液压传动调速回路

7.2调速回路的分类及基本要求按照执行元件的速度调节方式，调速回路可分为有极调速回路和无极调速回路两类。1．调速回路的分类无极调速回路的执行元件的速度是可以连续调节的，根据调速执行元件速度的方式不同，可分为三类：1）节流调速回路2）容积调速回路3）容积节流调速回路7.2调速回路的分类及基本要求1）节流调速回路：在定量泵系统中，用流量阀或流量阀与溢流阀协联，通过调节流量阀的开度以调节执行元件的速度(的回路)称节流调速(回路)。单独使用流量阀的调速回路中，流量阀为溢流节流阀。流量阀与溢流阀协联的调速回路中，流量阀为节流阀或调速阀。节流调速回路结构简单，使用和维护方便；缺点是功率损失大、发热量大、效率低，多用于2kw--5kw的小功率液压系统如机床液压系统中。根据流量阀在回路中的安装位置不同，节流调速回路通常分为三种：（1）进油节流调速回路（2）回油节流调速回路（3）旁路节流调速回路有些文献中将节流调速回路分为两类：串联和并联节流调速回路。前者指进油和回油节流调速回路，后者指旁路节流调速回路。7.2调速回路的分类及基本要求2）容积调速回路通过改变变量泵或变量马达的有效工作容积(几何排量)以调节执行元件速度的回路。具有发热量小、效率高的优点，广泛用于大功率液压系统如矿山和工程机械的液压系统中，缺点是结构复杂、成本高、散热性能差。容积调速回路中的执行元件通常为液压马达，少数情况下可以是液压缸，按照泵和马达的组合方式，容积调速回路可分三种。（1）变量泵－定量马达调速回路（2）定量泵－变量马达调速回路（3）变量泵－变量马达调速回路7.2调速回路的分类及基本要求3）容积节流调速回路利用节流阀(或调速阀)与特定的变量泵协调来调节执行元件速度的回路，其中执行元件多为液压缸。由于变量泵的输出流量与执行元件所需的流量相适应，无溢流损失，效率高。另外，速度调节方便，低速稳定性好。缺点是执行元件速度随负载变化大(刚度差)。这种回路广泛用于机床液压系统中，这种回路主要有两种：（1）限压变量泵和调速阀的调速回路（2）差压变量泵和节流阀的调速回路7.2调速回路的分类及基本要求2.对调速回路的基本要求：1）良好的速度稳定性，即负载稳定是速度应当稳定，负载变化时速度变化要小或变化控制允许范围内。2）较大的调速范围。即执行元件的最大速度和最小稳定速度比值较大，关键是低速稳定性。3）较大的输出力和扭矩，足以驱动最大负载。4）功率损失要小，效率要高，结构简单，使用和维护方便。7.3节流调速回路根据流量阀在回路中的安装位置不同，节流调速回路通常分为三种：（1）进油节流调速回路（2）回油节流调速回路（3）旁路节流调速回路1.进油节流调速回路它是流量阀串联在执行元件进油路上的节流调速回路。回路中的执行元件多为液压缸，流量阀可以是节流阀、或调速阀和溢流节流阀。图7－1为使用节流阀的常见进油路节流调速回路。1）工作原理在负载=const即液压缸进油腔压力p=const，定量泵工作压力达到溢流阀调定压力条件下，调节节流阀的开度x（或过流断面面积），即可调节液压缸的工作速度u。必须注意到，溢流阀处于关闭状态时，调节节流阀面积不可调节执行元件速度。因为此时定量泵的全部流量经节流阀全部输入到液压缸，执行元件有最大速度。只有当节流阀过流面积达到临界值时，溢流阀处于临界溢流状态时，调节节流阀的开度x才可调节执行元件的速度。A1A2uFLQsQLQsp1p2p1Q2Q2）速度特性(Speedcharacter)在负载稳定条件下，液压缸速度u和节流阀过流面积之间的关系称为速度特性。液压缸速度u可表示为：表明液压缸速度与节流阀过流面积成正比。Sp)()()(011211xakAppxaCAQuSd3）负载特性(Loadcharacter)负载特性即液压缸速度u，与负载之间的关系。