第7章流體傳動(dòng)與控制基本回路7.1概述7.2方向控制回路7.3壓力控制回路7.4速度控制回路7.5多缸運(yùn)動(dòng)控制回路任何流體傳動(dòng)系統(tǒng)無(wú)論復(fù)雜程序如何都是由一些基本回路組成的。所謂基本回路就是由相關(guān)元件組成的能夠完成某種特定控制與運(yùn)動(dòng)功能的管路結(jié)構(gòu)，它是流體傳動(dòng)系統(tǒng)的基本組成單元。通常來(lái)講，一個(gè)流體傳動(dòng)系統(tǒng)由若干個(gè)基本回路組成。熟悉和掌握這些基本回路的結(jié)構(gòu)與性能，有助于更好地分析、使用和設(shè)計(jì)各類流體傳動(dòng)系統(tǒng)。

一般按用途和功能對(duì)流體傳動(dòng)基本回路進(jìn)行分類。用來(lái)控制執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)方向的基本回路被稱為方向控制回路；用來(lái)控制系統(tǒng)或某支路壓力的基本回路被稱為壓力控制回路；用來(lái)控制執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度的基本回路被稱為調(diào)速回路；用來(lái)控制多缸運(yùn)動(dòng)的基本回路被稱為多缸運(yùn)動(dòng)回路；等等。7.1概述

7.2方向控制回路

1.一般方向控制回路

一般方向控制回路只需要在動(dòng)力元件與執(zhí)行元件之采用換向閥進(jìn)行方向控制。圖7－1所示為單向閥用于泵的出油口對(duì)液壓泵出口處壓力油的流動(dòng)方向進(jìn)行控制，防止油液倒流回油箱。圖7－2所示為換向閥實(shí)現(xiàn)油路方向控制，通過(guò)二位四通電磁換向閥電磁鐵的得電與失電實(shí)現(xiàn)液壓缸的向左和向右的不同運(yùn)動(dòng)方向變換。圖7－2中的單向閥起背壓閥的作用。圖7－1單向閥方向控制圖7－2換向閥方向控制

2.復(fù)雜方向控制回路

當(dāng)在流體傳動(dòng)控制系統(tǒng)中需要復(fù)雜方向控制時(shí)，如頻繁換向或者對(duì)換向過(guò)程有很多附加要求時(shí)，往往需要使用復(fù)雜方向控制回路。常見的復(fù)雜方向控制回路主要有時(shí)間控制制動(dòng)式換向回路和行程控制制動(dòng)式換向回路。

1）時(shí)間控制制動(dòng)式換向回路

圖7－3所示為時(shí)間控制制動(dòng)式換向回路，回路中的主油路只受換向閥3控制。換向閥閥芯移動(dòng)一定距離（使油缸制動(dòng)）所需的時(shí)間取決于節(jié)流閥J1的開口度，只要回路中節(jié)流閥J1開口度大小確定后，制動(dòng)時(shí)間就不變。

時(shí)間控制制動(dòng)式換向回路主要用于工作部件運(yùn)動(dòng)速度高，要求換向穩(wěn)定無(wú)沖擊的場(chǎng)合，但其換向精度不高。

2）行程控制制動(dòng)式控制回路

圖7－4所示為行程控制制動(dòng)式換向回路，回路中的主油路除了受換向閥3控制外，還受先導(dǎo)閥2控制。在圖示工作狀態(tài)，液壓缸左缸進(jìn)油右腔回油。換向時(shí)，活塞桿的撥塊撥動(dòng)先導(dǎo)閥閥芯移向左端，先導(dǎo)閥的閥芯右制動(dòng)錐將油缸右腔的回油路通道逐漸關(guān)小，對(duì)活塞進(jìn)行預(yù)制動(dòng)，活塞運(yùn)動(dòng)速度變慢。當(dāng)回油路通道被關(guān)得很小、活塞速度變得很慢時(shí)，虛線所示的換向閥的控制油路才開始切換，換向閥閥芯向左移動(dòng)，切斷主油路，并隨即反方向啟動(dòng)。這種控制回路不論運(yùn)動(dòng)部件原來(lái)運(yùn)動(dòng)速度如何，先導(dǎo)閥都要先移動(dòng)一個(gè)固定行程，使工作部件進(jìn)行預(yù)制動(dòng)后，再由換向閥來(lái)使它換向，在合理選擇選擇制動(dòng)錐度后能使制動(dòng)平穩(wěn)。該回路中先導(dǎo)閥的制動(dòng)行程恒定不變，所以換向精度高，但運(yùn)動(dòng)部件速度快時(shí)制動(dòng)沖擊較大。因此，這種控制回路主要用于工作部件運(yùn)動(dòng)速度不大但要求換向精度高的場(chǎng)合。圖7－3時(shí)間控制制動(dòng)式換向回路圖7－4行程控制制動(dòng)式換向回路 7.3壓力控制回路

