液压与气压传动第10周教案文档格式.docx
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难点
重点:
三种调速回路的原理
难点:
三种调速回路
课后作业
课后回顾
任课教师签名:
教研室主任审阅签名:
一、节流阀
1.节流特性
(1)流量特性节流阀的流量特性取决于节流口的结构形式,节流口通常有三种基本形式:
薄壁小孔、细长小孔和厚壁小孔,可用小孔的流量公式来q=KAΔpm表示。
(2)流量稳定性当节流阀的通流截面积调定后,要求流量q能保持稳定不变,以使执行元件获得稳定的速度。
实际上通过节流口的流量q还受其他因素的影响。
1)压差对流量的影响。
节流阀两端压差Δp变化时,三种结构形式的节流口中,通过薄壁小孔的流量受到压差改变的影响最小。
2)温度对流量的影响。
油温影响到油液粘度,对于细长小孔,油温变化时,流量也会随之改变。
3)节流口的堵塞。
节流阀的节流口可能因油液中的杂质或由于油液氧化后析出的胶质、沥青等引起局部堵塞,严重时会完全堵塞而出现断流现象。
2.节流阀
图5-28所示为一种普通节流阀,这种节流阀的节流口为轴向三角槽式。
阀的进出油口可互换,节流阀能正常工作的最小流量限定值称为节流阀的最小稳定流量。
轴向三角槽式节流口的最小稳定流量为30~50ml/min。
它影响执行元件的最低速度值。
图5-28节流阀
二、调速阀
调速阀是由定差减压阀与节流阀串联而成的组合阀。
节流阀调节通过的流量,定差减压阀能自动保持节流阀前后的压力差为定值,使通过节流阀的流量不受负载变化的影响。
图5-29所示为调速阀的工作原理图,调速阀的进口压力p1由溢流阀调节,工作时基本保持恒定。
压力油由P1进入调速阀后,先经过定差减压阀的阀口后压力降为p2,然后经节流阀流出,其压力为p3。
节流阀前后的压力油分别作用在定差减压阀阀芯的两端。
图5-29调速阀工作原理
若调速阀出口压力p3因负载增大而增大时,作用在减压阀右端的力随之增加,阀芯失去平衡而左移,于是开口增大,液阻减小,减压阀的减压作用减小,使p2也随之增加,直到阀芯在新的位置上得到平衡为止。
因此,压力差基本保持不变。
同理,当p3减小时,p2也随之减小,故压力差仍保持不变。
由于定差减压阀的自动调节作用,使节流阀前后的压力差保持不变,从而保持了流量的稳定。
图5-30调速阀和节流阀特性比较
调速阀和节流阀特性比较如图5-30所示。
节流阀的流量随压差的变化较大,而调速阀在进出口压力差Δp大于一定数值后,流量保持基本恒定。
三、速度控制回路
速度控制回路是控制执行元件运动速度的回路,包括调速回路、快速运动回路、速度换接回路。
1.调速回路
液压缸的运动速度v由输入流量和液压缸的有效作用面积A决定,即v=q/A从液压马达的工作原理可知,液压马达的转速nM由输入流量和液压马达的排量Vm决定,即nM=q/Vm。
调速回路主要有以下三种方式:
1)节流调速回路
2)容积调速回路
3)容积节流调速回路
(1)节流调速回路能量损失大,效率低,发热大,故一般只用于小功率的场合。
根据流量阀的位置的不同,可分为进油路节流调速回路、回进油路节流调速回路和旁油路节流调速回路三种形式。
1)进油节流调速回路:
进油节流调速回路是将节流阀装在执行元件的进油路上,调速原理如图5-31所示,油路中有溢流损失,又有节流损失,功率损失大。
图5-31进油节流调速回路
速度负载特性
液压缸在稳定工作时,其受力平衡方程式为
p1A=F+p2A
式中p1、p2——缸的进油压力和回油压力,由于回油腔通油箱,p2=0;
