液压系统节流调速回路分析及应用.pdf

2 0 1 0年 2月 第 3 8卷 第 4期 机床与液压 MACHI NE T OOL HYDRAUL I C S Fe b ． 2 01 0 Vo 1 ． 3 8 No ． 4 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 0 ． 0 4 ． 0 2 0 液压系统节流调速回路分析及应用 陈子建，王振涛，赵华 总后军事交通运输研究所，天津 3 0 0 1 6 1 摘要在分析3种常见节流调速回路的速度 一负载特性基础上，对这 3种节流调速 回路的优劣进行了比较，据此分析 它们的应用场合，并提出了两种简单可行的改进方法。 关键词液压系统；节流调速回路；特性分析；优化 中图分类号T H1 3 7 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 0 4 0 5 8 3 节流调速是液压传动控制系统的重要组成部分 ， 由于其回路结构简单、成本低、使用维护方便 ，在工 程机械中得 到 了广泛 的应 用。它 的调速 特性 主 要包 括速度一负载特性和 由此演变出的速度刚度。节流 调速的速度一负载特性是反映执行元件运行速度 随 负载变化稳定性好坏的重要指标，它对液压设备节 流调速系统的实际使用具有重要的指导意义。 1 节流调速回路特性分析 节流调速 回路是 指用定量泵 供油，用 节流 阀 或调速阀改变进入执行元件的流量使之变速。根 据流量阀在回路中的位置不同，分为进油节流阀调 速、回油节流阀调速和旁通节流阀调速 3 种回路。 1 ． 1 进 油 节流 阀调 速 回路 将节流阀串联在泵与缸之 间，即构成进油节流 阀调速回路 ，见图 1 a 。泵输出的油液一部分经节 流阀进人缸的工作腔，泵多余 的油液经溢流阀回油 箱 。由于溢流 阀有溢流 ，泵的出 口压力 P 。 保持恒定 。 调节节流 阀通流 面积 ，即可改 变通过 节流 阀的流量 ， 从 而调节缸 的速度 。 a 回路 b 速度- 负载特性曲线 图 1 进油节流阀调速回路 设 P 。 、P 分别为缸 的进油 腔和 回油腔 的压 力 由于回油通油箱 ， P 一0 ；F为缸的负载 ；通过节 流阀的流量为 q 。 ；泵的出口压力为 P ；A 为节流阀 孔口截面积；C 为流量系数 ； P 、 分别为液体密度 和动力黏度 ；d 、L分别为细长孔直径和长度；K为 节流系数 对薄壁孔 KC ／ p ，对细长孔 K d 2 ／ 3 2 ／ ． t ／ , ；m为由孔形状决定的指数 0 ． 5 ≤m≤1 对 薄壁孔 m0 ． 5 ，对 细 长孔 m 1 ，则 缸 的运 动速 度为 q 】 KAT ， F 、 ⋯ p 一 L ， 式 1 即为进油节流阀调速 回路的负载特性 方程。 按式 1 选用不 同的 A 值 ，可作 出一组速 度 一负载特性曲线，见图 1 b 。曲线表明速度随负 载变化的规律，曲线越陡，表明负载变化对速度的影 响越大 ，即速 度 刚度 越 小。 由图 1 b 可 以看 出 ①当节流阀通流面积 A 一定时，重载区比轻载区的 速度刚度小；②在相同负载下工作时，节流阀通流面 积大的比小的速度刚度小 ，即速度高时速度刚性差 ； ③多条特性 曲线汇交于横坐标轴上的一点，该点对 应的 F值即为最大负载，这说明最大承载能力 ， 一与 速度调节无关 ，因最 大负 载时 缸停 止运 动 0 ， 故由式 1 可 知该 回路 的 最大 承载 能力为 F 一 p p Al 。 1 ． 2 回油节 流 阀调速 回路 如图 2所示 ，将节流 阀串接在缸的 回油路上 ，即 构成回油节流阀调速回路 泵的出口压力恒定 。用 节流 阀调 节缸 的 回油 流量 ，实 现调 速 。缸 的运 动 速 度为 q 2 KAT ， A】 F 、 ， 、 p 一 L z J 式中A 为缸有杆腔的有效面积 ；q 为通过节流阀 的流量；其他符号意义与式 1 同。 比较式 2 和式 1 可以发现，回油节流阀 收稿 日期 2 0 0 9一 o 2 2 6 作者简介陈子建 1 9 8 3 一 ，男，助理工程师，主要从事船舶机械研究。电话 0 2 28 4 6 5 6 9 8 3 ，1 3 8 2 0 9 5 0 7 2 6 。E - m a i l c h e n z i j i a n l 1 1 1 s i n a ． c o m。 