答:节流调速回路这种调速方法适用于由定量泵和定量执行元件所组成的液压系统。它是利用节流方法来调节主油路(接执行元件)和旁油路(通油箱),两条并联油路的相对流阻,使一部分压力油从旁油路流回油箱,从而改变进入执行元件的流量,实现无级调速。节流调速回路结构简单,操作方便,并能获得较低的运动速度,但压力油通过节流口和从旁路流回油箱均有能量损失,导致系统发热和效率降低,故只适用于功率较小以及非经常性调速的液压系统。
按回路中节流阀位置的不同,节流调速有三种基本形式:
(1)进口节流调速回路 进口节流调速回路是将节流阀串联在液压泵和液压缸(或液压马达)之间,如图6-1所示。
图6-1 进口节流调速回路
通过调节节流阀的通流面积可改变进入液压缸的流量,从而调节执行元件的速度。
进口节流调速回路有如下特点:
1)活塞运动速度与节流阀的通流截面积成正比,即通流面积越大,则活塞运动速度越高。
2)由于油液经节流阀后才进入液压缸,故油温高,泄漏量大;又由于没有背压,所以运动平稳性差。
3)因为液压缸的进油面积大,当通过节流阀的流量为最小稳定流量时,可使执行元件获得较低的运动速度,所以调速范围较大。
4)因起动时进入液压缸的流量受到节流阀的控制,故可减少起动时的冲击。
5)液压泵在恒压恒流量下工作,输出功率不随执行元件的载荷和速度变化而变化,多余的油液经溢流阀流回油箱,造成功率浪费,故效率低。
进口节流调速回路中,工作部件的运动速度随外载增减而忽慢忽快,难以得到准确的速度,故适用于轻载或载荷变化不大,以及速度不高的场合。
(2)出口节流调速回路 出口节流调速回路是将节流阀串联在液压缸和油箱之间,以限制液压缸的回油量,从而达到调速的目的,如图6-2所示。
图6-2 出口节流调速回路
出口节流调速有如下特点:
1)因节流阀串联在回油路上,油液经节流阀流回油箱,可减少系统发热和泄漏,而节流阀又起背压作用,故液压缸运动平稳性较好。同时还具有承受负方向载荷的能力。
2)与进口节流调速回路一样,也是将多余油液由溢流阀溢走,造成功率损失,故效率低。
3)停止后的起动冲击较大。
出口节流调速回路多用在功率不大,但载荷变化较大,运动平稳性要求较高的液压系统中,如磨削和精镗的组合机床等。
图6-3 旁路节流调速回路
(3)旁路节流调速回路 旁路节流调速回路是将节流阀并联在液压泵和液压缸的分支油路上,如图6-3所示。液压泵输出的流量一部分经节流阀流回油箱,一部分进入液压缸。在定量泵供油量一定的情况下,通过节流阀的流量大时,进入液压缸的流量就小,于是执行元件运动速度下降;反之则速度增高。因此通过调节节流阀改变流回油箱的流量,来控制进入液压缸的流量,从而改变执行元件的运动速度。(www.daowen.com)
旁路节流调速回路有如下特点:
1)一方面由于没有背压使执行元件运动速度不稳定;另一方面由于液压泵压力随载荷而变化,引起液压泵泄漏也随之变化,导致液压泵实际输出流量的变化,这就增大了执行元件的运动不平稳性。
2)随着节流阀节流口开大,系统能够承受的载荷将减小,即低速时承载能力小。与进口节流和出口节流的调速回路相比,它的调速范围小。
3)液压泵的压力随载荷而变,溢流阀(起安全阀作用)无溢流损耗,所以功率利用比较经济,效率比较高。
旁路节流调速回路适用于载荷变化小,对运动平稳性要求不高的高速大功率场合。例如,牛头刨床的主传动系统;有时候也可用在随着载荷的增大,要求进给速度自动减小的场合。
(4)三种节流调速方法的性能比较
