液压系统节流调速回路分析及应用

　　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—负载特性和由此演变出的速度刚度。节流调速的速度—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入缸的工作腔,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pp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。

　　设p1、p2分别为缸的进油腔和回油腔的压力(由于回油通油箱,p2≈0);F为缸的负载;通过节流阀的流量为q1;泵的出口压力为pp;AT为节流阀孔口截面积;Cd为流量系数;ρ、μ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,对细长孔K=d2/32μL);m为由孔形状决定的指数(0·5≤m≤1) (对薄壁孔m=0·5,对细长孔m=1),则缸的运动速度为:

　　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AT值,可作出一组速度-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AT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Fmax与速度调节无关,因最大负载时缸停止运动(v=0),故由式(1)可知该回路的最大承载能力为Fmax=ppA1。

　　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

　　式中:A2为缸有杆腔的有效面积;q2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,回油节流阀调速与进油节流阀调速的速度-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-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结论都适用于该回路。