡方程：节流阀前后的压差：节流阀流过的流量：缸的运动速度：LFAp1111AFppL12AFACqLTd1112AAFACqAqqvLTdpp其速度负载特性：速度受负载变化的影响大，在小负载或低速时，曲线陡，回路的速度刚性差。在不同节流阀通流面积下，回路有不同的最大承载能力。AT越大，Fmax越小，回路的调速范围受到限制。2、功率特性液压泵输出功率：式中：pL——负载压力，液压缸输出的有效功率：回路的功率损失：即旁油路节流调速回路只有节流功率损失，无溢流功率损失，回路效率较高。由于本回路的速度－负载特性很软，低速承载能力差，故其应用比前两种回路少，只用于高速、重载、对速度平稳性要求不高的较大功率的系统，如牛头刨床主运动系统、输送机械液压系统等。常数pLpqpP111qpvApvFPLLL1AFpLLqpqpqpPPPLLpLp11（三）改善节流调速负载特性的回路节流阀的三种基本回路其速度均随负载的变化而变化，对于一些负载变化较大，对速度稳定性要求较高的液压系统，可采用调速阀来改善速度-负载特性1、采用调速阀的节流调速回路调速阀可以装在回路的进油、回油或旁路上。负载变化引起调速阀前后压差变化时，由于定差减压阀的作用，通过调速阀的流量基本稳定。由于增加了定差减压阀的压力损失，回路功率损失较节流阀的调速回路大。调速阀正常工作必须保持0.5～1MPa的压差。采用调速阀与采用节流阀的速度负载特性对比如下：旁路节流调速回路的最大承载能力不因AT增大而减小。2、采用旁通型调速阀的节流调速回路旁通型调速阀只能用于进油节流调速回路中。思考题例、已知V〈qp/A，试确定：F增大，P1，P2，P3。二、容积调速回路容积调速回路是通过改变回路中液压泵或液压马达的排量来实现调速的。容积调速回路中溢流阀起安全阀的作用。主要优点是没有溢流损失和节流损失，功率损失小，且其工作压力随负载变化，所以效率高、油的温度低，适用于高速、大功率系统。按油路循环方式不同：开式回路闭式回路三种基本形式：变量泵和定量液动机量泵和变量马达变量泵和变量马达1、变量泵和定量液动机的容积调速回路由变量泵与液压缸或与定量液压马达组成。（1）主要工作特性速度特性、转矩特性、功率特性如下：MMVPVPPMVVnn2MmMMpVTMmMVPVPPMVpnP变量泵和定量液动机所组成的容积调速回路为恒转矩调速。（2）回路的调速范围随着负载转矩增加，泵和马达的泄漏增加，致使马达输出转速下降。回路的调速范围Re≈40。可正反向实现无级调速。适用于调速范围较大，要求恒扭矩输出的场合，如大型机床的主运动或进给系统中。2、定量泵和变量马达容积调速回路该回路属恒功率调速MMVPVPPMVVnn2MmMMpVTMmMVPVPPMVpnP3、变量泵和变量马达的容积调速回路（1）调速方法低速段：将马达的排量VM调到最大，调泵的排量VP从最小逐渐加大到最大值，则马达的转速nM逐渐升高。相当于变量泵定量马达的恒转矩调速。高速段：将泵的排量VP固定不变，然后调节马达的排量VM从最大逐渐调到最小，此时马达的转速nM便进一步逐渐升高到最高值。相当于定量泵变量马达的恒功率调速。（2）主要工作特性速度特性、转矩特性、功率特性如下：MMVPVPPMVVnn2MmMMpVTMmMVPVPPMVpnP（3）调速范围该回路的调速范围是变量泵调节范围和变量马达调节范围之乘积，所以其调速范围大(可达100)，并且有较高的效率，它适用于高速、大功率的场合，如矿山机械、起重机械以及大型机床的主运动液压系统。三、容积节流调速回路1、容积节流调速回路的基本工作原理采用压力补偿式变量泵供油、调速阀(或节流阀)调节进入液压缸的流量并使泵的输出流量自动地与液压缸所需流量相适应。2、常用的容积节流调速回路种类（1）限压式变量泵与调速阀等组成的容积节流调速回路；（2）差压式变量泵与节流阀等组成的容积节流调速回路。3、限压式变量泵与调速阀组成的调速回路工作特性：容积节流调速回路只有节流损失而无溢流损失，效率较高，速度稳定性比容积调速回路好。结构较简单。目前已广泛应用于负载变化不大的中、小功率组合机床的液压系统中。四、调速回路的选用1、执行机构的负载性质、运动速度、速度稳定性等要求：负载小，且工作中负载变化也小的系统可采用节流阀节流调速；在工作中负载变化较大且要求低速稳定性好的系统，宜采用调速阀的节流调速或容积节流调速；负载大、运动速度高、油的温升要求小的系统，宜采用容积调速回路。一般来说，功率在3kW以下的液压系统宜采用节流调速；3～5kW范围宜采用容积节流调速；功率在5kW以上的宜采用容积调速回路。处于温度较高的环境下工作，且要求整个液压装置体积小、重量轻的情况，宜采用闭式回路的容积调速。3、经济性要求：节流调速回路的成本低，功率损失大，效率也低。容积调速回路因变量泵、变量马达的结构较复杂，所以价钱高，但其效率高、功率损失小。而容积节流调速则介于两者之间。所以需综合分析选用哪种回路。2、工作环境要求：