1)工作部件承受负方向载荷能力和运动平稳性。当载荷方向与工作部件运动方向相同时,称为负方向载荷(在铣削加工中,顺铣的切削力即为负方向载荷)。负方向载荷有拉动工作部件前冲的作用,影响工作部件运动的平稳性。
出口节流调速时,由于回油路有节流阀,液压缸的回油腔有背压力,可以阻止工作部件的前冲,拉动力量越大,背压力也越大,故这种调速回路能在负方向载荷作用下工作,且使工作部件运动平稳性大大改善。
对于进口节流调速和旁路节流调速,因液压缸的回油腔没有背压力,负方向载荷可能拉动工作部件前冲,工作部件运动平稳性差。因此,在实际工作中,常在上述两种调速回路中增加背压阀。
2)速度-负载特性。速度随载荷而变化,是节流阀进行节流调速的共同缺点,其中尤以旁路节流调速最差。因此,进口和出口节流调速广泛用于载荷变化不大的液压系统中。旁路节流调速因速度-负载特性差,所以很少应用。
3)调速范围。进口、出口节流的调速范围大。旁路节流调速范围较小。
4)承载能力。在进口、出口节流调速系统中,能承受的最大载荷由溢流阀的调整压力决定;旁路节流调速时,最大承载能力随节流阀开口量的增大而减小,故低速承载能力差。
5)功率消耗。进口、出口节流调速功率的消耗与载荷和速度无关。工作中,低速、低载时功率损耗较大,效率低,发热大,所以这两种调速回路多用于功率较小的系统中。
旁路节流调速,功率利用合理,功率消耗与载荷成正比,低速、低载时效率较高,发热少,所以这种回路用在传递功率较大而速度稳定性要求不高的场合。
6)停车后的起动冲击。在出口节流和旁路节流的调速系统中,当工作部件中途停止时,液压缸回油腔的油液因重力作用而漏掉一部分,使回油腔出现空隙。第二次起动时,由液压泵来的油不经节流阻尼而直接进入液压缸的进油腔,使工作部件以很快的速度运动,造成冲击,直到消除回油腔的空隙为止。这种冲击运动,可能造成事故。为此,对这两种调速方法,当工作部件停止后,要避免回油腔通油箱,可在进油管路上装一个节流阀,以防止冲击。而在进口节流调速回路中,起动时只要把节流阀关小就可避免冲击现象。
7)实现压力控制的方便性。在进口、旁路节流调速系统中,当工作部件碰到死挡铁后,活塞停止运动。这时,液压缸进油腔的压力可上升到溢流阀(或安全阀)的调定值。若将压力继电器接在进油路中,可利用这个压力变化使压力继电器可靠地发信号,控制下一个动作进行。
但在出口节流调速系统中,工作部件碰上死挡铁后,液压缸进油腔的压力变化很小,所以不易实现压力控制。然而工作部件停止时,液压缸回油腔的压力变为零。如果把压力继电器接在回油路上,也可用降压变化使压力继电器发信号,但在电路设计上比较麻烦。
(5)用调速阀来提高节流调速回路的稳定性 采用节流阀的三种节流调速回路其共同缺点是,执行元件的速度都随载荷的变化而变化。如果用调速阀代替节流阀可以提高回路的速度稳定性。采用调速阀的节流调速回路也有进口、出口和旁路节流调速三种形式,但与节流阀调速回路有所不同的是,当液压缸工作压力随载荷变化时,调速阀中的减压阀能自动调节其开口的大小,使节流阀前后的压差基本保持不变,也就是在载荷变化的情况下,流过调速阀的流量保持不变,使执行元件速度稳定。
但在另一方面,由于调速阀中包含了减压阀和节流阀的压力损失,同样存在溢流功率损失,所以用调速阀的节流调速回路,比用节流阀的节流调速回路的功率损失还要大些。
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