第八章调速回路讲解

液压与气压传动授课教师：唐德栋HarbinUniversityofScienceandTechnology

哈尔滨理工大学1第八章调速回路一、概述调速原理和调速回路的分类1.调速原理：在不考虑油液压缩性和泄漏的情况下，液压缸的运动速度为液压马达的转速为2.常用的调速回路：节流调速、容积调速和容积节流调速。2二、节流式调速回路节流调速：在定量泵系统中，通过改变回路中流量控制元件通流截面面积的大小来控制输入或流出执行元件的流量，从而实现调速的一种方法。分为三种：根据流量控制阀在回路中安装位置的不同可分为进口节流调速回路、出口节流调速回路和旁路节流调速回路。

按工作中回路压力是否随负载变化分：定压式节流调速回路变压式节流调速回路

3１.进口节流阀式节流调速回路

(属于定压式)

(1)回路的结构和调速原理

动画演示4（2）进口节流阀式节流调速回路速度-负载特性由图可知：当溢流阀的调整压力pp和节流阀的通流截面积AT1调定之后①、F↑↓

→v↓↑②、当F=A1pp时，v=0即活塞停止运动；③、定压式节流调速回路的承载能力是不受AT1的变化影响的。5回路速度刚性：活塞运动速度受负载影响的程度。回路速度kv的物理意义:引起单位速度变化时负载力的变化量，它是回路对负载变化抗衡能力的一种说明。

某处的斜率↓→kv↑→机械特性越硬→活塞运动速度受负载变化的影响↓→活塞在负载下的运动越平稳。6影响kv的因素：1、当AT1不变时，F↓→kv↑2、当F不变时，AT1↓→kv↑3、pp↑或A1↑或φ↓→kv↑(pp，A1，φ的变化受其它条件的限制)7(3)、回路的功率特性以其自身的功率损失（不包括泵、缸、管道的功率损失），功率损失分配情况和效率来表达的。

定压式进口节流调速回路的输入功率PP（即定量泵的输出功率）、输出功率P1和功率损失△P分别为：8功率损失分配

回路的功率损失包括两部分：1)、溢流损失：△P1=Pp△q2)、节流损失：△P2=△PT1q1

效率1)、当液压缸在恒载下工作时（F不变）：影响因素：①、当q1∕qp↑(或△q↓)→ηc↑②、当p1∕pp↑(F↑)→ηc↑2)、外负载变化时，系统效率的最大值为66%9

整个回路的功率损失很大，回路的效率很低。结论10（4）回路的调速特性调速范围Rc：以其所驱动的液压缸在某个负载下可能得到的最大工作速度和最小工作速度之比表示。

式中：RT1—节流阀的调速范围定压式进口节流调速回路的调速范围只受流量控制元件调节范围的限制。结论11结论回路的优缺点

结构简单，价格低，效率低，只宜用在负载变化不大、低速、小功率的场合。1213142.出口节流阀式节流调速回路

(1)回路的结构和调速原理

15（2）出口节流阀式节流调速回路速度-负载特性同进口节流调速回路

(3)功率特性16◆进出口节流调速回路的比较

(1)承受负性负载的能力

(2)运动平稳性能

(3)油液温升

(4)出口节流起动时的前冲

(5)出口节流回油腔压力17◆进出口节流调速回路的比较最大承载能力、功率和效率:

回油节流调速回路的最大承载能力、功率和效率与进油节流调速回路的情况相同回油节流调速回路中由于节流阀的存在而使液压缸的回油腔具有一定背压，不仅提高了液压缸的平稳性，并且使它能承受负方向的负载（负值负载，与液压缸运动方向相同的负载力）而进油节流调速回路则只有在液压缸的回油路上设置背压阀后，才可承受负值负载。在回油节流调速回路中，流经节流阀而发热的油液，直接流回油箱而得到冷却。在进油节流调速回路中流经节流阀而发热的油液，则直接进入液压缸中，使液压缸泄漏增加，导致其速度稳定性降低。对于单出杆液压缸而言，在回油节流调速回路中，当负载为零时，液压缸的背压将会升得很高，这样会使密封件寿命降低，而导致泄漏增加效率降低。回油节流调速回路，如长时间停车后，由于泄漏在液压缸回油腔会形成空隙，重新启动时，由于瞬时负载为零而导致液压泵全部流量进入液压缸，进油腔而使活塞前冲。在进油节流调速回路中，只要在启动时关小节流阀就能避免前冲183、旁油节流阀式节流调速回路

