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液压传动技术爬模、千斤顶8

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第八章

调速回路

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前言
液压基本回路 指那些为了实现特定的功能而把某 些液压元件和管道按一定的方式组合起 来的油路结构。 液压系统 由一个或多个液压基本回路组成。

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§8-1 节流调速回路
工作原理

通过改变回路中流量控制元 件通流截面积的大小来控制流入 执行元件或自执行元件流出的流量,以 调节其运动速度。

按工作中回路压力是否随负载变化分: ? 定压式节流调速回路 ? 变压式节流调速回路
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一、定压式节流调速回路
定压式节流调速回路的一般形式如下:

7 13

进口节流式

出口节流式

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进、出口节流式
6

5

下面以“进口节流式”为主,进行讨 论
(一)、回路的特点:
1、液压泵的压力经溢流阀调定后,基本上 保持不变; 2、液压缸的输入流量由节流阀调节,定量 泵输出的多余油液经溢流阀排回油箱 — 回路正常工作的必要条件。 (二)、回路的机械特性:(v — F 的关系) 1、关系式:当不考虑回路中各处摩擦力作 用时,则有下式成立:
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整理(1),(2),(3)式,可得:

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2、机械特性曲线

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由图可知:当溢流阀的调整压力pp和节流
阀的通流截面积AT1调定之后 1)、对于调速阀而言: F↑↓ →v 不变 2)、对于节流阀而言: ①、F↑↓ →v↓↑ ②、当F=A1pp时,v = 0 即活塞停止运动; ③、定压式节流调速回路的承载能力是不 受AT1的变化影响的。
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(三)、回路速度刚性:活塞运动速度受负 载影响的程度,它是回路对负载变化抗 衡能力的一种说明。

某处的斜率↓→kv↑→机械特性越硬→活塞 运动速度受负载变化的影响↓→活塞在负载下 的运动越*稳。
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影响kv的因素: 1、当AT1不变时,F↓→kv↑ 2、当F不变时,AT1↓→kv↑ 3、pp↑或A1↑或φ↓→ kv↑ (pp,A1,φ的变化受其它条件的限制)

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(四)、回路的功率特性:以其自身的功率损失 (不包括泵、缸、管道的功率损失),功率 损失分配情况和效率来表达的。 1、功率损失: 定压式进口节流调速回路的输入功率 PP(即定量泵的输出功率)、输出功率P1和 功率损失△P分别为:

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2、功率损失分配 回路的功率损失包括两部分:
1)、溢流损失:△P1=Pp △ q 2)、节流损失:△ P2= △ PT1 q1 3、效率 1)、当液压缸在恒载下工作时(F不变):

影响因素:①、当q1∕qp↑(或△q↓) → ηc↑ ②、当p1∕pp↑(F↑) → ηc↑
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2)、当液压缸在变载下工作时: 当AT1不变时,若F↑↓→p1↑↓→q1 ↓↑
∵ P1= p1q1

∴ 当p1= 0 或 p1= pp 时,P1= 0 因此,当p1在0 ~ pp之间变化时,P1有一 最大值,即:

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∴ 结论 整个回路的功率损失很大,回 路的效率很低。

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(五)、回路的调速范围Rc:以其所驱动 的液压缸在某个负载下可能得到的最大 工作速度和最小工作速度之比表示。

式中:RT1 — 节流阀的调速范围 结论

定压式进口节流调速回路的 调速范围只受流量控制元件调节 范围的限制。
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(六)、回路中组成元件的泄漏 1、液压泵处的泄漏较大,但只影响通过溢 流阀的流量; 2、节流阀和液压缸的泄漏很小; 结论 泄漏对回路各项性能的影响不大

(七)、回路的优缺点 结构简单,价格低,效率低,只宜用 在负载变化不大、低速、小功率的场合。
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二 、 变 压 回式 路节 流 调 速
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(一)、回路的特点 1、回路的工作压力随负载而变; 2、节流阀调节排回油箱的流量,从而间接 地控制了流入缸中的流量; 3、此回路的溢流阀起安全保护作用。 (二)、回路的机械特性 变压式节流调速回路的液压泵的泄漏 对液压缸的工作速度有影响,泄漏的大 小又直接与回路的工作压力有关。即:
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式中:kl — 泵的泄漏系数 ∴
根据上式,按不同的AT值作图,可得 一组机械特性曲线。

