液压与气动技术 第2版 课件 项目六 调速回路的设计与构建

液压与气动技术PROJECT6调速回路的设计与构建01PARTONE流量控制阀的结构与选用概述节流阀调速阀气动速度控制阀流量控制阀是靠改变阀口通流面积的大小，来调节通过阀口的流量，从而改变执行元件的运动速度。一、节流口的结构形式节流口形式多样，如右图所示。当阀芯处于不同位置时，其流通截面的大小不一样。概

述节流口归结为三种形式:二、影响节流口流量稳定性的因素概

述L/d＞4薄壁小孔

L/d≤0.5细长孔（阻流管）

短孔

0.5＜L/d≤4通过节流口输出流量的稳定性与节流口的结构形式有关。其流量特性可用小孔流量通用公式来表示，即二、影响节流口流量稳定性的因素概

述q

kAT

Pmk：节流系数（孔口流量系数），由节流口形状和油液粘度决定，数值由实验得出；AT：节流口通流截面积（㎡）；ΔP：节流口进出口的压力差（Pa）；m：节流口形状指数，短孔0.5≤m<1，薄壁小孔m＝0.5，细长孔m＝1。

由公式可知，通过节流口的流量不但与节流口通流面积有关，而且还和节流口前后的压力差、油温以及节流口形状等因素有关。二、影响节流口流量稳定性的因素概

述q

kAT

Pm节流阀节流阀是通过改变阀口的过流面积来调节输出流量的。无论哪一种流量控制阀，其内部一定有节流阀，因此，节流阀可以说是最基本的流量控制阀。节流阀孔口形状为轴向三角槽式。油液从进油口P1进入，经阀芯上的三角槽节流口，从出油口P2流出。转动调节螺母，可通过推杆推动阀芯作轴向移动，改变节流口的通流面积来调节流量。一、节流阀的结构节流阀优点：结构简单、体积小、使用方便、成本低。缺点：负载和温度对流量稳定性影响较大。适用：负载和温度变化不大、速度稳定性要求不高的场合。二、节流阀的特点调速阀调速阀是一种能自动补偿负载或温度变化对流量的影响，从而保持输出流量稳定性的流量控制阀。一、调速阀的工作原理和结构普通调速阀：定差减压阀和节流阀相串联。调速阀一、调速阀的工作原理和结构当减压阀阀芯在弹簧力F、液压力P2和P3的作用下处于某一平衡位置时（忽略摩擦力）力平衡方程为：式中，

－分别是ｄ、ｃ、ｂ腔内的压力油作用于阀心的有效面积，且因弹簧刚度较低，且工作过程中减压阀阀心位移较小，可以认为弹簧力基本保持不变，故节流阀两端压力差也基本保持不变，从而保证了通过节流阀的流量稳定。调速阀二、调速阀的特点调速阀在压差大到一定值后，减压阀处于工作状态，流量基本保持恒定。要使调速阀正常工作就必须保证调速阀有一个最小压差，中低压调速阀为0.5MPa，高压调速阀为1MPa。气动速度控制阀02PARTTWO常用速度控制回路节流调速回路容积调速回路容积节流调速回路调速是为了满足执行元件对工作速度的要求。

式中—输入执行元件的流量；Ａ—液压缸的有效面积；

—液压马达的排量。

由以上两式可知，改变输入液压执行元件的流量（或改变液压马达的排量）可以达到改变速度的目的。液压缸的运动速度：

液压马达的转速：

节流调速回路一、进油路节流调速回路采用定量泵供油，由流量阀调节进入执行元件的流量来实现调节执行元件运动速度的方法。节流阀串联在液压泵和液压缸之间。调节节流阀口的大小便能控制进入液压缸量，达到调速的目的。在这种调速回路中，节流阀和溢流阀联合使用才起调速作用。节流调速回路一、进油路节流调速回路活塞的运动速度式中

－进入液压缸的流量；－液压缸无杆腔的面积。、↑可知，

↓缸的运动速度减小。由此可知，当调定后，液压缸的速度

仅与负载→减小，由当负载↑增大时，有关。可实现无级调速。改变节流阀通流面积这种回路的调速范围较大。节流调速回路一、进油路节流调速回路速度负载特性：（1）当节流阀通流面积AT不变时，缸的运动速度v随负载F的增大而下降，因此这种回路的速度刚性较软。（2）当AT一定时，重载区域比轻载区域的速度刚性差。（3）当负载F不变时，AT小，速度刚性好。节流调速回路二、回油路节流调速回路节流阀串联在执行元件的回油路上。用节流阀调节液压缸的回油流量q2，控制了进入液压缸的流量q1。定量泵多余的油液经溢流阀流回油箱，泵出口压力为溢流阀的调整压力，并基本保持稳定。活塞的速度为式中－进入液压缸的流量；－液压缸排出的流量；－液压缸无杆腔的面积；－液压缸有杆的面积。

