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1、容积调速回路容积调速回路容积节流调速回路容积节流调速回路几种其它回路几种其它回路 第九章第九章 容积调速回路和容积调速回路和 几种其它回路几种其它回路1 9-1 9-1 容积调速回路容积调速回路 容积调速回路是通过改变泵的排量或容积调速回路是通过改变泵的排量或（和）液压马达的排量来调节液压马达（或（和）液压马达的排量来调节液压马达（或液压缸）速度的回路。溶剂调速回路有变量液压缸）速度的回路。溶剂调速回路有变量泵和定量执行元件、定量泵和变量液压马达泵和定量执行元件、定量泵和变量液压马达以及变量泵和变量液压马达三种可能的组合，以及变量泵和变量液压马达三种可能的组合，下面对这三种组合情况调速回路的性
2、能作进下面对这三种组合情况调速回路的性能作进一步分析。一步分析。一、变量泵和定量执行元件组成的调一、变量泵和定量执行元件组成的调 速回路速回路二、定量泵变量马达容积调速回路二、定量泵变量马达容积调速回路三、变量泵和变量马达容积调速回路三、变量泵和变量马达容积调速回路2一、变量泵和定量执行元件组成的调一、变量泵和定量执行元件组成的调速回路速回路 这种调速回路可由变量泵与液压缸或变这种调速回路可由变量泵与液压缸或变量泵与定量马达组成，回路原理见下图。左量泵与定量马达组成，回路原理见下图。左图为结构简图，右图为回路原理图。图为结构简图，右图为回路原理图。3 变量泵与定量执行元件所组成的容积调变量泵与
3、定量执行元件所组成的容积调速回路的主要工作特性如下：速回路的主要工作特性如下：（1）速度特性：速度特性反映的是执行元）速度特性：速度特性反映的是执行元件的速度件的速度vm与变量泵调节参数与变量泵调节参数qp（排量）的（排量）的关系。当不考虑回路的容积效率时，执行元关系。当不考虑回路的容积效率时，执行元件的速度为：件的速度为： nm=npqp/qm 或或 vm=npqp/A由上式可知：马达的由上式可知：马达的 转速与变量泵的排量转速与变量泵的排量 成正比，它是一条通成正比，它是一条通 过原点的直线，如图过原点的直线，如图 虚线所示。虚线所示。4（2 2）转矩和功率特性：即执行元件输出转）转矩和功
4、率特性：即执行元件输出转矩矩T Tm和输出功率和输出功率PmPm与变量泵调节参数与变量泵调节参数q qp之间之间的关系。当不考虑回路的损失时，液压马达的关系。当不考虑回路的损失时，液压马达的输出转矩的输出转矩T Tm为：为： T Tm=q=qm(P(Pp-P-P0)F=A(P)F=A(Pp-P-P0) )由式可知：当泵的输由式可知：当泵的输 油压力和吸油路压力油压力和吸油路压力 不变时，马达的输出不变时，马达的输出 扭矩是恒定的，而与扭矩是恒定的，而与 变量泵的调节参数无变量泵的调节参数无 关。故其称为恒转矩关。故其称为恒转矩 推力调速，其特性曲推力调速，其特性曲 线如图。线如图。5 同样，由
5、于存在泄漏、机械摩擦等损失，同样，由于存在泄漏、机械摩擦等损失，当当qp小于一定值时，小于一定值时，Mm也会等于零而存在也会等于零而存在一个死区。所以实际转矩一个死区。所以实际转矩Tm特性曲线如图中特性曲线如图中实线所示。次回路中执行元件的输出功率为：实线所示。次回路中执行元件的输出功率为： Pm=(Pp-P0)=(Pp-P0).npqp或或 Pm=nmTm =qpnpTm/qm上式表明，执行元件上式表明，执行元件 输出的功率随变量泵输出的功率随变量泵 的排量的增减而线性的排量的增减而线性 地增减，其理论与实地增减，其理论与实 际的功率特性曲线如际的功率特性曲线如 图。图。6 下图为定量泵与变
