198 液压传动 的速度。这种回路调速范围比较大,最高速度比可达100左右。 2)性能分析 (1)速度-负载特性。根据式(7.8),取不同的Ar作图,可得一组描述进油节流调速回 路的速度-负载特性曲线,如图715(b)所示。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。从图中可以看出 当节流阀通流面积A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;在相同负载下工作时,Ar越大,速度刚度越小,即速度高时 速度刚度差;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,这 说明速度调节不会改变回路的最大承载能力Fmx。因最大负载时缸停止运动(Δp=0, v=0),由式(7.8)可知,该回路的最大承载能力为Fmx=p1 P=0 A1>A12>A (a)回路结构 (b)速度负载特性曲线 图7.15进油节流调速回路 进油节流调速回路的速度刚度为 F (7.9) K41(P24 (2)功率特性。进油节流调速回路属于定压式节流调速回路,泵的供油压力p由溢流 阀确定,所以液压泵的输出功率,即回路输入功率为一常值,即 PP=ppq (7.10) 回路输出功率,即液压缸输出的有效功率为 P=Fv=F=P,gn 回路的功率损失△P为 AP=P-P=Ppp-p,g P(q1+q,)-(P-4)1=P2q,+4pq (7.12) 这种调速回路的功率损失由溢流损失pq和节流损失Δp两部分组成a溢流损失是在 泵的输出压力Pp下,流量q流经溢流阀产生的功率损失,而节流损失是流量q在压差△P 下流经节流阀产生的功率损失 回路效率为
·198· 液压传动 ·198· 的速度。这种回路调速范围比较大，最高速度比可达 100 左右。 2) 性能分析 (1) 速度―负载特性。根据式(7.8)，取不同的 AT 作图，可得一组描述进油节流调速回 路的速度―负载特性曲线，如图 7.15(b)所示。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。从图中可以看出： 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；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；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，这 说明速度调节不会改变回路的最大承载能力 Fmax。因最大负载时缸停止运动(Δp＝0， v＝0)，由式(7.8)可知，该回路的最大承载能力为 Fmax＝ppA1。 图 7.15 进油节流调速回路 进油节流调速回路的速度刚度为 1 1 p 1 v 1 T p1 ( ) m m F A p A F k v mKA p A F vm + − ∂ − =− = = ∂ − (7.9) (2) 功率特性。进油节流调速回路属于定压式节流调速回路，泵的供油压力 pp 由溢流 阀确定，所以液压泵的输出功率，即回路输入功率为一常值，即 P PP P pq = = const (7.10) 回路输出功率，即液压缸输出的有效功率为 1 1 11 1 q P Fv F p q A == = (7.11) 回路的功率损失ΔP 为 P 1 P P 11 P1 P 1 P 1 ( ) ( ) y y P P P p q pq p q q p pq pq pq Δ= − = − = + − −Δ = +Δ (7.12) 这种调速回路的功率损失由溢流损失 pPqy和节流损失Δpq1 两部分组成。溢流损失是在 泵的输出压力 P p 下，流量 qy流经溢流阀产生的功率损失，而节流损失是流量 q1 在压差Δp 下流经节流阀产生的功率损失。 回路效率为
第7章液压基本回 199· Pp Ppge Pe qe 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,特别 是在低速、轻载场合,效率更低。为了提高效率,实际工作中应尽量使液压泵的流量qp接 近液压缸的流量q。特别是当液压缸需要快速和慢速两种运动时,应采用双泵供油 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。 2.回油节流调速回路 如图7.16所示,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 马=y=或=A (7.14) 由此可知,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q。