进油节流和回油节流调速回路的综合性能分析

1、进油节流和回油节流调速回路的综合性能分析    关键词： 速度负载特性；负值负载；节流损失功率节流调速回路是通过改变回路中流量控制元件通流面积的大小来控制流入执行元件或自执行元件流出的流量来实现速度调节的。将节流阀串联在液压泵和液压缸之间，用它来控制进入液压缸的流量达到调速目的，为进油节流调速回路，如图1（a）所示；将节流阀串联在液压缸的回油路上，借助节流阀控制液压缸的排油流量来实现速度调节，为回油节流调速回路，如图2所示。定量泵多余油液通过溢流阀回油箱。由于溢流阀处在溢流状态，定量泵出口的压力pp为溢流阀的调定压力，且基本保持定值，与液压缸负载的变化无

2、关，所以这种调速回路也称为定压节流调速回路。 1 进油节流调速回路 1.1 速度负载特性 在图1（a）所示进油节流调速回路中，记qp为泵的输出流量，q1为流经节流阀进入液压缸的流量，qy为溢流阀的溢流量，p1和p2为液压缸无杆腔和有杆腔的工作压力，由于进油调速回路缸回油腔与油箱相通，p2=0，pp为泵的出口压力即溢流阀调定压力，A1和A2为液压缸两腔作用面积，K为节流阀阀口的液阻系数，AT为节流阀的通流面积，p为节流阀前后的压力差，F为负载力。于是可得下列方程组： 式中m孔口的节流指数，0.5m1，m=0.5孔口为薄壁小孔，m=1孔口为细长小孔。 由式（1-2）可知，当其它条件不变时，活塞运动

3、速度v与节流阀通流面积AT成正比。调节AT就能实现无级调速，这种回路的调速范围较大（速比最高可达100）。从图1（b）可以看出，当节流阀通流面积AT一定时，活塞运动速度v随负载F的增加按抛物线规律下降，且阀开口越大，负载对速度的影响也越大。 1.2 最大承载能力与速度刚性 1）最大承载力Fmax 当负载F= 0时，活塞的运动速度为空载速度v0，且 该点为速度负载特性曲线与纵坐标之交点，当阀的通流面积AT变化时，该点在纵坐标上相应变化。不论节流阀通流面积AT怎么变化，当负载F由0变化到p1maxA1，节流阀进出口压差为零时，活塞的运动速度v= 0，此时液压泵的流量全部经溢流阀流回油箱。当节流阀前

4、后的压力差为零，即p1= pp，且p2=0，此时液压缸的速度为零，该回路的最大承载能力为 尽管节流阀有不同的通流面积AT，但其速度负载特性曲线均交于图1（b）的Fmax点。 2）速度刚度Tv 当节流阀的通流面积一定时，活塞速度随负载变化的程度不同，表现出速度抗负载作用的能力也不同，这种特性称为回路的速度刚性，如果以Tv表示速度刚度，则有 由上式可以看到，当节流阀通流面积AT一定时，负载F越小，回路的速度刚性Tv越大；当负载F一定时，活塞速度越低，速度刚性越大。增大pp和A1可以提高回路的速度刚性Tv。 1.3 功率特性 在图1a）所示的回路中，液压泵的输出功率为 式中qy为通过溢流阀的溢流量，

5、qy= qp- q1。 回路的功率损失由两部分组成，即溢流损失Py= ppqy和节流损失PT=pq1，回路效率为回路的输出功率与输入功率之比，即 由于存在两种功率损失，回路的效率较低，尤其是在低速小负载情况下，效率更低，并且此时的功率损失主要是溢流功率损失Py，这些功率损失会造成液压系统发热，引起系统油温升高。 2 回油节流调速回路 对图2所示回油节流调速回路，采用与进油路节流调速回路同样的方法进行相关分析。 2.1 速度负载特性 在图2所示回油节流调速回路中，记qp为泵的输出流量，q1为进入液压缸的流量，q2为由液压缸有杆腔排出经节流阀流回油箱的流量，qy为溢流阀的溢流量，p1和p2为液压缸

