速度控制回路功能分析

课程名称 授课班级 授课时间 教学单元名称 液压与气压传动技术 第7章 液压基本回路 7.1速度控制回路功能分析 掌握节流调速回路、容积调速回路、容积节流调速回路基本构成，速度负载特性及功率效率分析和适用场合。 单元能力培养目标 知识点 技能点 熟悉节流调速回路、容积调速回路、容积节流调速回路的基本构成，速度负载特性及功率、效率分析和适用场合，学会搭接速度控制回路。 以改变液压缸流量和液压马达排量，说明三种速度调节控制方式和控制要求，单元教学设计 引入本节内容，说明节流调速回路、容积调速回路、容积节流调速回路的速度负载特性分析及功率、效率、最大承载能力及回路适用场合。 单元教学方式 多媒体＋课堂理论讲授+实训动手搭接基本速度控制回路 知识拓展 高教社《液压与气压传动技术》网络课程（http：//4a.hep.com.cn） 作业 作业：7-2、7-3、7-4、7-6 课后记

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【教学内容】 【手段:采用资源库中液压基本回路的动画】

第6章 液压基本回路

7.1 速度控制回路功能分析

速度控制回路是对液压系统中执行元件的运动速度和速度切换实现控制的回路。 速度控制回路分类 调速、快速、换速回路 7.1.1调速回路 调速回路调速原理

液压缸： vqA 液压马达：nqVm，由此可知： 改变q、Vm、A，皆可改变v或n，一般A是不可改变的。 液压缸：改变q，即可改变v 液压马达：既可改变q，又可改变Vm 调速回路主要有以下三种方式：

(1)节流调速回路：用定量泵供油，改变q。

(2)容积调速回路：改变变量泵或)改变变量马达的Vm。 (3)容积节流调速回路：即可改变q，又可改变Vm。 对调速的要求：范围大、稳定性好、效率高。 1.节流调速回路

◆按采用流量阀不同分为：节流阀节流调速，调速阀节流调速。

◆按流量阀安装位置不同分为：进油路节流调速、回油路节流调速、旁路节流调速。 （1）进口节流阀式节流调速回路 ①速度—负载特性

调速回路的速度—负载特性，也称机械特性。

液压缸在稳定工作时，其受力平衡方程式为：

p1AFp2A 式中：p——液压缸进油腔压力； 1p2——液压缸回油腔压力；

F——液压缸的负载； A——液压缸有效工作面积。

由于回油腔通油箱，p2视为零，则有 p1F

进油路节流调速回路 AF A

设液压泵的供油压力为pp，则节流阀进出口的压差为：ppPp1pP由小孔流量公式知，流经节流阀进入液压缸的流量为：q1CAT(pP

F) A2

式中：C——节流阀系数，视为常数； AT——节流阀过流截面积； ——节流阀指数。

qAF故液压缸的运动速度为： v1CTpp

AAA上式为进口节流调速回路的速度负载特性方程。 分析：v与A，F有关。 ◆当负载F恒定时， v 与

AT成正比，调节AT可实现无级调速，且调速范围较大(速度比

vmax 可达100)。 vmin◆当AT调定后，v随负载F增大而减小。当FppA时，v=0。此时，ppPp10。 ◆速度负载特性曲线

AT↑→曲线越陡，特性越软；

FL↑→曲线越陡，特性越软；

②功率特性

该调速回路的输入功率，即液压泵输出功率Ppppqp常数 该调速回路的输出功率，即液压缸的输入功率P 1p1q1 回路的功率PPPP 1pPqPp1q1pPqpq1 式中：qP——液压泵供油流量； q ——溢流阀溢流量。 这种调速回路的功率损失由两部分组成，即溢流损失ppq和节流损失pq1。

回路效率为： Ppq111 Ppppqp 回油节流阀式节流调速回路 由上可知，节流阀进口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液压系统。

(2)出口节流阀式节流调速回路

它是将节流阀放置在回油路上，用它来控制从液压缸回油腔流出的流量，也就控制了进入液压缸的流量，达到调速的目的。

回油节流阀式节流调速回路的静态特性与进口节流阀式节流调速回路完全相同，不再赘述。 ◆回油节流与进由节流比较 速度负载特性相同

回油节流p2p0，能承受负值负载，速度平稳性好；并且流经节流阀而发热的油液，可直接流回油箱冷却。

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进油节流，液压缸运动到终端停止，进油压力上升，可用压力继电器，易于控制 单杆缸无杆腔进油，进油节流低速时AT大，速度稳定性较好。 (3)旁路节流阀式节流调速回路

旁路节流阀式节流调速回路如图7-4所示。它是将节流阀安放在与执行元件并联的支路上，用它来调节从支路流回油箱的流量，以控制进入液压缸的流量来达到调速的日的。回路中溢流阀起安全阀作用，泵的工作压力不是恒定的，它随负载发生变化。

旁路节流调速回路 旁路节流调速速度负载特性曲线 ①速度-负载特性 旁路节流调速回路的速度-负载特性方程为：

FFqk()CA()t1TqtAA v AA式中：qt——泵的理论流量； k1 ——泵的泄漏系数。 特性曲线分析

AT越大，曲线越陡，特性越软；FL越大，曲线越平缓，特性越硬；最大承载能力，AT越小，FLmax越大

当负载F恒定时，v随AT的增大而减小，当AT调定后，v随负载的增大而减小。 ②最大承载能力

旁路节流调速回路的最大承载能力随节流阀开口面积AT的增大而减小，即该回路低速时承载能力很差，调速范围也小。

③功率特性

旁路节流调速回路无溢流损失p1，有节流损失p2，回路效率较进油。回油回路的效率高 适用于高速、重载且对速度平稳性要求不高的较大功率的液压系统。

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④调速范围 这种调速回路的调速范围不仅与节流阀的调速范围有关，而且还与负载、液压缸的泄露有关。因此其数值要比进口、出口节流阀式调速回路的调速范围要小。