6、量马达组成的容积调下图为定量泵与变量马达组成的容积调速回路。图速回路。图(a)(a)为闭式回路，图为闭式回路，图(b)(b)为开式回为开式回路。两回路中路。两回路中1 1为定量泵，为定量泵，2 2为变量马达，为变量马达，3 3为安全阀，图为安全阀，图(a)(a)中中4 4为低压溢流阀，为低压溢流阀，5 5为补为补油泵。此回路是靠调节变量马达油泵。此回路是靠调节变量马达2 2自身的排自身的排量来实现量来实现 调速。调速。二、定量泵变量马达容积调速回路二、定量泵变量马达容积调速回路7回路主要工作特性：回路主要工作特性：变量马达的转速：变量马达的转速： n nm m=Q=Qp p/q/qm m 其中
7、其中Qp=C,Qp=C,可见变量马达的转速可见变量马达的转速n nm m与其排量与其排量q qm m成反比。即当排量成反比。即当排量q qm m最小时，马达的转速最小时，马达的转速最高，其特性曲线如图虚线所示。由于存在最高，其特性曲线如图虚线所示。由于存在容积损失和机械损容积损失和机械损 失等，当失等，当q qm m小到一定小到一定 值时，会带不动负载值时，会带不动负载 而使马达而使马达n nm m=0=0。此时。此时 定量泵的输出流量通定量泵的输出流量通 过安全阀泄漏回油箱过安全阀泄漏回油箱 或流回低压油路，所或流回低压油路，所 以也存在一个死区。以也存在一个死区。8液压马达的输出转矩液压马
8、达的输出转矩Tm和输出功率和输出功率Pm输出转矩输出转矩 Tm=qm(Pp-P0)输出功率输出功率 Pm=nmTm=Qp(Pp-P0)上式表明，定量泵和变量马达调速回路，液上式表明，定量泵和变量马达调速回路，液压马达的转矩压马达的转矩Tm与排量与排量qm成正比；其输出成正比；其输出功率功率Pm与调节参数与调节参数qm 无关，当进油路压力无关，当进油路压力 Pp和回油路压力和回油路压力P0不不 变时，变时，Pm=C。故此。故此 种调速回路为恒功率种调速回路为恒功率 调节，特性曲线如图调节，特性曲线如图 所示。所示。9三、变量泵和变量马达容积调速回路三、变量泵和变量马达容积调速回路 这种回路是上述
9、两种调速回路的组合，这种回路是上述两种调速回路的组合，下图是回路原理图。它是由双向变量泵下图是回路原理图。它是由双向变量泵2和和双向变量马达双向变量马达9等组成的容积调速回路。调等组成的容积调速回路。调节变量泵节变量泵2的排量和变量马达的排量都可调的排量和变量马达的排量都可调节马达的转速。补油泵节马达的转速。补油泵1向低压腔补油。安向低压腔补油。安全阀全阀5和和6用以用以 防止两个方向防止两个方向 的高压过载。的高压过载。10回路的工作特性：回路的工作特性：马达输出转速马达输出转速 nm=Qp/qm=qpnp/qm马达输出转矩马达输出转矩 Tm=qm(pp-pq)马达输出功率马达输出功率 Pm
10、=nmTm=qpnp(pp-p0) 由于此回路中既可用变量泵调速，又可由于此回路中既可用变量泵调速，又可用变量马达调速，因此要合理利用上述两种用变量马达调速，因此要合理利用上述两种调速回路的优点，克服其缺点，以达到既可调速回路的优点，克服其缺点，以达到既可扩大调速范围（一般可达扩大调速范围（一般可达i=100左右），又左右），又使其换向平稳，一使其换向平稳，一 般般 采用分段调速的方法。采用分段调速的方法。变量泵变量马达回路变量泵变量马达回路 的调速方法的特性曲的调速方法的特性曲 线如图所示。线如图所示。 结束结束11 9-2 9-2 容积节流调速回路容积节流调速回路 容积节流调速回路是采用特
