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液压系统的节流调速回路原理

dafabet888官方网站:2016-11-05 浏览次数:1900
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       在整个液压系统中,调速回路基本可以分为节流调速、容积调以及联合调速三种,而在节流调速中,我们根据其流量控制阀在回路的位置不同可分为进口节流、出口节流和旁路节流三种;根据流量控制阀的类型不同可分为普通节流阀的节流调速回路和调速阀的节流调速回路。
    (1)普通节流阀的节流调速回路
    ①进口节流调速回路
1、油路组成及调速原理。进口节流调速回路主要由定量泵、溢流阀、节流阀、执行元件——液压缸等组成,节流阀装在液压缸的进油路上,即串联在定量泵和液压缸之间,溢流阀与其并联成一溢流支路,如图X(a)所示。
    通过调节节流阀的阀口大小(即其通流面积),则改变了并联支路的油流分配(如调小节流阀阀口时,将减小进口油路的流量,增大溢流支路的溢流量),也就改变了进入液压缸的流量,从而调节执行元件的运动速度。必须注意,在这种调速回路,节流阀和溢流阀合在一起才起调速作用,因为定量泵多余的油液须通过溢流阀流回油箱。由于溢流阀有溢流,泵的出口压力就是溢流阀的调整压力,并基本保持定值。
2、性能特点
    1.速度一负载特性。速度一负载特性是指执行元件的速度随负载变化而变化的性能。这一性能可用速度一负载特性曲线来描述。
    当液压缸在稳定工作时(即液压缸克服外负载力F作等速运动时),其受力平衡方程式为
                           p1A1=p2A2+F                        
式中  A1,A2——液压缸无杆腔、有杆腔的有效工作面积;
      pl,p2——液压缸进、回油腔的压力。
    由于回油腔通油箱,不计管路的压力损失时,p2可视为零,则
                           p1 =F/A1                          
    节流阀前后压力差为
                         △p=pp-p1=pp-F/A1                   
    液压泵的供油压力pp由溢流阀调定后基本不变,因此节流阀前后压差△p将随负载F的变化而变化。
    根据节流阀的流量特性方程,通过节流阀的流量为
                      q1=KAv(△p)m=KAV(pP-F/A1)m          
式中Av——节流阀阀口的通流面积。
    则活塞的运动速度为
                      v=q1/A1=KAv/A1(pP-F/A1)m              
    此为进口节流调速回路的速度一负载特性,它反映了在节流阀通流面积Av一定的情况下,活塞速度v随负载F的变化关系。若以v为纵坐标,以F为横坐标,以Av为参变量,则可绘出如图X(b)所示的速度一负载特性曲线。

液压系统的节流调速回路

    由图X(b)和式(7-5)可知,当其他条件不变时,活塞的运动速度v与节流阀的通流面积Av成正比,故调节Av就可调节液压缸的速度。由于薄壁小孔节流阀的最小稳定流量很小,故可得到较低的稳定速度。这种调速回路的调速范围(最高速度和最低速度之比)大,一般可大于100。
    由图X(b)和式(7-5)还可知,当节流阀的通流面积Av一定时,随着负载F的增加,节流阀两端压差减小,活塞的运动速度v按抛物线规律下降。通常负载变化对速度的影响程度用速度刚度Tv表示。所谓速度刚度就是速度负载特性曲线上某点切线斜率的倒数,斜率越小即曲线越平,速度刚度越大,负载变化对速度的影响越小,速度的稳定性就越好。
    根据速度刚度的定义,则有
       Tv=-ρF/ρv=-1/ρv/ρF=-tanα              
    式中,α表示速度一负载特性曲线上某一点的切线角。因随着负载的增加,速度将下降。为保持Tv为正值,在式(7-6)前加一负号。
    由式(7-5)、式(7-6)可求得速度刚度为
                      Tv=A21/KAvm(pP-F/A1)1-m              
    由式(7-7)及图X可以看出,当节流阀通流面积Av一定时,负载F越小,速度刚度越大;当负载F-定时,节流阀通流面积Av越小,速度刚度越大;适当增加液压缸的有效工作面积Av和提高液压泵的供油压力pP可提高速度刚度。
    由上述分析可知,这种调速回路在低速小负载时的速度刚度较高,但在低速小负载的情况下功率损失较大,效率较低。
3、最大承载能力。由图X(b)可以看出,三条(多条也一样)特性曲线交于横坐标轴上的一点,该点对应的F为最大负载,这说明在pP调定的情况下,不论Av如何变化,液压缸的最大承载能力Fmax是不变的,即最大承载能力与速度调节无关。因最大负载时缸停止运动,令式(7-5)等于零,得Fmax值为
                            Fmax=pPA1                      
    故这种调速方式称为恒推力调速(执行元件是液压马达时为恒扭矩调速)。

4、功率和效率。液压泵的输出功率为  Pp =pPqP=常量
    液压缸输出的有效功率为  Pl=Fv=F(ql/A1)=p1ql
    回路的功率损失(不考虑液压缸、管路和液压泵上的功率损失)为
△P =Pp-P1=pPqP-p1q1
=pP(ql+q3)-(pP-△p)q1
=pPq3+△pq1                            (7-9)
    从式(7-9)可知,这种调速回路的功率损失由溢流损失pPq2和节流损失Δpq1两部分组成。
    而回路的效率η为
                          η=P1/Pp =p1q1/pPqP                 (7-10)
    由于两种损失的存在,故回路效率较低,特别是速度低、负载小时更是如此。

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