节流调速回路二、回油路节流调速回路回油路节流调速和进油路节流调速的速度负载特性基本相同。

速度负载特性：但是，这两种调速回路在承受负值负载能力方面是不同的。回油节流调速回路上的节流阀使缸回油腔形成一定的背压，在有负值负载时，背压能阻止工作部件的前冲，即能在负值负载下工作；而进油节流调速由于回油腔没有背压，因而不能在负值负载下工作。节流调速回路三、旁油路节流调速回路将节流阀装在和液压泵并联的支路上。用节流阀调节液压泵流回油箱的流量，从而控制了进入液压缸的流量，即可实现调速。油路中的溢流阀在正常工作情况下是关闭的，过载时打开，故称之为安全阀，其调整压力比最大负载所需的压力稍高。活塞的运动速度为－液压缸无杆腔的面积。式中－进入液压缸的流量；－液压泵输出的流量；节流调速回路三、旁油路节流调速回路（1）当节流阀通流面积AT一定时，负载Ｆ较小的区段，速度刚度差；负载较大的区段，速度刚度较好。（2）当负载Ｆ一定时，AT越小（活塞运动速度越高）时，速度刚度越大。速度负载特性：最大承载能力随节流阀流通面积增大而减小，即低速承载能力差，调速范围也小。节流调速回路三、旁油路节流调速回路特点：旁油节流调速只有节流损失而无溢流损失，泵的输出压力随负载而变化，即节流损失和输入功率随负载而变化，所以比前两种调速回路效率高。应用：用于高速重载和对速度平稳性要求不高的较大功率系统。节流调速回路特性调速方法进油路节流调速回油路节流调速旁油路节流调速速度负载特性较软同进油路比进油路、回油路更软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调速范围较大同进油路因低速稳定性差，故调速范围较小最大承载能力最大负载由溢流阀所调定的压力决定，最大承载能力不随节流阀通流面积的改变而改变同进油路最大负载随节流阀通流面积增大而减小，低速承载能力差功率损耗功率损耗与负载、速度无关。低速、轻载时效率低，发热大同进油路功率损耗与负载成正比，效率高，发热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发热及泄漏的影响

油液通过节流阀，发热的油进入液压缸，影响液压缸泄漏，从而影响活塞运动速度油液通过节流阀后回油箱冷却，对液压缸泄漏影响较小

油液通过节流阀后直接流回油箱冷却，对液压缸泄漏影响较小节流调速回路四、采用调速阀的节流调速回路采用节流阀的节流调速回路，其速度刚度都比较软，变载荷下的运动平稳性均比较差。为了克服这个缺点，在回路中用调速阀代替节流阀。调速阀能在负载变化的条件下保证节流阀两端压差基本不变，因而使用调速阀后回路的速度负载特性得到了改善。注意：为保证调速阀能正常工作，调速阀两端压力差必须大于一定数值，中低压为0.5MPa。容积调速回路节流调速主要缺点是效率低、发热大，只适用于小功率液压系统中。采用变量泵或变量马达的容积调速回路，因无溢流损失和节流损失，故效率高、发热小，适用于大功率液压系统。容积调速回路有三种形式：变量泵和定量执行元件组成的容积调速回路；定量泵和变量马达组成的容积调速回路；变量泵和变量马达组成的容积调速回路。容积调速回路a图中的执行元件为液压缸，是开式回路；安全阀2起安全作用，用以防止系统过载。改变液压泵的排量即可调节活塞的运动速度。一、变量泵和定量执行元件组成的容积调速回路b图中的执行元件为液压马达，是闭式回路；安全阀2起安全作用，用以防止系统过载。为了补充液压泵和液压马达的泄露，增加了补油液压泵4，同时置换部分发热的油液，降低系统温升。溢流阀5用来调节补油液压泵的压力。容积调速回路阀2为安全阀，泵4和溢流阀5组成补油油路。定量泵输出流量不变，调节液压马达的排量便可改变其转速。二、定量泵和变量马达组成的容积调速回路因这种调速回路中，液压马达的最大输出功率不变，故这种调速称为恒功率调速。容积调速回路三、变量泵和变量马达组成的容积调速回路通过改变变量泵排量Vp或改变液压马达的排量VM进行调速。变量泵正向或反向供油，马达即可正转或反转。单向阀6、8用于使辅助泵9双向补油，单向阀7、9使安全阀都能起过载保护作用。这种回路是前面两种调速回路的组合。容积调速回路容积调速回路调速方法输出特性应用调速范围输出转矩输出功率变量泵和定量执行元件调节泵的排量较大恒转矩（恒推力）调速随马达的转速改变呈线性变化小型内燃机车、液压起重机、船用绞车等处有关装置定量泵和变量马达调节马达的排量很小马达转速增大时，转矩逐渐减小，输出转矩为变值恒功率调速造纸、纺织等行业的卷取装置中变量泵和变量马达

