容積調(diào)速回路分析

1、第四章第四章 容積調(diào)速回路分析容積調(diào)速回路分析 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 ?本章主要討論液壓泵和液壓馬達(dá)、液壓缸組 成的容積調(diào)速回路的工作原理及主要工作特性 ?容積調(diào)速回路通過(guò)改變液壓泵和液壓馬達(dá)的 排量來(lái)調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的速度。由于沒(méi)有節(jié)流損 失和溢流損失，回路效率高，系統(tǒng)溫升小，適 用于高速、大功率調(diào)速系統(tǒng)。 ?容積節(jié)流調(diào)速是以不同形式變量泵為前提， 具有容積調(diào)速的基本特征液壓泵輸出的流 量始終與負(fù)載流量相適應(yīng)，故也納入本章討論 第一節(jié) 容積調(diào)速回路 ? 容積調(diào)速回路通過(guò)改變液壓泵和液壓馬達(dá)的排量來(lái) 調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的速度。由于沒(méi)有節(jié)流損失和溢流損 失，回路效率高，系統(tǒng)溫升小，適用于高速、大功 率

2、調(diào)速系統(tǒng)。 ? 液壓缸的速度： ? 液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速： ? 可見(jiàn)通過(guò)改變變量泵的排量來(lái)改變進(jìn)入液壓缸的流 量，即可達(dá)到調(diào)速的目的 第四章 容積調(diào)速回路分析 M m m c c V q n A q v ? ? 一.變量泵-定量馬達(dá)、液壓缸回路 ? 1.變量泵-液壓缸調(diào)速回 路 ? 閥2是安全閥，閥3是背 壓閥，回路為開(kāi)式回路 ? 改變變量泵1的排量可 調(diào)節(jié)液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度 ? 回路用于負(fù)載變化不大 的系統(tǒng)中 第四章 容積調(diào)速回路分析 第一節(jié) 容積調(diào)速回路 2.變量泵-定量馬達(dá)調(diào)速回路 ? 泵的轉(zhuǎn)速 n p 和馬達(dá)排 量V M 為常數(shù)，改變泵 的排量V p可使馬達(dá)轉(zhuǎn) 速 n M 隨之成比例變化。 ?

3、 回路高壓管路上有安全 閥2 ，防止回路過(guò)載， 低壓管路上泵7為補(bǔ)油 泵，壓力由閥6調(diào)節(jié) ? 改變變量泵1的排量可 調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)運(yùn)動(dòng)速度 第四章第四章 容積調(diào)速回路分析容積調(diào)速回路分析 第一節(jié) 容積調(diào)速回路 一.變量泵-定量馬達(dá)回路 變量泵-定量馬達(dá)回路的靜特性 ? （1）變量泵的調(diào)節(jié)特性 ? 通常把液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速 n m 與變量泵的調(diào)節(jié)參數(shù) x p之 間的關(guān)系，稱為轉(zhuǎn)速特性。 ? V p是變量泵的排量， V pmax 是V p的最大值，則 ? 泵的理論流量為： ? 泵的實(shí)際輸出流量為 ： maxp p p V V x ? 第四章 容積調(diào)速回路分析 第一節(jié) 容積調(diào)速回路 一.變量泵-定量馬達(dá)回

4、路 ppptp nxVq max ? )( 1max 1max max ppppp pppp ppppp xxnVq nxVp pnxVq ? ? ? ? ? ? 可見(jiàn)，xp1為調(diào)節(jié)死區(qū)， 是由泵的內(nèi)泄產(chǎn)生的 變量泵-定量馬達(dá)回路的靜特性 ?（2）回路的特性曲線 ? 轉(zhuǎn)速特性：qm為馬達(dá)輸入流量 ? 轉(zhuǎn)矩特性： ? 功率特性： m ppppp m mpppp m mp m mm m V xxxnV V qxxnV V qq V qq n )( )( 21max 1max ? ? ? ? ? ? ? ? mmmm pVT? mmmmmmm npVnTP? ? 可見(jiàn)調(diào)速方式為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié) 第四章 容

5、積調(diào)速回路分析 第一節(jié) 容積調(diào)速回路 一.變量泵-定量馬達(dá)回路 )( 21 max ppp m pp mmm xxx V nV pV? 變量泵-定量馬達(dá)回路的靜特性 ? （3）恒功率變量泵-定 量馬達(dá)回路的特性曲線 ? 馬達(dá)轉(zhuǎn)速同前面馬達(dá)轉(zhuǎn)速同前面 ? 馬達(dá)的功率恒定，轉(zhuǎn)矩 )( 21 max ppp m pp m m m m mmm xxx V nV P V P T CnTP ? ? ? 第四章第四章 容積調(diào)速回路分析容積調(diào)速回路分析 第一節(jié) 容積調(diào)速回路 一.變量泵-定量馬達(dá)回路 二.定量泵-變量馬達(dá)回路 ? （1）回路構(gòu)成 ? 泵的轉(zhuǎn)速 np 和排量V p 為常數(shù)，改變馬達(dá)的排量 V m