第 4期 陈子建 等液压系统节流调速回路分析及应用 5 9 调速与进油节流阀调速的速度 一负载特性及速度刚 度基本相 同，若缸两腔有效面积相同 双出杆缸 ， 则两种节流阀调速 回路的速度 一负载特性和速度刚 度就完全一样。因此 ，前面对进油节流阀调速回路 的分析和结论都适用于该回路。 图2 回油节流阀调速回路 1 ． 3 旁路 节流阀调速回路 如图 3 a 所示 ，这种回路是把节流阀接在与 执行元件并联的旁油路上。通过调节节流 阀的通流 面积，来控制泵溢 回油箱的流量，即可实现调速。由 于溢 流 已由节 流 阀承担 ，故溢 流 阀实 为 安全 阀，常 态时关闭，过载时打开，其调定压力为最大工作压 力的 1 ． 1 1 ． 2倍 ，故泵工作过程中的压力随负载而 变化。设泵的理论流量为 g l ，泵的泄漏系数为 k ， ，其 他符号意义同前，则缸的运动速度为 q l q 。 一k l F ／ A 1 一K A T F ／ A 1 ， 、 一 ■一 按式 3 选取不同的值可作出一组速度 一 负载 特性曲线 ，见图3 b ，由曲线可见 当节流阀通流 面积一定而负载增加时，速度下降较前两种 回路更 为严重 ，即特性很软 ，速度稳定性很差 ；在重载高速 时，速度刚度较好，这与前两种回路恰好相反。其最 大承载能力随节流 口A 的增加而减小，即旁路节流 调速 回路的低速承载能力很差 ，调速范 围也小 。 a 回路 b 速 度- 负 载特 性 曲线 图3 旁通节流阀调速回路 2 三种回路的比较与应用 2 ． 1 进油节流调速与回油节流调速 由于进油节流调速与 回油节流调速两回路的速 度 一 负载特性极为相似，所以很多方面在理论上它 们也都是一致的，但在实 际应用 中两种 回路也有许 多不 同之处 1 回油节流阀调节 回路的节流阀使缸 的回油 腔形成一定的背压 p ≠0 ，因而能承受负值负载 ， 并提高了缸的速度平稳性。 2 进油节流阀调速回路容易实现压力控制。 当工作部件在行程终点碰到死挡铁后，缸的进油腔 油压会上升到等于泵压，利用这个压力变化，可使并 联于此处 的压 力 继 电器发 出讯号 ，对 系统 的下 步 动 作实现控制 。而在 回油节流 阀调速 时 ，进 油腔压力没 有变化，不易实现压力控制。虽然工作部件碰到死挡 铁后，缸的回油腔压力下降为0 ，可利用这个变化值 使压力继电器失压发出讯号，对系统 的下步动作实 现控制，但可靠性差，一般不采用。 3 若回路使用单杆缸，无杆腔进油流量大于 有杆腔回油流量。故在缸径、缸速相同的情况下，进 油节流阀调速 回路的节流阀开 口较大，低速时不易 堵塞。因此，进油节流阀调速回路能获得更低的稳定 速度 。 4 长期停车后缸内油液会流 回油箱，当泵重 新向缸供油时，在回油节流阀调速回路中，由于进油 路上没有节流阀控制流量，会使活塞前冲；而在进油 节流阀调速回路中，活塞前冲很小，甚至没有前冲。 5 发热 及泄 漏对 进 油节 流 阀调速 的影 响均 大 于回油节流阀调速。因为进油节流阀调速回路中，经 节流阀发热后的油液直接进入缸 的进油腔；而在回 油节流阀调速 回路 中，经节流阀发热后的油液直接 流回油箱冷却。 2 ． 2旁路节流阀调速回路 通过对旁通节流 阀调速 回路的速度一负载特性 分析可知，旁路节流阀调速回路只有节流损失而无 溢流损失 ；泵压随负载变化而变化，即节流损失和输 入功率随负载而增减。因此，此回路效率比前两种回 路高 。但是 由于此 回路 的速度 一负载特性很 软 ，低 速 承载能力差 ，故其应用比前两种回路少。 2 ． 3优化 与 应 用 2 ． 3 ． 1 采用调速阀的节流调速回路 采用节流阀的节流调速回路 ，节流阀两端 的压 差和缸速随负载的变化而变化，故速度平稳性差。若 用调速阀代替节流阀，由于调速阀本身能在负载变 化的条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，所 以回路的速度 一负载特 性将得到改善 ，旁路节流调速回路的承载能力也不 因活塞速度降低而减小。采用调速阀与采用节流阀 的速度 一负载特性对比见图4 。 6 O 机床与液压 第 3 8卷 a 进 油调 速 回路 b 旁通 调速 回路 图4 调速阀与节流阀的速度 一 负载特性比较 2 ． 3 ． 2 采用溢流节流 阀的进油节流调速 回路 此回路是在进油节流调速系统中，用溢流节流 阀取代节 流 阀 或调 速 阀 而构成 。泵 不在 恒压 下 工作 属变压系统 ，泵 压随负载 的大小而 变 ，其效 率比进 口节流阀 或调速阀调速 回路高。