速度控制回路

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)除了必須滿足主機(jī)對力或力矩的要求以外，還需通過速度控制回路來滿足其對運(yùn)動(dòng)速度的各項(xiàng)要求。

采用液壓傳動(dòng)可簡單有效地獲得范圍較寬的有級(jí)調(diào)速或無級(jí)調(diào)速方案。液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件主要是液壓缸和液壓馬達(dá)，其運(yùn)動(dòng)速度或轉(zhuǎn)速與輸入的流量及自身的幾何參數(shù)有關(guān)。 在液壓調(diào)速回路中，若不計(jì)容積效率，則執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度分別由下式?jīng)Q定：

對液壓缸: υ=q/A

對液壓馬達(dá)： υ=q/A nm=q/Vm

由此可知，在液壓泵轉(zhuǎn)速不變的情況下，改變輸入執(zhí)行元件工作腔 的流量以及改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量均可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。

歸納起來，用節(jié)流閥或換向閥改變進(jìn)入執(zhí)行元件中壓力油流量的調(diào)速方法稱為節(jié)流調(diào)速；而通過改變油泵每轉(zhuǎn)排量q1或液壓馬達(dá)每轉(zhuǎn)排量q2的調(diào)速方法稱為容積調(diào)速，即改變油泵或液壓馬達(dá)工作容積的調(diào)速方法。

1、節(jié)流調(diào)速回路

· 節(jié)流調(diào)速用于定量泵調(diào)速系統(tǒng)中。其原理是利用可變液壓阻力的節(jié)流閥與溢流閥（或執(zhí)行元件） 并聯(lián)，通過改變液壓阻力來控制流量，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。流量控制閥包括：節(jié)流閥、調(diào)速閥、溢流節(jié)流閥等。

· 根據(jù)節(jié)流閥（或調(diào)速閥）在系統(tǒng)中安裝位置的不同，節(jié)流調(diào)速回路可分為以下三種：進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路、回油節(jié)流調(diào)速回路和旁流節(jié)流調(diào)速回路。

（1）進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路

如圖所示，節(jié)流閥裝在執(zhí)行元件的進(jìn)油路上，在泵與節(jié)流閥之間并聯(lián)溢流閥，液壓泵的供油壓力pp由溢流閥調(diào)節(jié)，基本保持一定值，這是進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路能夠正常工作的條件。油缸右腔的油壓p2接近于零， 油缸左腔的油壓p1由活塞上載荷的大小F來決定。pp與p1的差值即為 節(jié)流閥前后的壓力差。進(jìn)入油缸流量的大小由節(jié)流閥調(diào)節(jié)，多余的油液由溢流閥回油箱。當(dāng)開大節(jié)流口時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)速度加快；關(guān)小節(jié)流口時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)速度減慢。

1-定量液壓泵；2-直動(dòng)式溢流閥； 3-節(jié)流閥；4-液壓缸

1) 速度負(fù)載特性

· 當(dāng)不考慮回路中各處的泄漏和油液的壓縮時(shí) ，

活塞運(yùn)動(dòng)速度為 ： v=q1/A1

· 活塞受力方程為 p1A1 = p2A2 +F

· 式中 F——外負(fù)載力； p2—液壓缸回油腔壓力，當(dāng)回油腔通油箱時(shí)，p2=0。

· 于是 p1 = F/A1 · 進(jìn)油路上通過節(jié)流閥的流量方程為：

·于是

· 式中C——與油液種類等有關(guān)的系數(shù)； · AT——節(jié)流閥的開口面積； · ΔpT——節(jié)流閥前后的壓強(qiáng)差，ΔpT=pP-p1； · m——節(jié)流閥的指數(shù)。當(dāng)為薄壁孔口時(shí)， · m＝0.5。

式(1)即為進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回 路的速度負(fù)載特性方程，它描述了執(zhí)行元件的速度v與負(fù)載F之間的關(guān)系。如以v為縱 坐標(biāo)，F(xiàn)為橫坐標(biāo)，將式(1) 按不同節(jié)流閥通流面積AT作圖， 可得一組拋物線，稱為進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路的速度負(fù)載特性曲線，如圖所示。

由式(1)可以看出，其它條件不變時(shí)，活塞的運(yùn)動(dòng)速度v與節(jié)流閥通流面積AT成正比，調(diào)節(jié)AT就能實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。這種回路的調(diào)速范圍較大，Rcmax=vmax/vmin≈100； 當(dāng)節(jié)流閥通流面積AT一定時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)速度v隨著負(fù)載 F 的增加按拋物線規(guī)律下降。

但不論節(jié)流閥通流面積如何變化，當(dāng)F=pPAT時(shí)，節(jié)流閥兩端壓差為零，沒有流體通過節(jié)流閥，活塞也就停止運(yùn)動(dòng)， 此時(shí)液壓泵的全部流量經(jīng)溢流閥流回油箱。 該回路的最大承載能力即為 Fmax=pPAT 。

2) 功率特性

· 調(diào)速回路的功率特性是以其自身的功率損失(不包括液 壓缸、液壓泵和管路中的功率損失)、功率損失分配情況和效率來表達(dá)的。圖中，液壓泵輸出功率即為該回路的輸入功率，即：

· PP=pPqP

· 液壓缸輸出的有效功率為 P1=Fv=Fq1/A1=p1q1

· 回路的功率損失為 ΔP=PP-P1=pPqP-p1q1

· = pP(q1+Δq)-(pP-ΔpT)q1= pPΔq+ΔpTq1 (2)

· 式中 Δq——溢流閥的溢流量

由式ΔP= pPΔq+ΔpTq1 可知，進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路的功率損失由兩部分組成： 溢流功率損失pPΔq和節(jié)流功率損失ΔpTq1。