6、 可使馬達(dá)轉(zhuǎn)速 n M 隨 之成比例變化。 ? 回路中高壓管路上有安全 閥2 ，防止回路過(guò)載， 低壓管路上泵4為補(bǔ)油泵， 壓力由閥6調(diào)節(jié) ? 改變變量馬達(dá)3的排量可 調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速 第四章 容積調(diào)速回路分析 第一節(jié) 容積調(diào)速回路 （2）回路的特性曲線 ? 馬達(dá)調(diào)節(jié)參數(shù)： ? 馬達(dá)轉(zhuǎn)速： ? 馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩： ? 馬達(dá)輸出功率： max p p p V V x ? mm mvpvpp m mvm m xV nV V q n max ? ? ? mmmmmmmmmm pxVpVT? max mvpvmmmpp mm mvpvpp mmmmmmmm pnV xV nV pxVnTP ? ? ? ?

7、 ? max max ? 可見(jiàn)調(diào)速方式為恒功率調(diào)節(jié) 第四章第四章 容積調(diào)速回路分析容積調(diào)速回路分析 第一節(jié) 容積調(diào)速回路 二.定量泵-變量馬達(dá)回路 三.變量泵-變量馬達(dá)回路 ? 1.回路構(gòu)成 ? 變量泵可正反向供 油，變量馬達(dá)可正 反向旋轉(zhuǎn) ? 調(diào)節(jié)變量泵或并聯(lián) 馬達(dá)的排量均可改 變馬達(dá)轉(zhuǎn)速 ? 閥5、7分別為馬 達(dá)正反轉(zhuǎn)的安全閥 ? 泵4為補(bǔ)油泵，閥6為其調(diào)壓閥 ? 泵4可分別通過(guò)閥2、3為低壓一側(cè)補(bǔ)油 ? 換向閥8和溢流閥9可使低壓管路的熱油排回油箱 第四章 容積調(diào)速回路分析 第一節(jié) 容積調(diào)速回路 二.變量泵-變量馬達(dá)回路 2.回路的特性曲線回路的特性曲線 ? （1）轉(zhuǎn)速特性 ? （2）轉(zhuǎn)

8、矩特性 ? （3）功率特性 mvpv mm ppp m mvp m mvm m xV nxV V q V q n? ? ? max max ? mmmmmmmmmm pxVpVT? max pmvpvmmppm mm mvpvppp mmmmmmmm xnVp xV xnV pxVnTP ? ? ? max max max max ? ? 第四章第四章 容積調(diào)速回路分析容積調(diào)速回路分析 第一節(jié) 容積調(diào)速回路 二.變量泵-變量馬達(dá)回路 第二節(jié)第二節(jié) 容積調(diào)速回路的速度剛性分析容積調(diào)速回路的速度剛性分析 ? 一一.容積調(diào)速回路的速度剛性分析容積調(diào)速回路的速度剛性分析 機(jī)械特性方程： ? 速度剛性：

9、速度剛性： ? 回路泄漏系數(shù)越大，負(fù)載對(duì)液壓馬轉(zhuǎn)速達(dá)的影響就越大 ? 液壓泵的理論流量越小，泄漏所占比重越大，對(duì)液壓馬 轉(zhuǎn)速達(dá)的影響就越大 ? 減少回路各元件的容積損失、提高馬達(dá)的機(jī)械效率、增減少回路各元件的容積損失、提高馬達(dá)的機(jī)械效率、增 大馬達(dá)的排量等都有利于提高回路的速度剛性 mmm mlmp m pp m mmm m lmp mmpp lmpppmm lmppplmptpmmtm V T V nV n V T p nVnV pnVnV pnVpqqqqnVq ? ? ? ? ? 2 )( )( )()( ? ? ? ? ? ? ? 第四章第四章 容積調(diào)速回路分析容積調(diào)速回路分析 lmp