此回路 适用于运动平稳性要求较高、功率较大的节流调速 系统 。 3结论 综上所 述 ，进 油 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 率场合。由于进油节流调速在实现压力控制的方便 性、停车后的启动性能、低速运动平稳性等方面优 于回油节流调速，故实际应用中，为了提高回路的 综合性能，很少采用回油节流调速回路 ，一般常采 用进油节 流调速 ，并在 回油 路上 加 背压 阀 ，使其 兼 具二者的优点。旁路节流调速回路，由于其速度 一 负载特性很软，低速承载能力差，所 以该回路只用 于高速、重载、对速度平稳性要求不高的较大功率 的系统 ，如牛 头刨 床 主运动 系统 、输 送 机械 液 压系 统 等。 参考文献 【 1 】 郑淑丽． 节流调速回路 的速度 一负载特性研究 [ J ] ． 山 东科技大学学报 ， 2 0 0 4 6 4 04 3 ． 【 2 】王伟． 进回油节流调速回路性能比较[ J ] ． 现代制造工 程 ， 2 0 0 5 1 0 9 5 9 8 ． 【 3 】 姚黎明， 邹灵琳． 节流阀节流调速系统速度平稳性分析 [ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 7 1 1 2 02 3 ． 【 4 】 党育哲 ， 夏超国． 旁路节流调速实验曲线下凹的原因分 析[ J ] ． 十堰职业技术学院学报， 2 0 0 0 2 1 61 8 ． 【 5 】吴晓路． 液压系统的调速方法[ J ] ． 机械研究与应用 ， 2 0 0 6 6 ． 【 6 】 何存兴 ， 张铁华． 液压传动与气压传动[ M] ． 武汉 华 中 科技大学出版社 ， 2 0 0 0 ． 上接第 2页 2 ． 1 设备制造和成型的成本低 因为没 有采 用 昂贵 的激光 头 ，且 成型 材料 光 敏树脂的利用率达到了 1 0 0 ％，加之用廉价的水作 为支撑材料并且可以循环利用，从而大大降低了运 行成本 。 2 ． 2 余料去除容 易 没有添加额外的支撑，唯一的余料就是冰，只 要提高温度，余料就 自动消失 了，避免了在这一过 程 中对原型造成损害 。 2 ． 3 较 高的表面质量和精度 由于喷嘴中喷出的是液体材料，所 以喷嘴的直 径可以设计的比 F D M中的小 ，从而确保有较高的原 型精 度和表 面质量 。 2 ． 4环保 虽然光敏树脂具有毒性，但它得到 了百分之百 的使用 ，对环境不会构成危害，再加上余料是水而 且还可以循环利用 ，也就满足了环保的要求。 2 ． 5 可以成型复杂零件 由于它是利用水做原型的支撑，去除方便、容 易 ，也／ f 会对原 造 成损害 ，所 以只要有 C A D模 型 就能制造 出原 ．对零件 复杂程度没有要求。 现将 I S L与 S L 、F D M、S L S 、L O M 等4种 快 速工艺进行 比较 ，如表 1 所示 。 3结束语 快速成型技术是一种处在发展完善过程的高新 技术 ，其技术本身和应用领域 尚需进行大量的开发 研究。基于冰上的光固化快速成型技术是在现有技 术的基础上提出来的，它综合 了激光光固化 s L 和熔融沉积成形 F D M的一些特点 ，并结合实际 情况对其进行 了完善 ，在一定程度上可以降低快速 成型技术应用的门槛 ，加快快速成型技术在各个领 域中的应用和普及。希望将其早 E l 应用到实际生产 上，从而为我国的快速 自动成型事业的健康发展 以 及制造业水平的提高作出贡献。 参考文献 【 1 】王运赣． 快速成型技术 [ M] ． 武汉 华中理工大学出版 社 ， 1 9 9 9 ． 【 2 】史玉升， 莫健华， 黄树槐 ， 等． 常用快速成形系统及其选 择原则[ J ] ． 锻压机械， 2 0 0 1 2 1 7 ． 【 3 】周惦武． 快速成型技术的研究发展与发展趋势[ J ] ． 锻 造设备研究 ， 2 0 0 3 ， 4 2 5 1 5 3 ． 【 4 】刘晓辉． 快速成型技术发展综述[ J ] ． 农业装备与车辆 工程 ， 2 0 0 8 2 1 01 3 ． 【 5 】孟宝全， 赵淑玉． 快速自动成型技术的原理及其发展趋 势[ J ] ． 装备制造技术 ， 2 0 0 8 4 1 1 41 1 5 ． 【 6 】李毅生． 快速成型技术简介 [ J ] ． 科技资讯， 2 0 0 8 9 2 4 4 ．2 4 6