液压缸活塞稳态运动时，活塞上的力平衡方程如下：速度—负载特性(方程)表达了过流面积a(x)=const条件下，液压缸速度u随负载(或负载压力)的变化规律，表明当节流阀通流面积a调定为定值ai时，液压缸速度u随负载变化FL按抛物线规律变化；当FL=A1Ps即溢流时，不管节流阀过流面积如何变化，恒有u=0；当FL=0时，u=umax(负载速度)随ai而变化。FFpApAf22111LS1L)(AFpaAKFuu2.采用调速阀和溢流节流阀的进油节流调速回路采用普通节流阀的进油节流调速回路的执行元件的速度稳定性差；负载的变化不可避免的引起执行元件的速度变化，即刚度差，适用于对速度要求不高的场合。在速度精度要求较高的情况下，应采用调速阀或溢流节流阀。当溢流阀处于溢流状态时，调节阀的节流口面积可调节执行元件的速度。与普通节流阀不同的是，当负载FL波动引起压力P1波动时，由于定差减压阀的作用，可使调速阀的节流阀口前的压力PS’也随之波动，并保持稳定，从而保证了执行元件的速度稳定。速度负载特性图，该节流调速回路的速度波动值可达4％左右。2.采用调速阀和溢流节流阀的进油节流调速回路使用溢流节流阀的进油节流调速回路与使用节流阀或调速阀时略有差别；其中主溢流阀为安全阀，处于常闭状态，而溢流调速阀的定差溢流阀处于开启状态。当负载发生波动时，发生波动，但两者在节流阀口前后形成的压力差保持稳定，从而使执行元件的流量保持稳定，即液压缸速度保持稳定。速度－负载可参看图7－7，调速精度与使用调速阀时没有差别。由于泵的出口压力随负载波动，无溢流损失，功率损失小，与使用节流阀或调速阀相比，回路有较高的效率3.回油(出口)节流调速回路节流阀串联在执行元件回路上的调速回路，称回油节流调速回路。工作原理如图所示，当溢流阀处于溢流状态(ΔQ＞0),即泵出口压力为常数时，调节节流阀的过流面积，则调节了液压缸的回油流量，则调节液压缸的速度。sp1p2psQ1Q2QQ0p1A2AuLF3.回油(出口)节流调速回路使用调速阀的回油节流调速回路使用调速阀的回油节流调速回路如图7－9所示，其工作情况与使用节流阀时相同。负载FL变化时，回油腔压力P2随之变化，由于调速阀中减压阀自动调节作用，使节流阀口前后压差基本不变，从而提高了液压缸的回液速度稳定性，在全负载下，速度波动最大约4％上下。4.旁路节流阀调速回路节流阀与执行元件的进油路并联的调速回路称旁路节流回路，也称并联节流调速回路，如图所示。定量泵的输出流量，经节流阀分流后，其余流量进入液压缸大腔。当改变节流阀开度时，可调节液压缸的流量，即调解了液压缸的速度。图中的溢流阀为安全阀，正常时处于闭合状态。其速度特性为：在负载一定下，随着节流阀过流面积变化，液压缸速度反比例变化。其负载特性为：在节流阀过流面积不变时，负载FL增大，刚度T也增大。sQBp1Q2Q1p2p1A2AuLFQ5.节流调速回路的比较（1）节流调速回路的特点总结见表7.3-1，可供选择参考。（2）节流调速回路都存在因负载变化而引起速度变化的问题。在对速度要求较高的场合下，可选用调速阀或溢流节流阀。调速阀在3种回路中均可使用，而溢流节流阀只能在进油节流回路中，这时回路有较高效率。在回油和旁路节流调速回路中使用溢流节流阀与使用普通节流阀等价。（3）3种节流调速回路的共同缺点是功率损失大、效率低、只适用于小功率液压系统。（4）回油节流阀调速回路很少单独使用，通常于进油节流调速回路联合使用，构成混合节流调速(双串联节流调速)回路，可综合两者的优点，避免两者缺点。7.4容积调速回路容积调速回路是由液压泵和液压马达组成的调速回路，两者之中至少有一个为变量元件。按元件构成可分为3种：（1）变量泵——定量马达调速回路；（2）定量泵——变量马达调速回路；（3）变量泵——变量马达调速回路。对每一种回路均作如下研究：转速特性；输出扭矩特性；功率特性。为便于对如上静(稳)态特性研究，作如下假定条件为：（1）液压泵转速为常数；（2）液压马达负载压力稳定；（3）液压泵和液压马达的机械效率、容积效率为常数；（4）不计油液的可压缩性；（5）不计管路泄漏和管路压力损失，即液压泵输出流量和压力等于液压马达入口流量和压力。