10、 mmm m m v V n T T ? ? ? ? ? ? ? 2 二.速度穩(wěn)定方法 ? 1.流量補(bǔ)償法流量補(bǔ)償法 ? 利用回路壓力隨負(fù)載的 增減來(lái)控制泵流量做相 應(yīng)的增減 ? 當(dāng)馬達(dá)負(fù)載增加時(shí)，p 升高，作用在柱塞1上 的力增大，推動(dòng)泵的釘 子向加大偏心距e的方 向移動(dòng)，使泵的流量增 大。反之，流量減少 第四章第四章 容積調(diào)速回路分析容積調(diào)速回路分析 第二節(jié) 容積調(diào)速回路速 度剛性分析度剛性分析 二.速度穩(wěn)定方法 ? 2.壓力恒定法 ? 利用一能自動(dòng)調(diào)節(jié)液流阻 力的液動(dòng)滑閥，實(shí)現(xiàn)負(fù)載 變化時(shí)，系統(tǒng)工作壓力基 本不隨負(fù)載變化 ? 當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加時(shí)，泵的 工作壓力p也相應(yīng)升高,推 動(dòng)液動(dòng)滑閥閥

11、芯向右移動(dòng), 使節(jié)流口增大，背壓減少, 維持泵工作壓力近于恒定。 反之亦然。 第四章第四章 容積調(diào)速回路分析容積調(diào)速回路分析 第二節(jié) 容積調(diào)速回路速 度剛性分析度剛性分析 第三節(jié) 容積調(diào)速回路主要參數(shù)選擇 ? 一.性能指標(biāo) ? 1.容積調(diào)速回路的轉(zhuǎn)矩放大系數(shù)K M ? 是指當(dāng)液壓泵和液壓馬達(dá)在最大調(diào)節(jié)參數(shù)時(shí)，馬達(dá) 輸出轉(zhuǎn)矩Tm與泵輸出轉(zhuǎn)矩Tp之比： ? 2.容積調(diào)速回路的傳動(dòng)比i ? 是指當(dāng)液壓泵和液壓馬達(dá)在最大調(diào)節(jié)參數(shù)時(shí)，馬達(dá) 輸出轉(zhuǎn)矩n m與泵輸出轉(zhuǎn)矩np之比： mmpm pp mm p m M Vp Vp T T K? ? ? ? 第四章 容積調(diào)速回路分析 lvmvpv m p p m

12、V V n n i? 3.容積調(diào)速回路的效率容積調(diào)速回路的效率 c ? 是指在輸出額定轉(zhuǎn)矩和額定負(fù)載下，馬達(dá)的 ? 最高轉(zhuǎn)速n mmax 與最低轉(zhuǎn)速n mmin 之比：即： ? 變量泵-定量馬達(dá)回路：馬達(dá)轉(zhuǎn)速nm與泵的排量成正 比，馬達(dá)轉(zhuǎn)速的最小值取決于V p減小時(shí)泵可能提供 的最小穩(wěn)定流量。即： ? 定量泵-變量馬達(dá)回路:馬達(dá)轉(zhuǎn)速nm與馬達(dá)排量成反 比，即： ? 變量泵-變量馬達(dá)回路：該回路由上述兩種回路組合 而成，即： 40 min max min max ? p p m m V V n n D 100 min max min max min max ? mp m m p p m m DD

13、 V V V V n n D min max m m n n D ? 43 min max min max ? m m m m V V n n D 第四章第四章 容積調(diào)速回路分析容積調(diào)速回路分析 第三節(jié) 容積調(diào)速回路主要 參數(shù)選擇參數(shù)選擇 二.液壓泵和液壓馬達(dá)參數(shù)的選擇 ? 1.給定原始參數(shù)為原動(dòng)機(jī)的輸出功率時(shí) ? 設(shè)計(jì)時(shí)，先根據(jù)主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的性能要求，選擇 回路方案及泵進(jìn)出口壓差，然后選擇泵的結(jié)構(gòu)形式，回路方案及泵進(jìn)出口壓差，然后選擇泵的結(jié)構(gòu)形式， 計(jì)算泵的輸入功率和排量及馬達(dá)的排量，并選擇相 應(yīng)的效率應(yīng)的效率 ? 2.給定原始參數(shù)為液壓馬達(dá)的最大輸出轉(zhuǎn)矩、給定原始參數(shù)為液壓馬達(dá)的最大輸出

