第三章 节流调速回路分析

1、第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析1本章研究内容本章研究内容o液压阀液压缸、液压马达回路的工液压阀液压缸、液压马达回路的工作特性作特性o节流调速回路节流调速回路o压力适应回路压力适应回路o功率适应回路功率适应回路2第一节第一节 节流调速回路节流调速回路o 节流调速回路的分类节流调速回路的分类3进油口节流调速进油口节流调速回油口节流调速回油口节流调速旁路节流调速旁路节流调速第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析 第一节第一节 节流调速回路节流调速回路一一.采用节流阀的节流调速回路采用节流阀的节流调速回路4( (一一) ) 进口节流调速回路进口节流调速回路执行元件速度计算执行元

2、件速度计算mpAFpAKaAqv)(1111速度速度v v随节流阀开度随节流阀开度a a和负载和负载F F的变化的变化而变化。而变化。评价回路性能的指标：评价回路性能的指标：p速度负载曲线速度负载曲线p速度刚度速度刚度T(T(负载特性、机械特性负载特性、机械特性) )p速度放大系数速度放大系数H Hp系统承载能力系统承载能力F Fmaxmax第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析 第一节第一节 节流调速回路节流调速回路一一.采用节流阀的节流调速回路采用节流阀的节流调速回路5( (一一) ) 进口节流调速回路进口节流调速回路p速度刚度速度刚度T(T(负载特性、机械特性负载特性、机械特性)

3、 ) tgvFT1 mpiAFpKamAT 1121)(vmFApTpi 1v vF F 特性软，速度刚性差特性软，速度刚性差a a不变时，负载小，刚性大不变时，负载小，刚性大F F 不变时，不变时，a a小，刚性大。小，刚性大。提高提高T T的措施：的措施：p pp p、A A1 1、mm第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析 第一节第一节 节流调速回路节流调速回路一一.采用节流阀的节流调速回路采用节流阀的节流调速回路6p速度放大系数速度放大系数H HavH mpiAFpAKH)(11 对于给定的进口节流调速回路，其速对于给定的进口节流调速回路，其速度放大系数的大小取决于负载。度放大

4、系数的大小取决于负载。F F越大，越大，H H越小越小F F不变，不变，H H为恒量为恒量p最大承载能力最大承载能力F Fmaxmax1maxApFp ( (一一) ) 进口节流调速回路进口节流调速回路第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析 第一节第一节 节流调速回路节流调速回路7 7( (二二) ) 出口节流调速回路出口节流调速回路p执行元件速度计执行元件速度计算算p速度刚度速度刚度T Tp速度放大系数速度放大系数H Hp系统承载能力系统承载能力F FmaxmaxmpmAFpnAKaAqv)(11122 vmFApTpo 1mpmoAFpAKAAH)()(11121 1maxApFp

5、 一一.采用节流阀的节流调速回路采用节流阀的节流调速回路第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析 第一节第一节 节流调速回路节流调速回路8 8( (三三) ) 旁路节流调速回路旁路节流调速回路p执行元件速度计算执行元件速度计算mppAFAKaAFAqv 11211 p速度刚度速度刚度T(T(负载特性、机械特性负载特性、机械特性) )mvAqAFFAAFKamAvFTppmph )(1111121 一一.采用节流阀的节流调速回路采用节流阀的节流调速回路第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析 第一节第一节 节流调速回路节流调速回路9 9p速度放大系统速度放大系统H HmppAKavH

6、1 p最大承载能力最大承载能力F Fmaxmax对于给定的旁路节流调速回路，其对于给定的旁路节流调速回路，其速度放大系数速度放大系数H H的大小取决于负载。的大小取决于负载。F F越大，越大，H H越大越大F F不变，不变，H H为恒量为恒量mpKaqAF11max ( (三三) ) 旁路节流调速回路旁路节流调速回路一一.采用节流阀的节流调速回路采用节流阀的节流调速回路第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析 第一节第一节 节流调速回路节流调速回路二二.采用调速阀的调速回路采用调速阀的调速回路10( (一一) ) 调速阀调速回路调速阀调速回路p执行元件速度计算执行元件速度计算msiAFA

