机械工程实践中心课件

一、调速方法概述 液压系统常常需要调节液压缸和液压马达的运动速度，以适应主机的工作循环需要。液压缸和液压马达的速度决定于排量及输入流量。 在不考虑油液压缩性和泄漏的情况下：

液压缸的速度为： A

q

液压马达的转速 : MV

qn

式中 : q — 输入液压缸或液压马达的流量； A — 液压缸的有效面积； VM — 液压马达的每转排量。

由以上两式可以看出，要控制缸和马达的速度，可以通过改变流入流量来实现，也可以通过改变排量来实现。 对于液压缸来说，通过改变其有效作用面积 A来调速是不现实的，一般只能用改变流量的方法来调速。 对变量马达来说，调速既可以改变流量，也可改变马达排量。

二、调速回路分类根据调速的方式不同，调速回路可分为以下三类：

(1)(1) 节流调速回路节流调速回路 采用定量泵供油，通过改变回路中流量

控制元件节流面积的大小来控制流量，以调节其速度。 (2)(2) 容积调速回路容积调速回路 通过改变回路中变量泵或变量马达的排量来调节执行元件的运动速度。

(3)(3) 容积节流调速回路（联合调速）容积节流调速回路（联合调速） 采用压力反馈式变量泵供油，由流量控制元件改变流入或流出执行元件的流量来调节速度。同时，又使变量泵的输出流量与通过流量控制元件的流量相匹配。

下面主要讨论节流调速回路节流调速回路和容积调速回路。容积调速回路。。

节流调速回路是采用定量泵和流量控制元件来调节流入或流出液压缸（或液压马达）的流量，根据流量控制元件的放置位置，节流调速回路可分为如下三种基本形式：

11 、进油路节流调速；、进油路节流调速；

22 、回油路节流调速；、回油路节流调速； 33 、旁油路节流调速。、旁油路节流调速。

三、节流调速回路

1 、进油路节流调速回路 将节流阀串联在液压泵和油缸之间，通过调节节流阀

开度来调节油缸运动速度的回路，称为进油路节流调速回路进油路节流调速回路。

注意

进油节流调速回路正常工作的条件 : 泵的出口压力为溢流阀的调定压力为定值，并保持溢流状态。 的变化量由溢流量　　进行补偿。

1qq

图 8.3 进油路节流调速回路

（ 1）速度负载特性 当不考虑泄漏和压缩时，活塞运动速度为： 1

1

A

q

进油路上通过节流阀流量方程为： m

TT pCAq )(1 mpT ppCA )( 1

mpT A

FpCA )(

1

活塞受力方程为：

p1 — 液压缸进油腔压力；

p2—液压缸回油腔压力。 p2 ≈ ０

F — 外负载力； 式 中：

FApAp 2211

11 A

Fp

于是油缸的运动速度为：

式中 C —与油液等有关的系数；

AT —节流阀的开口面积；

Tp 1ppp pT — 节流阀前后的压差，

m —为节流阀的指数，当为薄壁孔口时， m =0.5。

根据式 (8.4) 即可作出进油口节流调速回路的速度负载特性曲线。

mpm

T FApA

CA

A

q)( 11

11

1 (8.4)

图 8.4 进油路节流调速回路速 度负载特性曲线

1 ）当其它条件不变时，活塞的运动速度与节流阀通流面积成正比，故调节节流阀通流面积可调节执行元件的运动速度，并可实现无级调速；

3）当通流面积调定后，速度随负载的增大而减小。曲线越陡，说明负载变化对速度的影响越大，即速度刚度低。当通流面积不变时，轻载区比重载区的速度刚度高；在相同负载下工作时，通流面积小的比通流面积大的速度刚度高。

100min

maxmax

cR

2 ）这种回路的调速范围较大，

由方程式（ 8.4 ）和曲线可知：

图 8.4 进油路节流调速回路速 度负载特性曲线

mpm

T FApA

CA

A

q)( 11

11

1

在上式中，令 ，得液压缸最大承载能力

0v

1max ApF pL

在泵的供油压力已经调定的情况下，液压缸的最大推力不随节流阀通流面积的改变而改变，此时液压泵的全部流量经溢流阀流回油箱。

（ 2）功率特性 调速回路的功率特性是以其自身的功率损失（不包括液压缸，液

压泵和管路中的功率损失）、功率损失分配情况和效率来表达的。

111

11 qp

A

qFFP 液压缸输出的有效功率为：

ppp qpP 液压泵输出功率即为该回路的输入功率：

回路的功率损失为： 111 qpqpPPP PPP

1

11 )()(

qpqp

ppqqqp

TP

TPP

式中 —溢流阀的溢流量 , 。 q 1qqq p

由上式可知，进油路节流调速回路的功率损失由两部分组成：

溢流功率损失 和节流功率损失 qpP py 11 qpP T

pqp

qp

P

PP

qp

F

P

P

pp

p

ppp

o

11

回路效率为：V

进油路节流调速回路

有资料表明：

负载恒定：

负载变化：

6.0~2.0385.0

进油口节流调速回路由于存在两部分功率损失，所以回路效率较低。由上分析可知，进油路节流调速回路适用于负载变化不大、对速度稳定性要求不高的小功率液压系统。

图 8.5 回油路节流调速回路

2 、回油路节流调速回路

采用同样的分析方法可以

得到与进油路节流调速回路相

似的速度负载特性 .

