1、第8章 调速回路和多缸运动回路,8.1 调速回路,8.2 多缸运动回路,返回,8.1 调速回路,1.概述,在液压传动系统中，调速回路占有重要的地位。例如在机床液压传动系统中，用于主运动和进给运动中的调速回路对机床加工质量有着重要的影响，而且，它对其他液压回路的选择起着决定性的作用。在不考虑泄漏的情况下，液压缸的运动速度由进入（或流出）液压缸的流量q及其有效作用面积A决定，即 （8.1）同样，液压马达的转速n由进入马达的流量q和马达的单转排量V决定，即 （8.2）,由上述两式可知，改变流入（或流出）液压执行元件的流量q，改变液压缸的有效作用面积A或液压马达的排量V，均可调节液压执行元件的运动速度
2、。一般来说，改变液压缸有效作用面积是困难的，所以常常通过改变流量q或排量V来调节液压执行元件速度，并且以此为基点可构成不同方式的调速回路。改变流量q有两种办法，其一是用流量控制阀调节，其二是用变量泵或变量马达调节。综合上述分析，按改变流量或排量的方法不同，可将液压调速回路分为三类：节流调速回路、容积调速回路和容积节流调速回路。,概述(2/2),2.节流式调速回路,节流调速回路是通过调节流量阀的通流截面面积的大小来控制流入液压执行元件或自执行元件流出的流量，以此来调节执行元件的速度。节流调速回路有不同的分类方法。按流量阀在油路中的位置的不同，可分为进口节流调速回路、出口节流调速回路、进出口节流调
3、速回路和旁路节流调速回路；按流量阀类型的不同，可分为节流阀式节流调速回路和调速阀式节流调速回路；按定量泵输出的压力是否随负载变化，又可分为定压式节流调速回路和变压式节流调速回路等。,回路结构和主要液压参数(1/4),1. 进口节流阀式节流调速回路（1）回路结构和主要液压参数（调速原理） 。进口节流阀式节流调速回路由定量液压泵、溢流阀、节流阀及液压缸（或液压马达）组成。节流阀串联在液压泵与液压执行元件之间的进油路上，回路结构如图8.1所示。通过改变节流阀的开口量（即通流截面面积AT）的大小，来调节进入液压缸的流量q1，进而调节液压缸的运动速度。定量液压泵输出的多余流量由溢流阀溢回油箱。因此，为了
4、完成调速功能，不仅节流阀的开口量能够调节，而且必须使溢流阀始终处于开启溢流状态，两者缺一不可。这样，在该调速回路中，溢流阀的作用一是调整并基本恒定系统的压力；二是将液压泵输出的多余流量溢回油箱。,回路结构和主要液压参数(2/4),在不考虑泄漏的情况下，进口节流阀式节流调速回路中液压泵的输出流量应该满足式 （8.3）式中： q1max 与液压缸最大速度相对应的通过节流阀的最大流量；qmin 通过溢流阀的最小溢流量；max 液压缸最大速度；A1 液压缸大腔的有效工作面积。从式（8.3）可以看出，通过溢流阀的溢流量q与液压缸运动速度的关系。当液压缸运动速度小时，溢流量q大；当速度 = 0时，溢流量q
5、最大，即qmax =qp。为了保证调速回路正常工作，当液压缸以最大速度运行时，通过溢流阀的流量不能小于溢流阀能稳定其阀前压力的最小溢流量qmin。要求稳定精度高时可取大些，否则可取小些。,回路结构和主要液压参数(3/4),在不考虑系统管路压力损失和液压缸背压腔（回油腔）压力的情况下，进口节流阀式节流调速回路中液压泵的输出压力应该满足式 （8.4）当液压泵的压力按式（8.4）所确定的值由溢流阀调定后，在回路工作过程中，不管执行元件的速度及负载力F是否变化，液压泵的输出压力pP不再改变。因此，这类回路又称为定压节流阀式节流调速回路。但是，当负载力变化时，节流阀的工作压差将随之变化。负载力增大，节流
6、阀工作压差减小；反之则增大。当负载力F为最大值Fmax时，节流阀的工作压差（即节流阀进出油口之间压力差）也不应小于pTmin。一般取节流阀的最小工作压差为0.3 0.4MPa，调速阀的最小工作压差为0.5 1MPa。中低压系统取小值，高压系统取大值。,回路结构和主要液压参数(4/4),式（8.3）和式（8.4）是设计和调定这种回路各液压参数的依据。若液压参数不合理，将导致回路效率降低或失去调速功能。如液压泵的流量取得过大或溢流阀的压力调整过高，将导致液压油流经溢流阀和节流阀的功率损失增大，回路效率降低。反之，若液压泵的流量不足时，将满足不了液压缸最大运动速度的要求，在这种情况下，无论怎样调大节
7、流阀的开口也不起作用，因为液压泵的流量已全部进入液压缸，溢流阀不溢流，节流阀失去了调整作用。液压缸的最大速度由液压泵的输出流量决定。出现这种速度失调情况时，液压泵的工作压力将由负载和节流阀阻力决定，已不再是溢流阀的调定压力。若溢流阀的调定压力过低时，液压缸将不能驱动大的负载而停止。因此上述表示液压参数关系的两个计算式是使该回路能正常工作，速度得到无级调节的基础，另外，也是分析回路特性的依据。,速度负载特性(1/4),（2）速度负载特性调速回路的速度负载特性也称为机械特性。它是在回路中调速元件的调定值不变的情况下，负载变化所引起速度变化的程度。 在进口节流阀式节流调速回路中，当液压缸的负载力改变