14、轉(zhuǎn)矩、 轉(zhuǎn)速變化范圍和液壓泵轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)速變化范圍和液壓泵轉(zhuǎn)速時(shí) ? 設(shè)計(jì)時(shí)，先根據(jù)主機(jī)的性能要求，選擇馬達(dá)的結(jié)構(gòu) 形式及回路工作壓力，計(jì)算出馬達(dá)的排量和泵的排 量 第四章第四章 容積調(diào)速回路分析容積調(diào)速回路分析 第三節(jié)第三節(jié) 容積調(diào)速回路主要容積調(diào)速回路主要 參數(shù)選擇參數(shù)選擇 第四節(jié) 容積節(jié)流調(diào)速回路 ? 一.限壓式變量泵和調(diào)速閥的調(diào)速回路 ? 1.回路工作原理 ? 回路采用限壓式變量泵1供油，調(diào)速 閥3確定進(jìn)入液壓缸的流量，并使變 量泵輸出的流量與液壓缸所需的流量 自動(dòng)相適應(yīng)。這種調(diào)速回路沒(méi)有溢流 損失，效率較高，速度穩(wěn)定性好。 ? 改變調(diào)速閥中節(jié)流閥的通流面積A T的 大小，就可以調(diào)節(jié)液壓缸

15、的運(yùn)動(dòng)速度， 泵的輸出流量qp和通過(guò)調(diào)速閥進(jìn)入液 壓缸的流量q1自相適應(yīng)。 第四章 容積調(diào)速回路分析 2.回路的特性曲線回路的特性曲線 ? 曲線ABC是限壓式變量泵的 壓力流量特性，曲線CDE 是調(diào)速閥在某一開(kāi)度時(shí)的壓 力流量特性，點(diǎn)F是泵的 工作點(diǎn)。 ? 回路有節(jié)流損失，其大小液 壓缸工作壓力p 1有關(guān)。當(dāng) p 1=plmax 時(shí)，回路的節(jié)流損 失最小(圖中陰影面積S1 )， p 1越小，則節(jié)流損失越大 （圖中陰影面積S2）。 ppp p p qp qp 111 ? 第四章第四章 容積調(diào)速回路分析容積調(diào)速回路分析 第四節(jié) 容積節(jié)流調(diào)速回路 二.差壓式變量泵和節(jié)流閥的調(diào)速回路 ? 1.回路工作

16、原理回路工作原理 ? 該回路采用了帶有先導(dǎo)式 滑閥控制的差壓式變量葉 片泵，在液壓缸的進(jìn)油路 上串聯(lián)一節(jié)流閥。 ? 當(dāng)節(jié)流閥開(kāi)口增大時(shí)滑閥 5左移，節(jié)流口b開(kāi)大，c 關(guān)小，泵的定子左移， e 增大，泵流量增大，液壓 缸的速度增大，反之亦然 ? 在某一穩(wěn)定工況下，當(dāng)節(jié) 流閥3處在某一開(kāi)口時(shí)， 變量泵有一穩(wěn)定流量 第四章第四章 容積調(diào)速回路分析容積調(diào)速回路分析 第四節(jié) 容積節(jié)流調(diào)速回路 2.回路的特性曲線回路的特性曲線 ? 該回路具有良好的穩(wěn)速特性。當(dāng) 負(fù)載增加時(shí)，p p增加，缸的泄 漏增加，qp減少，閥3的壓差減 小，滑閥5向左移動(dòng)，節(jié)流口b 開(kāi)大，c關(guān)小，泵的定子左移， e增大，泵排量增大，補(bǔ)

17、償了泵 的泄漏，使泵的輸出流量回升。 ? 回路的效率較高。泵的輸出壓力 和流量始終與負(fù)載相適應(yīng)，故效 率較高。 第四章 容積調(diào)速回路分析 第四節(jié) 容積節(jié)流調(diào)速回路 三.負(fù)載敏感泵和節(jié)流閥的調(diào)速回路 ? 1.回路工作原理回路工作原理 ? 負(fù)載敏感泵由泵4、負(fù)載敏 感閥1、恒壓閥2和變量缸 3組成 ? pL為負(fù)載所需要的壓力， p S為泵的出口壓力，也是 節(jié)流閥5的進(jìn)口壓力，節(jié)流 閥5的進(jìn)出口分別與負(fù)載敏 感閥1的左右腔相通。 ? 負(fù)載敏感泵有三種狀態(tài)，即 一般工作狀態(tài)、保壓工作狀 態(tài)和空轉(zhuǎn)狀態(tài)。 第四章 容積調(diào)速回路分析 第四節(jié) 容積節(jié)流調(diào)速回路 負(fù)載敏感泵的三種狀態(tài)負(fù)載敏感泵的三種狀態(tài) ?1.

