液压与气压传动 (第5版) 课件 5.4流量阀及速度控制回路

第四节流量控制阀及速度

控制回路2024/5/28流量控制阀的功用

流量控制阀的功用就是通过改变阀口通流面积的大小来调节流量的大小，常用的流量控制阀有节流阀、调速阀、溢流节流阀和同步阀等。2024/5/28河南机电职业学院一、节流阀1．节流特性（1）流量特性节流阀的流量特性取决于节流口的结构形式，节流口通常有三种基本形式：薄壁小孔、细长小孔和短孔，但无论节流口采用何种形式，可用小孔的流量公式来q=KAΔpm表示，当系数K和指数m、Δp一定时，只要改变节流口面积A就可调节通过阀的流量。2024/5/28河南机电职业学院2024/5/28河南机电职业学院1）压差对流量的影响节流阀两端压差Δp变化时,通过它的流量要发生变化。2）温度对流量的影响油温影响到油液黏度，油温变化时,流量也会随之改变。3）节流口的堵塞改变了原来节流口通流面积的大小，使流量发生变化。（2）流量稳定性2.节流阀下图所示为一种普通节流阀的结构和图形符号，这种节流阀的节流口为轴向三角槽式。2024/5/28河南机电职业学院二、调速阀

调速阀是由定差减压阀与节流阀串联而成的组合阀。

节流阀调节通过的流量，定差减压阀能自动保持节流阀前后的压力差为定值，使通过节流阀的流量不受负载变化的影响。2024/5/28河南机电职业学院1.调速阀结构和原理调速阀的进口压力p1由溢流阀调节，工作时基本保持恒定。压力油由P1进入调速阀后，先经过定差减压阀的阀口后压力降为p2，然后经节流阀流出，其压力为p3。p2A1+p2A2=

p3A+Fs

p2-p3=Δp=2024/5/28河南机电职业学院2024/5/28河南机电职业学院

因为弹簧刚度较低，且工作过程中减压阀阀芯位移较小，可认为弹簧力基本保持不变，故节流阀两端压力差不变，可保持通过节流阀的流量稳定。2.调速阀和节流阀特性比较调速阀和节流阀特性比较如图所示。节流阀的流量随压差的变化较大，而调速阀在进出口压力差Δp大于一定数值后，流量保持基本恒定。调速阀在压差小于Δpmin区域内，减压阀不起减压作用，此时其流量特性与节流阀相同。2024/5/28河南机电职业学院三、速度控制回路速度控制回路包括:

调速回路

快速运动回路

速度换接回路2024/5/28河南机电职业学院1.调速回路调速回路的基本原理：液压缸的运动速度v由输入流量和液压缸的有效作用面积A决定，即v=q/A

从液压马达的工作原理可知，液压马达的转速nm由输入流量和液压马达的排量VM决定，即nm=q/VM2024/5/28河南机电职业学院调速回路主要有以下三种方式：1）节流调速回路：由定量泵供油，用流量阀调节进入或流出执行元件的流量来实现调速。2）容积调速回路：用调节变量泵或变量马达的排量来调速。3）容积节流调速回路：采用变量泵和流量阀相配合的调速方法。2024/5/28河南机电职业学院

（1）节流调速回路

根据流量阀的位置的不同，可分为以下三种形式。进油节流调速回路回油节流调速回路旁油节流调速回路2024/5/28河南机电职业学院1）进油节流调速回路2024/5/28河南机电职业学院原理动画2024/5/28河南机电职业学院

进油节流调速回路是将节流阀装在执行元件的进油路上，调节节流阀阀口大小，便能控制进入液压缸的流量，多余的油液经溢流阀溢流回油箱，而达到调速目的，油路中有溢流损失，又有节流损失，功率损失大。

节流阀进油节流调速回路适用于低速、轻载变化不大和速度稳定性要求不高的场合。2024/5/28河南机电职业学院①速度负载特性液压缸在稳定工作时，其受力平衡方程式为p1A=F+p2A泵的供油压力pp由溢流阀调定为恒定，故节流阀两端的压力差为2024/5/28河南机电职业学院节流阀进入液压缸的流量为速度负载特性方程为2024/5/28河南机电职业学院