7.3.1調(diào)壓回路

1.單級(jí)調(diào)壓回路

如圖7－5所示，在液壓泵出口處設(shè)置并聯(lián)溢流閥即可組成單級(jí)調(diào)壓回路，從而控制液壓系統(tǒng)的工作壓力。圖7－5（a）中溢流閥與定量泵并聯(lián)，調(diào)節(jié)定量泵出口處的壓力值；而圖7－5（b）中溢流閥與變量泵并聯(lián)，溢流閥用作安全閥來(lái)調(diào)節(jié)限定系統(tǒng)的最高壓力，系統(tǒng)正常工作過(guò)程中溢流閥不打開，只有當(dāng)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)或出現(xiàn)突然卡死等現(xiàn)象時(shí)，在系統(tǒng)壓力急劇升高狀態(tài)下，溢流閥才打開卸載，對(duì)系統(tǒng)起保護(hù)作用。圖7－5溢流閥調(diào)壓

2.二級(jí)調(diào)壓回路

二級(jí)調(diào)壓回路如圖7－6所示，該回路可實(shí)現(xiàn)液壓泵出口處兩個(gè)壓力值的調(diào)節(jié)。當(dāng)二位二通換向閥電磁鐵失電處于左位工作時(shí)，液壓泵出口處的壓力由溢流閥2決定；當(dāng)二位二通換向閥電磁鐵得電處于右位工作時(shí)，液壓泵出口處的壓力由溢流閥4決定，從而實(shí)現(xiàn)兩級(jí)調(diào)壓。圖7－6二級(jí)調(diào)壓回路

3.多級(jí)調(diào)壓回路連續(xù)

能實(shí)現(xiàn)兩級(jí)調(diào)壓以上的壓力控制回路統(tǒng)稱為多級(jí)調(diào)壓回路。圖7－7為三級(jí)調(diào)壓回路，三個(gè)壓力的調(diào)節(jié)是通過(guò)三位四通電磁換向閥控制實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)換向閥工位是中位、左位和右位時(shí)，分別對(duì)應(yīng)獲得由溢流閥1、2、3控制調(diào)節(jié)的三個(gè)壓力值。圖7－8為比例調(diào)壓回路，回路是通過(guò)比例溢流閥的按比例壓力調(diào)節(jié)特性實(shí)現(xiàn)了定量液壓泵出口處的按比例調(diào)壓過(guò)程。圖7－7三級(jí)調(diào)壓回路圖7－8比例調(diào)壓回路7.3.2減壓回路

減壓回路的作用是使系統(tǒng)中的某一分支油路具有低于系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定壓力。最常見的減壓回路通過(guò)定值減壓閥與主油路相連,如圖7－9(a)所示。減壓回路中也可以采用類似兩級(jí)或多級(jí)調(diào)壓的方法獲得兩級(jí)或多級(jí)減壓，如圖7－9（b）所示。圖7－9減壓回路7.3.3增壓回路

增壓回路是使系統(tǒng)中某一部分具有較高的壓力值。增壓回路中的局部壓力高于泵的輸出壓力。增壓回路主要有應(yīng)用增壓器的增壓回路（有關(guān)內(nèi)容詳見4.1.4節(jié)中的增壓缸部分），如圖7－10所示;另外,還有利用串聯(lián)缸的回路和氣液增壓回路等。圖7－10利用增壓器的增壓回路

1.利用串聯(lián)缸的增壓回路

圖7－11所示為串聯(lián)液壓缸增壓回路。處于回路中圖示工作狀態(tài)時(shí)，液壓泵自卸荷；當(dāng)三位四通手動(dòng)換向閥左位工作時(shí)，右缸進(jìn)油帶動(dòng)活塞桿及壓頭向右運(yùn)動(dòng)；運(yùn)動(dòng)到最右端壓住工件后液壓泵繼續(xù)供油，進(jìn)油路中壓力升高，打開單向順序閥，油液進(jìn)入左缸的左腔，此時(shí)兩液壓缸串聯(lián)同時(shí)對(duì)壓頭提供壓力，實(shí)現(xiàn)增壓工作效果。圖7－11串聯(lián)液壓缸增壓回路

2.氣液增壓回路

應(yīng)用氣液增壓缸實(shí)現(xiàn)的增壓回路如圖7－12所示。該回路利用氣液增壓缸把較低的氣壓力轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤河透字休^高的液壓力，提高氣液油缸的輸出壓力。圖7－12氣液增壓缸增壓回路7.3.4保壓回路

