容积调速回路

图7-5变量泵定量液动机容积调速回路

(a)开式回路(b)闭式回路(c)闭式回路的特性曲线

其工作原理是：图7-5(a)中活塞5的运动速度v由变量泵1调节，2为安全阀，4为换向阀，6为背压阀。图7-5(b)所示为采用变量泵3来调节液压马达5的转速，安全阀4用以防止过载，低压辅助泵1用以补油，其补油压力由低压溢流阀6来调节。

其主要工作特性：

①①速度特性：当不考虑回路的容积效率时，执行机构的速度n m或(v m)与变量泵的排量v b的关系为：

n m=n b v b/v m或v m=n b v b/a (7-5)

上式表明：因马达的排量v m和缸的有效工作面积a是不变的，当变量泵的转速nb不变，则马达的转速n m(或活塞的运动速度)与变量泵的排量成正比，是一条通过坐标原点的直线，如图7-5(c)中虚线所示。实际上回路的泄漏是不可避免的，在一定负载下，需要一定流量才能启动和带动负载。所以其实际的n m(或v m)与v b的关系如实线所示。这种回路

在低速下承载能力差，速度不稳定。

②转矩特性、功率特性：当不考虑回路的损失时，液压马达的输出转矩t m(或缸的输出推力f)为t m=vmδp/2π或f=a(p b-p0)。它表明当泵的输出压力p b和吸油路(也即马达或缸的排油)压力p0不变，马达的输出转矩t m或缸的输出推力f理论上是恒定的，与变量泵的v b无关。但实际上由于泄漏和机械摩擦等的影响，也存在一个“死区”，如图7-5(c)所示。

此回路中执行机构的输出功率：

p m=(p b-p0)q b=(p b-p0)n b v b或p m=n m t m=v b n b t m/v m(7-6)

式(7-6)表明：马达或缸的输出功率p m随变量泵的排量v b的增减而线性地增减。其理论与实际的功率特性亦见图7-6(c)。

③调速范围：这种回路的调速范围，主要决定于变量泵的变量范围，其次是受回路的泄漏和负载的影响。采用变量叶片泵可达10，变量柱塞泵可达20。

综上所述，变量泵和定量液动机所组成的容积调速回路为恒转矩输出，可正反向实现无级调速，调速范围较大。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。定量泵与变量马达容积调速回路如图7-6所示。图7-6(a)为开式回路：由定量泵1、变量马达2、安全阀3、换向阀4组成；图7-6(b)为闭式回路：1、2为定量泵和变量马达，3为安全阀，4为低压溢流阀，5为补油泵。

此回路是由调节变量马达的排量vm来实现调速。

①速度特性：在不考虑回路泄漏时，液压马达的转速n m为：

n m=q b/v m

式中q b为定量泵的输出流量。可见变量马达的转速n m与其排量vm成正比，当排量vm最小时，马达的转速nm最高。其理论与实际的特性曲线如图7-6(c)中虚、实线所示。

由上述分析和调速特性可知：此种用调节变量马达的排量的调速回路，如果用变量马达来换向，在换向的瞬间要经过“高转速—零转速—反向高转速”的突变过程，所以，不宜用变量马达来实现平稳换向。

②转矩与功率特性：

液压马达的输出转矩：tm=vm(p b-p0)/2π

液压马达的输出功率：pm=n m tm=q b(p b-p0)

上式表明：马达的输出转矩tm与其排量vm成正比；而马达的输出功率pm与其排量vm无关，若进油压力p b与回油压力p0不变时，pm=c，故此种回路属恒功率调速。其转矩特性和功率特性见图7-6(c)所示。

图7-6定量泵变量马达容积调速回路

(a)开式回路(b)闭式回路(c)工作特性

综上所述，定量泵变量马达容积调速回路，由于不能用改变马达的排量来实现平稳换向，调速范围比较小(一般为3～4)，因而较少单独应用。

(3)变量泵和变量马达的容积调速回路。这种调速回路是上述两种调速回路的组合，其调速特性也具有两者之特点。

图7-7所示为其工作原理与调速特性，由双向变量泵2和双向变量马达9等组成闭式容积调速回路。

该回路的工作原理：调节变量泵2的排量v b和变量马达9的排量vm，都可调节马达的转速n m；补油泵1通过单向阀3和4向低压腔补油，其补油压力由溢流阀10来调节；安全阀5和6分别用以防止正反两个方向的高压过载。液控换向阀7和溢流阀8用于改善回路工作性能，当高、低压油路压差(p b-p0)大于一定值时，液动滑阀7处于上位或下位，使低压油路与溢流阀8接通，部分低压热油经7、8流回油箱。因此溢流阀8的调节压力应比溢流阀10的调节压力低些。为合理地利用变量泵和变量马达调速中各自的优点，克服其缺点，在实际应用时，一般采用分段调速的方法。

图7-7变量泵变量马达的容积调速回路

(a)工作原理(b)调速特性

第一阶段将变量马达的排量vm调到最大值并使之恒定，然后调节变量泵的排量vb从最小逐渐加大到最大值，则马达的转速nm便从最小逐渐升高到相应的最大值(变量马达的输出

转矩tm不变，输出功率pm逐渐加大)。这一阶段相当于变量泵定量马达的容积调速回路。第二阶段将已调到最大值的变量泵的排量v b固定不变，然后调节变量马达的排量vm，

之从最大逐渐调到最小，此时马达的转速n m便进一步逐渐升高到最高值(在此阶段中，马达的输出转矩tm逐渐减小，而输出功率pm不变)。这一阶段相当于定量泵变量马达的容积调速回路。

上述分段调速的特性曲线如图7-7(b)所示。

这样，就可使马达的换向平稳，且第一阶段为恒转矩调速，第二阶段为恒功率调速。这种容积调速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。

文章来源：海鑫工业设备（中国）有限公司（）