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AT1<AT2<AT3

由图可知: 1、对于调速阀而言
AT1 AT3 AT2

F↑↓ → v 基本不变
2、对于节流阀而言

① 、当 AT不变时,F↑→ v↓↓
所以机械特性比定压式的“软”的多 ② 、当F到达某一数值时,v = 0 ③、回路的承载能力是变化的,即v↓(AT↑) → 承载能力↓
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(三)、回路的速度刚性

影响kv的因素 1、当AT不变时,F↑→ kv ↑ 2、当F不变时,AT↓(v↑) → kv ↑ 3、A1↑或φ↓或kl↓→ kv ↑
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(四)、回路的功率特性

∴ q1↑(v↑) →ηc ↑ 结论

变压式节流调速回路 的效率比定压式节流调速 回路的效率高。
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(五)、回路的调速范围

由上式可知:
1、Rc不只取决于RT,而且还和其它参数有关; 2、式中RT不是节流阀可能的调速范围(因为AT加 大到某值时v=0,再增加AT也不会起调速作用)。
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三、节流调速回路工作性能的改进
使用节流阀的节流调速回路,机械 特性都比较软,变载下的运动*稳性都 比较差。为了克服这一缺点,回路中的 流量控制元件可以改用调速阀或溢流节 流阀。
上述这些性能上的改进都是以加大 整个流量控制阀的工作压差为代价的 (一般工作压差最少须0.5MPa,高压调 速阀则须1MPa)。
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调速阀在进油路上

调速阀在回油路上
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调速阀在分支油路上

溢流节流阀在进油路上
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§8-2
工作原理

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。 注意 液压泵和执行元件 都是定量元件时,不能 进行容积调速。
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回路的特性
1、泵输出的油直接进入执行元件,不会发生节 流损失和溢流损失; 2、工作压力随负载变化,因此效率高,发热少。

回路的分类
1、按油液循环方式不同 ①、开式回路:泵从油箱吸油后输入执行元件,执 行元件排出的油直接回油箱。 ②、闭式回路:泵将油输入执行元件的吸油腔, 又从执行元件的回油腔处吸油。 2、按所用执行元件的不同 ? 泵 — 缸式容积调速回路 ? 泵 — 马达式容积调速回路
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一 、 泵 缸 式 开 式 容 积 调 速 回 路

一 、 泵 缸 式 容 积 调 速 回 路

( )





1、变量泵

2、安全阀

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1、回路特点 ? 执行元件的运动速度由变量泵的排量来调 节; ? 回路中的最大工作压力由溢流阀限定。
2、机械特性 若不考虑液压泵以外元件和管边的泄 漏,则

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下面按不同的q 值作图,可得一组机 械特性曲线。
t

由图可知
qt1>qt2>qt3 qt1 qt2

qt3

1)、当qt调节好后, F↑→v↓(∵变量泵有泄 漏); 2)、在低速下,当F增 大至某值时,v=0; 这时qt =泄漏量,即液 压泵向系统输入的 qp=0,所以这种回路 在低速下的承载能力 很差。
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3、回路的速度刚性kv 影响 kv 的因素: 1) 、 kv 不受 F 的影响; 2)、A1↑→ kv↑↑,或 kl ↓(泄漏↓)→ kv ↑

4、回路的调速范围

式中:Rp — 变量泵的调节范围; q — 变量泵的最大理论流量。
tmax

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(二)、泵 — 缸式闭式容积调速回路
1、辅助泵 2、溢流阀 3、换向阀 4、液动阀 5、单向阀 6、安全阀 7、变量泵 8、安全阀 9、单向阀
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一些元件在回路中的作用

1、双向变量泵:除了给液压缸供应所需的 油液外,还可以改变输油方向,使液压 缸运动换向(换向过程比使用换向阀*稳, 但换向时间长)。 2、两个安全阀:用以限制回路每个方向的 最高压力。 3、两个单向阀:“补油—变向”辅助装置 供补偿回路中泄漏和液压缸两腔流量差 额之用。
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4、换向阀:变换工作位置时,辅助泵输出 的低压油一方面改变液动阀的工作位置, 并作用在变量泵定子的控制缸 a或b上, 使变量泵改变输油方向;另一方面又接 通变量泵的吸油路,补偿封闭油路中的 泄漏,并使吸油路保持一定压力以改善 变量泵吸油情况。 5、辅助泵:输出的多余油液经溢流阀流回 油箱。 6、变量泵:只在换向过程中通过单向阀直 接从油箱吸油。 注意:这种回路的工作特性和开式的完全 相同。 37

