速度控制回路.速度控制回路

液压气动技术及创新应用项目六液压基本回路任务三液压速度控制回路

【任务描述】液压速度控制回路是液压系统中用来控制调节执行元件运动的回路。【技能目标】1.通过对回路的组装调试，进一步熟悉各种方向基本回路的组成，加深对回路性能的理解。2.加深认识各种液压元件的工作原理、基本结构、使用方法和在回路中的作用。3.培养安装、联接和调试液压系统回路的实践能力。4．能够排除实验过程中出现的故障。项目六液压基本回路任务三液压速度控制回路

【学习目标】1．了解和掌握油缸，三位四通换向阀，二位三通换向阀，调速阀，节流阀，单向阀，三通接头，二位二通换向阀的工作原理、基本结构、使用方法和在回路中的作用。2．学会利用调速阀，节流阀和换向阀的结构特点设计回路和回路。3．通过实验加深对回路和回路性能的理解。4．培养安装、联接和调试液压系统回路的实践能力。【所需设备、工具和材料】表6-3-1名称规格数量名称规格数量液压实验台YYG_P_206台活口扳手19-222液压元件及总成ZY37701A16套螺丝刀2#*200mm2泵站定量叶片泵-电机6台尖嘴钳6寸2调速回路快速运动回路速度换接回路速度控制回路

在液压系统中，通过调速回路解决各执行机构不同的速度要求。调速回路是液压系统的核心。速度控制通过改变进入执行机构的液体流量实现的。控制方式有节流控制和液压泵控制或液压马达控制，液压泵控制和液压马达控制又称为容积式速度控制。一、调速回路

在不考虑液压油的压缩性和元件泄漏的情况下，液压缸的运动速度v取决于流入或流出液压缸的流量及相应的有效工作面积，即

q1,q2——流入、流出液压缸的流量；

A1,A2——液压缸无杆腔、有杆腔的有效工作面积。

液压马达的转速nM由进入马达的流量q和马达的排量VM决定，即

改变流入或流出执行元件的流量q，或改变液压缸的有效工作面积A和马达的排量VM均可以达到控制执行元件速度的目的。通常用改变流量q或改变变量马达排量VM来控制执行元件的速度。调速回路有以下三种基本调速方式：

(1)节流调速。(2)容积调速。(3)容积节流调速1.基本调速方式一、调速回路一、调速回路

1)调速特性回路的调速特性用回路的调速范围来表征。所谓调速范围是指执行元件在某负载下可能得到的最高工作速度与最低工作速度之比。

2)功率特性调速回路的功率特性包括回路的输入功率、输出功率、功率损失和回路效率，功率特性好，即能量损失小、效率高、发热少。2.调速回路的基本特性3)机械特性即速度―负载特性，它是调速回路中执行元件运动速度随负载而变化的性能。一般来说，执行元件运动速度随负载增大而降低。速度受负载影响的程度，常用速度刚度来描述。速度刚度定义为负载对速度的变化率的负值，即

速度刚度的物理意义是：负载变化时，调速回路抵抗速度变化的能力，亦即引起单位速度变化时负载力的变化量。它是速度―负载特性曲线上某点处斜率的倒数。在特性曲线上某处的斜率越小，速度刚度就越大，亦即机械特性就硬，执行元件工作速度受负载变化的影响就越小，运动平稳性越好。一、调速回路2.调速回路的基本特性

根据所用流量控制阀的不同，分为采用节流阀的节流调速回路和采用调速阀的节流调速回路

根据流量阀在回路中的位置不同，分为进油节流调速、回油节流调速和旁路节流调速三种回路

根据在工作中供油压力是否随负载变化，分为定压式节流调速回路(进油节流、回油节流)和变压式节流调速回路(旁路节流)。分类（一）节流调速回路1)回路结构（一）节流调速回路

1.进油节流调速回路液压缸要克服负载F而运动，其工作腔的油液必须具有一定的工作压力，即稳定工作时活塞的受力平衡方程为

A1,A2——分别为液压缸无杆腔和有杆腔的有效面积；

p1,p2——分别为液压缸进油腔、回油腔的压力。

F——液压缸的负载；当回油腔直接通油箱时，可设p2≈0，故液压缸无杆腔压力为：

这说明液压缸工作压力p1取决于负载，随负载变化。②节流阀上必须存在压力差Δp，泵的出口压力pp大于液压缸工作压力p1③定量泵多余的油液qy必须经溢流阀流回油箱

根据连续性方程

进入液压缸的流量q1越小，液压缸的工作速度就越低，溢流量qy也就越大。2)工作原理常数（一）节流调速回路

1.进油节流调速回路④溢流阀工作在溢流状态，因此泵的出口压力pp保持恒定。⑤经节流阀进入液压缸的流量q1为

AT——节流阀的通流面积；

Δp——节流阀两端的压力差，；

K——节流系数

m——由孔口形状决定的指数，0.5＜m＜1

调节节流阀通流面积AT，即可改变通过节流阀的流量q1，从而调节液压缸的工作速度。根据上述讨论，液压缸的运动速度为称为进油节流调速回路的速度―负载特性方程。

由此式可知，液压缸的工作速度是节流阀通流面积AT和液压缸负载F的函数，当AT不变时，活塞的运动速度v受负载F变化影响；液压缸的运动速度v与节流阀的通流面积AT成正比，调节AT就可调节液压缸的速度。（一）节流调速回路