8、时，会导致节流阀的两端压差的变化。这样使通过节流阀的流量发生变化，从而导致液压缸速度变化。通过节流阀的流量用通用公式（3.35）表示时，在不考虑管路压力损失和泄漏的情况下，液压缸的速度用下式来表示，即（8.5）式中 液压缸速度（m/s）；C节流阀系数；AT节流阀通流截面面积（m2）；F液压缸负载（N）；节流阀指数。,速度负载特性(2/4),据式（8.5）按不同的AT值作图，可得到一组速度负载特性曲线，如图8.2所示。由式（8.5）及图8.2均可看出，液压缸速度随负载力F的增大而减小。当F= A1pP时，液压缸的速度为零。此时，节流阀的工作压差变为零。由此进一步可知，为了保证该回路正常工作，必须
9、使泵的工作压力pP大于负载压力pl（pl =F/A1），以保证节流阀上的工作压差大于零，即满足式（8.4）。另外，各曲线在速度为零时，都汇交到同一负载点上，说明该回路的承载能力不受节流阀通流截面面积变化的影响。,速度负载特性(3/4),应指出公式（8.5）是用来分析哪些因素影响液压缸的速度及影响程度的，当计算液压缸速度时所用的节流阀流量公式时，宜选用短孔（或薄壁小孔）或细长孔公式，而不宜用流量通用公式（3.35）。液压缸运动速度受负载影响的程度，可用回路速度刚性来kv评定。速度刚性用下式表示，即（8.6）回路速度刚性的物理意义是引起单位速度变化时负载力的变化量。它是速度负载特性曲线（图8.2）
10、上某点处斜率的倒数。在特性曲线上某处斜率越小（机械特性硬），速度刚性就越大，液压缸运动速度受负载波动的影响就越小，运动平稳性越好。反之会使运动平稳性变差。,速度负载特性(4/4),由式（8.5）和式（8.6）可求出进口节流阀式节流调速回路的速度刚性为（8.7）由式（8.7）和图8.2均可看出，当节流阀通流截面面积不变时（图中的同一曲线），负载越小，速度刚性越大；负载一定时，节流阀通流截面面积越小，速度刚性越大。因此，进口节流阀式节流调速回路的速度稳定性在低速小负载的情况下，比高速大负载时好。从式（8.7）还可看出回路中其他参数对速度刚性的影响。例如：提高溢流阀的调定压力，增大液压缸的有效作用面
11、积，减小节流阀指数等，均可提高调速回路的速度刚性，但是，这些参数的变动，常常受其他条件的限制。此外，进口节流阀式节流调速回路的速度刚性不受液压泵泄漏的影响。,功率特性(1/3),（3）功率特性调速回路的功率特性是指回路在调速过程中的输出功率、输入功率、功率损失和回路效率随速度的变化情况。讨论回路功率特性时，不考虑液压泵、液压缸（或液压马达）和管路中的功率损失。这样，便于对不同调速回路功率特性进行比较。 进口节流阀式节流调速回路的输入功率，即液压泵的输出功率Pp为 （8.8）该调速回路的输出功率，即液压缸的输入功率，也就是回路的有效功率P1为（8.9）回路的功率损失P为（8.10）,功率特性(2
12、/3),式（8.10）表明，该回路的功率损失由两部分组成。一是溢流损失，它是在泵的输出压力pp下，流量q流经溢流阀产生的功率损失；二是节流损失，它是流量q1在压差pT下流经节流阀产生的功率损失。这两部分损失都变成热量使油温升高。回路的效率c为（8.11）由于存在上述两部分功率损失，所以回路效率较低。,功率特性(3/3),在恒定负载条件下，回路的功率及效率特性曲线如图8.3所示。回路在恒定负载情况下工作时，液压缸的工作压力p1，液压泵的输出压力pP，节流阀的工作压差pT等均为定值。因此，有效功率及回路效率随工作速度的提高而增大。回路在变负载下工作时，液压泵的工作压力需要按照最大负载的需求来调定，
13、而液压泵的流量又必须大于液压执行元件在最大速度时所需要的流量。这样，工作在低速小负载情况下时，回路的效率很低。因此，从功率利用率的角度看，这种调速回路不宜用在负载变化范围大的场合。,速度调节特性(1/1),（4）速度调节特性调速回路的速度调节特性是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（调速范围）来表示的。按式（8.5）可求得进口节流阀式节流调速回路的调速范围为 式中，Rc和RT1分别为调速回路和节流阀的调速范围；max和min分别为活塞可能得到的最大和最小工作速度；AT1max和AT1min分别为节流阀可能的最大和最小通流截面积。,回路结构和主要液压参数(1/
14、1),2. 出口节流阀式节流调速回路（调速原理）出口节流阀式节流调速回路如图8.4所示。其工作原理及其性能与进口节流调速回路类同，可自行分析讨论。（1）回路结构和主要液压参数由节流阀组成的出口节流调速回路在不考虑系统泄漏和管路压力损失的情况下，液压泵的输出流量qP应为 （8.12）液压泵的输出压力pp为（8.13）,当液压泵的输出压力按上式确定的值调定后，在回路工作过程中，该压力就不再变化，故这种调速回路也称为定压节流阀式节流调速回路。当负载变化时，会引起节流阀前后工作压差pT的变化。,速度负载特性(1/1),（2）速度负载特性在不计管路压力损失和泄漏的情况下，回路中液压缸的速度表达式为（8.