7、KaAqv 0111msoAFAKaAqv 0222p速度刚度速度刚度T T vFT第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析 第一节第一节 节流调速回路节流调速回路二二.采用调速阀的调速回路采用调速阀的调速回路11( (二二) ) 旁路节流调速阀调速回路旁路节流调速阀调速回路p速度刚度速度刚度T Tp执行元件速度执行元件速度msphAFAKaAFvv 01210 pAvFT 21 采用调速阀不仅可以提高速度刚度，也采用调速阀不仅可以提高速度刚度，也可以提高最大承载能力可以提高最大承载能力由于承载能力加大，低速性能和调速范由于承载能力加大，低速性能和调速范围大为改善围大为改善低负载状态下，

8、调速性能与节流阀调速低负载状态下，调速性能与节流阀调速相同相同第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析 第一节第一节 节流调速回路节流调速回路二二.采用调速阀的调速回路采用调速阀的调速回路12( (四四) ) 调速阀调速回路的启动冲击调速阀调速回路的启动冲击p调速阀出口节流调速回路，在停调速阀出口节流调速回路，在停车较久再启动时，会出现工作机车较久再启动时，会出现工作机构跳跃式前冲现象。构跳跃式前冲现象。p进口调速阀节流调速回路的前冲进口调速阀节流调速回路的前冲现象不明显。现象不明显。第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析 第一节第一节 节流调速回路节流调速回路第二节第二节 节流

9、调速回路功率特性节流调速回路功率特性o 假假设条件：设条件：溢流阀调定压力溢流阀调定压力psps无偏差无偏差忽略元件和管路的压力和容积损失忽略元件和管路的压力和容积损失节流阀采用薄壁孔阀，阀口指数节流阀采用薄壁孔阀，阀口指数m m0.50.5阀口液阻系数阀口液阻系数K K为常数为常数13第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析一一.节流阀调速回路功率特性节流阀调速回路功率特性14回路输入功率（泵输出功率）回路输入功率（泵输出功率）P Pp p= =p pp pq qp p回路输出功率（缸有效功率）回路输出功率（缸有效功率） P Pc c= =p p1 1q q1 1= =F Fv v回路

10、损失：回路损失：PP P Pp pP P1 1 P P 节流损失节流损失PP2 2溢流损失溢流损失PP1 1回路输入功率回路输入功率回路输出功率回路输出功率 回路效率：回路效率：( (一一) ) 进口节流调速进口节流调速第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析第二节第二节 节流调速回路功率特性节流调速回路功率特性一一.节流阀调速回路功率特性节流阀调速回路功率特性15例例3-1 3-1 如图，已知如下参数：如图，已知如下参数：液压泵：排量液压泵：排量V Vp p40cm40cm3 3/r/r；转速；转速1000r/min1000r/min容积效率：容积效率：pvpv0.950.95液压马达

11、：排量液压马达：排量V Vm m40cm40cm3 3/r/r；容积效率：；容积效率：mvmv0.950.95；机械效率：；机械效率：mmmm0.950.95负载转矩：负载转矩：T Tm m40N40Nm m溢流阀调整压力溢流阀调整压力p pp p7MPa7MPa节流阀流量公式：节流阀流量公式：求求：(1) (1) 液压马达最大转速，输出功率液压马达最大转速，输出功率 (2) (2) 溢流损失、节流损失、回路效率溢流损失、节流损失、回路效率paq1081( (一一) ) 进口节流调速进口节流调速第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析第二节第二节 节流调速回路功率特性节流调速回路功率特性

12、一一.节流阀调速回路功率特性节流阀调速回路功率特性16( (一一) ) 进口节流调速进口节流调速1 1、恒负载工况功率特性、恒负载工况功率特性分析下述参数与节流阀开口量分析下述参数与节流阀开口量a a的关系的关系p泵输入功率泵输入功率P Pp pp液压缸速度液压缸速度v vp液压缸输出功率液压缸输出功率P Pc cp溢流损失与节流损失溢流损失与节流损失p回路效率回路效率第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析第二节第二节 节流调速回路功率特性节流调速回路功率特性一一.节流阀调速回路功率特性节流阀调速回路功率特性17( (一一) ) 进口节流调速进口节流调速2 2、变负载工况功率特性、变负

