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1、1,62 速度控制回路,液压传动系统中的速度控制回路包括调节液压执行元件的速度的调速回路、使之获得快速运动的快速回路、快速运动和工作进给速度以及工作进给速度之间的速度换接回路。,2,调速是为了满足液压执行元件对工作速度的要求。在不考虑液压油的压缩性和泄漏的情况下，液压缸的运动速度为：,一.调速回路,液压马达的转速为 ：,3,由以上两式可知，改变输入液压执行元件的流量q或改变液压缸的有效作用面积A均可达到改变速度的目的。但改变液压缸的有效作用面积是不现实的，因此，通常采用改变进入液压缸的流量或用改变变量液压马达的排量的方法实现调速。节流调速回路：用定量泵和流量控制阀组成的调速回路。容积调速回路：
2、用改变变量泵或变量液压马达的排量实现的调速回路。容积节流调速回路：用变量泵和流量控制阀组成的调速回路。,4,（一）节流调速回路,节流调速回路的工作原理是通过改变回路中流量控制元件（节流阀和调速阀）通流截面积的大小来控制流入执行元件或自执行元件流出的流量，以调节其运动速度。 根据流量阀在回路中的位置不同，分为进油节流调速回路、回油节流调速回路和旁路节流调速回路三种回路，前两种调速回路由于在工作中回路的供油压力不随负载变化而变化又被称为定压式节流调速回路；而旁路节流调速回路由于回路的供油压力随负载的变化而变化又被称为变压式节流调速回路。,5,1.进油节流调速回路,6,缸在稳定工作时，其受力平衡方程
3、式为：,（1）速度负载特性,因为液压泵的供油压力 为定值，则节流阀两端的压力差为：,经节流阀进入液压缸的流量为：,7,进油节流调速回路的速度负载特性方程,该式即为进油路节流调速回路的速度-负载特性方程。由此可见，液压缸的运动速度 和节流阀通流面积 成正比。调节 可实现无级调速，这种回路的调速范围较大（速比最高可达100）。当 调定后，速度随负载的增大而减小， 故这种调速回路的速度负载特性较“软”。,8,进油节流调速回路的速度负载特性曲线,速度-负载特性曲线表明液压缸的运动速度随负载变化的规律，曲线越陡，说明负载变化对速度的影响越大，即速度刚度差。节流阀的通流面积一定时，重载比轻载时的速度刚度差
4、。在负载相同时，节流阀的通流面积大的比小的速度刚度差。该调速回路用于低速轻载的场合。,9,（2）最大承载能力,无论节流阀的通流面积为何值，当 时，节流阀两端压差为零，活塞运动也就停止，此时液压泵输出的流量全部经溢流阀流回油箱。所以该点的 F 值即为该回路的最大承载值，即,10,（3）功率和效率,进油节流调速回路的功率损失为：,进油节流调速回路的效率为：,11,2.回油节流调速回路,12,缸在稳定工作时，其受力平衡方程式为：,（1）速度负载特性,经节流阀流出液压缸的流量为：,13,回油节流调速回路的速度负载特性方程,液压缸的运动速度 和节流阀通流面积 成正比。调节 可实现无级调速。当 调定后，速
5、度随负载的增大而减小， 故这种调速回路的速度负载特性也较“软”。 回油路节流调速回路和进油路节流调速回路的速度-负载特性和速度刚度基本相同，因此进油路节流调速的一些分析，对回油路节流调速完全适用。,14,（2）最大承载能力,无论节流阀的通流面积为何值，当 时，节流阀两端压差为零，活塞运动也就停止，此时液压泵输出的流量全部经溢流阀流回油箱。所以该点的 F 值即为该回路的最大承载值，即,15,（3）功率和效率,回油节流调速回路的功率损失为：,进油节流调速回路的效率为：,16,当使用同一个液压缸和同一个节流阀，而负载F和活塞的运动速度也相同时，可认为进油路节流调速和回油路节流调速回路的效率相同。应当