低速段：马达排量固定在最大值上，调节泵的排量高速段：泵的排量固定在最大值上，调节马达的排量很大低速段为恒功率调速高速段为恒功率调速大功率液压系统，特别适用于系统中有两个或多个液压马达要求共用一个液压泵，又能各自独立进行调速的场合，如港口起重运输机械、矿山采掘机械容积节流调速回路用流量阀调节进入或流出液压缸的流量来调节液压缸的运动速度，并使变量泵的输出流量自动地与液压缸所需的流量相适应。回路特点：

没有溢流损失，效率较高，速度稳定性比容积调速好。应用：用于调速范围大、中小功率的场合。

快速运动回路一、液压缸差动连接回路当阀1和阀3在左位工作时，阀3将液压缸左右腔连通，并同时接通压力油，实现液压缸差动连接，液压缸快速向左运动。当阀3通电时，差动连接被切断，液压缸回油经过调速阀，实现工进。当阀1切换至右位后，液压缸快退。快速运动回路的功用是使液压执行元件获得所需的高速，以提高生产率或充分利用功率。特点：回路简单经济，应用较多。

快速运动回路二、采用蓄能器的快速运动回路系统停止工作时，换向阀5处在中间位置，泵经单向阀3向蓄能器充液，蓄能器压力升高，达到液控顺序阀（卸荷阀）调定压力后，阀口打开，使泵卸荷。当系统中短期需要大流量时，换向阀处于左位或右位，由泵1和蓄能器4共同向缸6供油，使液压缸实现快速运动。采用蓄能器目的：利用小流量泵使执行元件获得快速运动。注意：系统在整个工作循环中要有足够的向蓄能器充液时间。快速运动回路三、双液压泵供油快速运动回路1为低压、大流量泵，它和泵2的流量加在一起应等于快速时所需流量，液控顺序阀3的调整压力应比快速运动时所需压力大0.8MPａ，比溢流阀5的调定压力至少低10％～20％；2为高压、小流量泵，泵的流量按工作进给速度需要选取，工作压力由溢流阀5调定。特点：系统效率高，功率利用合理；其缺点是回路比较复杂，常用在执行元件快进和工进速度相差较大的场合。快速运动回路四、采用增速缸的快速运动回路当三位四通换向阀左位接入系统时，液压油经增速缸中的柱塞1的通孔进入B腔，使活塞2快速伸出。活塞2伸出到工作位置时，由于负载加大，压力升高，打开顺序阀4，高压油进入A腔，同时关闭液控单向阀3。此时活塞杆2在液压油作用下继续外伸，但因有效工作面积加大，使速度变慢而推力加大。特点：功率利用合理，但液压缸结构复杂，常用于液压机的液压系统中。速度换接回路一、快速与慢速换接回路图示为用行程节流阀的速度换接回路。如图状态下，液压缸快进；当活塞上挡块压下行程阀时，缸右腔油液只能通过节流阀流回油箱，缸由快进转变为慢速工进；当电磁阀通电换向时，压力油经单向阀进入缸右腔，活塞快速返回。液压执行元件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。应具有较高的速度换接平稳性。

优点：快慢速换接比较平稳，换接点位置比较准确。缺点：行程阀安装位置不能任意改变，管路连接较复杂。速度换接回路二、两种工作进给速度的换接回路两个调速阀串联实现两种进给速度的换接回路。当电磁阀断电时，实现一工进，进给速度由调速阀3控制；当电磁阀通电时，压力油经调速阀3，再经调速阀4进入液压缸左腔，速度由调速阀4控制，实现二工进。注意：调速阀4的开口大小要小于调速阀3。优点：速度换接平稳性较好。应用：用于二工进速度小于一工进速度的场合。速度换接回路二、两种工作进给速度的换接回路两种进给速度可以分别调节，两个调速