定量泵多余的油液 经溢流阀流回油箱。溢流阀处于溢流状态,泵的出口图716回油节流调速回路 压力Pp保持恒定,且P1=Pp 稳定工作时,活塞的受力平衡方程为 PpA=p,A,+F (7.15) 由于节流阀两端存在压差,因此在液压缸有杆腔中形成背压P2,由式(715)可知,负 载F越小,背压P2越大,当负载F=0时, A 液压缸的运动速度,亦即速度-负载特性方程为 (p, A A: AA 式中A2液压缸有杆腔的有效面积 q2——通过节流阀的流量 其他符号意义与式(75)相同 比较式(78)和式(717可以发现,回油节流阀调速与进油节流阀调速的速度一负载特性 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一负载特性 就完全一样。因此,前面对进油节流阀调速回路的分析和结论都适用于本回路。 上述两种回路也有不同之处。 (1)承受负负载的能力。回油节流调速回路的节流阀使液压缸的回油腔形成一定的背 压(P2≠0),因而能承受负负载,并提高了液压缸的速度平稳性。而进油节流调速回路则要 在回油路上设置背压阀后才能承受负负载
第 7 章 液压基本回路 ·199· ·199· 1 11 C P PP PP P Fv p q P pq pq η == = (7.13) 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，特别 是在低速、轻载场合，效率更低。为了提高效率，实际工作中应尽量使液压泵的流量 qp 接 近液压缸的流量 1 q 。特别是当液压缸需要快速和慢速两种运动时，应采用双泵供油。 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。 2. 回油节流调速回路 如图 7.16 所示，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 2 q ，实现速度的调节。由 连续性原理可得 1 2 1 2 q q v A A = = 或 1 1 2 2 A q q A = (7.14) 由此可知，用节流阀调节流出液压缸的流量 2 q ， 也就调节了流入液压缸的流量 1 q 。定量泵多余的油液 经溢流阀流回油箱。溢流阀处于溢流状态，泵的出口 压力 P p 保持恒定，且 1 p ＝ P p 。 稳定工作时，活塞的受力平衡方程为 P1 22 p A pA = + F (7.15) 由于节流阀两端存在压差，因此在液压缸有杆腔中形成背压 2 p ，由式(7.15)可知，负 载 F 越小，背压 2 p 越大，当负载 F＝0 时， 1 2 P 2 A p p A = (7.16) 液压缸的运动速度，亦即速度―负载特性方程为： 2T1 P 2 2 22 ( ) q KA A F m v p A A AA == − (7.17) 式中 A2——液压缸有杆腔的有效面积； 2 q ——通过节流阀的流量； 其他符号意义与式(7.5)相同。 比较式(7.8)和式(7.17)可以发现，回油节流阀调速与进油节流阀调速的速度―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。因此，前面对进油节流阀调速回路的分析和结论都适用于本回路。 上述两种回路也有不同之处。 (1) 承受负负载的能力。回油节流调速回路的节流阀使液压缸的回油腔形成一定的背 压( 2 p ≠0)，因而能承受负负载，并提高了液压缸的速度平稳性。而进油节流调速回路则要 在回油路上设置背压阀后才能承受负负载。 图 7.16 回油节流调速回路
200 液压传动 (2)实现压力控制的难易程度。进油节流调速回路容易实现压力控制。当工作部件在 行程终点碰到死挡铁后,缸的进油腔压力会上升到等于泵的供油压力,利用这个压力变化, 可使并联于此处的压力继电器发出信号,实现对系统的动作控制。回油节流调速时,液压 缸进油腔压力没有变化,难以实现压力控制。虽然工作部件碰到死挡铁后,缸的回油腔压 力下降为零,可利用这个变化值使压力继电器失压复位,对系统的下步动作实现控制,但 可靠性差,一般不采用 (3)调速性能。若回路使用单杆缸,无杆腔进油流量大于有杆腔回油流量。故在缸径、 缸速相同的情况下,进油节流调速回路的节流阀开口较大,低速时不易堵塞。因此,进油 节流调速回路能获得更低的稳定速度 (4)停车后的启动性能。