第六章 液压传动系统的速度调节

（6-11）
节流调速回路--进口节流调速回路
由式（6-10）及图6-4可见： a.节流阀进口节流调速的机械特性较差； b.当节流阀通流截面积Aj 一定时，小负载下的速度刚性较大负 载时为好； c.当负载 F 一定时，同一节流阀通流截面积减小，刚性增大。 d.增大节流阀进出口压力差Δ pj，减小节流阀指数，可提高回 路的速度刚性，通常使 p 1 ，取 0.5的薄壁小孔型 p 3 节流阀；
（2）出口节流调速。流量控制阀安装在回油路上， 即串联在执行元件与油箱之间（图6-2）。 （3）旁路节流调速。流量控制阀安装在与执行元件 并联的旁支油路上（图6-3）。
节流调速回路--进口节流调速回路
1.采用普通节流阀的节流调速回路 （一）进口节流调速回路
①工作原理和回路参数 执行元件的工作速度v由通过节流阀进入执行元件的流量 Q1和工作腔有效工作面积A1决定，即
（三）旁路节流调速回路(图6-3) ①工作原理和回路参数
节流阀装在与执行元件并联的旁支油路上，定量 泵输出的流量一部分(Q1)直接进入执行元件，另一 部分(Q2)通过节流阀流回油箱，不计泄漏时，由连 续方程:
Qp Q1 Q2
（6-30）
节流调速回路--旁路节流调速回路
当不考虑管路的压力损失时，液压泵供油压力等 于执行元件的工作压力，也等于节流阀两端压力差, 其大小决定于负载F和工作腔有效工作面积A1即
节流阀装在执行元件的回油路上，控制从执行元件回油腔 流出的流量Q2，从而也就控制了进入执行元件工作腔的流量 Q1，因为这两者有固定的比例关系，即
Q2 Q1 （6-21） A2 A 1 液压泵输出流量除流入执行元件的流量Q1外，其余由溢 流阀流回油箱，即 Qp Q1 Qy （6-22） v
将式（6-7）代入（6-1），可得进口节流的调速公式为：
CA j p p F Q1 CA j F v pp A1 A1 A1 A1 1

（6-8）
节流调速回路--进口节流调速回路
②速度-负载特性 按式(6-8)作图，可得一组速度-负载特性曲线， 如图6-4所示。
（6-15） P p Q CA p p p 1 1 1 j 1 p 1
此式在p1=0和p1=pp处都等于零，有效功率的最 大值出现在这两种极端性情况之间。
节流调速回路--进口节流调速回路
对式（6-16）求极值，不难得到，当p1=（2/3）pp时，即 负载压力等于供油压力的2/3时，执行元件将有最大功率输出， 同时回路有最佳效率。其值分别为
节流调速回路--出口节流调速回路
当忽略管路压力损失时，由活塞受力平衡方程式
可得
p2 p p A1 F A2 p p A1 F A2
（6-23）
可见,负载F越小,回油腔的压力P2越大,当A2≤A1, 且负载很小时,回油腔压力P2可比工作腔压力大得多, 甚至超过泵的供油压力很多,节流阀的两端将承受很 大的压力差。
节流调速回路--进口节流调速回路
由上分析可知，这种进口节流调速回路不宜在 负载变化大的工作状态下使用的。负载变化大带来 执行元件的速度变化大，速度稳定性差，回路效率 也低。只有在负载恒定、调速范围不大的工作情况 下，才能获得较好的速度稳定性与回路效率。
节流调速回路--出口节流调速回路
（二）出口节流调速回路(图6-2) ①工作原理与回路参数
节流调速回路--进口节流调速回路
速度-负载特性可用速度刚性这一指标来评定，
其定义为曲线上某一点处切线斜率的倒数，表示意义 为：负载变化时，系统抗阻速度变化的能力。即
F A1 1 kv CA j p p A1 F 1
（6-10）
或
A1 F kv pp A1
回路输出功率 P p1Q1 CA j p p p1 1 （6-19） 回路输入功率 Pp p p Q p p pQ p

