第二节 速度控制回路(一)

1、变量泵和定量液动机的容积调速回路
由变量泵与液压缸或与定量液压马达组成。
（1）主要工作特性
速度特性、转矩特性、功率特性如下：
nPVPPVMV nM VM
pVM Mm TM 2
PM pnPVPPVMVMm
变量泵和定量液动机所组成的容积 调速回路为恒转矩调速。
（2）回路的调速范围 随着负载转矩增加，泵和马达的泄漏增加，致 使马达输出转速下降。回路的调速范围 Rc≈40。 可正反向实现无级调速。 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。
3、限压式变量泵与调速阀组成的调速回路工作特性：
容积节流调速回路只有节流损失而无溢流损失， 效率较高，速度稳定性比容积调速回路好。 结构较简单。 目前已广泛应用于负载变化不大的中、小功率组 合机床的液压系统中。
四、调速回路的选用
1、执行机构的负载性质、运动速度、速度稳定性等 要求： 负载小，且工作中负载变化也小的系统可采用节 流阀节流调速； 在工作中负载变化较大且要求低速稳定性好的系 统，宜采用调速阀的节流调速或容积节流调速； 负载大、运动速度高、油的温升要求小的系统， 宜采用容积调速回路。 一般来说，功率在3kW以下的液压系统宜采用节 流调速；3～5kW范围宜采用容积节流调速；功率在 5kW以上的宜采用容积调速回路。
源自文库
式中：pSΔq ——溢流损失 ΔpqL ——节流损失 回路的效率： FL v
ps q p
这种回路功耗大，效率较低，系统温升大。
2、 回油节流调速回路 节流阀装在液压缸的回油路上。
（1）速度负载特性
活塞力平衡方程： PSA1=P2A2+FL 当F=0时，若A1/A2=2，则P2 =2PS ，注意缸的回油 腔和回油管的强度和密封。 节流阀前后的压差Δp=P2=（PSA1-FL）/A2 活塞的运动速度：
回路的功率损失：
P Pp P p s q p ( p s p2 1
A2 A1
)q1 ps q p2 q2
式中：pSΔq ——溢流损失 ΔpqL ——节流损失 FL v 回路的效率：
ps q p
该回路进油节流调速回路有相似的功率特性。
3、进油与回油节流调速回路的性能差异
2、功率特性
液压泵输出功率： 式中： pL——负载压力，
Pp pL q p 常数
pL FL A1
液压缸输出的有效功率： P FL v pL Av pL q1 1 1 回路的功率损失： P Pp P pL q p pL q1 pL q 1 即旁油路节流调速回路只有节流功率损失，无溢 流功率损失，回路效率较高。 由于本回路的速度－负载特性很软，低速承 载能力差，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的系统，如 牛头刨床主运动系统、输送机械液压系统等。
1、速度负载特性 活塞受力平衡方程： p1 A1 FL 节流阀前后的压差：
p p1 FL A1
节流阀流过的流量：
q Cd AT 2 FL
缸的运动速度：
v q p q A1
A1
q p Cd AT A1 2 FL
A1
其速度负载特性： 速度受负载变化的 影响大，在小负载或低 速时，曲线陡，回路的 速度刚性差。 在不同节流阀通流 面积下，回路有不同的 最大承载能力。AT越大， Fmax越小，回路的调速范 围受到限制。
（一）进油、回油节流阀调速回路
1、进油节流阀调速回路 将节流阀串联在泵与阀之间，即构成进油节流调 速回路。
（1）回路的特点
定量泵供油，流量恒定，溢流阀调定压力为pS， 泵的供油压力pP，进入液压缸的流量q1由节流阀的调 节开口面积AT确定，P1压力作用在活塞A1上，克服负 载F，推动活塞以速度v=q1/A1向右运动。因为定量泵 供油，q1小于qP 。所以pP=pS,溢流阀常开。 即定压式节流调速。 活塞受力平衡方程
（3）功率特性 Pp ps q p 常数 液压泵输出功率： qL 液压缸输出的有效功率：P FL v FL pL qL 1 A1 回路的功率损失：
P Pp P ps q p p L q L 1 p （ qL q）（ ps p）qL ps q pqL s
调速回路的基本原理：
对于变量泵（马达）系统，可以改变液压泵（马 达）的排量来调速——容积调速回路； 变量泵——定量马达闭式调速回路 变量泵——变量马达闭式调速回路 同时调节泵的排量和流量控制阀来调速——容积 节流调速回路。 限压式变量泵和调速阀的调速回路 差压式变量泵和节流阀的调速回路
一、定量泵节流调速回路
2
（2）速度负载特性 （1）V与AT成正比。 无级调速：Rcmax=υmax/υ min=100 （2）AT一定，V随负载变化。 速度与负载的关系——速度负载特性 （3)同一节流阀，Δp一定时，AT越小，刚度T越大。 （4)同一节流阀，AT一定时，Δp越小，刚度T越低。 （5）回路的最大承载能力为Fmax=psA1 要使推力最大，必须压力达到最大值，而P1=PY-Δp， 则Δp=0，q1=0，v=0，即无流压力点。
p1 A1 p2 A2 FL FL p2 0则p1 A1
节流阀前后的压力差 p p FL s
A1
节流阀流过的流量
q1 Cd AT
2p

Cd AT
FL ( ps ) A1 2
活塞的运动速度
q1 v A1
Cd AT
FL ( ps ) A1 A1
（2）主要工作特性 速度特性、转矩特性、功率特性如下：
nPVPPVMV nM VM
