节流调速回路的速度-负载特性分析

　　0 引 言

　　机械设备的液压系统中，调速回路占重要的地位。液压调速回路可对液压缸的运行速度进行控制。 采用节流阀的节流调速回路是一种常见形式， 分为进油节流、回油节流、旁路节流等类型。理论分析表明，节流调速回路的动静态特性， 受节流阀的特性及其安装位置等因素影响;当系统参数调整不当时，调速中的过渡过程易出现瞬时速度不稳定或爬行现象[1]。 因此，液压回路设计中， 应对节流调速回路的静态特性进行分析和预测，以便获得最优化的应用回路。

　　1 节流调速回路的速度负载特性

　　单泵节流调速回路中，进油节流与回油节流调速回路对于速度的调节范围、 运动平稳性及系统的最佳效率，会有较大差别。 分析比较二者的速度-负载特性，通过实验找出影响节流调速回路的动、静态特性的因素[2]，可改善和提高调速过程中的瞬时速度不稳定现象。 因此，本文对节流调速回路的静态特性进行分析研究。

　　1.1 进油节流调速回路

　　图1是典型的进油节流调速回路，油泵经节流阀向液压缸的无杆腔供油，油 缸 有 杆 腔 与 油 箱 相连。 忽略液压缸的内、外泄 漏 及 回 油 路 压 力 降时， 则油缸可以连续稳定工作， 进入液压缸的流量期 q1， 由节流阀的调节开口面积 a 确定,压力作用在活塞 A1上，克服负载 F， 推动活塞以速度v = q1/A1向右运动。通过实验并结合理论分析， 测出经过节流阀的流量q1：

　　q1=ka△pm=ka(pp-F/A1)

　　式中： △p是节流阀两端的压力差，与节流口的结构、开口度等因素有关。 由此获得进油节流调速回路的速度-负载特性方程为：

　　式中：p1为进油腔压力;A1为液压缸无杆腔面积;q1为进入液压缸的流量;pp为液压泵所提供的压力;F为液压缸的负载;k为与节流口形式、液流状态、油液性质等有关的节流阀的系数;a为节流口的通流面积;m为节流阀口指数。

　　液压系统中,通过控制阀口的流量是按薄壁小孔流量公式计算的[3],因此,式(1) 中的指数 m =0.5 ， 其速度-负载特性方程为：

　　将式(2)按不同的截流口面积 a 作图， 可得到一组速度-负载特性曲线，见图2。分析式(2)并由图2，当 a 和 pp调定后，活塞的速度v随负载F增大而减小;当F=Fmax=pp·A1时，速度v降为0，活塞停止不动;负载 F 减小，活塞速度v增大。 这一特性在实验中得到证实。 据此，则有速度刚度：

　　由图2和式(4)可知：负载相同时，随着节流阀开口面积 a 的减小，该点的斜率(γ为该点的切线角)值随之减小， 速度刚度增大。 已调定的速度受负载波动的影响就越小，速度稳定性就越好。