液压与气压传动 调速回路

《液压传动》机电教研室第八章调速回路1节流调速回路容积调速回路

熟悉和掌握这些基本回路的组成、工作原理及应用，是分析、设计和使用液压系统的基础。容积节流调速回路本章提要2任何液压系统都是由基本液压回路构成，其中实现功率传递的调速回路在液压系统中占有头等重要的地位。对于液压系统来说，调速回路是它的核心部分。调速回路可以通过事先的调整或在工作中通过自动调节来改变执行元件的运行速度，但是它的主要功能是传递动力（功率）。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。调速回路的静态特性由调速特性、机械特性和功率特性三个方面决定，必须对于不同的调速回路的静态特性加以详细地分析和讨论。8.1概述3调速回路可分为无级变速型调速回路和有级变速型调速回路，其中无级变速方式对于液压系统来讲比较容易实现，因而最为常用。无级变速型调速回路又包含节流调速回路、容积调速回路和容积节流调速回路。

(1)节流调速回路采用定量泵供油，通过改变回路中流量控制元件通流截面积的大小来控制流量，以调节其速度。

(2)容积调速回路通过改变回路中变量泵或变量马达的排量来调节执行元件的运动速度。

(3)容积节流调速回路（联合调速）8.1概述48.2节流调速回路

节流调速回路的工作原理：通过改变回路中流量控制元件通流截面积的大小来控制流量，以调节执行元件的运动速度。节流调速回路按其在工作中回路压力是否随负载变化而分成定压式节流调速回路和变压式节流调速回路两种。8.2.1

定压式节流调速回路

定压式节流调速回路中的定量泵出口压力由溢流阀调定并基本保持不变，按节流阀的位置可分为进口节流式、出口节流式和进-出口节流式三种基本形式。58.2.1.1

进口节流调速回路（2）速度刚性：（一）机械特性（1）速度负载特性：进口节流调速回路

节流阀串联在泵和缸之间；采用定量泵，并且必须并联一个溢流阀；动画演示6以运动速度v

为纵坐标,负载FL为横坐标，按不同节流阀通流面积AT

作图，可得一组抛物线，称为进口节流调速回路的速度负载特性曲线。8.2.1.1

进口节流调速回路（二）功率特性总功率=有效功率+溢流损失功率+节流损失功率（1）恒负载恒定恒定且有恒定恒定即输入流量由节流阀的开口度决定。78.2.1.1

进口节流调速回路88.2.1.1

进口节流调速回路（2）变负载恒定，有：，或时，。计算有效功率的最大值：极值点：效率：当时，，回路的最大效率为：（三）调速特性98.2.1.2

出口节流调速回路节流阀串联在液压缸的回油路上（一）机械特性（二）功率特性动画演示108.2.1.3

进口式与出口式节流调速回路的比较⑴出口（进-出口）式节流调速回路有背压，能承受两个方向上的负载，且速度平稳。而进口式不能承受负向负载，必须在出口处加装背压阀；⑵出口式节流阀产生的热量直接回到油箱消散，而进口式节流阀产生的热量进入液压缸，不利于热量的发散；⑶进口式压力控制方便，出口式压力控制不方便；⑷进口式启动冲击小，出口式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，因而启动冲击较大。

综上所述，节流调速回路结构简单，价格低廉，但效率较低，只宜用在负载变化不大、低速、小功率的场合。11

8.2.2

变压式节流调速回路定量泵并联安全阀，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。工作压力与泵的出口压力相等，当负载变化时，工作压力上升，泵的出口压力也上升，故称变压式。（一）机械特性动画演示12回路的输入功率：回路的有效功率：回路功率损失：回路效率：变压式节流调速只有节流损失，没有溢流损失，功率损失较小，用于功率较大且对速度稳定性要求不高的场合。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。8.2.2

变压式节流调速回路（二）功率特性（恒负载）138.3容积调速回路容积调速回路的工作原理是通过改变回路中变量泵或变量马达的排量来调节执行元件的运动速度。容积调速回路中，变量泵输出的油液直接进入执行元件，因而不存在溢流损失和节流损失，工作压力随负载变化，效率高，发热少。容积调速回路按油液循环方式可分为开式回路和闭式回路两种。开式回路中泵从油箱中吸油，输入到执行元件，执行元件排出的油液直接返回油箱，冷却效果较好，但空气和脏物易侵入回路；闭式回路中泵将油液输入到执行元件中，又从执行元件的回油腔吸油，结构紧凑，但散热差，常常需要设置补油装置。容积调速回路还可按所用的执行元件分为泵-缸式容积调速回路和泵-马达式容积调速回路。148.3.1