13、载工况功率特性分析下述参数与节流阀开口量分析下述参数与节流阀开口量a a及负载及负载F F的关系的关系p泵输入功率泵输入功率P Pp pp液压缸速度液压缸速度v vp液压缸输出功率液压缸输出功率P Pc cp溢流损失与节流损失溢流损失与节流损失p回路效率回路效率第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析第二节第二节 节流调速回路功率特性节流调速回路功率特性第三节第三节 节流调速回路性能比较节流调速回路性能比较18p负载特性负载特性p调节特性调节特性p功率特性功率特性p低速特性低速特性p其他性能其他性能第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析一一.负载特性负载特性19进口节流调速进口节

14、流调速出口节流调速出口节流调速旁路节流调速旁路节流调速调速阀进口节流调速调速阀进口节流调速调速阀出口节流调速调速阀出口节流调速调速阀旁路节流调速调速阀旁路节流调速vmFApAFpKamATpmpi 11121)( 1121/ mphAFKamAT vmFApAFpKamnATpmpmo 111121)( vFTpAvFT 21 pv v相同情况下，进口、相同情况下，进口、出口节流调速负载特出口节流调速负载特性相同，优于旁路节性相同，优于旁路节流；流；pa a相同情况下，进口相同情况下，进口优于出口，出口优于优于出口，出口优于旁路；旁路；p调速阀回路优于节调速阀回路优于节流阀回路流阀回路p进、出

15、口调速阀回进、出口调速阀回路优于旁路调速阀回路优于旁路调速阀回路路第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析第三节第三节 节流调速回路性能比较节流调速回路性能比较20进口节流调速进口节流调速出口节流调速出口节流调速旁路节流调速旁路节流调速调速阀进口节流调速调速阀进口节流调速调速阀出口节流调速调速阀出口节流调速调速阀旁路节流调速调速阀旁路节流调速p调速特性：速度放调速特性：速度放大系数出口大于进口；大系数出口大于进口；p调速阀的速度放大调速阀的速度放大系数取决于节流阀前系数取决于节流阀前后压差，一般情况下后压差，一般情况下小于进口和出口节流小于进口和出口节流调速。调速。mpmoAFpAKAA

16、H)()(11121 mphpAKavH1 mpiAFpAKH)(11 msiAFAKaAqv 0111msAFAKavH 01二二.调节特性调节特性第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析第三节第三节 节流调速回路性能比较节流调速回路性能比较21p功率特性：进口、出口节流调速回路完全一致；功率特性：进口、出口节流调速回路完全一致；p旁路节流调速功率特性优于进口、出口节流调速；旁路节流调速功率特性优于进口、出口节流调速；p调速阀调速回路与节流阀相比，其功率损失大，效调速阀调速回路与节流阀相比，其功率损失大，效率低；率低；p旁路调速阀回路，优于进、出口调速阀回路。旁路调速阀回路，优于进、出

17、口调速阀回路。三三.功率特性功率特性第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析第三节第三节 节流调速回路性能比较节流调速回路性能比较四四.低速特性低速特性22指回路所能获得的最低稳定工作速度指回路所能获得的最低稳定工作速度进口节流调速优于出口节流调速。进口节流调速优于出口节流调速。受最大承载能力限制，旁路节流调速很难获得较低的速度。受最大承载能力限制，旁路节流调速很难获得较低的速度。mpmAFpnAKaAqv)(11122 mpAFpAKaAqv)(1111 第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析第三节第三节 节流调速回路性能比较节流调速回路性能比较五五.其它特性比较其它特性比较2

18、3 回油节流调速回路回油节流调速回路能承受负值负载能承受负值负载，进口节流调速，进口节流调速须增设背压阀实现。须增设背压阀实现。 进油节流调速回路进油节流调速回路容易实现压力控制容易实现压力控制。在回油节流。在回油节流调速时，缸的回油腔压力下降为零，可利用这个变调速时，缸的回油腔压力下降为零，可利用这个变化值使压力继电器失压发讯，对系统的下步动作实化值使压力继电器失压发讯，对系统的下步动作实现控制，但可靠性差，一般不采用。现控制，但可靠性差，一般不采用。 出口节流调速回油腔存在背压，可防止回油路吸入出口节流调速回油腔存在背压，可防止回油路吸入空气，低速时不易出现爬行，高速时不易颤振，运空气，低