11、定的变量泵容积节流调速回路是采用特定的变量泵和调速阀组成，它兼有节流调速回路和容积和调速阀组成，它兼有节流调速回路和容积调速回路的优点。无溢流损失、效率较高、调速回路的优点。无溢流损失、效率较高、低速稳定性好、调节方便，广泛应用于机床低速稳定性好、调节方便，广泛应用于机床液压系统。液压系统。一、限压式变量泵和调速阀的调速回路一、限压式变量泵和调速阀的调速回路二、稳流式变量泵和节流阀容积调速回二、稳流式变量泵和节流阀容积调速回 路路三、压力反馈式变量泵和节流阀容积节三、压力反馈式变量泵和节流阀容积节 流调速回路流调速回路四、调速回路的比较和选择四、调速回路的比较和选择12一、限压式变量泵和调速阀
12、的调速回路一、限压式变量泵和调速阀的调速回路 这种回路的原理和工作特性曲线如图这种回路的原理和工作特性曲线如图所示。左图为原理图，在图示位置时，活塞所示。左图为原理图，在图示位置时，活塞4快速向右运动。快速向右运动。13 这种调速回路与容积调速相比，活塞运这种调速回路与容积调速相比，活塞运动速度动速度v由调速阀调节与泵的泄漏无关，能由调速阀调节与泵的泄漏无关，能获得较低的稳定速度；与节流阀相比，它只获得较低的稳定速度；与节流阀相比，它只有节流损失而无溢流损失，因而效率较高。有节流损失而无溢流损失，因而效率较高。当不考虑泵、缸和管路损失时，回路的效率当不考虑泵、缸和管路损失时，回路的效率为：为：
13、 p=(p1-p2)(A2/A1)Q1/ppQ1=(p1-p2)(A2/A1)/Pp上式表明：当泵的工作压力上式表明：当泵的工作压力pp调的低一些，调的低一些，回路效率也就高一些。但为了保证调速阀正回路效率也就高一些。但为了保证调速阀正常工作，泵的供油压力常工作，泵的供油压力pp应比缸的负载压力应比缸的负载压力p1大大5x105Pa左右。为保证压力继电器可靠发左右。为保证压力继电器可靠发讯，泵的供油压力还需调的高些。所以其实讯，泵的供油压力还需调的高些。所以其实际工作特性曲线如上图际工作特性曲线如上图(b)中中ABC所示。所示。14二、稳流式变量泵和节流阀容积调速二、稳流式变量泵和节流阀容积调
14、速回路回路 在这种回路中，稳流式变量泵可用叶片式在这种回路中，稳流式变量泵可用叶片式泵或柱塞泵，节流阀可装在进油路上也可装泵或柱塞泵，节流阀可装在进油路上也可装在回油路上。图中为稳流式变量泵和装在进在回油路上。图中为稳流式变量泵和装在进油路上的节流阀组成的容油路上的节流阀组成的容 积节流调速回路。在图示积节流调速回路。在图示 位置时，泵位置时，泵3输出的压力输出的压力 油经换向阀油经换向阀5进入缸的左进入缸的左 腔，泵腔，泵3的定子处于左端的定子处于左端 位置，使转子与定子的偏位置，使转子与定子的偏 心处处于最大值心处处于最大值emax， 液压缸便快速向右运动。液压缸便快速向右运动。15 这种
15、回路的调速特性曲线如图所示。由这种回路的调速特性曲线如图所示。由图中可知，当节流阀上压差图中可知，当节流阀上压差 p小于或等于某小于或等于某一值一值 p3时，此作用在定子左右两边和不平衡时，此作用在定子左右两边和不平衡液压作用力，尚不足以克服变量泵右边平衡液压作用力，尚不足以克服变量泵右边平衡缸中弹簧的预压力，定子仍处于最左端，泵缸中弹簧的预压力，定子仍处于最左端，泵的偏心仍处于最大值，因的偏心仍处于最大值，因 而泵的流量而泵的流量Qp也为最大，也为最大， 如特性曲线的如特性曲线的AB段。图中段。图中 BC段表示变量泵的流量段表示变量泵的流量Qp 随随 p的变化而变化。的变化而变化。 16三、