(1)

回路的结构和调速原理▲回路的特点回路的工作压力随负载而变；（也称变压式节流调速回路）节流阀调节排回油箱的流量，从而间接地控制了流入缸中的流量；此回路的溢流阀起安全保护作用。19(2)速度-负载特性

变压式节流调速回路的液压泵的泄漏对液压缸的工作速度有影响，泄漏的大小又直接与回路的工作压力有关。即：

式中：kl

—泵的泄漏系数∴

根据上式，按不同的AT值作图，可得一组速度-负载特性曲线。20

由图可知：①、当

AT不变时，F↑→v↓↓

所以机械特性比定压式的“软”的多②、当F到达某一数值时，v=0③、回路的承载能力是变化的，即v↓(AT↑)→承载能力↓AT1AT2AT3AT1<AT2<AT321回路的速度刚性

影响kv的因素1、当AT不变时，F↑→kv

↑2、当F不变时，AT↓(v↑)→kv

↑3、A1↑或φ↓或kl↓→kv

↑22(3)、功率特性

q1↑(v↑)→ηci↑

变压式节流调速回路的效率比定压式节流调速回路的效率高。结论23（4）、回路的调速范围

由上式可知：1、Rc不只取决于RT，而且还和其它参数有关；2、式中RT不是节流阀可能的调速范围（因为AT加大到某值时v=0，再增加AT也不会起调速作用）。244、调速阀式节流调速回路

使用节流阀的节流调速回路，机械特性都比较软，变载下的运动平稳性都比较差。为了克服这一缺点，回路中的流量控制元件可以改用调速阀。

上述这些性能上的改进都是以加大整个流量控制阀的工作压差为代价的（一般工作压差最少须0.5MPa，高压调速阀则须1MPa）。25调速阀在进油路上调速阀在回油路上26调速阀在分支油路上278-2、在图示简化了的调速阀节流调速回路中，已知泵的供油流量为qp=50L/min，液压缸无杆腔面积为A1=120×10-4m2，有杆腔的面积为A2=60×10-4m2，负载力F由零增至72000N时活塞向右运动的速度基本无变化，υ=2m/min，若调速阀要求的最小压差Δpmin=0.5MPa。求：（1）系统中溢流阀的调整压力py为多少？（2）液压缸可能达到的最高工作压力是多少？（3）回路的最高效率为多少（液压缸的总效率为1.0）？28（1）当溢流阀溢流时，p1=py，p2=△pmin=0.5MPa，p1A1=Fmax+A2p2则有py=(Fmax+A2p2)/A1=(72000+60×10-4×0.5×106)/（120×10-4）=6.25MPa溢流阀的调整压力py为6.25MPa（2）F=0时，由于调速阀的作用，p2可能达到最大值，则p1A1=p2maxA2得p2max=12.5MPa（3）回路的最高效率：max=Fmaxv/(pyqp)=72000×2/(6.25×106×50×10-3)=46.08%29三、容积调速回路容积调速回路采用变量泵或变量液压马达，用改变变量泵或变量液压马达的排量来实现调速。该种调速方法，液压泵的油液始终全部进入执行元件中，与节流调速相比，既没有节流损失，也没有溢流损失，回路效率仅取决于液压泵和执行元件的效率，回路效率高，这是容积调速回路最突出的特点。当然，由于容积调速回路需采用结构复杂、成本较高的变量泵或变量液压马达，使制造、维修的费用增大，但该回路效率高，节省动力，故近些年来容积调速回路得到了广泛的应用。

30回路的分类1、按油液循环方式不同①、开式回路：泵从油箱吸油后输入执行元件,执行元件排出的油直接回油箱。②、闭式回路：泵将油输入执行元件的吸油腔，又从执行元件的回油腔处吸油。2、按所用执行元件的不同1泵－缸式容积调速回路2泵－马达式容积调速回路（1）变量泵-定量液压马达容积调速回路（2）定量泵-变量液压马达容积调速回路（3）变量泵-变量液压马达容积调速回路31(一)泵—缸式容积调速回路泵—缸式开式容积调速回路1、变量泵2、安全阀32(1)回路特点执行元件的运动速度由变量泵的排量来调节；回路中的最大工作压力由溢流阀限定。(2)速度-负载特性若不考虑液压泵以外元件和管边的泄漏，则33

下面按不同的qt值作图，可得一组速度负载特性曲线。qt1qt2qt3qt1>qt2>qt31)、当qt调节好后，F↑→v↓(∵变量泵有泄漏）2)、在低速下，当F增大至某值时，v=0；这时qt=泄漏量，即液压泵向系统输入的qp=0，所以这种回路在低速下的承载能力很差。影响kv

