第七章速度控制回路

速度控制回路
功用：改变执行元件的运动速度 分类：调速*、换速、增速回路等
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调速回路
原理：改变q 、 Vm、A 方法：节流调速、容积调速、 容积节流调速 要求：调速范围大、速度稳定性好、效率高
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节流调速回路分类
节流阀节流调速 按采用流量阀不同 <
调速阀节流调速 进油路
按流量阀安装位置不同 < 回油路 旁油路
2DT接通：
PL=2MPa
设系统溢流：Pc=PY=3.6MPa,
q2=4.44L/min
溢流量为qy=qp-q2=20.76L/min
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解： (2)1DT、2DT同时接通
1DT、2DT同时接通：
PL=2MPa 设系统溢流：由q1= q2，联解
得PC=2.32MPa 求得系统流量： q1= q2=1.98L/min 溢流量为qy=qp-q1=23.2L/min 分析可见：系统流量由开口小
重点掌握容积调速回路的工作原理、调 速性能，会进行回路参数计算；
了解容积节流调速回路的工作原理； 熟练掌握快速运动回路、速度切换回路、
顺序动作回路的工作原理。 了解各种各类回路，明白回路中各元件
的作用及关系，能正确组合较简单的液 压基本回路。
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回路参数计算(1)
用回路法计算系统各点压力：
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容积调速回路
通过改变变量泵或变量马达的排量来调节执行元件 的速度。 优点：没有溢流损失和节流损失，效率高、发热小。 缺点：结构复杂，成本高。 应用：大功率液压系统。
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容积调速回路分类
按油液循环方式分：
开式回路：执行元件排油回油箱，通过油箱进行油液
循环。易散热，杂质沉淀。闭式回Biblioteka ：泵吸油口与执行元件回油口直接连接，回
流阀调定，溢流阀不溢流
则不能调速。
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液压缸稳定工作时的受力平衡方程
p1A = F + p2A
∵ p2→T
pp = pS = C
∴ p2 = 0
p1 = F/A
故 节流阀两端的压力差为
△p=pP-p1=pP-F/A 经节流阀进入液压缸的流量为：
qv1 =CAT△pφ=CAT（PP-F/A）φ
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液压缸的运动速度 v = qv1/A = CAT (pP-F/A)φ/A
▪ 最大承载能力与速度调节无关： FMAX＝PpA
▪ 进油节流调速回路特点： ▪ 优点：结构简单、价格低廉。 ▪ 缺点：效率低。 ▪ 应用：负载变化不大，低速、小 功率的场合。
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动画演示7.1.2
二、回油节流调速回路
特点： 速度-负载特性同进油节流调速回路。 特性同前。
区别： 1.有背压，能承受负值负载，运动平稳
由已知点推算回路各点流量：
液流连续性定律： 流入某节点的流量=流出该节点的流量
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回路参数计算(3)
功率、效率的计算：
机械能ηmηv液压能ΔPΔq液压能ηmηv机械能
Mω
Ppqp
Pmqm
Mω
PLqL
Fv
回路效率
系统效率
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例题：
图示液压系统，若A1=0.01cm2， A2=0.02cm2，FL=1X104N， A=50cm2，Py=3.6MPa，泵的 V=28ml/r，n=1000r/min， ηv=0.9，管路其它损失不计，
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定量泵-变量马达式容积调速回路
∵ nM与VM成反比 TM与VM成正比
∴ VM↑，nM↓，TM↑； VM↓，nM↑，TM↓， 以致带不动负载， 使马达“自锁” 。
故 这种回路很少单独使用
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变量泵-变量马达式容积调速回路
分两段调节: 第一段 先将VM调至最大并固
定，然后将VP由小→大, nM 从0 ↑nM’ （变—定） 第二段：将VP固定至最大，VM 由大→小， nM从 nM’↑nMmax（定—变） ∴调速范围大，λ可达100。
速度-负载特性较软，回路的速度刚度 较节流调速回路高，造成原因与节流 调速回路不同(压差变化)。
回路没有溢流损失，也没有节流损失，
系统的效率高。
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动画演示7.1.5
变量泵-定量马达式容积调速回路
1.
nM = qP/VM
2.
