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1、,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:,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。,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
2、，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 m1/2。,进、回油节流调速回路,qp=q1+q p1A1=F q1=KATp1/2 =KAT(pp- F/A1)1/2 V =q1
3、/A1 =KAT(pp- F/A1)1/2/A1,qp=q1+q ppA1=p2A2+F q2=KATp21/2 =KAT(ppA1/A2-F/A2)1/2 V =q2/A2 =KAT(ppA1/A2-F/A2)1/2/A2,流量连续性方程 活塞受力平衡方程 节流阀压力流量方程 速度负载特性方程,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/d
4、v=-1/tg=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。=(Pp-P )/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。 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
5、，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。 为了提高回路的综合性能，一般采用进油节流调速回路，并在回油路上加背压阀。,旁路节流调速回路,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。 只有节流功率损
6、失，无溢流功率损失，回路效率较高。,溢流阀关闭，起安全阀作用。 速度负载特性方程 V=q1/A1=q t-p(F/A1)-KAT(F/A1)1/2/A1,改善节流调速负载特性的回路,在节流阀调速回路中，当负载变化时，因节流阀前后压力差变化，通过节流阀的流量均变化，故回路的速度负载特性比较差。若用调速阀代替节流阀，回路的负载特性将大为提高。 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。 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
7、保持0.51MPa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。,进油路节流调速回路,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：,活塞受力方程为：,缸的流量方程为：,=,=,于是,式中,C 与油液种类等有关的系数；,AT 节流阀的开口面积；,节流阀前后的压强差，,m 为节流阀的指数；当为薄壁孔口时，m =0.5。,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
8、的速度负载特性曲线。,进油路节流调速回路速度负载特性曲线,（2）功率特性,上图中，液压泵输出功率即为该回路的输入功率为：,回路的功率损失为：,而缸的输出功率为：,式中 溢流阀的溢流量, 。,进油路节流调速回路的功率损失由两部分组成：溢流功率损失 和节流功率损失,回油路节流调速回路,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.,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
9、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。,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,旁油路节流调速回路,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,溢流阀作安全阀用，液压泵的供油压力Pp取决于负载。,（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 ,采用与前述相同的分析方法可得速度表达式为：,(8.8),（2）功率特性,回路的输入功率,回路的输出功率,回路的功率损失,回路效
10、率,旁路节流调速只有节流损失，无溢流损失，功率损失较小。,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。,回油路节流调速回路,节流阀压差： 阀芯上力的平衡方程式为： 一般取,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,（1）负载特性 进入液压缸的流量即液压缸的速度不仅与节流阀开度有关，而与负载或负载压力变化无关，即回路的速度刚性在理论上为无穷大。 （2）调节特性 液压缸速度正比于节流阀的通
11、流面积。,液压泵的工作压力 能自动跟随负载F或负载压力 的增减而增减，并且始终比负载压力 大一恒定值，即: 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。,回路效率：,液压泵的输出功率： 液压缸的输入功率： 回路效率：,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，
12、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：,液压缸的输入功率： 回路效率：,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 始终保持与比例方向阀所能通过的负载流量 相等；液压泵的输出压力 始终比负载压力 大一恒定值，因而液压泵的输出功率 始终与负载所需功率 适应。,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。,二、双泵双压节流调速回路,三、多泵数字控制分级节流调速回路,