1.进油节流调速回路2)工作原理3)性能分析①速度―负载特性

这组曲线表示液压缸运动速度随负载变化的规律，曲线越陡，说明负载变化对速度的影响越大，即速度刚度越差。1.当节流阀通流面积AT一定时，负载F大的区域，曲线陡，速度刚度差，而负载F越小，曲线越平缓，速度刚度越好；2.在相同负载下工作时，AT越大，速度刚度越小，即速度高时速度刚度差；3.多条特性曲线交汇于横坐标轴上的一点，该点对应的F值即为最大负载．最大承载能力为进油节流调速回路的速度刚度为Fmax＝ppA1（一）节流调速回路

1.进油节流调速回路②功率特性液压泵的输出功率，即回路输入功率为

回路输出功率，即液压缸输出的有效功率为：回路的功率损失ΔP为回路效率为由于回路中存在溢流损失和节流损失这样两种功率损失，所以回路效率比较低。进油节流调速回路适用于轻载、低速、负载变化不大和对速度稳定性要求不高的小功率场合。（一）节流调速回路

1.进油节流调速回路3)性能分析2.回油节流调速回路这种调速回路是将节流阀串接在液压缸的回油路上，定量泵的供油压力由溢流阀调定并基本上保持恒定不变。该回路的调节原理是：借助节流阀控制液压缸的回油量q2，实现速度的调节。由连续性原理可得用节流阀调节流出液压缸的流量q2，也就调节了流入液压缸的流量q1。定量泵多余的油液经溢流阀流回油箱。速度―负载特性方程为：进油节流调速回路与回油节流调速回路的比较上述两种回路相同点：

速度―负载特性基本相同，若缸两腔的有效面积相同(双出杆缸)，则两种节流阀调速回路的速度―负载特性就完全一样．上述两种回路不同点：①承受负负载的能力。②实现压力控制的难易程度。③调速性能。④停车后的启动性能。⑤发热及泄漏。

为了提高回路的综合性能，一般常采用进油节流阀调速，并在回油路上加背压阀，使其兼有二者的优点。3.旁路节流调速回路这种回路把节流阀接在与执行元件并联的旁油路上。通过调节节流阀的通流面积AT，控制定量泵流回油箱的流量，即可实现调速。

本回路比前两种回路效率高，但速度―负载特性很软，低速承载能力差，主要用于高速、重载、对速度平稳性要求不高的较大功率的系统。缸的运动速度为4.采用调速阀的节流调速回路采用节流阀的节流调速回路，节流阀两端的压差和液压缸工作速度随负载的变化而变化，故速度刚度差，速度平稳性差。若用调速阀代替节流阀，由于调速阀中的定差减压阀能在负载变化的条件下保证节流阀两端的压差基本不变，通过的流量也基本不变，所以回路的速度―负载特性得到很大改善。调速阀进油路调速回路速度―负载特性如图：

液压传动系统中，为了达到液压泵输出流量与负载流量相一致而无溢流损失的目的，往往采用改变液压泵或液压马达（同时改变）的有效工作容积进行调速。这种调速回路称为容积式调速回路。这类回路无节流和溢流损失，所以系统不易发热，效率高，在大功率的液压系统中得到广泛应用。但这种调速回路要求制造精度高，结构复杂，造价较高。容积式调速回路有：变量泵-定量马达（或液压缸）、定量泵-变量马达、变量泵-变量达。按油路的循环形式有：开式调速回路、闭式调速回路。（二）容积式调速回路（二）容积式调速回路

1.变量泵及定量执行元件调速回路

变量泵和液压缸组成的开式回路变量泵和定量马达组成的闭式回路

（二）容积式调速回路

1.变量泵及定量执行元件调速回路

容积调速回路的主要性能有速度―负载特性、转速特性、转矩特性和功率特性，这里重点讨论变量泵和定量马达容积调速回路。

1)速度―负载特性

速度―负载特性方程

速度刚度

由于变量泵、液压马达有泄漏，马达的输出转速nM会随负载TM的加大而减小,负载增大到某值时，马达停止运动,表明这种回路在低速下的承载能力很差。

（二）容积式调速回路

1.变量泵及定量执行元件调速回路3)转矩特性

马达的输出转速nM与变量泵排量VP的关系为

改变泵排量VP，可使马达的输出转速nM成比例地变化

2)转速特性

马达的输出转矩TM与马达的排量VM的关系为

马达的输出转矩TM与泵的排量Vp无关，不会因调速而发生变化。若系统的负载转矩恒定，则回路的工作压力p恒定不变(即ΔpM不变)，此时马达的输出转矩TM恒定，故此回路又称为“等转矩调速回路”。