有些系統(tǒng)在工作過(guò)程中,常常要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)在其行程終止時(shí),保持壓力一段時(shí)間,此時(shí)需采用保壓回路。所謂保壓回路,也就是使系統(tǒng)在液壓缸不動(dòng)或僅有工件變形所產(chǎn)生的微小位移下穩(wěn)定地維持壓力。最簡(jiǎn)單的保壓回路是使用密封性能較好的液控單向閥的回路,但是閥類元件處的泄漏使得該種回路的保壓時(shí)間不能維持太久。

其它常用的保壓回路有以下幾種:

1.利用液控單向閥的保壓回路

在5.2.1節(jié)中對(duì)液控單向閥的保壓過(guò)程已作過(guò)介紹。

2.利用液壓泵保壓的保壓回路

圖7－13所示為用液壓泵的保壓回路，當(dāng)系統(tǒng)壓力較低時(shí)，低壓大流量泵1和高壓小流量泵2同時(shí)向系統(tǒng)供油。當(dāng)系統(tǒng)壓力升高至卸荷閥3的調(diào)定壓力時(shí)，低壓大流量泵卸荷，而高壓小流量泵起保壓作用，由溢流閥4調(diào)定系統(tǒng)壓力。

采用變量泵，在保壓時(shí)，泵的壓力較高,但輸出流量幾乎等于零。液壓系統(tǒng)的功率損失小，自動(dòng)調(diào)整輸出流量，因而其效率也較高。圖7－13用液壓泵的保壓回路

3.利用蓄能器的保壓回路

圖7－14所示為利用蓄能器的保壓回路。在圖7－14（a）中，當(dāng)活塞在接觸工件慢進(jìn)和保壓或者活塞上行到終點(diǎn)時(shí)，泵一部分油液進(jìn)入蓄能器。當(dāng)蓄能器壓力達(dá)到一定值時(shí)，壓力繼電器發(fā)訊使泵卸載，此時(shí)蓄能器的壓力油對(duì)壓力機(jī)保壓并補(bǔ)充泄漏。當(dāng)換向閥切換時(shí)，泵和蓄能器同時(shí)向缸供油，使活塞快速運(yùn)動(dòng)。蓄能器在活塞向下、向上運(yùn)動(dòng)中始終處于壓力狀態(tài)。由于蓄能器布置在泵和換向閥之間，因此換向時(shí)兼有防止液壓沖擊的功能。

在圖7－14（b）中，活塞上行時(shí)蓄能器與油箱相通，故蓄能器內(nèi)的壓力為零。當(dāng)活塞下行接觸工件時(shí)泵的壓力上升，泵的油液進(jìn)入蓄能器。當(dāng)蓄能器的壓力上升到調(diào)定壓力時(shí)，壓力繼電器發(fā)訊使泵卸載，這時(shí)缸由蓄能器保壓。該方案適用于加壓和保壓時(shí)間較長(zhǎng)的場(chǎng)合。與圖7－14（a）所示的方案相比，它沒(méi)有泵和蓄能器同時(shí)供油、滿足活塞快速運(yùn)動(dòng)的要求及當(dāng)換向閥突然切換時(shí)蓄能器吸收液壓沖擊的功能。圖7－14利用蓄能器的保壓回路7.3.5卸荷回路

1.采用復(fù)合泵的卸荷回路

圖7－13所示的回路是利用復(fù)合泵作液壓鉆床的動(dòng)力源。當(dāng)液壓缸快速推進(jìn)時(shí)，推動(dòng)液壓缸活塞前進(jìn)所需的壓力比左右兩邊的溢流閥所設(shè)定的壓力還低，故大排量泵和小排量泵的壓力油全部送到液壓缸使活塞快速前進(jìn)。

當(dāng)鉆頭和工件接觸時(shí)，液壓缸活塞的移動(dòng)速度要變慢且在活塞上的工作壓力變大。當(dāng)液壓缸管路的油壓力上升到比右邊的卸荷閥設(shè)定的工作壓力大時(shí)，卸荷閥被打開，低壓大排量泵所排除的液壓油經(jīng)卸荷閥送回油箱。單向閥受高壓油作用，故低壓泵所排出的油不會(huì)經(jīng)單向閥流到液壓缸，即在鉆削進(jìn)給階段，液壓缸的油液由高壓小排量泵來(lái)供給。該種回路的動(dòng)力幾乎完全由高壓泵在消耗，故可達(dá)到節(jié)能作用。該回路中的卸荷閥調(diào)定壓力通常比溢流閥的調(diào)定壓力要低0.5MPa以上。

2.利用二位二通閥旁路的卸荷回路

如圖7－15所示，當(dāng)換向閥左位工作時(shí)，液壓泵出口油液直接流回油箱，實(shí)現(xiàn)卸荷。

3.利用換向閥中位機(jī)能的卸荷回路

如圖7－16所示的三位四通換向閥具有M型中位機(jī)能，當(dāng)回路處于圖示工作狀態(tài)時(shí)，換向閥處于中位，液壓泵卸荷。圖7－15旁通閥的卸荷回路圖7－16換向閥中位機(jī)能的卸荷回路