1变量泵-定量马达的容积调速回路图a为典型的变量泵——定量马达容积调速回路，图b为简化示意图。图a中3是双向变量泵，原动机(通常为电机)反转时，可使液压马达反转(这也是一种换向回路)。主泵启动之前，应先启动辅助泵1，以向系统管路供液和排出空气。1变量泵-定量马达的容积调速回路假设辅助泵1已启动，再启动主泵3，若泵3的A口为出液口，液压马达D口为回液口，则管路10为高压，管路11为低压。高压油可驱动马达克服负载，做过功的低压油经马达D口排入管路11，其中一部分进入主泵3的吸油口循环使用，因而构成闭式回路。由于上侧高压油的作用，热交换阀7处上工位，使11管路中的另一部分热油经热交换阀7和背压阀8回油箱，冷却后再由泵1注入系统重新使用。为补充交换出的热油，辅助泵1经单向阀4向低压管路供入冷油并输送到主泵3的吸油口。1变量泵-定量马达的容积调速回路在回路油液正常循环后，逐步调节液压泵几何排量，可使液压马达不断增速。这就是该种回路的调速原理。在容积调速回路系统中，执行元件(马达)排出的油液直接回到泵的吸液口的回路称闭式回路(系统)。图中安全阀组6由两个溢流阀构成，可限液压泵正、反转时回路的最高工作压力，起双向安全作用。辅助泵1的作用有两个，其一是启动前向系统充液，其二是向系统补充部分冷油。辅助泵的溢流阀2的调节压力为0.5-1MPa，但应略高于背压阀8的溢流压力。1变量泵-定量马达的容积调速回路1变量泵-定量马达的容积调速回路1变量泵-定量马达的容积调速回路2定量泵－变量马达容积调速回路MqM简化的闭式回路原理如图所示。由于液压泵输出流量不变，故调节变量马达的几何排量(或调节参数)可调节马达转速。2定量泵－变量马达容积调速回路3变量泵－变量马达容积调速回路变量泵——变量马达容积调速系统常用在负载和转速变化较大的场合，它与图7.4-1(a)的差别是将双向溢流安全阀更换成由溢流阀和单向阀构成的安全阀，在补油泵回路中增加了单向整流回路。假定管路17为高压管路，18为低压；不论补油泵正转或反转，由于整流作用，补油泵6的输出油液总可经单向阀8注入到主泵10吸油口；主泵10的输出高压油经管路17(单向阀9和13闭死，单向阀12打开)向变量马达16供液，做过功的低压热液一部分经管路18回到主泵10的吸油口，另一部分则通过热交换阀14和背压阀15排回油箱，冷却后循环使用。当管路17中压力过高时，高压安全阀11开启，它排出的油液经补油（低压）溢流阀7排出和经单向阀8注入低压管路。4512368910111213141517187163变量泵－变量马达容积调速回路变量泵——变量马达容积调速回路可以看成是由变量泵—定量马达和定量泵—变量马达组合而成的回路。通常的工作情况是：在低速重载条件下，将液压马达的排量固定到最大值上，逐步增大液压泵几何排量，使液压马达不断增加转速。在这一过程中因液压马达几何排量保持不变，因而呈现恒扭矩调速回路的特性，故可以看成变量泵——定量马达容积调速回路，可保证液压马达有很大的输出扭矩。在高速轻载条件下，将液压泵的排量固定在最大值上，逐步改变液压马达的排量，使液压马达转速进一步增速，在这一调速过程中，由于液压泵的几何排量固定不变，而是依靠调节液压马达地几何排量而调节它的转速，故呈现恒功率调速特性。故可以看成恒功率调速系统，即是定量泵－变量马达调速回路，这种容积调速回路可使液压马达获得较高的转速。7.5容积节流调速回路节流调速回路功率损失大，效率低，但低速稳定性好；容积调速回路功率损失小，效率高，但低速稳定性差；在兼顾效率和低速稳定的小功率液压系统中，可采用容积节流调速回路，即利用变量泵和节流阀或调速阀协调以控制执行元件速度的回路。该类回路广泛用于机床液压系统中，常见形式如下：1限压式变量泵——调速阀调速回路2压差式变量泵——节流阀调速回路1限压式变量泵-调速阀调速回路当二位二通阀3处于图示右工位时，液压泵1的全部流量经阀3和阀5输入到液压缸6大腔，它