15、14）其速度负载特性曲线与图8.2类同。回路速度刚性kv为（8.15）,功率特性(1/3),（3）功率特性液压泵的输出功率Pp为：（8.16）有效功率P1为：（8.17）回路的功率损失P为：（8.18）回路效率ci为：(8.19)出口节流阀式节流调速回路的调速范围也取决于节流阀的调节范围。,功率特性(2/3),与进口节流阀式节流调速回路相比较，其特点是： （1）出口节流阀式节流调速回路中的节流阀能使液压缸回油腔形成一定背压，因而，它能承受负方向负载（与液压缸运动方向相同的负载力）。而进口节流阀式节流调速回路只有在液压缸回油路上设置背压阀后，才能承受负方向负载。但是，这样要增加进口节流阀式节流调
16、速回路的功率损失。 （2）在出口节流阀式节流调速回路中，流经节流阀而发热的油液直接流回油箱冷却。而进口节流阀式节流调速回路中流经节流阀而发热的油液，还要进入液压缸，不利于对热变形有严格要求的精密设备。 （3）对于单出杆液压缸来说，在出口节流阀式节流调速回路中，当负载变为零时，液压缸的背腔压力（有杆腔）将会升高很大，这样对密封不利。 （4）同一个节流阀放到进口调速可使液压缸得到比出口调速更低的速度。,功率特性(3/3),综上所述，节流阀的进口、出口节流调速回路，结构简单，造价低廉，但效率低，机械特性软，宜用在负载变化不大、低速小功率的场合，如某些机床（如磨床）的进给系统。另外，在液压缸的进、出油
17、路上，也可同时设置节流阀，两个节流阀的开口能联动调节。这就构成了进出口节流阀式节流调速回路。由伺服阀控制的液压伺服系统和有些磨床的液压系统就采用了这种调速回路。,回路结构和调速原理(1/2),3. 旁路节流阀式节流调速回路（调速原理）（1）回路结构和主要液压参数在定量液压泵至液压缸进油路的分支油路上，接一个节流阀，便构成了旁路节流阀式节流调速回路（图8.5）。改变节流阀的通流截面积，调节排回油箱的流量qT，间接地控制进入液压缸的流量q1，便可实现对液压缸速度的调节。,在不考虑系统管路压力损失及泄漏情况下，液压泵的输出流量应为（8.20）当液压缸的背压腔压力p2为零时，液压泵的输出压力为：（8.
18、21）,回路结构和主要液压参数(2/2),由式（8.21）可看出，在旁路节流阀式节流调速回路中，液压泵的工作压力是随负载而变化的。因此，这种回路也被称为变压式节流调速回路。为了防止回路过载损坏，与液压泵并联一个溢流阀，这时它起安全阀的作用。当回路正常工作时，安全阀不打开，只有过载时才开启溢流。,速度负载特性(1/3),（2）速度负载特性旁路节流阀式节流调速回路液压缸的速度为（8.22）式中：qt 液压泵的理论流量；k1 液压泵的泄漏系数。 依据式（8.22），按不同的AT值作图，得一组速度负载特性曲线如图8.6所示。,速度负载特性(2/3),式（8.22）和图8.6表明，在节流阀通流截面面积不
19、变的情况下，液压缸的速度因负载增大而明显减小，速度负载特性很软。主要原因有两点：其一是当负载增大后，节流阀前后的压差也增大，从而使过通节流阀的流量增加，这样会减少进入液压缸的流量，降低液压缸的速度；其二是当负载增大后，液压泵出口压力也增大，从而使液压泵的内泄漏增加，使液压泵的实际输出流量减少。当负载增大到某一值时进入液压缸的流量为零，液压缸停止不动。而且，节流阀通流截面面积越大（即液压缸速度越小），液压缸停止运动的负载力就越小。因此，旁路节流阀式节流调速回路中，当节流阀开口大时（即低速时），承载能力很差。,速度负载特性(3/3),旁路节流调速回路的速度刚性为（8.23）由式（8.23）及图8.