4.利用溢流閥遠(yuǎn)程控制口卸荷的回路

如圖7－17所示，將溢流閥的遠(yuǎn)程控制口和二位二通電磁換向閥相連接。當(dāng)電磁換向閥電磁鐵得電時(shí)，溢流閥的遠(yuǎn)程控制口通油箱，這時(shí)溢流閥的主閥閥口打開，泵排出的液壓油全部流回油箱，泵出口壓力幾乎為零，故泵成卸荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。而圖中二位二通電磁換向閥只通過(guò)很少流量，因此可用小流量規(guī)格（尺寸為1/8或1/4）。在實(shí)際應(yīng)用中將二位二通電磁換向閥和溢流閥組合在一起，稱為電磁控制溢流閥。圖7－17利用溢流閥遠(yuǎn)程控制口卸荷7.3.6平衡回路

平衡回路的功用在于防止垂直或傾斜放置的液壓缸和與之相連的工作部件因自重而自行下落。圖7－18所示為采用順序閥的平衡回路。

圖7－18(a)所示為采用單向順序閥的平衡回路,當(dāng)lYA得電后活塞下行時(shí),回油路上就存在著一定的背壓，只要將這個(gè)背壓調(diào)得能支承住活塞和與之相連的工作部件自重,活塞就可以平穩(wěn)地下落。當(dāng)換向閥處于中位時(shí)，活塞就停止運(yùn)動(dòng),不再繼續(xù)下移。這種回路當(dāng)活塞向下快速運(yùn)動(dòng)時(shí)功率損失大,鎖住時(shí)活塞和與之相連的工作部件會(huì)因單向順序閥和換向閥的泄漏而緩慢下落，因此它只適用于工作部件重量不大、活塞鎖住時(shí)定位要求不高的場(chǎng)合。圖7－18采用順序閥的平衡回路圖7－18（b）所示為采用液控順序閥的平衡回路，當(dāng)活塞下行時(shí),控制壓力油打開液控順序閥,背壓消失,因而回路效率較高,當(dāng)停止工作時(shí),液控順序閥關(guān)閉以防止活塞和工作部件因自重而下降。這種平衡回路的優(yōu)點(diǎn)是只有上腔進(jìn)油時(shí)活塞才下行,比較安全可靠；缺點(diǎn)是活塞下行時(shí)平穩(wěn)性較差。這是因?yàn)榛钊滦袝r(shí),液壓缸上腔油壓降低,將使液控順序閥關(guān)閉。當(dāng)順序閥關(guān)閉時(shí),因活塞停止下行,使液壓缸上腔油壓升高,又打開液控順序閥。因此，液控順序閥始終工作于啟閉的過(guò)渡狀態(tài),從而影響工作的平穩(wěn)性。這種回路適用于運(yùn)動(dòng)部件重量不大、停留時(shí)間較短的液壓系統(tǒng)中。 7.4速度控制回路

7.4.1概述

在流體傳動(dòng)與控制系統(tǒng)中，速度控制回路是研究系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)和變換問(wèn)題的，它在基本回路中占有重要的地位。常用的速度控制回路有調(diào)速回路、快速回路、速度換接回路等，本節(jié)中分別對(duì)上述三種回路進(jìn)行介紹。

調(diào)速回路的基本原理是根據(jù)缸和馬達(dá)的計(jì)算公式而來(lái)。

在不計(jì)泄漏的情況下，缸的運(yùn)動(dòng)速度v由輸入流量和缸的有效作用面積A決定，即馬達(dá)的轉(zhuǎn)速nM由輸入流量和馬達(dá)的排量Vm決定，即由以上兩式可知，調(diào)節(jié)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速nM或缸的運(yùn)動(dòng)速度v，可通過(guò)改變輸入流量q、排量Vm和缸的有效作用面積A等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般來(lái)說(shuō)改變缸的工作面積會(huì)比較困難，所以通常把缸的有效面積A作為定值，只通過(guò)改變流量q的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速過(guò)程，而改變輸入流量q可以通過(guò)采用流量閥或變量泵等來(lái)實(shí)現(xiàn)，改變馬達(dá)的排量Vm可通過(guò)采用變量馬達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，調(diào)速回路主要有節(jié)流調(diào)速回路、容積調(diào)速回路和容積節(jié)流調(diào)速回路三種方式。7.4.2調(diào)速回路

調(diào)速回路主要有以下三種情況:

(1)節(jié)流調(diào)速回路:由定量泵供油，用流量閥調(diào)節(jié)進(jìn)入或流出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的流量來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。

(2)容積調(diào)速回路:用調(diào)節(jié)變量泵或變量馬達(dá)的排量來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。