长期停车后液压缸内的油液会流回油箱,当液压泵重新向缸 供油时,在回油节流阀调速回路中,由于进油路上没有节流阀控制流量,活塞会出现前冲 现象;而在进油节流阀调速回路中,活塞前冲很小,甚至没有前冲。 (5)发热及泄漏。发热及泄漏对进油节流调速的影响均大于回油节流调速。在进油节 流调速回路中,节流阀产生的能量损失会导致油液发热,发热后的油液进入液压缸的进油 腔,使系统发热;而在回油节流调速回路中,经节流阀发热后的油液直接流回油箱冷却 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 如图7.1(a所示,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A,控制定量泵流回油箱的流量,即可实现调速。溢流阀作安全阀用,正常 工作时关闭,过载时才打开,其调定压力为最大工作压力的1.1倍~1.2倍。在工作过程中, 定量泵的压力随负载而变化。设泵的理论流量为q1,泵的泄漏系数为k,其他符号意义同 前,则缸的运动速度为 F A 按式(718选取不同的Ar值可作出一组速度-负载特性曲线,如图717b)所示。由曲线可 知,当节流阀通流面积一定而负载增加时,速度下降较前两种回路更为严重,即特性很软,速 度稳定性很差;在重载高速时,速度刚度较好,这与前两种回路恰好相反。其最大承载能力随 节流口A的增加而减小,即旁路节流调速回路的低速承载能力很差,调速范围也小 这种回路只有节流损失而无溢流损失。泵压随负载的变化而变化,节流损失和输入功 率也随负载变化而变化。因此,本回路比前两种回路效率高。 由于本回路的速度一负载特性很软,低速承载能力差,故其应用比前两种回路少,只 适用于高速、重载、对速度平稳性要求不高的较大功率的系统,如牛头刨床主运动系统、 输送机械液压系统等
·200· 液压传动 ·200· (2) 实现压力控制的难易程度。进油节流调速回路容易实现压力控制。当工作部件在 行程终点碰到死挡铁后，缸的进油腔压力会上升到等于泵的供油压力，利用这个压力变化， 可使并联于此处的压力继电器发出信号，实现对系统的动作控制。回油节流调速时，液压 缸进油腔压力没有变化，难以实现压力控制。虽然工作部件碰到死挡铁后，缸的回油腔压 力下降为零，可利用这个变化值使压力继电器失压复位，对系统的下步动作实现控制，但 可靠性差，一般不采用。 (3) 调速性能。若回路使用单杆缸，无杆腔进油流量大于有杆腔回油流量。故在缸径、 缸速相同的情况下，进油节流调速回路的节流阀开口较大，低速时不易堵塞。因此，进油 节流调速回路能获得更低的稳定速度。 (4) 停车后的启动性能。长期停车后液压缸内的油液会流回油箱，当液压泵重新向缸 供油时，在回油节流阀调速回路中，由于进油路上没有节流阀控制流量，活塞会出现前冲 现象；而在进油节流阀调速回路中，活塞前冲很小，甚至没有前冲。 (5) 发热及泄漏。发热及泄漏对进油节流调速的影响均大于回油节流调速。在进油节 流调速回路中，节流阀产生的能量损失会导致油液发热，发热后的油液进入液压缸的进油 腔，使系统发热；而在回油节流调速回路中，经节流阀发热后的油液直接流回油箱冷却。 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 如图 7.17(a)所示，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。溢流阀作安全阀用，正常 工作时关闭，过载时才打开，其调定压力为最大工作压力的 1.1 倍～1.2 倍。在工作过程中， 定量泵的压力随负载而变化。设泵的理论流量为 t q ，泵的泄漏系数为 kl，其他符号意义同 前，则缸的运动速度为 tl T 1 1 1 1 1 m F F q k KA q A A v A A ⎛ ⎞ − − ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ = = (7.18) 按式(7.18)选取不同的 AT值可作出一组速度―负载特性曲线，如图 7.17(b)所示。由曲线可 知，当节流阀通流面积一定而负载增加时，速度下降较前两种回路更为严重，即特性很软，速 度稳定性很差；在重载高速时，速度刚度较好，这与前两种回路恰好相反。其最大承载能力随 节流口 AT的增加而减小，即旁路节流调速回路的低速承载能力很差，调速范围也小。 这种回路只有节流损失而无溢流损失。泵压随负载的变化而变化，节流损失和输入功 率也随负载变化而变化。因此，本回路比前两种回路效率高。 由于本回路的速度―负载特性很软，低速承载能力差，故其应用比前两种回路少，只 适用于高速、重载、对速度平稳性要求不高的较大功率的系统，如牛头刨床主运动系统、 输送机械液压系统等