20、6均可看出，旁路节流阀式调速回路的速度刚性是很低的。特别在低速小负载的情况下，速度刚性更低。因此，这种回路只能用于负载较大、速度较高，但对速度稳定性要求不高的场合或者用于负载变化不大的情况。另外，从式（8.23）又可看出，液压泵的泄漏也对速度稳定性有直接影响，泄漏系数越大，速度刚性越低。,功率特性(1/1),（3）功率特性液压泵的输出功率Pp为（8.24）有效功率P1为（8.25）回路的功率损失P为（8.26）回路效率c为(8.27),速度调节特性(1/1),由式（8.26）可看出，旁路节流阀式节流调速回路的功率损失只有一项，即节流损失，没有溢流损失。因此，与进口和出口节流阀式节流调速回路相比
21、，旁路节流阀式节流调速回路的效率比较高。由于该回路中液压泵的输出压力与负载相适应，没有多余的压力损失，因此，在高速和变载的情况下效率更高，从式（8.27）也可以看出这一点。 （4）速度调节特性这种调速回路的速度调节特性不仅与节流阀本身有关，而且还与负载、液压泵的泄漏有关。因此，其调速范围要比进出口节流阀式节流调速回路的调速范围要小。,3.调速阀式节流调速回路,在上述的进口、出口和旁路节流阀式节流调速回路中，有一个共同的特点，即当负载变化时，要引起节流阀前后工作压差的变化。对于开口量一定的节流阀来讲，当工作压差变化时，通过的流量必然变化，这就导致了液压执行元件运动速度的变化。因此说，上述三种节流
22、阀式节流调速回路速度平稳性差的根本原因是采用了节流阀。在上述节流阀式节流调速回路中，用调速阀代替节流阀，便构成了进口、出口和旁路调速阀式节流调速回路，其速度平稳性大为改善。因为只要调速阀的工作压差超过它的最小压差值（一般为0.5 1 MPa），通过调速阀的流量便不再随压差而变化。,调速阀式节流调速回路(2/4),由调速阀组成的进口节流调速回路和出口节流调速回路的速度负载特性如图8.7所示。当液压缸的负载在0FA之间变化时，其速度不会随之变化。当负载大于FA时，由于调速阀的工作压差已小于调速阀正常工作的最小压差，其输出特性与节流阀式节流调速回路相同。因此其速度随负载的增大而减小；当负载增大到FB
23、时，液压缸停止运动（FB=ppA1）。由调速阀构成的进口和出口节流调速回路的其它特性与相应的节流阀式进口和出口节流调速回路类同。在计算和分析时可参照前述相应公式。,图8.7 进、出口调速阀式 节流调速回路速度负载特性,调速阀式节流调速回路(3/4),由调速阀构成的旁路节流调速回路的速度负载特性如图8.8所示。当液压缸的负载力在区间FA FB增大时，速度仍有所减小，但减小幅度不大。这是由液压泵的泄漏量随负载变化造成的。当负载增大到FB时，安全阀开启，液压缸停止运动；当负载小于FA时，由于调速阀的工作压差小于它正常工作的最小压差，其输出特性与节流阀相同，所以该段曲线与采用节流阀的旁路节流阀式节流调
24、速回路速度负载特性曲线的相应段一样。调速阀式旁路节流调速回路的其他特性与节流阀式旁路节流调速回路的类同，在计算和分析时可参照前述相应公式。,采用调速阀的节流调速回路在机床的中、低压小功率进给系统中得到了广泛的应用，例如：组合机床液压滑台系统、液压六角车床及液压多刀半自动车床刀架进给系统等等。,图8.8 旁路调速阀式 节流调速回路速度负载特性,调速阀式节流调速回路(4/4),图8.9为采用溢流节流阀的进口节流调速回路，由于溢流节流阀中的差压式溢流阀a具有自动恒定节流阀b两端压力差的作用，因此，当液压缸负载变化时，节流阀工作压差不变，通过的流量也不变，使液压缸的速度稳定。该回路的速度负载特性与调速
25、阀式进口节流调速回路的基本相同（图8.7）。该回路液压泵的工作压力与负载相适应，其大小随负载而变化。因此，在变负载下工作时，这种回路比调速阀式进口和出口节流调速回路的效率高。溢流节流阀只能置于液压缸的进油路上，不能设置在出油路和旁油路上。溢流节流阀中的溢流阀不能起过载保护作用，因此，该回路需另外设置安全阀。,4.容积式调速回路,节流调速回路由于存在着节流损失和溢流损失，回路效率低，发热量大，因此，多用于小功率调速系统。在大功率的调速系统中，多采用回路效率高的容积式调速回路。容积式调速回路是通过改变变量泵或变量马达的排量来调节液压执行机构的运动速度。在容积调速回路中，液压泵输出的液压油全部直接进