(3)容積節(jié)流調(diào)速回路:用限壓變量泵供油，由流量閥調(diào)節(jié)進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)的流量，并使變量泵的流量與調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)流量相適應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。此外，還可采用幾個(gè)定量泵并聯(lián)，按不同速度需要，啟動(dòng)一個(gè)泵或幾個(gè)泵供油實(shí)現(xiàn)分級(jí)調(diào)速。

1.節(jié)流調(diào)速回路

節(jié)流調(diào)速回路是通過(guò)調(diào)節(jié)流量閥的通流截面積大小來(lái)改變進(jìn)入或流出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的流量，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度的調(diào)節(jié)。節(jié)流調(diào)速回路中的流量閥主要有節(jié)流閥和調(diào)速閥兩種。

1）節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)速回路

（1）進(jìn)口節(jié)流閥式調(diào)速回路。

如圖7－19(a)所示，如果調(diào)節(jié)回路里只有節(jié)流閥，則液壓泵輸出的油液全部經(jīng)節(jié)流閥流進(jìn)液壓缸，改變節(jié)流閥節(jié)流口的大小，只能改變油液流經(jīng)節(jié)流閥速度的大小，而總的流量不會(huì)改變，在這種情況下節(jié)流閥不能起調(diào)節(jié)流量的作用，液壓缸的速度不會(huì)改變。進(jìn)口節(jié)流閥式調(diào)速回路是將節(jié)流閥安裝在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的進(jìn)油路上，起調(diào)速作用，其原理如圖7－19（b）所示。該回路的特點(diǎn)為:由定量泵供油，流量q0恒定，溢流閥調(diào)定壓力為pt，泵的供油壓力為p0，進(jìn)入液壓缸的流量q1由調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開口面積A確定,壓力作用在活塞A1上，克服負(fù)載F，推動(dòng)活塞以速度v=q1/A1向右運(yùn)動(dòng)。因?yàn)槎勘霉┯?，q1小于q0，所以溢流閥常開。定量泵出口壓力為p0,p0由溢流閥調(diào)定壓力pt決定，pt為常數(shù)值。圖7－19進(jìn)口節(jié)流閥式調(diào)速回路活塞受力平衡方程:（7－1）進(jìn)入油缸的流量:p1A1=F+p2A2

（7－2）節(jié)流閥兩端的壓差:（7－3）由式（7－3）說(shuō)明，為了保證液壓回路能始終驅(qū)動(dòng)負(fù)載進(jìn)行正常工作，液壓泵的工作壓力p0應(yīng)足夠大。一般取節(jié)流閥的最小工作壓差為0.3~0.4MPa，調(diào)速閥的最小壓差為0.4~0.5MPa。將式（7－1）、式（7－3）代入式（7－2）后整理得:（7－4）將式（7－4）代入流速方程，則得出進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路的速度—負(fù)載特性方程為（7－5）式中:C——與節(jié)流口形式、液流狀態(tài)、油液性質(zhì)等有關(guān)的節(jié)流閥的系數(shù)；

AT——節(jié)流口的通流面積；

φ——節(jié)流閥口指數(shù)（薄壁小孔，φ=0.5）。

由式（7－5）可知，當(dāng)F增大，A一定時(shí)，速度v減小。

進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路的速度—負(fù)載特性曲線如圖7－20所示。調(diào)速回路的速度—負(fù)載特性也稱為機(jī)械特性,它是在回路中調(diào)速元件的調(diào)定值不變的情況下，負(fù)載變化所引起速度變化的性能。圖7－20進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路的速度—負(fù)載特性曲線由圖7－20可看出，液壓缸的速度v隨負(fù)載力的增加而減小。當(dāng)F=p0A1時(shí)，速度為零，此時(shí)節(jié)流閥的工作壓差為零。

液壓缸運(yùn)動(dòng)速度受負(fù)載影響的程度，可用回路速度剛性來(lái)評(píng)定。速度剛性κv可用下式表示:(7－6)回路速度剛性κv的物理意義為:引起單位速度變化時(shí)負(fù)載力的變化量。它是速度—負(fù)載曲線上某點(diǎn)處斜率的倒數(shù)。在特性曲線上某點(diǎn)處斜率越小，速度剛性就越大，液壓缸運(yùn)動(dòng)速度受負(fù)載波動(dòng)的影響就越小，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性就越好；反之會(huì)使運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性變差。調(diào)速回路的功率特性包括回路的輸入功率、輸出功率、功率損失和回路效率，為了便于計(jì)算和進(jìn)行不同回路的功率利用情況比較,常忽略功率在各元器件和管路中的損失。