泵-缸式容积调速回路缸的运动速度由变量泵1的排量来调节，回路中的最大压力则由安全阀

2限定。缸的运动速度为：

回路的速度刚性为：缸的运动速度随负载加大而减小，当负载增大至某值时，在低速下会出现活塞停止运动的现象，可见这种调速加在低速下的承载能力是很差的。回路的速度刚性为常数，即不受负载影响。8.3.1.1

泵-缸开式回路

158.3.1.2

泵-缸闭式回路

双向变量泵7在b腔有控制压力时，向缸右腔输入油液，缸的左腔回油通过泵7吸油进入缸的右腔，形成闭式回路。泵7的换向由辅助泵1提供低压控制油液实现，泵1配合行程阀3同时可控制阀液动换向阀4和双向变量泵7的换向。单向阀5和9在泵7换向过程中直接从油箱中吸油，以补偿闭式回路中的油液泄漏。阀6和8为安全阀，用以限制回路每个方向的最高压力。泵1多余油液由溢流阀2回油箱。

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泵的转速nP和马达的排量VM为定量,改变泵排量VP可使马达转速nM和输出功率PM随之成比例变化。马达的转速nM

、输出转矩TM和回路工作压力p有以下关系：8.3.2

泵-马达式容积调速回路8.3.2.1

变量泵-定量马达式调速回路

补偿泵3和马达5的泄漏

防止回路过载

由上式可知，变量泵-定量马达式调速回路的输出转矩在负载恒定时保持恒定，因而称为恒转矩调速回路。178.3.2.1

变量泵-定量马达式调速回路

变量泵-定量马达容积调速回路

工作特性曲线

如果不考虑能量损失，泵的输出功率和马达的输入功率相等，则有：可见，马达的输出功率在工作压力恒定时与泵的排量成正比，马达的输出转速也和泵的排量成正比，马达的输出转矩则保持恒定，不受泵排量变化的影响，只和负载有关。188.3.2.2

定量泵-变量马达式调速回路

不考虑能量损失，泵的转速nP

和排量VP为定量,改变马达的排量VM可使马达输出转矩TM的变化与VM成正比，输出转速nM

则与VM成反比。由上式可知，定量泵-变量马达式调速回路的输出功率在负载恒定时保持恒定，因而称为恒功率调速回路。198.4容积节流调速回路容积节流调速回路的工作原理是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，并使用变量泵的输油量自动与液压缸所需流量相适应。容积节流调速回路没有溢流损失，效率较高，速度稳定性也比单纯的容积调速回路好。常见的容积节流调速回路有定压式和变压式两种。定压式容积节流调速回路中的变量泵可以自动适应缸的流量，使泵的供油压力基本恒定；变压式容积节流调速回路利用稳流量泵的压力反馈调节供油量，使之与缸的运动速度相适应。208.4.1

定压式容积节流调速回路

回路采用限压式变量叶片泵和调速阀，缸的运动速度由调速阀中的节流阀调节AT,变量泵输出流量qP与进入液压缸的流量q1相适应。当qP

>q1时，泵的供油压力上升，使泵的流量自动减小至qP

≈q1；反之，当qP

<q1时，泵的供油压力下降，使泵的流量自动增加至qP

≈q1。可见，回路既采用了容积调速，又采用了节流调速，回路中节流阀两端的压力差基本保持恒定，因而称为定压式容积节流调速回路。回路无溢流损失，但有节流损失，宜用在负载变化不大的中、小功率场合。218.4.2

变压式容积节流调速回路

回路采用稳流量泵和节流阀，缸的运动速度由节流阀调节控制，使泵的输出流量qP与进入液压缸的流量q1相适应：当qP

>q1时，泵的供油压力上升，泵左右两个控制柱塞进推定子向>右减小偏心距，使得泵的供油量下降至qP

≈q1；反之，当qP

<

q1时，泵的供油压力下降，定子被向左推动，加在偏心量，使泵的供油量增大至qP

≈q1。回路中节流两端压差随负载变化而变化，因而称为定压式容积节流调速回路。回路的节流损失小，发热少，效率高，宜用在负载变化大，速度较低的的中、小功率场合。22

如图所示的四位换向阀，可分别实现大泵供油、小泵供油、双泵同时供油和双泵快速差动连接，液压缸因此获得四个不同的运动速度，构成四级调速。I：小泵供油，大泵卸荷；II：大泵供油，小泵卸荷；III：双泵同时供油；IV：双泵同时供油，构成快速差动连接。8.5有级调速型调速回路23小结

调速回路是液压系统中实现功率传递的核心组成部分，其主要功用是调节执行元件的运行速度。调速回路按其使系统执行元件调速方式的不同，可分为无级变速型和有级变速型，前者又可分为节流调速回路、容积调速回路和容积节流调速回路。24节流调速回路通过改变节流阀的通流截面积来改变执行元件的运动速度，分为定压式和变压式两大类，定压式又