进油路节流调速系统工作点和功率、效率研究

　　0 前言

　　节流调速是调节执行元件速度的常用方法之一,其中进油路节流调速具有代表性。对它工作原理、负载特性等诸多文献中都作了相近的阐述,但对如何确定系统的工作点及参数变化对工作点的影响并无论述,本文对此进行讨论。

　　1 工作原理

　　在定量泵系统中,利用安装在执行元件进油路上的节流阀与溢流阀,在负载稳定条件下,通过调节节流阀通流面积以调节执行元件速度的系统称进油路节流调速系统,如图1所示。

　　在图1中,如果溢流阀处于闭合状态,调节节流阀的通流面积只能使泵的工作压力pb发生变化,而通过节流的流量不变,即泵的全部流量Qs通过节流阀,液压缸有最大速度umax=QsPA1,其中A1为液压缸大腔面积。同样,如果溢流阀处于临界开启状态,减小节流阀的通流面积,可以使通过它的流量QL变小,使液压缸速度变低,但增大节流阀的通流面积,却不会使液压缸速度发生变化。只有溢流阀适度溢流,才能灵敏地调节液压缸速度。何谓适度溢流,并没有明确定义,取溢流阀适度溢流量Qy=(0.40~0.45)Qs比较合理的。这样可使液压缸速度在较大范围内具有可调性。

　　2 工作特性分析

　　研究节流调速系统的工作点,必须研究它的工作特性)负载特性、速度特性和功率特性。它们是由系统的运动方程决定的。

　　参看图1,不计摩擦力,液压缸向右匀速运动时,活塞杆上力平衡方程为

　　式中A₁、A₂—液压缸进、回液腔面积;

　　p₁、p₂—液压缸进、回液腔压力;

　　F_L—负载力。

　　节流阀的流量方程为

　　式中Cd—流量系数;

　　a(x)—节流阀通流面积(x为阀口开度);

　　Q—油液密度;

　　ps—溢流压力;

　　k—常数,

　　不计泄漏时,液压缸大腔流量方程

　　Q₁=Q_L=A₁u 　　(3)

　　式中 u—活塞运动速度。

　　联立式(1)~式(3)可求

　　式(4)u=u(FL)称速度-负载特性,特性曲线如图2所示。

　　由图2可以看出,在空载条件下液压缸有最大速度,节流阀开度不同,最大速度也不相同。特别强调的是,如果负载F_L较小,而a(x)较大,由式(4)计算的速度u导致A₁u=Q_L>Qs则是错误的。

　　3 节流调速系统的工作点

　　研究系统的工作点,有助于了解通流面积a(x)与液压缸负载F_L及速度u之间的关系。溢流阀的流量特性曲线如图3所示,节流阀的流量特性如图4所示。在图1所示的定量泵系统中,不论溢流阀是否处于溢流状态,通过节流阀的流量Q_L恒可表示为(Qs-Qy),故通过节流阀的流量另一种表示方式如图5所示。