進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路的輸入功率即液壓泵的輸出功率P為(7－7)進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路的輸出功率即液壓缸的輸入功率（回路的有效功率）P1為(7－8)(7－9)回路的功率損失ΔP為式（7－9）表明，該回路的功率損失主要由兩部分組成:一是溢流閥的溢流損失；二是節(jié)流閥的節(jié)流損失。這兩部分損失都變成熱量使油溫度升高。回路的效率η為(7－10)由于上述兩部分損失的存在，所以回路的效率很低。據(jù)有關(guān)資料介紹，當(dāng)負(fù)載F恒定或變化很小時(shí)，η=0.2~0.6。恒定負(fù)載條件下，回路的功率及效率特性曲線如圖7－21所示?；芈吩诤愣ㄘ?fù)載情況下工作時(shí)，液壓缸的工作壓力、液壓泵的輸出壓力和節(jié)流閥的工作壓差等均為定值。因此，有效功率及回路效率隨工作速度的提高而增大?；芈吩谧冐?fù)載條件下工作時(shí)，液壓泵的工作壓力需要按照最大負(fù)載的需要來(lái)決定，而泵的流量又必須大于液壓執(zhí)行元件在最大速度時(shí)所需要的流量。因此，從功率利用率的角度，該種回路不宜用在負(fù)載變化范圍大的場(chǎng)合。圖7－21恒定負(fù)載條件下回路的功率及效率特性曲線進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路的優(yōu)點(diǎn)是:液壓缸回油腔和回油管中的壓力較低，當(dāng)采用單桿活塞桿液壓缸，使油液進(jìn)入無(wú)桿腔中時(shí)，其有效工作面積較大，可以得到較大的推力和較低的運(yùn)動(dòng)速度。這種回路多用于要求沖擊小、負(fù)載變動(dòng)小的液壓系統(tǒng)中。（2）出口節(jié)流閥式調(diào)速回路。

出口節(jié)流閥式調(diào)速回路也叫回油節(jié)流調(diào)速回路?；赜凸?jié)流調(diào)速回路將節(jié)流閥安裝在液壓缸的回油路上，其調(diào)速原理如圖7－22所示。

回路由定量泵供油，流量q0恒定，溢流閥調(diào)定壓力為pt，泵的供油壓力為p0，進(jìn)入液壓缸的流量為q1，液壓缸輸出的流量為q2，q2由節(jié)流閥的調(diào)節(jié)開口面積A確定,壓力p1作用在活塞A1上，壓力p２作用在活塞A２上，推動(dòng)活塞以速度v=q1/A1向右運(yùn)動(dòng)，克服負(fù)載F做功。圖7－22出口節(jié)流閥式調(diào)整回路因（7－11）（7－12）q1小于q0，所以液壓泵出口處壓力值等于溢流閥調(diào)定供油壓力和液壓缸左腔中油液的壓力值，即p0=pt＝p1

（7-13）活塞受力平衡方程:p1A1=F+p2

A2（7-14）因此，液壓缸回油腔的壓力值p2為（7－15）當(dāng)F=0時(shí),p2=p1A1/A2＞p1,（7－16）（7－17）（7－18）出口節(jié)流調(diào)速回路的速度—負(fù)載特性方程為式中:

C——與節(jié)流口形式、液流狀態(tài)、油液性質(zhì)等有關(guān)的節(jié)流閥的系數(shù)；

AT——節(jié)流口的通流面積；

φ——節(jié)流閥口指數(shù)（薄壁小孔，φ=0.5）。由式（7－19）可知，當(dāng)F增大,A一定時(shí)，速度v減小。（7－19）出口節(jié)流閥式調(diào)速回路速度—負(fù)載特性曲線與圖7－20相似。回路的速度剛性κv為(7－20)在功率特性方面，液壓泵輸出功率P為(7－21)有效功率即液壓缸的輸入功率為（7－22）式中的p2是指節(jié)流閥的節(jié)流損失大小?；芈返墓β蕮p失ΔP為(7－23)式（7－23）表明，該回路的功率損失也主要由溢流閥的溢流損失和節(jié)流閥的節(jié)流損失兩部分組成?；芈返男师菫?7－24)出口節(jié)流調(diào)速回路的調(diào)速范圍與進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路一樣也取決于節(jié)流閥的調(diào)節(jié)范圍。

與進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路相比，出口節(jié)流調(diào)速回路的節(jié)流閥在回油路上可以產(chǎn)生背壓，能承受負(fù)值負(fù)載（與液壓缸運(yùn)動(dòng)方向相同的負(fù)載力）；而進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路只有在液壓缸回路上設(shè)置背壓閥后，才能承受負(fù)值負(fù)載，但是，這樣要增加進(jìn)口節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)速回路的功率損失。在出口節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)速回路中，流經(jīng)節(jié)流閥而發(fā)熱的油液，直接流回油箱冷卻；而進(jìn)口節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)速回路流經(jīng)節(jié)流閥而發(fā)熱的油液要進(jìn)入液壓缸，對(duì)熱變形有嚴(yán)格要求的精密設(shè)備會(huì)產(chǎn)生不利影響。相對(duì)進(jìn)口節(jié)流閥式調(diào)速回路調(diào)速而言，出口節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)速回路運(yùn)動(dòng)比較平穩(wěn)，常用于負(fù)載變化較大，要求運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的液壓系統(tǒng)中。而且在節(jié)流口的通流面積AT一定時(shí)，速度v隨負(fù)載F增加而減小。