pVM Mm TM 2
PM pnPVPPVMVMm
（3）调速范围 该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，它适用于高速、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。
2、工作环境要求： 处于温度较高的环境下工作，且要求整个液压装置 体积小、重量轻的情况，宜采用闭式回路的容积调速。 3、经济性要求： 节流调速回路的成本低，功率损失大，效率也低。 容积调速回路因变量泵、变量马达的结构较复杂， 所以价钱高，但其效率高、功率损失小。 而容积节流调速则介于两者之间。所以需综合分析 选用哪种回路。
调速回路的基本原理：
q 液压缸的速度 v A q 液压马达的转速 n VM
调节执行元件的工作速度，可以改变输入（或输出） 执行元件的流量；或改变执行元件的几何参数。 对于定量泵供油系统，可以用流量控制阀来调速 ——节流调速回路；按流量控制阀安放位置的不同分： 进油节流调速回路 回油节流调速回路 旁路节流调速回路
第二节 速度控制回路（一）
速度控制回路是讨论液压执行元件速度的调节和 变换的问题。 常用的速度控制回路有调速回路、快速回路、速 度换接回路等。 调速回路：调节执行元件运动速度的回路。 定量泵供油系统的节流调速回路 变量泵（变量马达）的容积调速回路 容积节流调速回路 快速回路：使执行元件快速运动的回路。 速度换接回路；变换执行元件运动速度的回路。
2、定量泵和变量马达容积调速回路
nPVPPVMV pV M Mm nM TM VM 2 PM pnPVPPVMVMm 该回路属恒功率调速
3、变量泵和变量马达的容积调速回路
（1）调速方法
低速段：将马达的排量 VM调到最大，调泵的排 量 VP 从最小逐渐加大到最大值，则马达的转速 nM 逐 渐升高。相当于变量泵定量马达的恒转矩调速。 高速段：将泵的排量 VP 固定不变，然后调节马 达的排量 VM从最大逐渐调到最小，此时马达的转速 nM便进一步逐渐升高到最高值。相当于定量泵变量 马达的恒功率调速。
容积调速回路是通过改变回路中液压泵或液压马达 的排量来实现调速的。 容积调速回路中溢流阀起安全阀的作用。 主要优点是没有溢流损失和节流损失，功率损失小， 且其工作压力随负载变化，所以效率高、油的温度低， 适用于高速、大功率系统。 按油路循环方式不同： 开式（回油箱）回路 闭式（回油接吸油口）回路 三种基本形式： 变量泵和定量液动机 量泵和变量马达 变量泵和变量马达
三、容积节流调速回路(闭环自动 ) 1、容积节流调速回路的基本工作原理 采用压力补偿式变量泵供油、调速阀(或节流阀 )调节进入液压缸的流量并使泵的输出流量自动地与 液压缸所需流量相适应。 2、常用的容积节流调速回路种类 （1）限压式变量泵与调速阀等组成的容积节流调速 回路； （2）差压式变量泵与节流阀等组成的容积节流调速 回路。
（三）改善节流调速负载特性的回路 节流阀的三种基本回路其速度均随负载的 变化而变化，对于一些负载变化较大，对速度 稳定性要求较高的液压系统，可采用调速阀来 改善速度-负载特性
1、采用调速阀的节流调速回路
调速阀可以装在回路 的进油、回油或旁路上。 负载变化引起调速阀前后 压差变化时，由于定差减 压阀的作用，通过调速阀 的流量基本稳定。 由于增加了定差减压 阀的压力损失，回路功率 损失较节流阀的调速回路 大。调速阀正常工作必须 保持0.5～1MPa的压差。
为了提高回路的综合性能，一般采用进油节流 阀调速回路，并在回油路上加背压阀，使其兼具二 者的优点。 因为进（回）油节流调速回路具有溢流和节流 损耗，效率较低，只宜用于低速、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。
（二）旁路节流调速回路 这种回路由定量泵、安全阀、液压缸和节流阀 组成，节流阀安装在与液压缸并联的旁油路上。 定量泵输出的流量qP， 一部分Δq通过节流阀流回 油箱。剩余部分q1 进入液 压缸。 溢流阀常闭，起安全 作用。其调节压力一般为 缸克服最大负载所需的工 作压力p1max的1.1～1.2倍。 液压泵的工作压力pP取 决于负载，即变压式节流 调速。
采用调速阀与采用节流阀的速度负载特性对比如下：
旁路节流调速回路的最大承载能力不因AT增大而 减小。
2、采用旁通型调速阀的节流调速回路 旁通型调速阀只能用于进油节流调速回路中。
思考题
例、已知V<qp/A，试确定： F增大，P1 增大；不变 ， 小 ，Pp（P3) 不变；不变 P2 0；减 。
二、容积调速回路(开环)
（1）回油节流调速回路能承受负值负载，并提高了 缸的速度平稳性。 （2）进油节流阀调速回路容易实现压力控制。 （3）进油节流调速回路能获得更低的稳定速度。 （4）启动性能，回油路节流调速回路有前冲现象； 而进油节流阀调速回路没有前冲现象。
（5）发热及泄漏对进油节流调速的影响均大于回油 节流调速。
4、进油、回油节流阀调速回路的应用
q1 A2 Cd AT 2 ps A1 FL ( ) A2 A2 A2
v
与进油节流调速回路有相似的速度负载特性和速度 刚度，其中最大承载能力Fmax=psA1相同。
（2）功率特性 Pp ps q p 常数 液压泵输出功率： 液压缸输出的有效功率：
P FL v ( ps A1 p2 A2 )v ( ps p2 1 A2 A1 )q1 pL qL