F、A——缸的负载和有效工作面积。
p1=
泵的供油压力pp由溢流阀调定为恒定,故节流阀两端的压力差为
Δp=pp-p1=pp-
经节流阀进入液压缸的流量为
q1=KATΔpm=KAT(pp-
)m
v=
(5-1)
上式为本回路的速度负载特性方程,故这种调速回路的速度负载特性较软。
●当节流阀开口AT不变时,活塞的运动速度v随负载F的增加而降低,速度刚度较小。
●当节流阀开口AT一定时,负载较小的区段曲线较平缓,速度刚度高,负载较大的区段曲线较陡,速度刚度较差。
●在相同负载下工作时,当节流阀开口较小,活塞的速度v较低,曲线较平缓,速度刚度好;
节流阀开口较大,活塞的速度v较高,曲线较陡,速度刚度差。
最大承载能力由图5-31b还可以见到
Fmax=ppA(5-2)
功率和效率液压泵的输出功率为
Pp=ppqp=常量
液压缸的输出功率为
P1=Fv=F
=p1q1(5-3)
回路的功率损失为-
ΔP=Pp-P1=ppqp-p1q1=ppqy+Δpq1(5-4)
由上式可知,这种调速回路的功率损失由两部分组成,即溢流阀损失和节流损失。
回路的效率为
η=
(5-5)
由于存在两部分功率损失,节流调速回路的效率较低。
2)回油节流调速回路:
回油节流调速回路是将节流阀装在执行元件的回油路上,如图5-32所示。
用节流阀调节液压缸输出的流量,控制进入液压缸的流量。
图5-32回油节流调速回路
回油节流调速回路由于液压缸的回油腔存在背压,因而能承受一定的负值负载,故其运动平稳性较好;
回油节流调速回路,经过节流阀发热后的油液直接流回油箱冷却,对液压缸泄漏影响较小;
在停车后,液压缸回油腔中的油液会由于泄漏而形成空隙,重新启动时由于进油路上没有节流阀控制流量度,会使活塞产生前冲。
图5-33旁路节流调速回路
3)旁路节流调速回路:
这种节流调速回路是将节流阀装在与液压缸并联的支路上,节流阀分流了油泵的流量,从而控制了进入液压缸的流量,即可实现调速。
图5-33b为旁路节流调速回路的速度负载特性曲线,由图可知该回路的特点:
●增大节流阀开度,活塞运动速度减小;
当节流阀的开度不变时,负载增加活塞运动速度下降很快,其速度刚度比进、回油节流调速低。
●在负载一定时,节流阀的开度越小,其速度刚度越高,能承受的最大负载就越大。
●液压泵的工作压力随负载变化而变化,回路中只有节流损失而无溢流损失,因此这种回路的效率较高。
●因液压缸的回油腔无背压力,所以其运动平稳性较差,不能承受负值负载。
(2)容积调速回路根据油路的循环方式不同,容积调速回路分为开式和闭式回路两种。
在开式回路中,泵从油箱吸油,执行元件的回油返回油箱。
闭式回路中,液压泵的吸油口与执行元件的回油口直接连接,油液在系统内循环。
根据液压泵和液压马达或液压缸组合方式不同,容积调速回路分三种形式:
1)变量泵和定量液压马达的容积调速回路:
图5-34a所示为变量泵和液压缸组成的容积调速回路,图5-34b所示为变量泵和定量液压马达组成的容积调速回路。
这两种回路均采用改变变量泵1的输出流量qp来调速的。
图5-34变量泵和定量执行元件容积调速回路
变量泵和定量马达容积调速回路
这种回路特性如下:
液压缸活塞的运动速度v=
,液压马达的转速nm=
,调节变量泵的排量,即改变了泵的流量q便可调节活塞的运动速度或马达的转速,且调速范围大。
液压马达的输出转矩TM=
,液压缸的推力F=ppA,液压马达(或液压缸)输出的最大转矩(或推力)不变,故这种调速为恒转矩(恒推力)调速。
液压马达(或液压缸)输出的功率等于液压泵的输入功率,即PM=PP=ppVpnp=ppVMnm。