马达的输出功率PM与变量泵排量Vp的关系为

4)功率特性

或者

马达的输出功率PM与马达的转速成正比，亦即与泵的排量Vp成正比

上述的三个特性曲线如图,由于泵和马达存在泄漏，所以当Vp还未调到零值时，nM、TM和PM已都为零值。这种回路若采用高质量的轴向柱塞变量泵，其调速范围Rp可达40，当采用变量叶片泵时，Rp仅为5～10。

2.定量泵和变量马达调速回路

该回路泵的排量VP和转速nP均为常数，输出流量不变。通过改变变量马达的排量VM来改变马达的输出转速nM。当负载恒定时，回路的工作压力p和马达输出功率PM都恒定不变，而马达的输出转矩TM与马达的排量VM成正比变化，马达的转速nM与其排量VM成反比(按双曲线规律)变化。从图中可知，输出功率PM不变，故此回路又称“恒功率调速回路”

.3.变量泵和变量马达调速回路

在此回路中，单向阀6和8用于使辅助泵4能双向补油，而单向阀7和9使安全阀3在两个方向都能起过载保护作用。这种调速回路实际上是上述两种容积调速回路的组合。由于泵和马达的排量均可改变，故增大了调速范围，其调速特性曲线如图。

(三)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变量泵供油，用流量控制阀调定进入或流出液压缸的流量来调节活塞运动速度，并使变量泵的输出流量自动与液压缸所需流量相适应。这种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。

限压式变量泵与调速阀组成的容积节流调速回路

该回路由限压式变量泵1供油，空载时泵以最大流量进入液压缸使其快进，进入工作进给(简称工进)时，电磁阀3应通电使其所在油路断开，压力油经调速阀2流入缸内。工进结束后，压力继电器5发出信号，使阀3和阀4换向，调速阀再被短接，缸快退。回油经背压阀6返回油箱。

由变量泵与流量控制阀（节流阀或调速阀）配合进行调速的回路。

工作原理:

通过改变回路中变量泵的排量和调节流量控制阀的流量来调节执行元件的运动速度。

类型:

限压式变量叶片泵-调速阀式容积节流调速回路工作过程：调速阀不仅能保证进入液压缸的流量稳定，而且可以使泵的供油流量自动地和液压缸所需的流量相适应。特点：调速范围大，效率较高。

限压式变量泵压力—流量特性曲线上的点a是泵的工作点，泵的供油压力为pP，流量为q1。调速阀在某一开度下的压力—流量特性曲线上的点b

是调速阀(液压缸)的工作点，压力为p1，流量为q1。当改变调速阀的开口量，使调速阀压力—流量特性曲线上下移动时，回路的工作状态便相应改变。限压式变量泵与调速阀组成的容积节流调速回路

1.限压式变量泵与调速阀组成的容积节流调速回路限压式变量泵的供油压力应调节为限压式变量泵的供油压力应调节为≥≥

当负载F变化，p1发生变化时，调速阀的自动调节作用使调速阀内节流阀上的压差Δp保持不变，流过此节流阀的流量q1也不变，从而使泵的输出压力pP和流量qP也不变，回路就能保持在原工作状态下工作，速度稳定性好。回路效率为如果无背压p2＝0，则

如果负载较小时，p1减小，使调速阀的压差ΔpT增大，造成节流损失增大。低速时，泵的供油流量较小，而对应的供油压力很大，泄漏增加，回路效率严重下降。因此，这种回路不宜用在低速、变载且轻载的场合。

≥2.差压式变量泵和节流阀组成的调速回路

当电磁阀4的电磁铁1YA通电时，节流阀5控制进入液压缸6的流量q1，并使变量泵3输出的流量qP自动和q1相适应。阀7为背压阀，阀9为安全阀。阻尼孔8用以增加变量泵定子移动阻尼，改善动态特性，避免定子发生振荡。

泵的变量机构由定子两侧的控制缸1、2组成，配油盘上的油腔对称于垂直轴，定子的移动(即偏心量的调节)靠控制缸两腔的液压力之差与弹簧力的平衡来实现。调节节流阀的开口量，即改变其两端压力差，也改变了泵的偏心量，使其输油量与通过节流阀进入液压缸的流量相适应。