6、指出，在回油路节流调速回路中，液压缸进油腔和回油腔的压力都比进油路节流调速的高，特别是负载很小时，若F=0时，回油腔的压力有可能比液压泵的供油压力还要高，这样，加大了泄漏，功率损耗提高，造成其效率比进油路节流调速回路要低。,17,进油路节流调速回路与回油路节流调速回路的区别,（1）承受负值负载的能力 回油节流调速回路的节流阀使液压缸回油腔形成一定的背压，在负值负载时，背压能阻止工作部件的前冲，即能在负值负载下工作，而进油节流调速由于回油腔没有背压力，因而不能在负值负载下工作； （2）停车后的启动性能 长期停车后液压缸油腔内的油液会流回油箱，当液压泵重新向液压缸供油时，在回油节流调速回路中，由于
7、进油路上没有节流阀控制流量，会使活塞前冲；而在进油节流调速回路中，由于进油路上有节流阀控制流量，故活塞前冲很小，甚至没有前冲； （3）实现压力控制的方便性 进油节流调速回路中，进油腔的压力将随负载而变化，当工作部件碰到止挡块而停止后，其压力将升到溢流阀的调定压力，利用这一压力变化来实现压力控制是很方便的；但在回油节流调速回路中，只有回油腔的压力才会随负载而变化，当工作部件碰到止挡块后，其压力将降至零，虽然也可以利用这一压力变化来实现压力控制，但其可靠性差，一般均不采用；,18,（4）发热及泄漏的影响 在进油节流调速回路中，经过节流阀发热后的液压油将直接进入液压缸的进油腔；而在回油节流调速回路中
8、，经过节流阀发热后的液压油将直接流回油箱冷却。因此，发热和泄漏对进油节流调速的影响均大于对回油节流调速的影响； （5）运动平稳性 在回油节流调速回路中，由于有背压力存在，它可以起到阻尼作用，同时空气也不易渗入，而在进油节流调速回路中则没有背压力存在，因此，可以认为回油节流调速回路的运动平稳性好一些；但是，从另一个方面讲，在使用单出杆液压缸的场合，无杆腔的进油量大于有杆腔的回油量。故在缸径、缸速均相同的情况下，进油节流调速回路的节流阀通流面积较大，低速时不易堵塞。因此，进油节流调速回路能获得更低的稳定速度。 为了提高回路的综合性能，一般常采用进油节流调速，并在回油路上加背压阀的回路，使其兼具两者
9、的优点。,19,3.旁油路节流调速回路,20,缸在稳定工作时，其受力平衡方程式为：,（1）速度负载特性,进入液压缸的流量为：,21,旁路节流调速回路的速度负载特性方程,当节流阀通流面积一定而负载增加时，速度显著下降，即特性很“软”； 当节流阀通流面积一定时，负载越大，速度刚度越大； 当负载一定时，节流阀通流面积越小（即活塞运动速度高），速度刚度越大； 该回路适用于高速重载的场合。,22,旁路节流调速回路的速度负载特性曲线,23,（2）最大承载能力,不同节流阀通流截面时的速度负载特性曲线在横坐标上并不汇交，其最大承载能力随节流阀通流面积 的增加而减小，即旁路节流调速回路的低速承载能力很差，调速范
10、围也小。,24,（3）功率和效率,旁路节流调速回路只有节流损失而无溢流损失，泵的输出压力随负载而变化，即节流损失和输入功率随负载而变化，所以比前两种调速回路效率高。 这种旁抽路节流调速回路负载特性很软，低速承载能力又差，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系统中，如牛头刨床主运动系统、输送机械液压系统等。,25,4.采用调速阀的节流调速回路,使用节流阀的节流调速回路，速度负载特性都比较“软”，变载荷下的运动平稳性都比较差。 用调速阀来代替节流阀，由于调速阀本身能在负载变化的条件下保证节流阀进出油口间的压差基本不变，节流调速回路的速度负载特性将得到改善，旁路节