16、压力反馈式变量泵和节流阀容积三、压力反馈式变量泵和节流阀容积节流调速回路节流调速回路 变量柱塞泵的流量大小取决于斜盘变量柱塞泵的流量大小取决于斜盘4的的倾角倾角 的大小，而的大小，而 大小是由变量活塞大小是由变量活塞3来控来控制的，变量活制的，变量活 塞塞3的位置又是的位置又是 由节流阀由节流阀2的压的压 差差p2来控制的。来控制的。 在图示位置时，在图示位置时， 控制压力控制压力p2=0， 变量活塞变量活塞3在其在其 上端的弹簧力上端的弹簧力 作用下处于最作用下处于最17下端位置，斜盘下端位置，斜盘4的倾角的倾角 最大，泵的输出流最大，泵的输出流量量Qp也最大，活塞快速运动。也最大，活塞快速
17、运动。 当液压缸工作进给时，换向阀当液压缸工作进给时，换向阀6换向，换向，缸的回油经节流阀缸的回油经节流阀2流回油箱，变量活塞流回油箱，变量活塞3在在节流阀的压差节流阀的压差 p=p2作用下克服弹簧力作用下克服弹簧力Fs而而上移，使倾角上移，使倾角 减小，泵的流量也自动相应减小，泵的流量也自动相应减小。当节流阀的开口调定后，减小。当节流阀的开口调定后，p2一定，一定， 也一定，泵的流量也就一定。所以调节节流也一定，泵的流量也就一定。所以调节节流阀的通流面积就可调节泵的输出流量，达到阀的通流面积就可调节泵的输出流量，达到调速目的。调速目的。 这种调速回路中泵的流量与节流阀的开这种调速回路中泵的流
18、量与节流阀的开口量及工作负载的变化量相适应，所以低速口量及工作负载的变化量相适应，所以低速稳定性好，效率较高，但泵的结构较复杂。稳定性好，效率较高，但泵的结构较复杂。181 1、三种调速回路特性的比较、三种调速回路特性的比较四、调速回路的比较和选择四、调速回路的比较和选择2 2、调速回路的选择、调速回路的选择调速回路的选择主要考虑以下问题：调速回路的选择主要考虑以下问题： （1 1）负载力、调速范围、负载特性和低速）负载力、调速范围、负载特性和低速稳压性要求。这些因素决定了所需压力、流稳压性要求。这些因素决定了所需压力、流量和功率。据统计，功率在量和功率。据统计，功率在2 2kWkW以下的以下
19、的液压系统宜采用节流调速；功率在液压系统宜采用节流调速；功率在3 35 kW5 kW以上时，宜采用容积调速。要求调速范围大以上时，宜采用容积调速。要求调速范围大而低速稳定性好的系统，采用节流阀调速或而低速稳定性好的系统，采用节流阀调速或容积节流阀调速。此外，负载变化大小，负容积节流阀调速。此外，负载变化大小，负载特性也是选择调速回路的依据。载特性也是选择调速回路的依据。19（2 2）工作条件的要求。当处于高温环境工）工作条件的要求。当处于高温环境工作时，应选择效率高、发热较小的容积调速作时，应选择效率高、发热较小的容积调速或容积节流调速，必要时可采用冷却措施。或容积节流调速，必要时可采用冷却措
20、施。对行走机构如工程机械，为减轻重量其油箱对行走机构如工程机械，为减轻重量其油箱不能做的很大，也宜采用效率高、发热小的不能做的很大，也宜采用效率高、发热小的容积调速回路。容积调速回路。（3 3）经济性要求。节流调速回路虽有成本）经济性要求。节流调速回路虽有成本较低的优点，但功率消耗大、效率低。有时较低的优点，但功率消耗大、效率低。有时从整个系统所用元件的数量和节省功率的观从整个系统所用元件的数量和节省功率的观点分析还不如采用容积节流调速或容积调速点分析还不如采用容积节流调速或容积调速更经济。更经济。结束结束20 9-3 9-3 几种其它回路几种其它回路一、液压马达串联回路一、液压马达串联回路二