· 回路的輸出功率與回路的輸入功率之比定義為回路的效率。進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路的回路效率為：

2、回油路節(jié)流調(diào)速回路

如圖所示，將節(jié)流閥串聯(lián)在液壓缸的回油路上， 借助節(jié)流閥控制液壓缸的排油量來調(diào)節(jié)其運(yùn)動(dòng)速度， 稱為回油路節(jié)流調(diào)速回路。

· 采用同樣的分析方法可以得到與進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路相似的速度負(fù)載特性：其功率特性與進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路相同。

· 雖然進(jìn)油路和回油路節(jié)流調(diào)速的速度負(fù)載特性公式形式相似，功率特性相同，但它們在以下幾方面的性能有明顯差別，在選用時(shí)應(yīng)加以注意。

(1)承受負(fù)值負(fù)載的能力所謂負(fù)值負(fù)載就是作用力的方向與執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)方向相同的負(fù)載。回油節(jié)流調(diào)速的節(jié)流閥在液壓缸的回油腔能形成一定的背壓，能承受一定的負(fù)值負(fù)載；對于進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路，要使其能承受負(fù)值負(fù)載就必須在執(zhí)行元件的回油路上加上背壓閥、這必然會(huì)導(dǎo)致增加功率消耗，增大油液發(fā)熱量。

(2)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性回油節(jié)流調(diào)速回路由于回油路上存在背壓，可以有效地防止空氣從回油路吸入，因而低速運(yùn)動(dòng)時(shí)不易爬行；高速運(yùn)動(dòng)時(shí)不易顫振，即運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好。進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路在不加背壓閥時(shí)不具備這種特點(diǎn)。

(3)油液發(fā)熱對回路的影響進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路中，通過節(jié)流閥產(chǎn)生的節(jié)流功率損失轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，一部分由元件散發(fā)出去，另一部分使油液溫度升高，直接進(jìn)入液壓缸，會(huì)使缸的內(nèi)外泄漏增加，速度穩(wěn)定性不好， 而回油節(jié)流調(diào)速回路油液經(jīng)節(jié)流閥溫升后，直接回油箱，經(jīng)冷卻后再進(jìn)入系統(tǒng)，對系統(tǒng)泄漏影響較小。

(4)啟動(dòng)性能 回油節(jié)流調(diào)速回路中若停車時(shí)間較長， 液壓缸回油腔的油液會(huì)泄漏回油箱，重新啟動(dòng)時(shí)背壓 不能立即建立，會(huì)引起瞬間工作機(jī)構(gòu)的前沖現(xiàn)象。對 于進(jìn)油節(jié)流調(diào)速，只要在開車時(shí)關(guān)小節(jié)流閥即可避免 啟動(dòng)沖擊。

· 綜上所述，進(jìn)油路、回油路節(jié)流調(diào)速回路結(jié)構(gòu)簡單， 價(jià)格低廉，但效率較低，只宜用在負(fù)載變化不大，低速、小功率場合，如某些機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)中。

· 注意：進(jìn)、回油節(jié)流調(diào)速回路中溢流閥常開，起溢流作用

3、旁油路節(jié)流調(diào)速回路

· 把節(jié)流閥裝在與液壓缸并聯(lián)的支路上，利用節(jié)流閥把液壓泵供油的一部分排回油箱實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的回路，稱為旁油路節(jié)流調(diào)速回路。

· 如圖所示，在這個(gè)回路中， 由于溢流功能由節(jié)流閥來完成，故正常工作時(shí)，溢流閥處于關(guān)閉狀態(tài)，溢流閥作安全閥用，其調(diào)定壓力為最大負(fù)載壓力的1.1～1.2倍，液壓泵的供油壓力pP取決于負(fù)載。

1) 速度負(fù)載特性

· 考慮到泵的工作壓力隨負(fù)載變化，泵的輸出流量qP，應(yīng)計(jì)入泵的泄漏量隨壓力的變化ΔqP ，采用與前述相同的分析方法可得速度表達(dá)式為：

·式中 qPt——泵的理論流量； · k——泵的泄漏系數(shù)，其余符號(hào)意義同前。F/A1=p1

1-定量油泵；2-直動(dòng)式溢流閥 ；3-節(jié)流閥；5-液壓缸

2) 功率特性

如上圖：

· 回路的輸入功率 ： PP=p1qP

· 回路的輸出功率 ： P1=Fv= p1A1v=p1q1

· 回路的功率損失 ：ΔP=PP-P1=p1qP-p1q1=p1Δq

· 回路效率

由上兩式可以看出，旁油路節(jié)流調(diào)速只有節(jié)流損失，而無溢流損失，因而功率損失比前兩種調(diào)速回路小，效率高。這種調(diào)速回路一般用于功率較大且對速度穩(wěn)定性要求不高的場合。

· 使用節(jié)流閥的節(jié)流調(diào)速回路，速度受負(fù)載變化的影響比較大，亦即速度負(fù)載特性比較軟，變載荷下的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性比較差。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，回路中的節(jié)流閥可用調(diào)速閥來代替。

由于調(diào)速閥本身能在負(fù)載變化的條件下保證節(jié)流閥進(jìn) 出油口間的壓強(qiáng)差基本不變，因而使用調(diào)速閥后，節(jié)流調(diào)速回路的速度負(fù)載特性將得到改善。

但所有性能上的改進(jìn)都是以加大流量控制閥的工作壓差，亦即增加泵的供油壓力為代價(jià)的。調(diào)速閥的工作壓差一般最小需0.5MPa，高壓調(diào)速閥需1.0MPa左右。