11、流调速回路的承载能力亦不因活塞速度降低而减小，但所有性能上的改进都是以加大整个流量控制阀的工作压差为代价的。,进油节流调速回路特性曲线,旁路节流调速回路特性曲线,26,（二）容积调速回路,容积调速回路是用改变泵或马达的排量来实现调速的。主要优点是没有节流损失和溢流损失，因而效率高，油液温升小，适用于高速、大功率调速系统。缺点是变量泵和变量马达的结构较复杂，成本较高。 根据油路的循环方式，容积调速回路可以分为开式回路和闭式回路。在开式回路中液压泵从油箱吸油，液压执行元件的回油直接回油箱，这种回路结构简单，油液在油箱中能得到充分冷却，但油箱体积较大，空气和脏物易进入回路。在闭式回路中，执行元件的回
12、油直接与泵的吸油腔相连，结构紧凑，只需很小的补油箱，空气和脏物不易进入回路，但油液的冷却条件差，需附设辅助泵补油、冷却和换油。补油泵的流量一般为主泵流量的10%15%，压力通常为0.3 1.0 MPa左右。,27,容积调速回路通常有三种基本形式：变量泵和定量液压执行元件组成的容积调速回路；定量泵和变量马达组成的容积调速回路；变量泵和变量马达组成的容积调速回路。,28,1.变量泵和定量液压执行元件的容积调速回路,1)变量泵和液压缸组成的容积调速回路,29,变量泵和液压缸容积调速回路的速度负载特性方程,由于变量泵有泄漏，活塞运动速度会随负载的加大而减小。负载增大至某值时，在低速下会出现活塞停止运动
13、的现象，这时变量泵的理论流量等于泄漏量。这种回路在低速下的承载能力是很差的。,30,变量泵和液压缸容积调速回路的速度负载特性曲线,由于变量泵有泄漏，活塞运动速度会随负载的加大而减小。负载增大至某值时，在低速下会出现活塞停止运动的现象，这时变量泵的理论流量等于泄漏量。这种回路在低速下的承载能力是很差的。,31,2)变量泵和定量液压马达组成的容积调速回路,补油泵,32,变量泵和定量液压马达容积调速回路的调速特性方程,因液压马达排量为定值，故调节变量泵的流量即可对马达的转速进行调节，同样当负载转矩恒定时，马达的输出转矩和回路工作压力都恒定不变（不因调速而改变），所以马达的输出功率与转速成正比关系变化
14、，故本回路的调速方式又称为恒转矩调速。,马达转速,马达转矩,马达功率,33,变量泵和定量液压马达容积调速回路的调速特性曲线,本回路的调速方式又称为恒转矩调速,34,2.定量泵和变量马达组成的容积调速回路,1-定量泵；2-安全阀；3-变量马达；4-补油泵；5-调节补油压力的溢流阀,35,定量泵和变量马达容积调速回路的调速特性方程,由于定量泵输出的流量恒定，当负载功率恒定时，液压马达输出的功率和液压泵的工作压力恒定不变，因为液压马达输出的转距与马达的排量成正比，马达的转速则与排量成反比。所以这种回路称为恒功率调速回路。,马达转速,马达转矩,36,定量泵和变量马达容积调速回路的调速特性曲线,这种调速
15、回路调速范围小，且不能用来使液压马达实现平稳的反向。因为反向时，双向液压马达的偏心量（或倾角）必然要经历一个变小为零反向增大的过程，也就是液压马达的排量变小为零变大的过程，输出转矩就要经历转速变高输出转矩太小而不能带动负载转矩，甚至不能克服摩擦转矩，所以这种调速回路很小使用。,37,3.变量泵和变量马达组成的容积调速回路,1-变量泵；2-变量马达；3-安全阀；4-补油泵；5-溢流阀双向变量泵和双向变量马达组成的容积调速回路,38,变量泵和变量马达组成的容积调速回路的调速特性,它是恒转矩调速和恒功率调速的组合，由于许多工作部件在低速时要求有较大的转矩，便于起动，所以当液压马达的转速由低到高调节时
