第3章 节流调速回路

第三章 节流调速回路分析
调速方法概述 液压系统常常需要调节液压缸和液压马达的运动速 度，以适应主机的工作循环需要。液压缸和液压马达的 速度决定于排量及输入流量。 液压缸的速度为： 液压马达的转速:
q A
q n VM
式中
q — 输入液压缸或液压马达的流量； A — 液压缸的有效面积（相当于排量）； VM — 液压马达的每转排量。
回路效率：
• 液压泵的输出功率：
F Fs Pp p p q p ( )q p A1 A0
• 液压缸的输入功率：
Pc p1 q1 ( p p Fs )(q p q 3 ) A0
Fs ppqp q1 p p q 3 Pp P1 P2 A0
•
p1 q1 回路效率： p p q p
Fs Pp p p q p ( p1 )q1 A0
• 液压缸的输入功率：
Fs Pe p1 q1 ( p p )q1 Pp P1 A0
• 回路效率：
Pc p1 Pp pp p1 Fs p1 A0
• 功率适应回路基本特征： • 不论负载如何变化，也不论比例方向阀通 流面积如何调节，液压泵的输出流量q p 始终 保持与比例方向阀所能通过的负载流量q1 相 等；液压泵的输出压力p p 始终比负载压力P1 大一恒定值，因而液压泵的输出功率Pp 始终 与负载所需功率 Pc适应。
功率损失 P p p q 和节流功率损失 P pT q1 1 2
V

Pp P Pp
p1q1 ppq p
回油路节流调速回路 采用同样的分析方 法可以得到与进油 路节流调速回路相 似的速度负载特性.

1 m A2
CA T
( p p A1 F )
m
节流阀串联在 液压缸的回油路上，
• 这种回路适用于低速、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。
• 进、回油节流调速回路的不同之处：
– 回油节流调速回路回油腔有一定背压，故液压缸能承受负值 负载，且运动速度比较平稳。 – 进油节流调速回路容易实现压力控制。工作部件运动碰到死 挡铁后，液压缸进油腔压力上升至溢流阀调定压力，压力继 电器发出信号，可控制下一步动作。 – 回油节流调速回路中，油液经节流阀发热后回油箱冷却，对 系统泄漏影响小。 – 在组成元件相同的条件下，进油节流调速回路在同样的低速 时节流阀不易堵塞。 – 回油节流调速回路回油腔压力较高，特别是负载接近零时， 压力更高，这对回油管的安全、密封及寿命均有影响。