二、泵—马达式容积调速回路
1、变量泵 — 定量马达式调速回路(恒转 矩调速回路) 特点:此回路的调
速范围较大,一般 可达Rc≈40。当回 路中泵和马达都能 双向作用时,马达 可以实现*稳的反 向。这种回路在小 型内燃机车、液压 起重机、船用绞车 等处的有关装置上 38 应用。

2、定量泵 — 变量马达式调速回路(恒功 率调速回路) 特点:这种回路 的调速范围很小, 一般只有Rc≦3。 不能用来使马达 反向。这种回路 在造纸、纺织等 行业的卷取装置 中得到了应用。
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3、变量泵 — 变量马达式调速回路

特点:这种回 路拓宽了调速 范围 ,即Rc = RPRM 。效率 较高,适用于 大功率场合。

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§8-3 容积节流调速回路
采用压力补偿型变量 工作原理 泵供油,用流量控制元件 确定进入液压缸或由液压缸流出的流量 来调节活塞的运动速度,并使变量泵的 输油量自动地与液压缸所需的流量相适 应。
没有溢流损失,效率 较高 ,速度稳定性比单纯 的容积调速回路好。
回路 的 优缺 点

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一 、 定 压 式 回 容 路 积 节 流 调 速
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回路的特点
1、这种回路使用了限压式变量叶片泵和调 速阀; 2、活塞运动速度v由调速阀中节流阀的通 流截面积A T来控制; 3、变量泵输出的流量qp和进入缸中的流量 q1自相适应: ? 当qp ﹥ q1时→泵的供油压力↑→变量泵 的流量自动↓→ qp≈ q1;
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? 当qp ﹤ q1时→泵的供油压力↓→变量泵 的流量↑→ qp≈q1; 4、调速阀的作用 ? 使进入缸中的流量保持恒定; ? 使泵的供油压力,供油量基本上不变, 从而使泵和缸的流量匹配; 5、回路的速度刚性,运动*稳性,承载能 力和调速范围都和与它对应的节流调速 回路相同; 6、这种回路最适用于负载变化不大的中、 小功率场合。
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二 、 变 压 式 回容 路积 节 流 调 速
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回路的特点
1、这种回路使用稳流量泵和节流阀; 2、节流阀控制着进入液压缸的流量q1,并使 变量泵输出流量qp自动和q1相适应; ? 当qp ﹥ q1时→泵的供油压力↑→泵内左,右 两个柱塞进一步压缩弹簧→e↓→泵的供油 量qp ↓→ qp ≈ q1 ; ? 当qp < q1时→泵的供油压力↓ →e ↑ →泵的 供油量qp ↑ → qp ≈ q1 ; 3、这种回路宜用在负载变化大,速度较低的 中,小功率的场合。
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§8-4 三类调速回路的比较和选用
一、调速回路的比较 液压系统中的调速回路应能满足如下的一 些要求,这些要求是评比调速回路的依据。 1、能在规定的调速范围内调节执行元件的工作 速度。 2、在负载变化时,已调好的速度变化愈小愈好, 并应在允许的范围内变化。 3、具有驱动执行元件所需的力或转矩。 4、使功率损失尽可能小,效率尽可能高,发热 尽可能小。
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三类调速回路主要性能比较
调速回路 类型
用节流阀调节 定压式 速度刚性 差 变压式 很差