作用在泵定子上的力平衡方程式为：

节流阀前后压差为：

由于弹簧刚度小，工作中伸缩量也很小(≤e)，所以Fs基本恒定，节流阀前后压差Δp基本上不随外负载而变化，经过节流阀的流量也近似等于常数。当外负载F增大(或减小)时，缸6工作压力p1就增大(或减小)，则泵的工作压力pp也相应增大(或减小)，故又称此回路为变压式容积节流调速回路。由于泵的供油压力随负载而变化，回路中又只有节流损失，没有溢流损失，因而其效率比限压式变量泵和调速阀组成的调速回路要高。这种回路适用于负载变化大，速度较低的中、小功率场合，如某些组合机床进给系统。

2.差压式变量泵和节流阀组成的调速回路

三种调速回路的比较

快速运动回路又称增速回路，其功用在于使液压执行元件在空载时获得所需的高速，以提高系统的工作效率或充分利用功率。实现快速运动有多种运动回路。常用的快速运动回路有：差动回路采用蓄能器的快速补油回路利用双泵供油的快速运动回路补油回路二、快速运动回路

当阀1和阀3在左位工作时，液压缸差动连接，实现快速运动；当阀3通电右位工作时，差动连接即被切除，液压缸回油经过调速阀2，实现工进；当阀1在右位工作时，液压缸快退。当液压缸差动前进时，从液压缸右侧排出的油再从左侧进入液压缸，增加进油口处的油量，可使液压缸快速前进，但同时也使液压缸的推力变小。二、快速运动回路（一）差动连接快速运动回路

图6—3—8液压缸差动连接快速运动回路

1—

液压缸；2—

调速阀；3，5—换向阀4—溢流阀；6—

单向阀；7—液压泵二、快速运动回路（二）双泵供油的快速运动回路元件名称：1为大流量泵、2为小流量泵、3为顺序阀(作卸荷阀)、5为溢流阀。工作过程：在快速运动时，系统压力较低，阀3关闭，泵1输出的油液经单向阀4与泵2输出的油液共同向系统供油；工作行程时，系统压力升高，打开卸荷阀3使大流量泵1卸荷，由泵2向系统单独供油。这种回路的功率损耗小，系统效率高，目前使用的较广泛。图6—3—9双泵供油的快速运动回路1—低压大流量泵；2—高压小流量泵；3—顺序阀；4—单向阀；5—溢流阀

当泵在工作行程，由于压力高，泵向蓄能器充油。当快速回程时，由于系统压力低，蓄能器作为泵的辅助动力源，可与泵同时向系统提供压力油，提高液压缸的回程速度。（三）采用蓄能器的快速补油回路7.3.5快速运动回路图6—3—10采用蓄能器的快速运动回路1—蓄能器；2—卸荷阀；3—液压缸4—换向阀；5—单向阀；6—定量泵

速度换接回路的功能是使液压执行机构在一个工作循环中从一种运动速度变换到另一种运动速度，因而这个转换：液压执行元件快速到慢速的换接；两个慢速之间的换接。实现这些功能的回路应该具有较高的速度换接平稳性。三、速度换接回路1.快速与慢速的换接回路

如图5-13所示为用行程阀来实现快速与慢速换接的回路。在图5-13所示的状态下，液压缸快进，当活塞所连接的挡块压下行程阀6时，行程阀关闭，液压缸右腔的油液必须通过节流阀5才能流回油箱，活塞运动速度转变为慢速工进；当换向阀左位接入回路时，压力油经单向阀4进入液压缸右腔，活塞快速向右返回。

7.3.6速度换接回路

这种回路的优点是快、慢速换接过程比较平稳，换接点的位置比较准确。其缺点是行程阀的安装位置不能任意布置，管路连接较为复杂。若将行程阀改为电磁阀，则安装连接将比较方便，但速度换接的平稳性、可靠性以及换向精度将变得较差。

三、速度换接回路1.快速与慢速的换接回路图6—3—11采用行程阀的快慢度速换接回路1—定量泵；2—

换向阀；3—液压缸；4—行程阀；5—单向阀；6—节流阀；7—溢流阀；请操作电磁铁启动开关请操作电磁铁断开开关图5-14为用两个调速阀来实现不同工进速度的换接回路。图5-14(a)中的两个调速阀并联，由换向阀实现换接。只可用于速度预选的场合。5-14(b)为两调速阀串联的速度换接回路。当主换向阀D左位接入系统时，调速阀B被换向阀C短接；输入液压缸的流量由调速阀A控制。当阀C右位接入回路时，由于通过调速阀B的流量调得比A小，因此输入液压缸的流量由调速阀B控制。在这种回路中，调速阀A一直处于工作状态，它在速度换接时限制着进入调速阀B的流量，速度换接平稳性比较好，能量损失比较大。三、速度换接回路（二）两种慢速的换接回路DABC电磁铁不得电1.两调速阀串联的二工进换接回路三、速度换接回路（二）两种慢速的换接回路