6、无杆腔和有杆腔的工作压力，由于回油调速回路节流阀的出油口与油箱相通，p2=p，pp为泵的出口压力即溢流阀调定压力，A1和A2为液压缸两腔作用面积，K为节流阀阀口的液阻系数，AT为节流阀的通流面积，p为节流阀前后的压力差，F为负载力。于是可得下列方程组 比较两种回路的缸活塞速度函数，可以看出，回油节流调速回路与进油节流调速回路有相似的速度负载特性。 2.2 最大承载能力和速度刚性 1）最大承载能力 活塞运动速度v=0时，液压泵的流量全部经溢流阀溢回油箱，流经节流阀的流量q2=0，节流阀前后的压差为零，液压缸有杆腔的背压为零，回路的最大承载负载仍为 其与进油节流调速回路最大承载能力完全相同。 2）

7、速度刚度Tv 与进油路节流调速回路同理，如果以Tv表示速度刚度，则有 比较式两种回路的速度刚度函数，可以看出，回油节流调速回路与进油节流调速回路有相似的速度刚性。 2.3 功率特性 在图2所示的回路中，液压泵的输出功率为 液压缸的输出功率为 回路的功率损失为 回路的功率损失由两部分组成，即溢流损失Py= ppqy和节流损失PT=pq2，回路效率为回路的输出功率与输入功率之比，即 当使用同一个液压缸和同一个节流阀，而负载和活塞运动速度相同时，进油节流调速回路和回油节流调速回路的效率是相同的。但是，应该指出，在回油节流调速回路中，液压缸工作腔和回油腔的压力都比进油节流调速回路高，特别是在负载变化大

8、，尤其是当F = 0时，回油腔的背压有可能比液压泵的供油压力还要高，这样会使节流功率损失大大提高，且加大泄露，因而效率实际上比进油节流调速回路要低。        3 进油与回油节流调速回路的比较 1）承受负值负载的能力 负值负载是指外负载作用力的方向和执行元件运动方向相同的负载。回油节流调速回路的节流阀使液压缸回油腔形成一定的背压，能在负值负载下工作，而进油节流调速回路由于回油腔没有背压力，因而不能在负值负载下工作。 2）运动平稳性 回油节流调速回路由于回油路上始终存在背压，可有效地防止空气从回油路吸入，因而低速

9、时不易爬行，高速时不易颤振，即运动平稳性好。 3）油液发热对泄漏的影响 进油节流调速回路中通过节流阀发热了的油液直接进入液压缸，会使缸的泄漏增加，而回油节流调速回路油液经节流阀温升后直接回油箱，经冷却后再进入系统，对系统泄漏影响相对较小。 4）压力信号的提取与程序控制的方法 进油节流调速回路的进油腔压力随负载同步变化，当工作部件碰到死挡铁停止运动后，其压力将升至溢流阀调定压力，可直接利用系统工作压力升高提取压力信号作为控制顺序动作的指令信号。在回油节流调速回路中回油腔压力随负载变化反向变化，工作部件碰上死挡铁后其压力将下降至零，只能利用压力降低提取信号。因此，在采用死挡铁定位的节流调速回路中，

10、压力继电器应并联安装在流量控制阀与液压缸工作腔之间。 5）启动性能 回油节流调速回路中若停车时间较长，液压缸回油腔的油液会泄漏回油箱，重新启动时因背压不能立即建立，将会引起启动瞬间工作机构的前冲现象。而在进油节流调速回路中，由于进油路上有节流阀控制流量，故活塞前冲很小，甚至没有前冲。 6）液压缸油腔压力 在回油节流调速回路中回油腔压力随负载的减少而升高，轻载时会出现回油腔压力高于进油腔的压力情况，特别是负载突然消失时，如果缸的面积比A1A2=2，回油腔压力p2将是进油腔压力pp的两倍，这对液压缸回油腔和回油管路的强度和密封提出了更高要求。 4 结论 如上所述，为了提高回路的综合性能，一般常采用进油节流调速回路，并在回油路上加背压阀的回路。 参考文献： 1刘恒丽，进口节流调速系统动态特性仿真研究J.机床与液压，2007，35（9）：161-162.