进、回油节流调速回路
流量连续性方程
• qp=q1+Δq 活塞受力平衡方程 • p1A1=F 节流阀压力流量方程 • q1=KATΔp1/2 =KAT(pp- F/A1)1/2 速度负载特性方程 • V =q1/A1 =KAT(pp- F/A1)1/2/A1
• qp=q1+Δq • ppA1=p2A2+F • q2=KATp21/2 =KAT(ppA1/A2-F/A2)1/2 • V =q2/A2 =KAT(ppA1/A2-F/A2)1/2/A2
qpt—泵的理论流量； k—泵的泄漏系数，其余符号意义同前。
（2）功率特性 回路的输入功率
Pp p1q p 回路的输出功率 P F p1 A p1q1 1 1
回路的功率损失
旁路节流调速只有节 流损失，无溢流损失， 功率损失较小。
P Pp P p1q p p1q1 p1q 1
回路效率
P p1q1 q1 1 Pp p1 q p qp
用于功率较大且对速度 稳定性要求不高的场合
注意:节流调速回路速度负载特性比较软，变载荷下的运动平稳
性比较差。为了克服这个缺点，回路中的节流阀可用调速阀来代替。
压力适应回路
溢流阀不仅用 来将多余的油 液排回油箱， 而且作为节流 阀的压力补偿 阀，保证在负 载变化时，节 流阀进、出口 压差为一常数。
m —为节流阀的指数；当为薄壁孔口时，m =0.5。
CAT 1 m ( p p A1 F ) m A1 A1
式 为进油路节流 调速回路的速度负载特 性方程。以v为纵坐 标,FL为横坐标，将式按 不同节流阀通流面积AT 作图，可得一组抛物线， 称为进油路节流调速回 路的速度负载特性曲线。
• 进回油节流调速回路的速度负载特性及功率特性
– 调节节流阀通流面积AT可无级调节液压缸活塞速度，v与AT成 正比。 – 当AT一定时，速度随负载的增加而下降。当v=0时，最大承载 能力Fmax=psA1。 – 速度随负载变化而变化的程度，表现为速度负载特性曲线的 斜率不同，常用速度刚性 kv 来评价。 Kv=-dF/dv=-1/tgθ=2 (psA1-FL)/v 它 表示负载变化时回路阻抗速度变化的能力。 液压缸在高速和大负载时，速度受负载变化的影响大，即回 路的速度刚性差。 – 回路的输出功率与回路的输入功率之比定义成回路效率。 η=(Pp-ΔP )/Pp=pLqL/psqp 进回油节流调速回路既有溢流损失，又有节流损失，回路效 率较低。当实际负载偏离最佳设计负载时效率更低。
回油路节流调速回路
• 节流阀压差： P PP P1
• 阀芯上力的平衡方 程式为：
• 一般取P 0.3 ~ 0.5MPa
A0 ( PP P ) FS 1 FS 即P ( PP P ) 1 A0
弹簧因补偿负载波动而引起的阀芯位移量 也很小，因此可认为
FS P 常数 A0
进油路、回油路节流调速回路结构简单，但效率较低， 只宜用在负载变化不大，低速、小功率场合，如某些机床 的进给系统中。
旁油路节流调速回路 溢流阀作安全阀用， 液压泵的供油压力 Pp取决于负载。
节流阀装在与 液压缸并联的支 路上，利用节流 阀把液压泵供油 的一部分排回油 箱实现速度调节
旁油路节流调速回路
– 旁路节流调速回路的最大承载能 力不因AT增大而减小。 – 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调速 回路大。调速阀正常工作必须保 持0.5～1MPa的压差，
• 旁通型调速阀只能用于进油节流 调速回路中。
采用节流阀的节流调速回路
节流调速回路有进油路节流调速，回油节路流调速，
旁路节流调速三种基本形式。
FS F FS PP P1 A0 A1 A0
• 因而，称这种回路为压力适应回路。
比例方向阀的压力适应回路
1-道流阀 2-压力阀 3-节流阀 4-比例方向阀
• 节流阀3是用来调节液压泵压力相应升高或 降低快慢的，防止压力冲击。 • 压力阀2限制了回路所能达到的最高工作压 力，防止回路过载，起安全保护作用。
回油路节流调速回路
进油路和回油路节流调速的比较
(1) 承受负值负载的能力 回油节流调速能承受一定的 负值负载 (2) 运动平稳性 回油节流调速回路运动平稳性好。 (3) 油液发热对回路的影响 进油节流调速的油液发热
会使缸的内外泄漏增加； (4) 启动性能 回油节流调速回路中重新启动时背压 不能立即建立，会引起瞬间工作机构的前冲现象。
功率适应回路应用实例
节流调速回路的节能分析
• 一、单泵定压节流调速回路
• 当回路在轻载低速下工作，其回路效率要 更小得多。 • 节能改进设计：去掉回路中的减压阀，增 设一个由远程调压阀4和二位二通电磁阀所 构成的压力控制环节，并将其接在先导式 溢流阀3的控制口，改进后的回路如（a） 所示。其功率受益如图（b）所示。
p1 q1 F ( p1 s )q p A0
功率适应回路
• • • • •
功率适应回路，由以下四个基本元件组成： 1、比例方向阀 2、功率适应阀 3、液压泵 4、液压缸
• （1）负载特性 • 负载流量即液压缸工作速度，不会因负载 的变化而变化，即回路的速度刚性在理论 上是无穷大。 • （2）调节特性 • 液压缸的工作速度V随a（比例方向阀阀口 通流面积）的增减而线性的增减。 • （3）功率特性 • 液压泵的输出功率：
由以上两式可以看出，要控制缸和马达的 速度，可以通过改变流入流量来实现，也可以 通过改变排量来实现。 对于液压缸来说，通过改变其有效作用面 积A（相当于排量）来调速是不现实的，一般 只能用改变流量的方法来调速。 对变量马达来说，调速既可以改变流量， 也可改变马达排量。
定量泵节流调速回路
• 回路组成：定量泵，流量控制阀（节流阀、调速阀 等），溢流阀，执行元件。其中流量控制阀起流量调 节作用，溢流阀起压力补偿或安全作用。 按流量控制阀安放位置的不同分： 进油节流调速回路 将流量控制阀串联在液压泵 与液压缸之间。 – 回油节流调速回路 将流量控制阀串联在液压缸 与油箱之间。 – 旁路节流调速回路 将流量控制阀安装在液压缸 并联的支路上。 • 下面分析节流调速回路的速度负载特性、功率特性。 分析时忽略油液压缩性、泄漏、管道压力损失和执行 元件的机械摩擦等。设节流口为薄壁小孔，节流口压 力流量方程中 m＝1/2。
（1）速度负载特性
考虑到泵的工作压力随负载变化，泵的输出流量 qp应计入泵的泄漏量随压力的变化 q p ,采用与前述相
同的分析方法可得速度表达式为：
q pt q p q q1 v A1 A1 q pt v
式中
F F m k ( ) CAT ( ) A1 A1 A1
(8.8)
进油路节流调速回路
V
节流阀串联在 泵和缸之间
注 意
进油节流调速回路正 常工作的条件:泵的 出口压力为溢流阀的 调定压力并保持定值。
进油路节流调速回路
（1）速度负载特性
当不考虑泄漏和压缩时，活塞运动速度为：
q1 A1
活塞受力方程为：
p1
F A1
式 中 ： — 外负载力； F p2 — 液压缸回油腔压力，p20。 缸的流量方程为：