提高进油节流调速平稳性的新措施

　　1　提出问题

　　采用节流阀的进油节流调速回路由于具有结构简单、成本低、使用维护方便的特点,同时在实现压力控制的方便性、停车后的起动性能、低速运动平稳性等方面优于回油路节流调速。故实际应用中,为了提高回路的综合性能,在小功率液压系统中得到了广泛使用(图1(a))。

　　图1(a)中活塞运动速度为:

　　此式称为节流阀进油路节流调速的速度负载特性公式。

　　若以活塞运动速度v为纵坐标,负载F为横坐标,将上式按节流阀不同通流面积作图,可得一组曲线如图1(b)所示。此曲线称为进油路节流调速回路的速度-负载特性曲线。它反映了这种回路执行元件的速度随其负载而变化的特点。图中,第1、2、3条曲线分别为节流阀过流面积为AT1、AT2、AT3(AT1≥AT2≥AT3)时的速度-负载特性曲线。曲线越陡,说明负载变化对速度的影响越大,速度的刚性越差;曲线越平缓,速度刚性越好。

　　由图1(b)中曲线可看出:当节流阀开口AT一定时,缸的运动速度v随负载F的增加而降低,其特性较软。即采用节流阀的进油节流调速回路速度的平稳性不好。这是因为当负载F变化时,使p1=F /A发生变化,从而使Δp=pP-p1发生变化。这样通过节流阀进入液压缸的流量q1发生了变化,使缸的运动速度不平稳。

　　若采用调速阀来代替节流阀时,由进油路节流调速回路的速度-负载特性曲线(图1(b))可看出,其速度刚性明显优于相应的节流阀调速回路。但是这种回路的效率比用节流阀时更低些。有资料表明,当负载恒定或变化很小时,其效率为0·2~0·6;当负载变化时,其最高效率为0·385。且调速阀的价格较高,使系统成本增加。

　　那么是否存在一种既能提高采用节流阀的进油节流调速回路速度的平稳性,又不提高系统成本、降低系统效率的方法呢?

　　2　问题的解决方案

　　受溢流节流阀用定差溢流阀与节流阀并联来保证节流阀前后压差Δp(即pP-F /A)恒定不变的工作原理的启发,考虑用回路中的溢流阀来控制节流阀,使节流阀前后压差不随负载F的变化而变化。于是将溢流阀的远程控制口C接到节流阀的出油口,使节流阀出油口的油压p1反馈到溢流阀主阀芯1的上腔即弹簧腔(图2)。

　　2·1　理论分析

　　设节流阀进油口也即泵出油口的压力为pP,节流阀出油口的压力为p1,溢流阀阀芯1上下腔有效作用面积为A。由于节流阀出油口的压力p1反馈到了溢流阀阀芯1上腔,则写出阀芯1在垂直方向的受力平衡方程式(忽略阀芯重量、摩擦力):

　　讨论:上式中pP-p1即节流阀前后压差Δp;溢流阀阀芯上下腔有效作用面积A为一定值, FS为a腔弹簧的弹力,由于弹簧较软、刚度较小,在工作中阀芯上下波动引起的弹簧力的变化很小,即FS也可看作一定值。