∵ VM = 定值
∴ 调节qP即可改变nM
若不计损失，在调速范围内，
T = pPVM/2π=C ∴ 称恒转矩容积调速
性好。 2.进油路节流比回油路节流更易实现压
力控制。 3.若执行元件使用单杆缸，进油节流调
速回路能获得更低的稳定速度。 4.回油路节流发热影响小。
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动画演示7.1.3
三、旁路节流调速回路
工作特点：流量阀与执行元
件并联，通过节流阀调节流 回油箱的流量，从而控制进 入缸的流量，溢流阀不打开， 为安全阀。
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如图a，b所示，节流阀同样串联在液压泵和执行 元件之间，调节节流阀的通流面积，能否改变执 行元件的运动速度？为什么？
4
动画演示7.1.1
节流调速回路
通过改变节流口的通流截面积来调节流量。
一、进油节流调速回路
1.系统组成：
定量泵、节流阀、溢流阀
和执行元件。进油路串联流 量阀。
2.工作原理：
定量泵供油，泵的压力由溢
故 液压缸的工作速度为： v = q1/A=[qtp-kL(F/A)-CAT(F/A)φ]/A
结论：① AT=C，F↑，v↓,F↓，v↑，即v—F特性更软 ② F=C,↑AT，v↓; ↓AT↑v，即速度随AT而变化
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最大承载能力
AT↑，阻力↓，Fmax↓，即 低速承载能力差。
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功率和效率
∵ pP随F变化而变化， 只有△P节，而无△P溢 ∴ η高，发热少。
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解：
1：由qmt=qptηpvηmv；qt=Vn得：
nmmax=Vpnp/Vmmin=4000r/min nmmin=Vpnp/Vmmax=1000r/min
2：由Tm=pVηmm/2π，得：
最高转速下的扭矩：Tm1=pVmmin/2π=19.9Nm 最低转速下的扭矩：Tm2=pVmmax/2π=79.6Nm
根据元件确定已知压力： 液压泵： Pp 负载缸：P1A=P2A+F 油箱：P=0 压力阀前后压力：Py、Pj、Px
在液压原理图上标注液流走向，从已知点沿管 路向前：减去压力损失；沿管路向后，加上压 力损失。
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回路参数计算(2)
用节点法计算系统各点流量：
根据元件确定已知流量：
液压泵、马达：qp、qm 负载缸：q=vA 节流阀：q=Cqa(2ΔP/ρ)0.5
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回路应用
∵ v—F特性较软，低速承载能力差。 ∴ 一般用于高速、重载、对速度平
稳性要求很低的较大功率场合，如： 牛头刨床主运动系统、输送机械
液压系统、大型拉床液压系统、 龙门刨床液压系统等。
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采用调速阀的节流调速回路
采用调速阀代替节流阀 调速，可以改善速度负载特性，解决速度稳 定性，但增加减压阀的 损失，回路效率比节流 调速低，其它特性同节 流阀调速一样。
溢流损失： P溢pPqVY
节流损失： P节pV q1
回路功率损失： PpPqVY pV q 1
b.回路效率
回路输入功率（泵输出）：PP pPqVP 回路输出功率（缸输入）：P1 p1qV1
c
p1qV 1 pP qVP
溢流量越少，效率越高。由于存在两部分功率损失，
回路的效率较低。
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最大承载能力
▪ 多条速度负载特性曲线均汇于一点： 该点对应的F值为最大负载。
3：由P=2πnT ，求得：
最高转速下： P=2πnmmaxTm1 =8.33kw 最低转速下： P=2πnmminTm2 =8.33kw
油直接进泵吸口。结构紧凑，油气隔绝，运动平稳。 采用副油箱补油。
泵—缸式
按所用执行元件不同<
变—定
泵—马达式 < 定—变
变—变
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泵-缸式容积调速回路
改变泵的排量可调节活塞速度。
速度-负载特性曲线：
负载增加，速度下降。原因：压力增 加，泵、马达的容积效率下降，泄漏 增加，速度下降。
低速承载能力差，且受最大负载的限 制。
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变量泵—变量马达式容积调速回路特点 ∵ nM低时TM大， nM高时TM小 ∴ 正好符合大部 分机械要求 故 多用于机床主 运动、纺织机械、 矿山机械
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容积节流调速
采用变量泵和流量阀联合调节执行元件 的速度。
特点： 变量泵供油量接受流量阀的调节并自动 适应其流量需求。集节流调速和容积调 速的优点：无溢流损失，效率高。有良 好的低速稳定性。
泵 1：小流量，控制任 一缸工进。
泵2：大流量，控制各 缸快速进退。
各司其职，无干扰。
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学习要求(1)
熟练掌握换向回路、锁紧回路； 重点掌握调压回路和卸荷回路，了
解各种压力控制回路； 重点掌握节流调速回路的调速原理、
速度负载特性、最大承载能力和效 率、功率，会进行回路参数计算。
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学习要求(2)
求：1、1DT、2DT分别接通后， C点的压力，活塞运动速度，溢 流阀溢流量。
2、 1DT、2DT同时接通后，重 新完成(1)问。
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解: (1)
1DT接通：
qp=Vnηv=25.2l/min
Pc=PL=2MPa
设系统溢流： q1=2.22L/min
溢流量为qy=qp-q1=22.98L/min
作用：控制多缸动作顺序。
1. 压力控制
1）用顺序阀
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2）用压力继电器
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2、行程控制的顺序动作回路
1)用行程 阀控制