此式表明，对负载恒定回路，工作速度愈大(Q1愈大)，效
率愈高。
节流调速回路--进口节流调速回路
当液压缸在变载下工作，工作压力p1是个变量， 液压泵供油压力pp按所需的最大工作压力来调定。 这时如节流阀的通流截面积保持不变,则工作流量将 随负载而变化,如图6-6所示。执行元件的的有效功 率为
节流调速回路--进口节流调速回路
说明这种回路的功率损失由溢流损失和节流损 失两部分组成，它们都转化为热量使系统油温升高。 式（6-14）也可写成
Pp P 1 Py Pj
或
P 1 Pp Py Pj
节流调速回路--进口节流调速回路
当液压缸在恒载下工作时，工作压力p1、液压泵供油压力 pp 、节流阀工作压差Δ pj都是定值，工作流量Q1只随节流阀通 流面积变化。这时调速回路的有效功率P1和节流功率损失Δ Pj 随工作速度增大而线性增大。而溢流损失Δ py则线性减小，如 图6-5。在这种情况下的回路效率为
Q1 A1
（6-1）
为克服负载F而运动，执行元件工作腔的油液必须具有一 定的工作压力p1，其值由活塞受力平衡方程确定
p1 A1 F p2 A2
（6-3）
节流调速回路--进口节百度文库调速回路
当不计管道压力损失时，p2≈0，则得
p1 F A1
（6-4)
通过节流阀进入执行元件的流量可用节流阀流量公式(4-14) 计算，即 F Q1 QP QY CA j p j CA j （6-7) pp A 1
第六章 液压传动系统的速度调节
第六章 液压传动的速度调节
●基本回路：由若干个液压元件组成的，用以完成 特定功能的油路单元。如：调速回路、调压回路、 保压回路、顺序回路、同步回路……… 液压传动系统中的速度调节是液压系统中的核 心部分，它的工作性能优劣对系统起着决定性的 作用。 ●速度回路:调速回路、速度换接回路、快速运动 回路等。
当不考虑管路的功率损失时，回路的功率损失为
P Pp P 1 p p Q p p1Q1
p p Q1 Qy p p p j Q1 p p Qy p j Q1 Py Pj
（6-14）
式中 Δ Py—溢流量Δ Qy在压力py下流过溢流阀时造成的功 率损失，称溢流损失； Δ Pj—流量Q1在压差Δ pj作用下通过节流阀时产生的 功率损失，称节流损失。
§6-1 调速回路
调速形式：
，流量控制阀控制流量 。 节流调速：定量泵供油 量泵或变量马达的排量 实现调速。 容积调速：通过改变变 容积节流调速：变量泵 配合流量阀进行联合调 速。
§6-1 调速回路--节流调速回路
一、节流调速回路
回路构成：定量泵+溢流阀+流量阀+定量执行元件
回路特点：结构简单、成本底、维护方便；能量损
失大、效率低、发热大。
应用场合：一般用于功率不大的场合。
基本形式：进口节流调速、出口节流调速、旁路节 流调速。
§6-1 调速回路--节流调速回路
根据流量控制阀安装位置的不同，节流调速 回路可分为如下三种基本形式：
（1）进口节流调速。流量控制阀安装在进油路上， 即串联在定量泵和执行元件之间（图6-1）。
j p
e.增大执行元件有效工作面积A1，可有效地提高回路的速度刚 性。
节流调速回路--进口节流调速回路
③功率特性和回路效率 液压泵的输出功率为：
p p p p Qp
率为:
（6-12）
当不计执行元件的泄漏与摩擦损失时，其有效功
P F （6-13） 1 p1Q 1 p1 A 1
节流调速回路--进口节流调速回路
Qp Q0 Ql Q0 Cl p
其中 Q0—泵的理论流量 Qt—泵的泄漏量，随压力的增大而增大
节流调速回路--旁路节流调速回路
②速度-负载特性
由式（6-32）可求得旁路节流调速回路的速度刚性 为 1 2 A1 F kv （6-33） CA j A1
1 A2 F kv v CA j ( p p A1 F ) 1
（6-25）
由式（6-24），上式可写成
A1 F kv pp v A1
（6-26）
节流调速回路--出口节流调速回路
比较式(6-26)和(6-11)，其形式完全相同,当供 油压力 pp、执行元件的运动速度v及节流阀的结构形 式与液压缸尺寸相同的情况下，出口节流调速回路的 速度刚性和进口节流阀调速回路完全相同，其速度负载特性曲线与特性分析也完全一样。比较式(6-24) 和(6-8)在其他条件相同情况下，因为A1>A2，故进口 节流调速能获得较低的工作速度。若为双出杆液压缸， A1=A2，则两者的速度范围完全相同。
节流调速回路--出口节流调速回路
③功率特性与回路效率
泵的输出功率为
Pp p pQp
（6-27）
执行元件的有效功率为 P p pQ1 p2Q2 1 F ( p1 A 1 p2 A 2)
功率损失为
P Pp P 1 p p Qp p p Q1 p2 Q2 p p Q1 Qy p p Q1 p2Q2 p y p j p p Qy p2Q2 p p Qy p jQ 2
（6-28）
节流调速回路--出口节流调速回路
这里为折算到进油路上的节流阀压力损失，故
P p p Q y p j Q1