上式为进油节流调速回路的速度负载特性方程。相同负载下工作时，这种回路调速范围较大。当调定后，速度随负载的增大而减小，故这种调速回路的速度负载特性较低。

速度负载特性曲线

1）当节流阀开口AT不变时，活塞的运动速度v随负载F的增加而降低，速度刚度较低。2）当节流阀开口AT一定时，负载较小的区段曲线较平缓，速度刚度高，负载较大的区段曲线较陡，速度刚度较低。3）在相同负载下工作时，当节流阀开口较小，活塞的速度v较低，曲线较平缓，速度刚度高；节流阀开口较大，活塞的速度v较高，曲线较陡，速度刚度低。2024/5/28河南机电职业学院②最大承载能力图5-31b所示，三条特性曲线交汇于横坐标轴上的的一点，该点对应的F值即为最大负载。最大承载能力Fmax与速度调节无关。因最大负载时缸停止运动，其值为：

Fmax=ppA2024/5/28河南机电职业学院③功率和效率液压泵的输出功率为Pp=ppqp=常量液压缸的输出功率为P1=Fv=F=p1q1

回路的功率损失为ΔP=Pp-P1=ppqp-p1q1=ppqy+Δpq1

式中qy—通过溢流阀的溢流量。qy=qp-q1

Δp—节流阀两端的压力差。2024/5/28河南机电职业学院2024/5/28河南机电职业学院

这种调速回路的功率损失由两部分组成，即溢流阀损失和节流损失。回路的效率为2）回油节流调速回路回油节流调速回路是将节流阀装在执行元件的回油路上，用节流阀调节液压缸输出的流量，控制进入液压缸的流量。原理动画2024/5/28河南机电职业学院2024/5/28河南机电职业学院回油节流调速回路的速度负载特性曲线与进油节流节流调速回路相同，但这两种调速回路也有不同之处：回油节流调速回路由于液压缸的回油腔存在背压，因而能承受一定的负值负载，故其运动平稳性较好；回油节流调速回路，经过节流阀发热后的油液直接流回油箱冷却，对液压缸泄漏影响较小；在停车后，液压缸回油腔中的油液会由于泄漏而形成空隙，重新启动时由于进油路上没有节流阀控制流量，会使活塞产生前冲。3）旁路节流调速回路将节流阀安装在与液压缸并联的支路上，节流阀分流了油泵的流量，从而控制了进入液压缸的流量，调节节流阀的通流面积，即可实现调速。回路中的溢流阀只起安全作用,常态时关闭。2024/5/28河南机电职业学院旁路节流调速回路的速度负载特性曲线2024/5/28河南机电职业学院a.增大节流阀开度，活塞运动速度减小；当节流阀的开度不变时，负载增加活塞运动速度下降很快，其速度刚度比进、回油节流调速低。b.在负载一定时，节流阀的开度越小，其速度刚度越高，能承受的最大负载就越大。c.液压泵的工作压力随负载变化而变化，回路中只有节流损失而无溢流损失，因此这种回路的效率较高。d.因液压缸的回油腔无背压力，所以其运动平稳性较低，不能承受负值负载。三种节流调速回路性能比较特

性节流调速回路进油路节流调速回路回油路节流调速回路旁油路节流调速回路运动平稳性平稳性较差，不能在负值负载下工作平稳性较好，可以在负值负载下工作平稳性较差，不能在负值负载下工作最大承载能力最大负载由溢流阀所设定压力来决定同左最大负载随节流阀开口增大而减小，低速承载能力差调速范围较大，可达100同左由于低速稳定性差，故调速范围较小功率损耗功率损耗与负载、速度无关。低速、轻载时功率损耗较大、效率低，发热大同左功率损耗与负载成正比。效率较高，发热小发热的影响油液通过节流阀后直接进入液压缸，影响较大油液通过节流阀后直接回油箱冷却，影响较小油液通过节流阀后直接流回油箱冷却，影响较小起动冲击停车后起动冲击小停车后起动有冲击停车后起动有冲击压力控制便于实现压力控制实现压力控制不方便便于实现压力控制2024/5/28河南机电职业学院（2）容积调速回路容积调速回路分为开式和闭式回路两种。开式回路：泵从油箱吸油，执行元件的回油返回油箱。油液在油箱中沉淀杂质、析出气体，并得到良好的冷却，但油箱尺寸较大，污物容易侵入。闭式回路：液压泵的吸油口与执行元件的回油口直接连接，油液在系统内循环。其结构紧凑、油气隔绝、运动平稳、噪音小，但散热条件较差。闭式回路中需设置补油装置。2024/5/28河南机电职业学院容积调速回路的形式变量泵和定量液压马达或液压缸定量泵和变量液压马达变量泵和变量液压马达2024/5/28河南机电职业学院1）变量泵和定量液压马达的容积调速回路