19、速时不易出现爬行，高速时不易颤振，运动平稳性好。动平稳性好。第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析第三节第三节 节流调速回路性能比较节流调速回路性能比较五五.其它特性比较其它特性比较24 启动性能：启动性能： 长期停车后缸内油液会流回油箱，当泵重新长期停车后缸内油液会流回油箱，当泵重新向缸供油时，在回油节流阀调速回路中，由于进油路上向缸供油时，在回油节流阀调速回路中，由于进油路上没有节流阀控制流量，会使没有节流阀控制流量，会使活塞前冲活塞前冲；而在进油节流阀；而在进油节流阀调速回路中，活塞前冲很小，甚至没有前冲。调速回路中，活塞前冲很小，甚至没有前冲。 发热及泄漏发热及泄漏对进油节流阀

20、调速的影响均大于回油节流阀对进油节流阀调速的影响均大于回油节流阀调速。因为进油节流阀调速回路中，经节流阀发热后的调速。因为进油节流阀调速回路中，经节流阀发热后的油液直接进大缸的进油腔；而在回油节流阀调速回路中，油液直接进大缸的进油腔；而在回油节流阀调速回路中，经节流阀发热后的油液直接流回油箱冷却。经节流阀发热后的油液直接流回油箱冷却。第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析第三节第三节 节流调速回路性能比较节流调速回路性能比较第四节第四节 压力、功率适应回路压力、功率适应回路o 压力适应回路压力适应回路o 功率适应回路功率适应回路一一.压力适应回路压力适应回路p溢流阀溢流阀1 1：安全阀

21、：安全阀p溢流阀溢流阀2 2：定差溢流阀：定差溢流阀将多余的油液排回油箱。将多余的油液排回油箱。作为节流阀的压力补偿作为节流阀的压力补偿阀，保证在负载变化时，阀，保证在负载变化时，节流阀进、出口压差为节流阀进、出口压差为一常数。一常数。第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析第四节第四节 压力、功率适应回路压力、功率适应回路o 节流阀压差：节流阀压差：o 溢流阀阀芯力平衡方程式：溢流阀阀芯力平衡方程式：o 一般取一般取1PPPP 0110)()(AFPPPFPPASPSP 即即a.50.30MPP 常数常数 0AFPS一一.压力适应回路压力适应回路第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回

22、路分析第四节第四节 压力、功率适应回路压力、功率适应回路o 液压泵的工作压力液压泵的工作压力pp能自动跟能自动跟随负载随负载F F或负载压力或负载压力p1的增减而的增减而增减，并且始终比负载压力增减，并且始终比负载压力p1大一恒定值，即大一恒定值，即: :o 因而，称这种回路为压力适应因而，称这种回路为压力适应回路。回路。0101AFAFAFPPSSP 一一.压力适应回路压力适应回路第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析第四节第四节 压力、功率适应回路压力、功率适应回路o 负载特性负载特性进入液压缸的流量即液压缸进入液压缸的流量即液压缸的速度与的速度与节流阀开度节流阀开度及及回路的泄回

23、路的泄漏量漏量有关，即回路的速度刚性优有关，即回路的速度刚性优于节流阀节流调速，差于调速阀于节流阀节流调速，差于调速阀进出口节流调速。进出口节流调速。o 调节特性调节特性液压缸速度正比于节流阀的液压缸速度正比于节流阀的通流面积。略高于调速阀回路的通流面积。略高于调速阀回路的速度放大倍数速度放大倍数二二.压力适应回路特性压力适应回路特性第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析第四节第四节 压力、功率适应回路压力、功率适应回路p元件组成元件组成溢流阀溢流阀1 1：定差溢流阀：定差溢流阀溢流阀溢流阀2 2：安全阀：安全阀节流阀节流阀3 3比例方向阀比例方向阀4 4三三.比例方向阀压力适应回路比