18、一般工作狀態(tài)：一般工作狀態(tài)： ?當(dāng)節(jié)流閥5的開(kāi)口減小，表明負(fù) 載需求流量減少，此時(shí)泵輸出的流 量大于負(fù)載所需要的流量，則閥5 的進(jìn)出口壓差p=p S - p L增大， 推動(dòng)負(fù)載敏感閥1的閥芯向右移動(dòng)， 使泵的出口油液通過(guò)閥1左位進(jìn)入 變量缸3的無(wú)桿腔，推動(dòng)泵的變量 斜盤(pán)傾角減少，泵的輸出流量較少， 直到達(dá)到負(fù)載所需求的流量為止。 反之亦然。 第四章第四章 容積調(diào)速回路分析容積調(diào)速回路分析 第四節(jié) 容積節(jié)流調(diào)速回路 負(fù)載敏感泵的三種狀態(tài) ? 2.保壓工作狀態(tài)：ps= pL， 負(fù)載敏感閥1在右腔彈簧作用 下處于右位，ps推動(dòng)恒壓閥2 閥芯向右移動(dòng)，泵出口油液通 過(guò)閥2左位進(jìn)入變量缸3的無(wú) 桿腔，使

19、泵的輸出流量減少到 僅能維持系統(tǒng)的壓力，斜盤(pán)傾 角接近零偏角，泵的功耗最小。 ? 3.空轉(zhuǎn)狀態(tài)：當(dāng)閥5關(guān)死，即 負(fù)載停止工作時(shí)，泵的出口壓 力僅需為閥1彈簧設(shè)置壓力， 一般只有14bar 左右，流量 接近為零。 第四章 容積調(diào)速回路分析 第四節(jié) 容積節(jié)流調(diào)速回路 2.負(fù)載敏感泵和節(jié)流閥的調(diào)速回路負(fù)載敏感泵和節(jié)流閥的調(diào)速回路 ? 負(fù)載敏感泵和節(jié)流閥組 成的調(diào)速回路，泵的輸 出流量始終與負(fù)載流量 相適應(yīng)，泵的工作壓力 p s始終比液壓缸的進(jìn)口 壓力大一個(gè)恒定值，顯 然，這是一種效率高、 調(diào)速剛性好的調(diào)速回路。 目前應(yīng)用較為廣泛。 第四章第四章 容積調(diào)速回路分析容積調(diào)速回路分析 第四節(jié) 容積節(jié)流調(diào)速

20、回路 第五節(jié) 容積調(diào)速回路的動(dòng)態(tài)性能 ? 本節(jié)以變量泵-定量馬達(dá)容積調(diào)速為例，用 古典控制理論對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性分析。 ? 一.回路動(dòng)態(tài)方程及傳遞函數(shù)的建立 ? 假定： ? 1.液壓泵的吸油口和馬達(dá)的排油口壓力為零 ? 2.不考慮液壓泵和馬達(dá)之間管路的壓力損失 ? 3.液壓泵和馬達(dá)的泄漏液流流態(tài)為層流 ? 4.不考慮液壓泵供油的脈動(dòng)性 ? 5.采用在給定平衡點(diǎn)取小增量線性化的方法 第四章 容積調(diào)速回路分析 動(dòng)態(tài)方程及傳遞函數(shù)的建立 ? 1.流量連續(xù)性方程 ? 2.馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡方程 ? 3.聯(lián)立上兩式，線性化并 拉式變換 ? 通常則： dt dp K V pnVxnV mmppp 0 max

21、? TBn dt dn JpV m m m ? )1 ()( )1 ( 222 0 2 2 0 0 2 max mmmm m p m pp m V B S V J KV BV S KV JV TS K V V x V nV n ? ? ? ? ? ? 1 2 )1 ( 1)( )1 ( 2 2 0 2 max 22 0 2 2 0 0 2 max ? ? ? ? ? ? S S TS K V V x V nV S V J KV BV S KV JV TS K V V x V nV n h h h m p m pp mmm m p m pp m ? ? ? ? ? ? ? ? 1 2 ? m V B? 第四章 容積調(diào)速回路分析 第五節(jié) 容積調(diào)速回路的 動(dòng)態(tài)性能 動(dòng)態(tài)方程及傳遞函數(shù)的建立動(dòng)態(tài)方程及傳遞函數(shù)的建立 ? 其中： ? 當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí) ? 當(dāng)泵的調(diào)節(jié)參數(shù)不變時(shí) ? W 2(S) 稱為回路的動(dòng)態(tài) 速度柔度，其倒數(shù)稱為 回路的動(dòng)態(tài)速度剛度 1 2)( )( )( 2 2 max 1 ? ? ? ? ? ? hh p m pp p m SS x V nV Sx Sn SW ? ? ? 1 2 )1 ( )( )( )( 2 2 0 2 2 ? ? ?