16、，分为两个阶段： 第一阶段：将变量液压马达的排量 VM 固定在最大值上，然后调节变量泵的排量 Vp使其流量逐渐增加，液压马达的转速 nM 便从小到大逐渐增加，此阶段属于恒转矩调速； 第二阶段：将变量泵的排量 Vp 固定在最大值上，然后调节变量液压马达的排量VM使其逐渐减小，液压马达的转速nM继续逐渐升高，此阶段属于恒功率调速。 因此这种调速回路的调速范围是很大的，一般可达到速比100，并具有较大的传动效率，适用于机床主运动等大功率系统中。,39,（三）容积节流调速回路,容积节流调速回路的工作原理是采用压力补偿型变量泵供油，用流量控制阀调节进入液压缸或由液压缸流出的流量来调节液压缸的运动速度，并
17、使变量泵的输出流量自动地与液压缸所需的流量相适应。 这种调速回路没有溢流损失，效率较高，速度稳定性也比单纯的容积调速回路好，常用在速度范围大，中小功率系统中，例如组合机床的进给系统等。,40,1.限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速回路,41,在稳态工作条件下，q1=qp；若调速阀的通流面积突然减小，则q1减小，由于此时液压泵的输出流量还没有来得及改变，于是， q1qp,因回路中没有溢流，多余的油液使泵与调速阀间的压力升高，从而使限压式变量泵的输出流量减少，直到q1=qp ；反之，亦然。由此可见，调速阀不仅能保证进入液压缸的流量稳定，而且还可以使泵的输出流量自动的和液压缸所需流量相适应。由于
18、泵的供油压力基本恒定，故称为定压式容积节流调速回路。该回路无溢流损失，只存在节流损失，节流损失的大小与液压缸工作压力p1有关。当液压缸的工作压力最大时，节流损失最小；当液压缸的工作压力最小时，节流损失最大。因此，这种调速回路在低负载下的效率不高。,42,2.差压式变量泵和节流阀组成的容积节流调速回路,1、泵的输出流量是如何自动与液压缸的所需流量相适应的？,2、为什么节流阀的流量不受负载变化的影响？,3、为什么这种调速回路比限压式变量泵和调速阀组成的调速回路的效率高？,43,节流阀两端的压力差反馈作用在变量泵的两个控制活塞上，其柱塞的面积等于活塞杆的截面积。因此，变量泵定子的偏心距受节流阀两端压
19、力差的控制。压力差越大，偏心距越小，输出流量越小。固定阻尼孔用于防止定子移动过快引起的震动。改变节流阀开口大小，可控制进入液压缸的流量。并使泵的输出流量与之适应。节流阀前后的压力差基本上是由泵控制柱塞上的弹簧力确定，由于弹簧的刚度很小，工作时的伸缩量很小，故弹簧力基本恒定，节流阀前后的压力差也基本恒定，因此，节流阀的流量不受负载变化的影响。这种回路没有溢流损失，只有节流损失，但由于泵的供油压力随负载而变，故这种调速回路的效率比限压式变量泵和调速阀组成的调速回路的效率高。该回路适用于速度低、负载小且变化大的场合。,44,快速运动回路又称为增速回路，其功用在于使液压执行元件获得所需的高速，以提高系
20、统的工作效率或充分利用功率。 根据方法不同，实现快速运动有多种方案。几种常用的快速运动回路： 1、液压缸差动连接回路 2、采用蓄能器的快速运动回路 3、双泵供油回路 4、用增压缸的快速运动回路,二.快速运动回路,45,1.液压缸差动连接回路,当阀1与阀3处于左位时，液压缸差动连接，实现快进；而阀3处于右位，工作进给。阀1处于右位，实现快退。该回路的优点是不增加缸的流量的前提下，实现快进。,46,2.采用蓄能器的快速运动回路,当换向阀处于左、右位时，由泵和蓄能器同时供油，实现快进；当换向阀处于中位时，泵向蓄能器供油。压力升高后，泵卸荷。,47,3.双泵供油回路,48,4.采用增速缸的快速运动回路,49,速度换接回路的功用是使液压执行元件在一个工作循环中从一种运动速度变换到另一种运动速度，这个转换不仅包括液压执行元件快速到慢速的换接，而且也包括两个慢速之间的换接。 实现这些功能的回路应该具有较高的速度换接平稳性。,三.速度换接回路,50,1.快速与慢速的换接回路,51,2.两种慢速的换接回路,串联,并联,