24、例方向阀压力适应回路第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析第四节第四节 压力、功率适应回路压力、功率适应回路p工作原理工作原理比例方向阀位于图示位置：比例方向阀位于图示位置：溢流阀溢流阀1 1控制口控制口(C(C口口) )接油箱，接油箱，泵卸荷泵卸荷比例方向阀向上产生位移：比例方向阀向上产生位移：P P口通口通A A口，口，A A口通控制口口通控制口(C(C口口),),定差减压阀控制定差减压阀控制P P、A A口之间的口之间的压降，使其保持定值。压降，使其保持定值。此时此时P P、A A口相当于节流调速口相当于节流调速回路的节流阀，比例方向阀开回路的节流阀，比例方向阀开度越大，度越大，

25、a a越大，越大，v v也就越大。也就越大。三三.比例方向阀压力适应回路比例方向阀压力适应回路第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析第四节第四节 压力、功率适应回路压力、功率适应回路o 泵输出压力泵输出压力o 节流阀节流阀3 3：用来调节液压：用来调节液压泵压力相应升高或降低快泵压力相应升高或降低快慢的，防止压力冲击。慢的，防止压力冲击。o 溢流阀溢流阀2 2：当压力升高到：当压力升高到一定数值时溢流，防止泵一定数值时溢流，防止泵压力无限升高压力无限升高0101AFAFAFPPSSP 02AFPPssP 三三.比例方向阀压力适应回路比例方向阀压力适应回路第三章第三章 节流调速回路分析节

26、流调速回路分析第四节第四节 压力、功率适应回路压力、功率适应回路o 液压泵的输出功率：液压泵的输出功率：o 液压缸的输入功率：液压缸的输入功率：o 回路效率：回路效率：psppqAFAFqpP)(01p 213103011)(PPPqpqAFqpqqAFpqpPppspppspc pspsppqApFqqAFpqpqpqp)1()(011011111 第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析第四节第四节 压力、功率适应回路压力、功率适应回路三三.比例方向阀压力适应回路比例方向阀压力适应回路p元件组成：元件组成：1 1、比例方向阀、比例方向阀C C、D D口相通，口相通，O O3 3口口接

27、油箱接油箱2 2、功率适应阀、功率适应阀伺服阀伺服阀E E，顺序阀，顺序阀F F3 3、液压泵、液压泵压力补偿变量泵压力补偿变量泵4 4、液压缸、液压缸四四.功率适应回路功率适应回路第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析第四节第四节 压力、功率适应回路压力、功率适应回路o 负载特性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。，即回路的速度刚性在理论上是无穷大。o 调节特性调节特性液压缸的工作速度液压缸的工作速度V V随随a a（比例方向阀阀口通流面积）的（比例方向阀阀口通流面积）的增减而线性

28、的增减。增减而线性的增减。第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析第四节第四节 压力、功率适应回路压力、功率适应回路四四.功率适应回路功率适应回路o 液压泵的输出功率：液压泵的输出功率：o 液压缸的输入功率：液压缸的输入功率：o 回路效率：回路效率：0111cAFppppPPspp 11011)(PPqAFpqpPpspe 101p)(qAFpqpPspp p功率特性功率特性不论负载如何变化，也不不论负载如何变化，也不论比例方向阀通流面积如论比例方向阀通流面积如何调节，液压泵的输出流何调节，液压泵的输出流量量 始终保持与比例方始终保持与比例方向阀所能通过的负载流量向阀所能通过的负载流量相等；液压泵的输出压力相等；液压泵的输出压力 始终比负载压力大一恒定始终比负载压力大一恒定值，因而液压泵的输出功值，因而液压泵的输出功率始终与负载所需功率适率始终与负载所需功率适应。应。第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析第四节第四节 压力、功率适应回路压力、功率适应回路四四.功率适应回路功率适应回路功率适应回路应用实例第三章第三章 节流调速回路分析节流调速回路分析第四节第四节 压力、功率适应回路压力、功率适应回路四四.功率适应回路功率适应回路第五节第五节 节流调速回路的节能分析节流调速回路的节能分析o 单泵定压节流调速回路单泵定压节流调速回路o