节流调速系统的工作点分析

　　0 前言

　　在定量泵调速系统中,节流调速是用流量阀控制进入执行元件(通常为液压缸)流量的,调节流量阀的开口量(通流面积),就可以调节执行元件的速度。根据流量阀在回路中的安装位置不同,节流调速系统分为进油路、回油路和旁油路节流调速。节流调速系统结构简单、成本低、使用维护方便,常用于小功率及中低压的场合,在系统功率较大,但工作时间短暂的场合也可使用。在不同文献中,对节流调速原理、速度-负载特性等都有介绍,但对于如何确定系统的工作点鲜有说明,而系统工作点的研究又是十分重要的。由于3种回路的工作点分析具有相通性,本文将以进油路节流调速系统为例进行工作点分析,以供参考。

　　1 进油路节流调速特性

　　进油路节流调速系统如图1所示。液压泵输出的流量Qs一部分经节流阀进入液压缸无杆腔,推动活塞运动,多余的油液经溢流阀流回油箱。溢流阀溢流是这种调速回路能够正常工作的必要条件。由于溢流阀溢流,泵的出口压力就是溢流阀的调整压力并基本保持恒定(pUps)。调节节流阀的通流面积a(x),即可调节通过节流阀的流量,从而调节液压缸的运动速度。

　　进油路节流调速系统的性能,通常是由系统的负载与节流阀的流量特性共同决定的。

　　(1)进油路节流调速系统负载特性曲线

　　如图1所示,油缸活塞稳定运动时,活塞上的力平衡方程为(忽略摩擦力)

　　p₁A₁=p₂A₂+F 　　(1)

　　式中A₁—进液腔面积;

　　p₁—进液腔工作压力;

　　A₂—回液腔面积;

　　p₂—回液腔压力;

　　F—负载。

　　设p2=0,则

　　按照流量连续性方程,不计泄漏,流过节流阀的流量Q_L与液压缸无杆腔进液量Q₁=A₁u是相同的,即

　　则外负载的运动速度

　　式中K—液阻系数;

　　m—由节流阀阀口性质决定的指数;

　　Δp—节流阀前后的压差,$p=ps-p1。

　　式(4)为进油路节流调速系统的负载特性方程。特性曲线如图2所示。

　　(2)节流阀的流量特性曲线

　　图2是以负载F或负载压力p_L=p₁=FPA₁为变量描述液压缸速度u或通过节流阀的流量Q=A₁u(p_maxUps)之间关系的。这一曲线也可以用节流阀口压力差$p=ps-p₁表示,如图3所示。2种表示是等价的。