（6-29）
说明出口节流调速回路的功率损失和进口节流 调速回路相同,也是由溢流阀损失和节流损失两部 分组成，两者的功率特性和回路效率也相同。
节流调速回路--旁路节流调速回路
§6-1 调速回路
作用：工作过程中调节执行元件的运动速度。
基本要求：①调速范围内能灵活、平稳地实现无级 调速，具有良好的调节性；②具有良好的速度刚 性；③良好的功率特性（效率高、发热少）。
调速原理：
Q 液压缸 A 液压马达 nm Q qm
节流调速回路--出口节流调速回路
执行元件的运动速度，由通过节流阀从执行元 件回油腔排出的流量Q2决定，即
Q2 CA j p2 CA j p p A1 F 1 A2 A2 A2

（6-24）
节流调速回路--出口节流调速回路
②速度-负载特性 由式（6-24）可求得出口节流调速回路的速度刚性为
F p p p1 p j （6-31） A1 溢流阀调定压力必须大于克服最大负载所需压
力，故在工作时溢流阀处于关闭状态，仅回路过载 时才打开，起安全保护作用 。
节流调速回路--旁路节流调速回路
调节节流阀通流面积，改变通过节流阀的流量Q2，也就是 改变了进入执行元件的流量Q1，从而调节执行元件的工作速 度v ，即 F Q CA p j A Q1 Qp Q2 Qp CAj p1 1 A1 A1 A1 A1 （6-32） 式中Qp是指泵的出口流量，随压力的变化而变化，即
按式（6-32）、（6-33）及图6-7可知：
a.随着负载的增加，运动速度下降很快，其速度-负载特性
比进、出口节流调速回路更软；
节流调速回路--旁路节流调速回路
b.在节流阀通流截面积一定时，负载愈大速度刚性愈大；
c.负载一定时，节流阀通流面积愈小，速度刚性愈好；
d.增大执行元件有效工作面积，减小节流阀指数，可以提高速 度刚性；
e.执行元件工作速度愈低，则其能承受的最大负载愈小，即低 速时的最大承载能力变小，故节流阀的开
' P 0 . 385 p CA p 0 . 385 p Q 1max p j p 1 1 2 p
（6-17）

0.385p p Q1' p pQ p
Q1' 0.385 Qp
（6-20）
式(6-20)表明，Q1＇/Qp越小，溢流损失越大，效率愈低。 因Q1＇恒小于Qp，故此情况下的回路效率恒低于0.385。