的因素：、kv

不受F的影响2)、A1↑→kv↑↑，或kl

↓(泄漏↓）→kv

↑34泵—缸式闭式容积调速回路1、辅助泵2、溢流阀3、换向阀4、液动阀5、单向阀6、安全阀7、变量泵8、安全阀9、单向阀351、双向变量泵：除了给液压缸供应所需的油液外，还可以改变输油方向，使液压缸运动换向(换向过程比使用换向阀平稳，但换向时间长)。2、两个安全阀：用以限制回路每个方向的最高压力。3、两个单向阀：“补油—变向”辅助装置供补偿回路中泄漏和液压缸两腔流量差额之用。一些元件在回路中的作用364、换向阀：变换工作位置时，辅助泵输出的低压油一方面改变液动阀的工作位置，并作用在变量泵定子的控制缸a或b上，使变量泵改变输油方向；另一方面又接通变量泵的吸油路，补偿封闭油路中的泄漏，并使吸油路保持一定压力以改善变量泵吸油情况。5、辅助泵：输出的多余油液经溢流阀流回油箱。6、变量泵：只在换向过程中通过单向阀直接从油箱吸油。注意：这种回路的工作特性和开式的完全相同。372、泵—马达式容积调速回路1、变量泵—定量马达式调速回路（恒转矩调速回路）特点：此回路的调速范围较大，一般可达Rc≈40。当回路中泵和马达都能双向作用时，马达可以实现平稳的反向。这种回路在小型内燃机车、液压起重机、船用绞车等处的有关装置上应用。38一、变量泵-定量马达式调速回路调速特性：1.转速调速范围较大392.转矩3.功率恒转矩调速回路402、定量泵—变量马达式调速回路（恒功率调速回路）特点：这种回路的调速范围很小，一般只有Rc≦3。不能用来使马达反向。这种回路在造纸、纺织等行业的卷取装置中得到了应用。41二、定量泵-变量马达式调速回路调速特性：1.转速2.转矩423.功率恒功率调速回路调速范围小433、变量泵—变量马达式调速回路特点：这种回路拓宽了调速范围，即Rc=RPRM。效率较高，适用于大功率场合。44四、容积节流调速回路

采用压力补偿型变量泵供油，用流量控制元件确定进入液压缸或由液压缸流出的流量来调节活塞的运动速度，并使变量泵的输油量自动地与液压缸所需的流量相适应。

工作原理

没有溢流损失，效率较高，速度稳定性比单纯的容积调速回路好。回路的优缺点451.定压式容积节流调速回路(1)这种回路使用了限压式变量叶片泵和调速阀；(2)活塞运动速度v由调速阀中节流阀的通流截面积AT来控制；(3)变量泵输出的流量qp和进入缸中的流量q1自相适应：当qp﹤q1时→泵的供油压力↓→变量泵的流量↑→qp≈q1；当qp>q1时→泵的油压力↑→变量泵的流量自动↓→qp≈q1；回路的特点46(4)调速阀的作用使进入缸中的流量保持恒定；使泵的供油压力，供油量基本上不变，从而使泵和缸的流量匹配；(5)回路的速度刚性，运动平稳性，承载能力和调速范围都和与它对应的节流调速回路相同；(6)这种回路最适用于中、小功率场合。(7)这种回路无溢流损失，效率较高，速度稳定性比容积调速回路好。472.变压式容积节流调速回路(1)这种回路使用稳流量泵和节流阀；(2)节流阀控制着进入液压缸的流量q1，并使变量泵输出流量qp自动和q1相适应；当qp﹥q1时→泵的供油压力↑→泵内左，右两个柱塞进一步压缩弹簧→e↓→泵的供油量qp

↓→qp≈q1

；当qp<q1时→泵的供油压力↓→e↑→泵的供油量qp

↑→qp≈q1

；(3)这种回路宜用在负载变化大，速度较低的中，小功率的场合。回路的特点48变压式容积节流调速回路这种回路不但变量泵的流量与节流阀确定的液压缸所需流量相适应，而且泵的工作压力能自动跟随负载的增减而增减。由于节流阀两端的压差基本由作用在变量泵控制活塞上的弹簧力来确定，因此输入液压缸的流量不受负载变化的影响。此外回路能补偿负载变化引起泵的泄漏变化，故回路具有良好的稳速性能。49