因此马达的输出功率随转速nm呈线性变化。
2)定量泵和变量液压马达的容积调速回路:
图5-35所示回路中,调节变量液压马达3排量Vm,便可改变其转速。
图5-35定量泵和变量液压马达调速回路
这种回路的特性如下:
根据nm=
可知,马达输出与排量VM成反比,VM过小则马达的输出转矩将减小,故这种调速回路的调速范围较小。
由液压马达的转矩公式TM=
可知,若VM减小,nm增加,则TM下降。
定量泵输出流量是不变的,泵的压力由安全阀2调定,则马达输出的最大功率是不变的,故这种调速为恒功率调速。
图5-36变量泵和变量马达调速回路
3)变量泵和变量马达的容积调速回路:
图5-36所示的回路中,这种调速回路是前面两种调速回路的组合,调速时将液压泵和液压马达的排量分阶段调节,即在低速阶段由qp调节(此时Vm保持在最大),在高速阶段由Vm调节(此时qp保持在最大),这样就扩大了调速范围。
这种回路在低速段将马达的排量固定在最大值上,由小到大调节泵的排量来调速,其最大输出转矩不变;
在高速段将泵的排量固定在最大值上,由大到小调节马达的排量来调速。
其最大输出功率不变。
回路总的调速范围等于泵调速范围与马达调速范围的乘积,所以它适用于机床主运动等大功率的液压系统。
其特性曲线如图5-36b所示。
(3)容积节流调速回路这种回路的特点是效率高,发热小,速度稳定性比容积调速好。
图5-37所示为限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速回路,限压式变量泵的输出流量qp和液压缸所需流量qc相适应。
若qp﹥qc,则泵的出口压力上升,使泵的偏心量自动减小;
若qp﹤qc,则泵的出口压力会降低,使泵的偏心量自动增大,使qp增加,直至qp=qc。
这种回路无溢流损失,系统发热小,速度刚性也比较好。
一般调速阀保持最小稳定压差Δp为0.5Mpa。
图5-37限压式变量泵和调速阀容积节流调速回路
2.快速运动回路
快速运动回路的功用在于使执行元件获得所需要的高速,以提高系统的工作效率,常见有以下几种。
(1)液压缸差动连接快速回路图5-38所示回路,阀3和阀4在左位工作时,液压缸差动连接快速运动;
当3YA通电时,差动连接即被切断,液压缸回油经调速阀,实现工进;
阀3切换至右位后,液压缸有杆腔进油,即快退。
图5-38液压缸差动连接快速运动回路
(2)双泵供油快速运动回路图5-39所示回路,图中2为低压大流量泵,1为高压小流量泵。
在快速时,泵1和泵2同时向液压系统供油;
工进时,系统压力升高,液控顺序阀3开启,使泵2卸荷,此时单向阀4关闭,由泵1单独向系统供油。
图5-39双泵供油快速回路
(3)蓄能器快速运动回路图5-40所示回路中,系统短期需要大流量时,换向阀5处于左位或右位,由泵1和蓄能器4共同时向流压缸6供油;
当系统停止工作时,换向阀5处在中间位置,这时泵便经单向阀3向蓄能器充液,蓄能器压力升高后,达到液控顺序阀2调定压力后,阀口打开,使泵卸荷。
图5-40蓄能器快速运动回路图5-41快慢速转换回路
3.速度换接回路
速度换接回路的功用是使液压执行元件在实现工作循环的过程中,进行速度转换,且具有较高的速度换接平稳性。
(1)快速与慢速的换接回路图5-41所示为用行程阀的快慢速转换回路。
(2)两种慢速的转换回路图5-42所示为用两个调速阀来实现不同的工进速度的换接回路。
图5-39两种工进速度的换接回路
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