图a所示为变量泵和液压缸组成的容积调速回路，图b所示为变量泵和定量液压马达组成的容积调速回路。这两种回路均采用改变变量泵1的输出流量qp来调速的。2024/5/28河南机电职业学院原理动画2024/5/28河南机电职业学院回路特性如下：

①液压缸活塞的运动速度v=q/A，液压马达的转速nm=q/A，因缸的有效作用面积A和马达的排量VM为定值，所以调节变量泵的排量，即改变了泵的流量q便可调节活塞的运动速度或马达的转速，且调速范围大。2024/5/28河南机电职业学院②液压马达的输出转矩TM= 液压缸的推力F=ppA，其中VM和A为定值，pp为变量泵的压力，由安全阀2调定。液压马达（或液压缸）输出的最大转矩（或推力）不变，故这种调速为恒转矩（恒推力）调速。2024/5/28河南机电职业学院③液压马达（或液压缸）输出的功率等于液压泵的输入功率，即PM=PP=ppVpnp=ppVMnm。

式中泵的压力pp、马达的排量VM为常量，因此马达的输出功率随转速nm呈线性变化。2）定量泵和变量液压马达的容积调速回路定量泵1的输出流量不变，调节变量液压马达3排量VM，便可改变其转速。

原理动画2024/5/28河南机电职业学院回路的特性①根据

nm=qp/VM可知，马达输出与排量VM成反比，VM过小则马达的输出转矩将减小，甚至不能带动负载，故这种调速回路的调速范围较小。②由液压马达的转矩公式TM=可知，若VM减小，nm增加，则TM下降。③定量泵输出流量是不变的，泵的压力由安全阀2调定。马达输出的最大功率是不变的，故这种调速为恒功率调速。2024/5/28河南机电职业学院3）变量泵和变量马达的容积调速回路

变量泵1正反向供油，液压马达2即正反向旋转，单向阀6和9用于使辅助泵4双向补油，单向阀7、8使安全阀3在两个方向都能起过载保护作用。

该调速回路是前面两种调速回路的组合，调速时将液压泵和液压马达的排量分阶段调节，低速阶段由qp调节，在高速阶段由VM调节。2024/5/28河南机电职业学院变量泵和变量马达的容积调速回路2024/5/28河南机电职业学院原理动画变量泵和量马达的容积调速回路2024/5/28河南机电职业学院

这种回路在低速段将马达的排量固定在最大值上，由小到大调节泵的排量来调速，其最大输出转矩不变；在高速段将泵的排量固定在最大值上，由大到小调节马达的排量来调速。其最大输出功率不变。回路总的调速范围等于泵调速范围与马达调速范围的乘积，所以它适用于机床主运动等大功率的液压系统。（3）容积节流调速回路

容积调速回路，虽然具有效率高、发热小的优点，但随着负载增加，容积效率将下降，于是速度发生变化，尤其低速时稳定性更差。容积节流调速回路的特点是效率高，发热小，速度稳定性比容积调速好。2024/5/28河南机电职业学院限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速回路调速阀装在进油路上，调节调速阀就可以控制进入液压缸的流量，限压式变量泵的输出流量qp和液压缸所需流量qc相适应。若qp﹥qc，则泵的出口压力上升，使泵的偏心量自动减小；若qp﹤qc，则泵的出口压力会降低，使泵的偏心量自动增大，使qp增加，直至qp=qc。这种回路无溢流损失，系统发热小，速度刚性也比较好。2024/5/28河南机电职业学院容积节流调速回路2024/5/28河南机电职业学院2．快速运动回路（1）液压缸差动连接快速回路阀3和阀4在左位工作时，液压缸差动连接快速运动；当3YA通电时，差动连接即被切断，液压缸回油经调速阀，实现工进；阀3切换至右位后，液压缸有杆腔进油，即快退。原理动画2024/5/28河南机电职业学院快速运动回路（2）双泵供油快速运动回路图中2为低压大流量泵，1为高压小流量泵。在快速时，泵1和泵2同时向液压系统供油；工进时，系统压力升高，液控顺序阀3开启，使泵2卸荷，单向阀4关闭，由泵1单独向系统供油。2024/5/28河南机电职业学院原理动画快速运动回路

（3）蓄能器快速运动回路

系统短期需要大流量时，换向阀5处于左位或右位，由泵1和蓄能器4共同时向流压缸6供油；当系统停止工作时，换向阀5处在中间位置，这时泵便经单向阀3向蓄能器充液，蓄能器压力升高后，达到液控顺序阀2设定压力后，阀口打开，使泵卸荷。原理动画2024/5/28河南机电职业学院