mpm

FApA

CAT )( 11

2

　　回油路节流调速回路是把节流阀放在执行元件的回油路上，通过调节回油流量来调节执行元件的运动速度。

其功率特性与进油路节流调速回路也相同。

进油路、回油路节流调速特点比较：

(1) (1) 承受负值负载的能力承受负值负载的能力 回油节流调速能承受一定的负值负载；

(2) (2) 运动平稳性运动平稳性 回油节流调速回路运动平稳性好；

(3) (3) 油液节流损失发热对回路的影响油液节流损失发热对回路的影响 进油节流调速的油液节流 损失发热会使缸的内外泄漏增加；

(4) (4) 启动性能启动性能 回油节流调速回路中重新启动时背压不能立即建 立，会引起瞬间工作机构的前冲现象。

进油路、回油路节流调速回路结构简单，但效率较低，只宜用在负载变化不大，低速、小功率场合，如某些机床的进给系统中。由于溢流阀均处于溢流状态，故二者都为定压式节流调速回路。

把节流阀装在与液压缸并联支路上，通过调节节流阀的流量，间接调节油缸的运动速度。在这种回路中，溢流功能由节流阀来完成。故溢流阀处于关闭状态，做安全阀用，其调定压力为最大负载压力的 1.1-1.2倍。

3 、旁油路节流调速回路

图 8.6 旁油路节流调速回路

溢流阀作安全阀用，液压泵的供油压力 Pp 取决于负载。

注意

1qqAT

（ 1）速度负载特性

考虑到泵的工作压力随负载变化，泵的输出流量 qp 应计入泵的泄漏

量随压力的变化 ,采用与前述相同的分析方法可得速度表达式为： pq

式 中 qpt—泵的理论流量； k— 泵的泄漏系数，其余符号意义同前。

11

1

A

qqq

A

qv ppt

1

)()(11

A

A

FCA

A

Fkq

v

mTpt

图 8.6 旁油路节流调 速回路

（ 2）功率特性

回路的输入功率 pp qpP 1

回路的输出功率 11111 qpApFP

回路的功率损失 qpqpqpPPP pp 11111

回 路 效 率 ppp q

q

q

q

qp

qp

P

P

p

11111

1

由上述可以看出，旁油路节流调速回路只有节流损失，而无溢流损失，因而功率损失比前两种调速回路小，效率高。这种回路一般用于功率较大且对速度稳定性要求不高的场合。

注意 :节流调速回路速度负载特性比较软，变载荷下的运动平稳性比较差。为了克服这个缺点，回路中的节流阀可用调速阀来代替，实现进油、回油、旁油路调速阀调速。

四、容积调速回路节流调速回路效率低，发热大，只适用于小功率。

容积调速回路是通过改变变量泵和变量马达的排量来调节执行元件运动速度的回路。在容积调速回路中，液压泵输出的压力油直接进入液压缸或液压马达，系统无溢流损失和节流损失，且供油压力随负载的变化而变化。因此，容积调速回路效率高、发热小，适用于工程、矿山、农业机械及大型机床等大功率液压系统。

容积调速回路按所用执行元件的不同，分为泵泵 --缸式回缸式回路路和泵泵 --马达式回路马达式回路。这里主要介绍泵 -马达式容积调速回路。

1 、变量泵 -定量马达式容积调速回路

安全阀，防止回路过载 。

溢流阀，调定油泵 1 的供油压力，实现主系统的热油交换。

辅助泵有三个作用：1. 补偿主系统引起的泄漏；

2. 主系统油液的换热作用：

3. 提高主泵三的入口压力。

图 8.7 变量泵 -定量马达 容积调速回路

马达为定量马达 ,改变变量泵排量 VP可使马达转速nM 随之成比例地变化。

MMpp nqqV

图 8.8 变量泵 - 定量马达容积调速回路

工作特性曲线 故称其为恒转矩调速

pM

p

M

p

M

MM V

V

n

V

q

V

qn

MM Vp

T2

ppMMM npVTnP 2

)(线性 Mp nV

)(线性 Mp PV

无影响Mp TV

2 、定量泵 -变量马达式容积调速回路

定量泵，转速、排量不变

变量泵，排量可以调节

安全阀

补油泵

补油泵的低压溢流阀

ppMMM

MM

pM

p

M

p

M

MM

npVTnP

Vp

T

VV

n

V

q

V

qn

22

)(

)(

线性

无影响

MM

MM

MM

TV

PV

nV

故称其为恒功率调速图 8.9 定量泵 - 变量马达容积调速回路 工作特性曲线

3 、 变量泵 -变量马达式容积调速回路

低压溢流阀

5

3

8

74

6

安全阀

双向变量泵 双向变量马达

辅助泵

5

3

8

74

6

这种回路是上述两种回路的组合。由于泵和马达的排量都可以改变，扩大了调速范围，增加了扭矩和功率输出特性的选择。

设备→低速大扭矩启动；

高速恒功率输出

调速步骤：

MV⑴ 调至最大固定由小到大调泵的排量

变量泵 - 定量马达容积调速回路

M

pM V

qn

2MMVpT

MMM nVpP

⑵ pV 调至最大后固定。开始由大到小调马达的排量

定量泵 - 变量马达容积调速回路

M

pM V

qn

M

pM

n

qpT

2

pMqpP