綜上所述，使用節(jié)流閥式的進(jìn)口、出口節(jié)流調(diào)速回路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性好，但效率低、機(jī)械特性軟，宜用在負(fù)載變化不大、低速小功率場(chǎng)合，如平面磨床、外圓磨床的工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)液壓系統(tǒng)等。

另外，在液壓缸的進(jìn)、出油路上也可同時(shí)使用節(jié)流閥，通過(guò)兩閥的聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)控制運(yùn)動(dòng)速度，構(gòu)成進(jìn)出口節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)速回路。由伺服閥控制的液壓伺服系統(tǒng)和有些磨床的液壓系統(tǒng)就采用了此種調(diào)速回路。（3）旁路節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)速回路。

旁路節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)速回路由定量泵、安全閥、液壓缸和節(jié)流閥組成，節(jié)流閥安裝在與液壓缸并聯(lián)的旁油路上，其調(diào)速原理如圖7－23所示。

定油泵輸出流量q0，其中一部分流量q1進(jìn)入液壓缸，另一部分流量q2通過(guò)節(jié)流閥流回油箱。溢流閥在回路中起安全閥的作用，回路正常工作時(shí)，溢流閥不打開，當(dāng)供油壓力超過(guò)正常工作壓力時(shí)，溢流閥才打開，防止過(guò)載。溢流閥的調(diào)節(jié)壓力應(yīng)大于回路正常工作壓力，在回路中，缸的進(jìn)油壓力p1等于泵的供油壓力p0，溢流閥的調(diào)節(jié)壓力一般為缸克服最大負(fù)載所需的工作壓力p1max的1.1~1.3倍。圖7－23旁路節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)整回路旁路節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)速回路液壓缸速度為(7－25)式中,Δq為節(jié)流閥的節(jié)流流量，q0為液壓泵的理論流量。由圖7－24可知，在節(jié)流閥通流截面積不變的情況下，液壓缸的速度因負(fù)載增大而明顯減小，速度—負(fù)載特性很軟。原因主要有兩點(diǎn):一是當(dāng)負(fù)載增大后，節(jié)流閥前面的壓差也增大，通過(guò)節(jié)流閥的流量增加，從而減少了進(jìn)入液壓缸的流量，降低了液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度；二是當(dāng)負(fù)載增大后，液壓泵出口處壓力也增大，使液壓泵的內(nèi)泄漏增加，導(dǎo)致液壓泵實(shí)際輸出流量減少，液壓缸速度減小。當(dāng)負(fù)載增大到某一數(shù)值時(shí)，液壓缸停止不動(dòng)；而且節(jié)流閥通流截面積越大，液壓缸停止運(yùn)動(dòng)的負(fù)載力就越小。為了在低速下驅(qū)動(dòng)足夠大的負(fù)載，就必須減小節(jié)流閥的通流截面積，使回路的調(diào)速范圍變小。圖7－24旁路節(jié)流調(diào)速回路速度負(fù)載特性曲線在不考慮各元件及管路的壓力損失及其泄漏的情況下，下面對(duì)旁路節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)速回路的功率特性進(jìn)行分析。

液壓泵輸出功率P在負(fù)載不變的情況下為（7－26）有效功率即液壓缸的輸入功率為（7－27）功率損失ΔP為ΔP=P-P1=p1(q0-q1)=p1Δq

（7－28）

回路的效率η為(7－29)從式（7－29）可以看出，旁路節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)速回路的功率損失只有節(jié)流損失，沒(méi)有溢流損失。因此，與進(jìn)口和出口節(jié)流調(diào)速回路相比，旁路節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)速回路的效率比較高。由于在該回路中液壓泵的輸出壓力與負(fù)載相適應(yīng)，沒(méi)有壓力損失，所以在調(diào)速和變載的情況下效率更高。旁路節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)速回路的調(diào)速范圍不僅與節(jié)流閥的調(diào)速范圍有關(guān)，還與負(fù)載、液壓缸的泄漏有關(guān)，因此其數(shù)值比進(jìn)口、出口節(jié)流閥式調(diào)速回路的調(diào)速范圍要小。