26、入液压缸或液压马达，无溢流损失和节流损失。而且，液压泵的工作压力随负载的变化而变化，因此，这种调速回路效率高，发热量少。容积调速回路多用于工程机械、矿山机械、农业机械和大型机床等大功率的调速系统中。,容积式调速回路液压系统的油液循环有开式和闭式两种循环方式。在开式循环回路中，液压泵从油箱中吸入液压油，执行元件的回油排至油箱。这种循环回路的主要优点是油液在油箱中能够得到良好冷却，使油温降低，同时便于沉淀油液中的杂质和析出气体。主要缺点是空气和其他污染物侵入油液机会多，侵入后影响系统正常工作，降低油液使用寿命。另外，油箱结构尺寸较大，占有一定空间。在闭式循环回路中，液压泵将油液压送到执行元件的进油
27、腔，同时又从执行元件的回油腔吸入液压油。闭式回路的主要优点是结构尺寸紧凑，空气和其他污染物侵入系统的可能性小。主要缺点是散热条件差，对于有补油装置的闭式循环回路来说，结构比较复杂，造价较高。,泵缸式容积调速回路(1/4),1. 泵缸式容积调速回路泵缸式容积调速回路的开式循环回路结构如图8.10所示。它由变量泵、液压缸和起安全作用的溢流阀组成。通过改变液压泵的排量VP，可调节液压缸的运动速度 。当不考虑管路、液压缸的泄漏和压力损失时，液压缸的速度为（8.28）,根据式（8.28）按不同VP值作图，可得一组速度负载特性曲线，如图8.11所示。由于变量泵的泄漏系数k1较大，当负载增大时，液压缸的速度
28、按线性规律下降；这样，当液压泵以小排量（低速）工作时，回路的承载能力变差。由式（8.28）可得出该回路的速度刚性为（8.29）,式（8.29）说明该回路的速度刚性只与回路自身参数A1和k1有关，不受负载和速度大小等工作参数的影响（这与节流阀式节流调速回路不同）。加大液压缸的有效工作面积A1和减小泵的泄漏系数kl均可提高回路的速度刚性。,泵缸式容积调速回路(2/4),图8.12所示为闭式循环的泵缸式容积调速回路。液压缸由双向变量泵7供油驱动，泵与缸之间组成闭式循环回路。改变泵的排量可调节液压缸的速度，改变泵的输出方向，可使液压缸运动换向。该回路设有补油和运动换向装置。当机动换向阀3和液动换向阀4
29、处于图示位置时，变量泵7的油口c为压油口，液压缸活塞向右运行。,泵缸式容积调速回路(3/4),图8.12 泵缸闭式容积调速回路 1补油泵；2溢流阀；3换向阀；4液动阀； 5，9单向阀；6，8安全阀；7变量泵,补油泵1输出的低压油经机动换向阀3和液动换向阀4的右位，向变量泵7的吸油口d补油。当换向阀3变换位置使左位接入系统时，补油泵1输出的压力油一方面使液动换向阀4的左位接入系统，同时作用在变量泵7的控制油缸a上，使变量泵7改变输油方向，这时，d为压油口，c为吸油口；另一方面经液动换向阀4的左位向变量泵7的吸油口c补油。溢流阀2用来调节补油泵1的工作压力（也就是液压缸回油腔和变量泵吸油口压力），
30、同时，将补油泵输出的多余油液溢回油箱。变量泵7只在换向过程中经单向阀5或9从油箱中吸油。两个安全阀6和8用以限定回路在每个方向上的最高压力，起过载保护作用。该闭式循环泵缸式容积调速回路的工作特性与上述开式循环回路完全相同。,泵缸式容积调速回路(4/4),变量泵定量马达式容积调速回路(1/4),2. 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图8.13为闭式循环的变量泵定量马达式容积调速回路。回路由变量泵4、定量马达6、安全阀5、补油泵1、溢流阀2、单向阀3等组成。改变变量泵4的排量，即可以调节定量马达6的转速。安全阀5用来限定回路的最高压力，起过载保护作用。补油泵1用以补充由泄漏
31、等因素造成的变量泵4吸油流量的不足部分。溢流阀2调定补油泵1的输出压力，并将其多余的流量溢回油箱。,图8.13 变量泵定量马达容积调速回路 1补油泵；2溢流阀；3单向阀； 4变量泵；5安全阀；6定量马达,在不考虑管路压力损失和泄漏时，马达转速为（8.30）将式（8.30）按不同的值VP作图，得一组速度负载特性曲线如图8.14所示。由图可知，由于变量泵和液压马达,的泄漏量，使马达转速随着负载转矩的增大而减小。当泵的排量Vp很小时，负载转矩不太大，马达就停止转动，这说明泵在小排量时（低转速）回路承载能力差。由式（8.30）可以导出回路的速度刚性为（8.31）由此可知，加大马达排量VM和减小泄漏系数