3．速度换接回路

（1）快速与慢速的换接回路

用行程阀的快慢速转换回路。在图示状态下，液压缸快进；当运动部件上的挡块压下行程阀5时，行程阀关闭，液压缸右腔的油液必须通过调速阀6才能流回油箱，液压缸就由快进转换为慢速工进。原理动画2024/5/28河南机电职业学院（2）两种慢速的转换回路

调速阀串联速度转换回路

左图为两个调速阀串联来实现两次工进速度的换接回路，第二工进速度小于第一工进速度，调速阀4的开口小于调速阀3，这种回路速度换接平稳性好。

原理动画2024/5/28河南机电职业学院两种慢速的转换回路调速阀并联转换回路左图为两个调速阀并联来实现两次进给速度的换接回路，两个调速阀可以分别调整，两次工进速度互不限制。

原理动画2024/5/28河南机电职业学院小节习题1．调速阀是由

与

串联而成的，这种阀无论其进出压力如何变化，其

均能保持为定值，故能保证通流面积不变时流量稳定。2．节流阀两端压差Δp变化时，通过它的

发生变化，三种结构形式的节流口中，通过

小孔的流量受到压差改变的影响最小。3．液压系统的调速方法有

、

和

。4．节流调速回路按流量阀安装位置的不同，分

、

、

和

。5．进、回油节流调速回路的功率损失有

和

。6.常用的快速运动回路有

、

和

。7．容积调速回路分为

、

和

。8．在快慢速转换回路中，可用

或

实现执行元件快慢速的转换。9．双泵供油快速回路，快进时由

供油，工进时

供油。10．容积节流调速回路的特点是

，

，速度稳定性比容积调速回路好。2024/5/28河南机电职业学院

第五节多缸工作控制回路

在液压系统中，由一个油源向多个液压缸供油时，各执行元件间有两种可能的动作，即顺序动作或同步动作。1.顺序动作回路2.同步动作回路2024/5/28河南机电职业学院一、顺序动作回路顺序动作回路的功用是使多缸液压系统中的各液压缸按规定的顺序依次动作,常用控制方式分行程控制和压力控制两大类。2024/5/28河南机电职业学院

1.行程控制的顺序动作回路

（1）用行程开关控制的顺序动作回路1YA、2YA断电，阀1、2均为右位工作，两个缸的活塞均处于右端。当1YA通电时，阀1左位工作，缸A活塞左移，实现动作①；当运动到预定位置时，挡块3压下行程开关S1，使2YA通电，阀2左位工作，缸B活塞左移，实现动作②；当挡块4压下行程开关S2，使1YA断电，阀1为右位工作，缸A活塞右移，实现动作③；当挡块3压下开关S3，使2YA断电时，阀2右位工作，缸B活塞右移，实现动作④。2024/5/28河南机电职业学院

行程开关控制的顺序动作回路

2024/5/28河南机电职业学院原理动画（2）采用行程阀控制的顺序动作回路在图示状态，两液压缸均退至右端。电磁铁1YA通电，阀1左位工作，缸B活塞先向左运动，当挡块3压下行程阀2后，油液进入缸A右腔，活塞左移。当电磁阀1断电时，液压缸B活塞右移，当挡块3放开行程阀2时，液压缸A的活塞右移。2024/5/28河南机电职业学院2．压力控制的顺序动作回路下图所示为定位夹紧回路，液压油经减压阀、单向阀和电磁换向阀的右位后，油路分为两支。由于顺序阀的设定压力高于液压缸A的工作压力，液压油先进入液压缸A的上腔，定位完成后，系统压力升高，达到顺序阀的设定压力，打开顺序阀，压力油进入液压缸B的上腔，推动其活塞下行，完成夹紧动作。加工完毕后，电磁阀换向，两液压缸同时返回。2024/5/28河南机电职业学院顺序阀控制的顺序动作回路2024/5/28河南机电职业学院原理动画压力控制的顺序动作回路右图所示为压力继电器控制的顺序动作回路，按起动按钮，1YA通电，缸1活塞向右运动，当缸1行至终点后，压力升高，压力继电器1KP动作，使电磁铁3YA通电，缸2活塞向右运动。按返回按钮，1YA、3YA断电，4YA通电，缸2活塞向左退回。缸2活塞退回原位后，回路压力升高，压力继电器2KP动作，使2YA通电，缸1活塞后退。2024/5/28河南机电职业学院原理动