(4)采用调速阀的节流调速回路

由于调速阀本身能在负载变化的变件下保证节流阀进、出油口间压差基本不变，通过的流量也基本不变，因而回路的速度-负载性将得到改善，旁路节流调速回路的承载能力也不会因活塞速度降低而减小。调速阀节流调速回路的速度-负载特性曲线如图7-6所

2.容积式调速回路

图7-6 调速阀式节流调速回路 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的速度负载特性曲线 节执行元件的运行速度。

特点：

无p1和p2，回路效率较高，用于大功率系统 速度-负载特性较软，低速时性能差（泄漏大） 油路的循环方式

开式油路 通过油箱，冷却好，便于杂质沉淀，油气隔绝差。 闭式油路

无油箱，设辅助泵补油，结构紧凑，油气隔绝好，散热差。 (1) 变量泵和定量执行元件组成的容积调速回路

变量泵与液压缸 变量泵与液压缸组成的容积调速回路 组成的容积调速回路 速度—负载特性曲线

当不考虑管路、液压缸的泄漏时，液压缸的速度和压力损失为：

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变量泵一定量马达 变量泵一定量马达容积调 容积调速回路 速回路速度—负载特性 vqPA1qtk1A1FA1VPnPk1A1FA1

A12回路的速度刚性为：kv

k1闭式循环的变量泵一定量马达组成的容积调速回路。在不考虑管路压力损失和泄漏时，马达

转速为：nm回路分析

qpVpVpnpk1Vm2TmVm

PM，调节P↑↓→M↑↓ 调速 M转矩和功率 TMpPVM2,调速时TM不变—恒转矩

nqVqnPMpPVMnM,调速时P变化

MpVmmm 该回路输出的最大转矩为：Tmmax2

回路输出的最大功率为：

Pmmax2TmmaxnmpVmnmmmpynPVPmm

综上所述，变量泵和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，马达可实现平稳的反向。 （2）定量泵—变量马达容积调速回路回路

定量泵—变量马达回路。这种回路的nP和VP均为常数，改变Vm时，Tm与Vm成正比变化，nm与Vm成反比（按双曲线规律）变化。当Vm减小到一定程度，Tm不足以克服负载时，马达便停止转动。在不考虑泵和马达效率变化的情况下，由于定量泵的最大输出功率不变，因而在改变Vm时，马达的输出功率P故称这种回路为恒功率调速回路。这种回路，能最大限度发挥原动机的作m也不变，

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用。要保证输出功率为常数，马达的调节系统应是一个自动的恒功率装置，其原理就是保证马达的进、出口压差pm为常数。

定量泵—变量马达容 定量泵—变量马达式容积调速回路 积调速回路 工作特性曲线 （3）变量泵和变量马达调速回路 变量泵-变量马达调速回路 变量泵-变量马达调速回路 1-变量泵 2-变量马达3-安全阀 工作特性曲线 4-补油泵 5-溢流阀 调节变量泵和变量马达均可调节液压马达的转速，所以这种回路的工作特性是上述两种回路工作特性的综合。其理想情况下的特性曲线如图所示。这种回路的调速范围很大，等于泵的调速范围和马达调速范围的乘积。这种回路适用于大功率的液压系统。

3.容积节流调速回路

（1）限压式变量泵—调速阀式容积节流调速回路

变量泵输出的流量qP和进入液压缸的流量q1相适应。当qPq1时，泵的供油压力qP上升，使限压式变量泵的流量自动减少到qPq1；反之，当qPq1时，泵的供油压力qP下降，该泵又会自动使qPq1。可见调速阀在回路中的作用不仅是使进入液压缸的流量保持恒定，而且还使泵的供油量和供油压力基本上保持不变，从而变量泵和进入液压缸的流量匹配。

这种容积节流调速回路的速度刚性、运动平稳性、承载能力及调速范围都和调速阀节流调速回路相同。

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限压式变量泵和调速阀 限压式变量泵和调速阀 的容积节流调速回路 的调速特性 （2）差压式变量泵-节流阀式的容积节流调速回路 由节流阀控制进入液压缸的流量q1，并使变量泵输出的流量

qp自动和q1相适应。当qpq1时，泵的供油压力上升，定子在

左右两侧控制柱塞的作用下向右移动，减小泵的偏心量，使液压泵输出的流量减小到qpq1。反之，当qpq1时，泵的供油压力下降，加大泵的偏心量，使泵输出的流量增大到qpq1。

输入液压缸的流量基本上不受负载变化的影响，因此，回路的速度刚性、运动平稳性和承载能力与限压式变量泵和调速阀组

图7-18差压式变量泵和节流阀 的容积节流调速回路 成的调速回路相似。此外，回路因能补偿由负载变化引起的泵泄漏量的变化，它在低速小流量场合下使用显得更优越。

容积节流调速回路不但没有溢流损失，而且泵的供油压力随负载而变化，回路中的功率损失只有节流阀压降造成的节流损失一项，因此发热少，效率高。

这种回路的效率表达式为 p1q1p1 pPqPp1p 这种回路适用于负载变化大，速度较低的中、小功率场合。

小结

1.节流调速回路速度负载特性及功率效率分析； 2.容积调速回路速度负载特性及功率效率分析。 3.容积节流调速回路速度负载特性及功率效率分析。

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