32、kl都可提高这种回路的速度刚性。,变量泵定量马达式容积调速回路(2/4),在正常工作条件下（除了Vp过小而不能承受负载的工况外）回路输出转矩与实际的负载转矩相等。回路的工作压力由负载转矩决定。因此，当负载转矩大时，回路的工作压力自动增大，负载转矩小时，回路的工作压力自动减小。当回路的工作压力随负载增大到安全阀调定的压力ps时，负载转矩如果再增大，回路就无力驱动负载，则马达停止转动。这样，安全阀的调定压力就决定了这种回路输出转矩的最大能力。该回路输出的最大转矩为（8.32）其中，p=ps-p0，p0为补油压力。由式（8.32）看出，该回路的最大输出转矩不受变量泵4排量Vp的影响，而且与调速无关，
33、在高速和低速时回路输出的最大转矩相同，并且是个恒定值，故称这个回路为恒转矩调速回路。,变量泵定量马达式容积调速回路(3/4),该回路的输出功率由实际负载功率决定。在不考虑管路泄漏和压力损失的情况下，当回路以最大转矩输出时，回路输出的最大功率为（8.33）综上所述，该回路的工作特性（nM-Vp， TM-Vp ， PM-Vp ）曲线如图8.15所示。变量泵定量马达容积调速回路的调速范围可达40左右。当回路中的液压泵和马达都能双向作用时，液压马达可以实现平稳地反向。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都得到了应用。,变量泵定量马达式容积调速回路(4/4),变量泵定量马达式容积
34、调速回路(1/3),（2）定量泵变量马达式容积调速回路 带有辅助泵补油装置的定量泵变量马达式容积调速回路类似图8.13所示，只是变量泵4改为定量泵，定量马达6改为变量马达。马达的转速通过改变它自身的排量VM进行调节。若不计管路泄漏及压力损失，马达的转速为（8.34）由式（8.34）可知，减小马达排量VM可使转速增加。根据式（8.34）按不同的VM值作图，可得一组速度负载特性曲线。由式（8.34）可导出该回路的速度刚性为（8.35）式（8.35）说明这种调速回路的速度刚性也是与马达排量VM的平方成正比。因此，当高速时（马达排量VM较小），回路的速度刚性很低，运动平稳性差。,在正常工作条件下，回路
35、的输出转矩与负载转矩相等，工作压力由负载转矩决定。回路能输出的最大转矩受安全阀调定压力限定，并且与马达排量成正比。其最大输出转矩同式（8.32）。式（8.32）表明，回路输出的最大转矩受调速参数VM的影响，在低速时（ VM大）输出转矩的能力大，高速（ VM小）时输出转矩能力小。当小到一定程度时，马达会突然停转，说明这种回路高速承载能力差。该回路输出功率的最大值同式（8.33）。由此可看出，定量泵变量马达式容积调速回路，输出功率的最大能力与调速参数VM无关。即回路能输出的最大功率是恒定的，不受转速高低的影响。因此，称这种回路为恒功率调速回路。,变量泵定量马达式容积调速回路(2/3),综上所述，定
36、量泵变量马达式容积调速回路的工作特性曲线（ nM-VM， TM-VM， PM-VM）如图8.16所示。由于液压泵和液压马达存在着泄漏和摩擦等损失，在VM= 0处附近，nM，TM ，PM也都等于零。,变量泵定量马达式容积调速回路(3/3),这种调速回路的调速范围很小，一般不大于3。这是因为过小地调节液压马达的排量VM，使其输出转矩TM将降至很小值，甚至带不动负载，使高转速受到限制；而低转速又由于马达及泵泄漏使其在低转速时承载能力差，故其转速不能太小。这种调速回路的应用不如上述回路广泛。在造纸、纺织等行业的卷曲装置中得到了应用，它能使卷件在不断加大直径的情况下，基本上保持被卷材料的线速度和拉力恒定
37、不变。,变量泵变量马达式容积调速回路(1/2),（3）变量泵变量马达式容积调速回路 图8.17为带有补油装置的闭式循环双向变量泵变量马达式容积调速回路。改变双向变量泵1的供油方向，可使双向变量马达2正向或反向转换。左侧的两个单向阀6和8保证补油泵能双向地向变量泵1的吸油腔补油，补油压力由补油泵4左侧的溢流阀5调定。右侧两个单向阀7和9使安全阀3在变量马达2的正反向时，都能起过载保护作用。,图8.17 变量泵变量马达容积调速回路 1变量泵；2变量马达；3安全阀； 4补油泵；5溢流阀；6、7、8、9单向阀,该回路马达转速的调节可分成低速和高速两段进行。在低速段，将变量马达2的排量调到最大，通过调节
