液壓系統(tǒng)的節(jié)流調(diào)速回路原理

       在整個液壓系統(tǒng)中，調(diào)速回路基本可以分為節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)以及聯(lián)合調(diào)速三種，而在節(jié)流調(diào)速中，我們根據(jù)其流量控制閥在回路的位置不同可分為進(jìn)口節(jié)流、出口節(jié)流和旁路節(jié)流三種；根據(jù)流量控制閥的類型不同可分為普通節(jié)流閥的節(jié)流調(diào)速回路和調(diào)速閥的節(jié)流調(diào)速回路。
    (1)普通節(jié)流閥的節(jié)流調(diào)速回路
    ①進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路
1、油路組成及調(diào)速原理。進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路主要由定量泵、溢流閥、節(jié)流閥、執(zhí)行元件——液壓缸等組成，節(jié)流閥裝在液壓缸的進(jìn)油路上，即串聯(lián)在定量泵和液壓缸之間，溢流閥與其并聯(lián)成一溢流支路，如圖X(a)所示。
    通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的閥口大小（即其通流面積），則改變了并聯(lián)支路的油流分配（如調(diào)小節(jié)流閥閥口時，將減小進(jìn)口油路的流量，增大溢流支路的溢流量），也就改變了進(jìn)入液壓缸的流量，從而調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的運動速度。必須注意，在這種調(diào)速回路，節(jié)流閥和溢流閥合在一起才起調(diào)速作用，因為定量泵多余的油液須通過溢流閥流回油箱。由于溢流閥有溢流，泵的出口壓力就是溢流閥的調(diào)整壓力，并基本保持定值。
2、性能特點
    1．速度一負(fù)載特性。速度一負(fù)載特性是指執(zhí)行元件的速度隨負(fù)載變化而變化的性能。這一性能可用速度一負(fù)載特性曲線來描述。
    當(dāng)液壓缸在穩(wěn)定工作時（即液壓缸克服外負(fù)載力F作等速運動時），其受力平衡方程式為
                           p1A1=p2A2+F                        
式中  A1，A2——液壓缸無桿腔、有桿腔的有效工作面積；
      pl，p2——液壓缸進(jìn)、回油腔的壓力。
    由于回油腔通油箱，不計管路的壓力損失時，p2可視為零，則
                           p1 =F/A1                          
    節(jié)流閥前后壓力差為
                         △p=pp-p1=pp-F/A1                   
    液壓泵的供油壓力pp由溢流閥調(diào)定后基本不變，因此節(jié)流閥前后壓差△p將隨負(fù)載F的變化而變化。
    根據(jù)節(jié)流閥的流量特性方程，通過節(jié)流閥的流量為
                      q1=KAv(△p)m=KAV（pP-F/A1）m          
式中Av——節(jié)流閥閥口的通流面積。
    則活塞的運動速度為
                      v=q1/A1=KAv/A1(pP-F/A1)m              
    此為進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路的速度一負(fù)載特性，它反映了在節(jié)流閥通流面積Av一定的情況下，活塞速度v隨負(fù)載F的變化關(guān)系。若以v為縱坐標(biāo)，以F為橫坐標(biāo)，以Av為參變量，則可繪出如圖X(b)所示的速度一負(fù)載特性曲線。

    由圖X(b)和式(7-5)可知，當(dāng)其他條件不變時，活塞的運動速度v與節(jié)流閥的通流面積Av成正比，故調(diào)節(jié)Av就可調(diào)節(jié)液壓缸的速度。由于薄壁小孔節(jié)流閥的最小穩(wěn)定流量很小，故可得到較低的穩(wěn)定速度。這種調(diào)速回路的調(diào)速范圍（最高速度和最低速度之比）大，一般可大于100。
    由圖X(b)和式(7-5)還可知，當(dāng)節(jié)流閥的通流面積Av一定時，隨著負(fù)載F的增加，節(jié)流閥兩端壓差減小，活塞的運動速度v按拋物線規(guī)律下降。通常負(fù)載變化對速度的影響程度用速度剛度Tv表示。所謂速度剛度就是速度負(fù)載特性曲線上某點切線斜率的倒數(shù)，斜率越小即曲線越平，速度剛度越大，負(fù)載變化對速度的影響越小，速度的穩(wěn)定性就越好。
    根據(jù)速度剛度的定義，則有
       Tv=-ρF/ρv=-1/ρv/ρF=-tanα              
    式中，α表示速度一負(fù)載特性曲線上某一點的切線角。因隨著負(fù)載的增加，速度將下降。為保持Tv為正值，在式(7-6)前加一負(fù)號。
    由式(7-5)、式(7-6)可求得速度剛度為
                      Tv=A21/KAvm(pP-F/A1)1-m              
    由式(7-7)及圖X可以看出，當(dāng)節(jié)流閥通流面積Av一定時，負(fù)載F越小，速度剛度越大；當(dāng)負(fù)載F-定時，節(jié)流閥通流面積Av越小，速度剛度越大；適當(dāng)增加液壓缸的有效工作面積Av和提高液壓泵的供油壓力pP可提高速度剛度。
    由上述分析可知，這種調(diào)速回路在低速小負(fù)載時的速度剛度較高，但在低速小負(fù)載的情況下功率損失較大，效率較低。
3、最大承載能力。由圖X(b)可以看出，三條（多條也一樣）特性曲線交于橫坐標(biāo)軸上的一點，該點對應(yīng)的F為最大負(fù)載，這說明在pP調(diào)定的情況下，不論Av如何變化，液壓缸的最大承載能力Fmax是不變的，即最大承載能力與速度調(diào)節(jié)無關(guān)。因最大負(fù)載時缸停止運動，令式(7-5)等于零，得Fmax值為
                            Fmax=pPA1                      
    故這種調(diào)速方式稱為恒推力調(diào)速（執(zhí)行元件是液壓馬達(dá)時為恒扭矩調(diào)速）。

4、功率和效率。液壓泵的輸出功率為  Pp =pPqP=常量
    液壓缸輸出的有效功率為  Pl=Fv=F(ql/A1)=p1ql
    回路的功率損失（不考慮液壓缸、管路和液壓泵上的功率損失）為
△P =Pp-P1=pPqP-p1q1
=pP(ql+q3)-(pP-△p)q1
=pPq3+△pq1                            (7-9)
    從式(7-9)可知，這種調(diào)速回路的功率損失由溢流損失pPq2和節(jié)流損失Δpq1兩部分組成。
    而回路的效率η為
                          η=P1/Pp =p1q1/pPqP                 (7-10)
    由于兩種損失的存在，故回路效率較低，特別是速度低、負(fù)載小時更是如此。