21、、液压马达制动回路二、液压马达制动回路 三、限速补油回路三、限速补油回路四、双泵供油卸荷四、双泵供油卸荷21一、液压马达串联回路一、液压马达串联回路 在行走机械中，常直接用液压马达来驱在行走机械中，常直接用液压马达来驱动车轮，这时可利用液压马达串联时的不同动车轮，这时可利用液压马达串联时的不同特性，来适应行走机械的不同工况。图中，特性，来适应行走机械的不同工况。图中，电磁阀电磁阀2通电吸合，电磁阀通电吸合，电磁阀1处于常态位时，处于常态位时，两液压马达并联。这两液压马达并联。这 时行走机械有较大的时行走机械有较大的 牵引力，即液压马达牵引力，即液压马达 的输出扭矩较大，但的输出扭矩较大，但 速
22、度较低。当电磁阀速度较低。当电磁阀 1、2都通电吸合时，都通电吸合时， 两液压马达串联。这两液压马达串联。这 时行走机械速度较高，时行走机械速度较高， 但牵引力较小但牵引力较小。221 1、液压制动、液压制动二、液压马达制动回路二、液压马达制动回路 图中，在液压马达的回路上设置背压阀图中，在液压马达的回路上设置背压阀使液压马达制动。当二位三通电磁阀使液压马达制动。当二位三通电磁阀4在常在常态位时，液压马达态位时，液压马达1回油压力为阀回油压力为阀3的卸荷压的卸荷压力。当二位三通力。当二位三通 电磁阀电磁阀4吸合时，吸合时， 一方面油泵经溢一方面油泵经溢 流阀流阀2卸荷，另卸荷，另 一方面背压阀
23、一方面背压阀3 起作用，对液压起作用，对液压 马达起制动作用，马达起制动作用， 使马达很快停下。使马达很快停下。232 2、液压机械制动、液压机械制动 图中，液压马达上有一液压机械制动器，图中，液压马达上有一液压机械制动器，而其中制动快而其中制动快2的伸缩由制动缸的伸缩由制动缸3控制。当马控制。当马达正常旋转时，压力油进入缸达正常旋转时，压力油进入缸3，使制动块，使制动块2抬起。单向节流阀抬起。单向节流阀4的作用是控制动块的作用是控制动块2的抬的抬起时间，使松闸较起时间，使松闸较 慢。当电磁阀慢。当电磁阀1处处 于中位，泵卸荷时，于中位，泵卸荷时， 制动块制动块2在弹簧作用在弹簧作用 下很快下
24、压，使液下很快下压，使液 压马达迅速制动。压马达迅速制动。24三、限速补油回路三、限速补油回路 图中是液压马达补油回路。当换向阀上图中是液压马达补油回路。当换向阀上位工作时，压力油经单向阀位工作时，压力油经单向阀1进入汽车驱动进入汽车驱动马达，压力油将顺序阀马达，压力油将顺序阀2打开，因此马达的打开，因此马达的回油回油箱，此时汽车前进。当汽车下坡行回油回油箱，此时汽车前进。当汽车下坡行驶，产生高于供油速度的超速现象，马达此驶，产生高于供油速度的超速现象，马达此时变成泵，使时变成泵，使 进油腔变成进油腔变成 压压 油腔，此时阀油腔，此时阀2 关小，给马达关小，给马达 一个制动力矩，一个制动力矩， 使马达减速。使马达减速。25四、双泵供油卸荷四、双泵供油卸荷 在组合机床或压力机械液压系统经常应用在组合机床或压力机械液压系统经常应用双联叶片泵供油。当空程快进时双泵供油，双联叶片泵供油。当空程快进时双泵供油，工作进给或保压时大泵供油如图所示，快进工作进给或保压时大泵供油如图所示，快进时，双泵供油分别通过单向阀到液动机。工时，双泵供油分别通过单向阀到液动机。工作或保压时，液压作或保压时，液压 升高，卸荷阀打开，升高，卸荷阀打开， 大泵卸荷，仅小泵大泵卸荷，仅小泵 供油。供油。结束结束26