38、变量泵1的排量来改变马达的转速。所以，这一速度段为变量泵定量马达式容积调速回路的工作特性。在高速段，是将变量泵1的排量调至最大后，改变液压马达2的排量来调节马达转速。所以，这一速度段为定量泵变量马达式容积调速回路的工作特性。图8.18为该回路的转矩和功率输出特性曲线。这种回路的调速范围是变量泵的调节范围Rcp与变量马达调节范围RcM之积。因此，调速范围大（可达100）。,变量泵变量马达式容积调速回路(2/2),这种回路适宜于大功率液压系统，如港口起重运输机械、矿山采掘机械等。,图8.18 变量泵变量马达容积调速回路工作特性,5.容积节流式调速回路,容积调速回路虽然效率高，发热少，但仍存在速度负
39、载特性软的问题。调速阀式节流调速回路的速度负载特性好，但回路效率低。容积节流调速回路的效率虽然没有单纯的容积调速回路高，但它的速度负载特性好。因此，在低速稳定性要求高的机床进给系统得到了普遍地应用。容积节流调速回路是采用压力补偿型变量泵供油，通过对节流元件的调整来改变流入或流出液压缸的流量来调节液压缸的速度；而液压泵输出的流量自动地与液压缸所需流量相适应。这种回路虽然有节流损失，但没有溢流损失，效率较高。,1. 限压式变量泵调速阀式容积节流调速回路图8.19为限压式变量叶片泵调速阀式容积节流调速回路。它由限压式变量叶片泵、调速阀和液压缸等主要元件组成。调速阀安装在进油路（也可安装在回油路）。,
40、限压式变量泵调速阀式容积节流调速回路(1/3),图8.19 限压式变量泵调速阀式容积调速回路,液压缸的运动速度由调速阀调节，变量泵输出的流量qP通过调速阀与进入液压缸的流量ql相适应。其原理是：在节流阀通流截面面积AT调定后，通过调速阀的流量ql是恒定不变的，而且qP=ql。因此，当AT调小，瞬时出现变量泵输出的流量qPql时，泵的出口压力上升，通过压力反馈作用（见限压式变量叶片泵工作原理章节），使限压式变量叶片泵的流量自动减小到qPql ；反之，当AT调大，瞬时出现变量泵输出的流量qPql时，泵的出口压力下降，压力反馈作用又会使其流量自动增大到qPql 。可见调速阀在这里的作用不仅使进入液压
41、缸的流量保持恒定，而且还使泵的输出流量恒定，并与液压缸流量相匹配。这样，变量泵的供油压力基本恒定不变，故又称为定压式容积节流调速回路。这种调速回路的速度刚性、运动平稳性、承载能力和调速范围都和与它对应的节流调速回路类同。,限压式变量泵调速阀式容积节流调速回路(2/3),图8.20为这种调速回路的调速特性。由图可见，这种回路虽然没有溢流损失，但仍然有节流损失，其损失的大小与液压缸的工作腔压力p1有关。当进入液压缸的流量为q1时，液压泵的供油流量应为qp = q1，供油压力为pp 。很明显，液压缸工作腔压力的正常工作范围是（8.36）当p1=p1max时，回路中的节流损失最小；p1越小，节流损失越
42、大。当液压缸回油腔（背腔）压力p2=0时，回路的效率为：（8.37）当p20时，回路的效率为：（8.38）,限压式变量泵调速阀式容积节流调速回路(3/3),图8.20 限压式变量泵调速阀式 容积调速回路的调速特性,2. 稳流量泵节流阀式容积节流调速回路稳流量泵节流阀式容积节流调速回路如图8.21所示。它由稳流量式变量叶片泵1、节流阀2、安全阀3和液压缸等主要元件组成。稳流量泵的定子左右侧各有一控制缸，左侧缸柱塞面积Ap1与右侧缸活塞杆的面积相等。节流阀的进油口与左侧缸和右侧缸的有杆腔相通；节流阀的出口与右侧缸的无杆腔相通。右侧缸无杆腔的面积为Ap2，由压力p1和压缩弹簧R产生的推力Fs可使定子
43、左移，增加偏心距e，从而使液压泵的排量增大。左侧缸及右侧缸有杆腔压力产生的推力pP，可使定子右移，减小偏心距e，使液压泵的排量减小。,稳流量泵节流阀式容积节流调速回路(1/4),该回路中液压缸的速度通过改变节流阀通流截面积AT，控制进入液压缸的流量q1来调节。当AT调定后，液压泵输出流量qp就自动地与通过节流阀的流量q1相匹配。比如，某时刻qpq1，泵出口压力pp升高，则控制缸作用在定子左侧的推力大于右侧的，定子右移，使泵的排量减小，直至qp=q1。反之，当qpq1时，pp减小，定子左移，使泵的排量增大，直到qp=q1 。由此可见， qp=q1的过程是一个自动调节过程。在这个自动调节过程中，为