节流调速回路
用调速阀或溢 流节流阀调节 定压 式 变压式 好

容积调速 回路 变量泵— 液压缸式

容积节流 调速回路 定压 式 变 压 式

主要性能
机械 特性

较好



承载能力


大 低 大

较差
小 较高 较小 低 大


大 较高 较小

较好
较大 最高 最小 大功率、 重载高速 的中高压 系统


大 较高 较小 高 小

调速特性 (调速范围) 功率特 性 效率 发热

适用范围

小功率、轻载或低速的中、低压系统

中小功率 的中压系 48 统

二、调速回路的选用
1、一般来说速度低的用节流调速回路;速 度稳定性要求高的用调速阀式调速回路, 要求低的用节流阀式调速回路。 2、负载小、负载变化小的用节流调速回路, 反之用容积调速回路或容积节流调速回 路。 3、一般情况下功率﹤3KW的用节流调速回 路;3~5KW的用容积节流调速回路或容 积调速回路;5KW以上的用容积调速回路。 4、费用低廉时用节流调速回路;允许费用 高时则用容积节流或容积调速回路。
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8-1、附图所示回路中,液压缸两腔面积分 别为A1=100cm2 ,A2=50cm2 , 当液压缸 的负载F从0增大到30000N时,液压缸向 右运动速度保持不变,如调速阀最小压 差Δp=5×105Pa ,试问: 1>、溢流阀最小调定压力pY 是多少(调压 偏差不计)? 2>、负载F=0时,泵的工作压力是多少? 3>、液压缸可能达到的最高工作压力是多 少?
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p1

A1 A2

F p2

pY pp

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解:1) ∵ pYA1= p2A + F= △pminA2+Fmax ∴ pY = ( △pminA2 )∕A1+ Fmax∕A 50 30000 = 0.5×106 × + = 3.25MPa 100 100 ×10-4
2

2) F=0时,液压泵的压力不变,仍为 pp= 3.25MPa 3) F=0时,液压缸的工作压力最高,即 pYA1= p2max A ∴ p2max= pYA1/A = 3.25 ×100/50=6.5MPa
2 2

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8-2、能否实现“夹紧缸Ⅰ先夹紧工件,进给缸Ⅱ 再移动”的要求(夹紧缸Ⅰ的速度须能调节)? 为什么?该怎么办? Ⅰ


pY pp px

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答:1)不能实现。 2) 因为节流阀的存在要求部分油液通 过溢流阀,所以pp= pY;而px﹤pY ,顺序 阀必然打开,两缸同时动作。 3)改进办法是将内控顺序阀改为液控 顺序阀。

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pY pp px

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8-3、附图所示的进口节流 调速系统中,液压缸大 小腔面积各为A1=100cm2 , A2=50cm2,Fmax=25000N p1 1>、如果节流阀的压降在 Fmax 时 为 30×105Pa , 问 液压泵的工作压力pp和溢 pp 流阀的调整压力各为多 少? 2>、若溢流阀按上述要求 调好后,负载从 Fmax=25000N降到15000N 时,液压泵工作压力和 活塞的运动速度各有什 么变化?

F A1 A2

pY

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解:1) ∵ p1 A1 = F ∴ p1=F/A1=25000/100×10-4 = 25 ×105MPa pp=p1+△p节=(25+30)×105= 55 ×105MPa pY = pp = 55 ×105 MPa 2) 液压泵工作压力不变; 活塞运动速度增大。

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8-4、附图中,如变量泵的转速n=1000r/min, 排量V=40mL/r,泵的容积效率ηv=0.9,机 械 效 率 ηm=0.9, 液 压 泵 的 工 作 压 力 pp=60×105Pa,进油路和回油路压力损失 △p进=△p回=10×105Pa ,液压缸大腔面积 A1=100cm2 ,小腔面积A2=50cm2 ,液压缸 的容积效率ηv= 0.98,机械效率ηm= 0.95, 试求: 1>、液压泵电机驱动功率? 2>、活塞推力? 3>、液压缸输出功率? 4>、系统的效率?
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△p回 △p进

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解:1)∵ P出p= n V pp ηvp =1000×40 ×10-6 ×60 ×105 ×0.9/60 = 3600 w ∴ P电= P入p = P出p / ηp = 3600 / 0.9 ×0.9 = 4444.4 w 2) ∵ [(pp- △p进)A1-△p回A2] ηmg= F ∴ F = [(60-10) ×105 ×100 ×10-410×105 ×50 ×10-4] ×0.95 = 42750 N
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3) P出g= (pp -△p进) n V ηvpηvgηmg = (60-10) ×105 ×1000 × 40 × 10-6×0.95 ×0.9×0.98/60 = 2793 w 4) η= P出g / P电 = 2793 / 4444.4 = 0.625

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调速回路的内容已全部讲完 掌握的如何?
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