44、了防止控制缸左右振动，在控制油路中设有阻尼孔a，用以增加控制系统的阻尼，提高稳定性。在这种回路中，当节流阀开口量调定后，输入液压缸的流量q1基本不受负载变化的影响而保持恒定。这是因为稳流量泵的控制回路能保证节流阀的工作压差不变，并且具有自动补偿泄漏的功能。依据控制缸对定子作用力的静态平衡方程可以导出节流阀工作压差p为（8.39）,稳流量泵节流阀式容积节流调速回路(2/4),由式（8.39）可知，节流阀的工作压差p由弹簧R的推力Fs决定。由于该弹簧刚度较小，工作中压缩量变化又很小，所以推力Fs基本恒定，且面积Ap2较大，故可保证节流阀的工作压差p基本不变，使节流阀的工作压差不受负载变化的影响，具
45、有调速阀的功能。其自动调节的物理过程是：当负载力变大使压力p1增大时，在液压泵的排量及输出压力pP未变的瞬间，由于节流阀的工作压差p减小，会使通过节流阀的流量q1减小；但是，在p1增大的同时，控制缸右腔的压力也增大，推动定子左移，增大液压泵的排量，使pP随之增大，维持压差p基本不变。在这一自动调节过程中，液压泵所增加的理论流量正好补偿了由于压力pP提高所增加的内泄漏量，因此液压泵的输出流量基本未变。反之，当负载变小从而使压力p1减小时，控制缸右腔的压力也减小，则定子右移，使排量减小，导致压力pP减小，维持压差不变。在这个调节过程中，液压泵减小的理论流量与压力pP降低所减少的泄漏量相当。因此，液
46、压泵的输出流量基本未变。,稳流量泵节流阀式容积节流调速回路(3/4),由上述可知，这种回路的速度刚性、运动平稳性和承载能力都和限压式变量叶片泵调速阀式容积节流调速回路相当。它的调速范围也只取决于节流阀的调速范围。该回路中液压泵的输出压力跟随负载而变化，因此，又称它为变压式容积节流调速回路，在节流阀出口并联一个溢流阀，起安全保护作用。 这种回路只有节流损失，无溢流损失。而且，由于泵的输出压力随负载的变化而增减，节流阀工作压差不变，故在变载情况下，节流损失比限压式变量叶片泵调速阀式容积节流调速回路小得多，因此，回路效率高，发热少。 当液压缸回油腔压力为零时，回路效率为（8.40）这种回路宜用于负载
47、变化大，速度较低的中、小功率场合，如某些组合机床的进给系统。,稳流量泵节流阀式容积节流调速回路(4/4),8.2 多缸运动回路,1. 顺序动作回路,(1) 行程控制的顺序动作回路行程控制是利用执行元件运动到一定位置（或行程）时，发出控制信号，使另一执行元件开始运动。 图8.22是用机动换向阀（又称行程阀）控制的顺序运动回路。,行程控制的顺序动作回路(2/3),电磁换向阀和行程换向阀处于图示状态时，左液压缸和右液压缸的活塞都处于左端位置（即原位）。当电磁换向阀的电磁铁通电后，左液压缸的活塞按箭头的方向右行。当液压缸运行到预定的位置时，挡块压下行程换向阀，使其上位接入系统，则右液压缸的活塞按箭头的
48、方向右行。当电磁换向阀的电磁铁断电后，左液压缸的活塞按箭头的方向左行。当挡块离开行程换向阀后，右液压缸按箭头的方向左行退回原位。该回路中的运动顺序与和与之间的转换，是依靠机械挡块推压行程换向阀的阀芯使其位置变换实现的，因此，动作可靠。但是，行程换向阀必须安装在液压缸附近，而且改变运动顺序较困难。,行程控制的顺序动作回路(3/3),图8.23是用行程开关和电磁换向阀控制的顺序运动回路。左电磁换向阀的电磁铁通电后，左液压缸按箭头的方向向右行。当它右行到预定位置时，挡块压下行程开关2，发出信号使右电磁换向阀的电磁铁通电，则右液压缸按箭头的方向右行。当它运行到预定位置时，挡块压下行程开关4，发出信号使左电磁换向阀的电磁铁断电，则左液压缸按箭头的方向左行。当它左行到原位时，挡块压下行程开关1，使右电磁换向阀的电磁铁断电，则右液压缸按箭头的方向左行，当它左行到原位时，挡块压下行程开关3，发出信号表明工作循环结束。,压力控制的顺序动作回路(1/1),这种用电信号控制转换的顺序运动回路，使用调整方便，便于更改动作顺序，因此，应用较广泛。回路工作的可靠性取决于电器元件的质量。 (2) 压力控制的顺序动作回路这种回路是利用系统工作过程中压力的变化来控制执行元件之间的顺序运动。回路的组成和工作原理见第6章中的顺序阀在液压传动系统中的应用一节。压力控制的顺序运动回路在定位夹紧等机构中获得应用。,