2）調(diào)速閥式節(jié)流調(diào)速回路

前面介紹的三種基本回路其速度的穩(wěn)定性均隨負(fù)載的變化而變化，對(duì)于一些負(fù)載變化較大、對(duì)速度穩(wěn)定性要求較高的液壓系統(tǒng)，可采用調(diào)速閥來(lái)改善速度—負(fù)載特性。因?yàn)橹灰{(diào)速閥的壓差超過(guò)它的最小壓差值（一般為0.4~0.5MPa），通過(guò)調(diào)速閥的流量便不隨壓差而變化。采用調(diào)速閥也可按其安裝位置不同，分為進(jìn)口調(diào)速閥式節(jié)流調(diào)速回路(如圖7－25（a）所示)、出口調(diào)速閥式節(jié)流調(diào)速回路和旁路調(diào)速閥式節(jié)流調(diào)速回路。調(diào)速閥式節(jié)流調(diào)速回路與節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)速回路的三種形式相同，因此，這里僅以進(jìn)口調(diào)速閥式節(jié)流調(diào)速回路為例詳細(xì)講解，其它部分不再一一介紹回路結(jié)構(gòu)和工作原理。

圖7－25（a）所示為調(diào)速閥進(jìn)口調(diào)速回路，圖7－25(b)所示為調(diào)速閥進(jìn)口、出口調(diào)速回路的速度—負(fù)載特性曲線。其工作原理與采用節(jié)流閥的節(jié)流調(diào)速回路相似。在這里當(dāng)負(fù)載F變化而使p1變化時(shí)，由于調(diào)速閥中的定差減壓閥的調(diào)節(jié)作用，使調(diào)速閥中的節(jié)流閥前后壓差Δp保持不變，從而使流經(jīng)調(diào)速閥的流量q1不變，所以活塞的運(yùn)動(dòng)速度v也不變。調(diào)速閥進(jìn)口調(diào)速回路的速度—負(fù)載特性曲線如圖7－25(b)所示。當(dāng)液壓缸的負(fù)載在0~FA之間變化時(shí)，缸的運(yùn)動(dòng)速度不會(huì)隨之變化。當(dāng)負(fù)載大于FA時(shí)，由于調(diào)速閥的工作壓差已小于調(diào)速閥正常工作的最小壓差，其輸出特性與節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)速回路相同，速度將隨負(fù)載的增大而減??；當(dāng)負(fù)載增大到FB時(shí)，液壓缸停止運(yùn)動(dòng)（FB=p0A1）。

圖7－25(c)調(diào)速閥旁路調(diào)速回路的速度—負(fù)載特性曲線圖。當(dāng)液壓缸的負(fù)載在FA~FB之間變化時(shí)，負(fù)載增大，速度有所減小，但幅度不大，產(chǎn)生原因主要是由于泄漏引起的。液壓泵的泄漏量隨負(fù)載增大而增多，當(dāng)負(fù)載增大到FB時(shí)，安全閥打開，液壓缸停止運(yùn)動(dòng)。當(dāng)負(fù)載小于FA時(shí)，由于調(diào)速閥的工作壓差小于其自身正常工作的最小壓差，所以輸出特性和節(jié)流閥相同。圖7－25調(diào)速閥式節(jié)流調(diào)速回路調(diào)速閥式節(jié)流調(diào)速回路的其它特性與節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)速回路相似，在計(jì)算和分析時(shí)請(qǐng)參照前述相關(guān)公式。

由于泄漏的影響，實(shí)際上隨負(fù)載F增加，速度v有所減小。在此回路中，調(diào)速閥上的壓差Δp包括兩部分:節(jié)流口的壓差和定差輸出減壓口上的壓差。所以調(diào)速閥的調(diào)節(jié)壓差比采用節(jié)流閥時(shí)要大，一般Δp≥5×105Pa，高壓調(diào)速閥則達(dá)10×105Pa。這樣泵的供油壓力p0相應(yīng)地比采用節(jié)流閥時(shí)也要調(diào)得高些，故其功率損失也要大些。

綜上所述，采用調(diào)速閥的節(jié)流調(diào)速回路的低速穩(wěn)定性、回路剛度、調(diào)速范圍等要比采用節(jié)流閥的節(jié)流調(diào)速回路都好，所以它在機(jī)床液壓系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用，例如組合機(jī)床的液壓滑臺(tái)系統(tǒng)、液壓六角車床及液壓多刀半自動(dòng)車床等。

2.容積調(diào)速回路

容積調(diào)速回路是通過(guò)改變回路中液壓泵或液壓馬達(dá)的排量來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。其主要優(yōu)點(diǎn)是功率損失小(沒(méi)有溢流損失和節(jié)流損失)，且其工作壓力隨負(fù)載變化，所以效率高、油的溫度低，適用于高速、大功率系統(tǒng)。

按油路循環(huán)方式不同，容積調(diào)速回路有開式回路和閉式回路兩種。開式回路中泵從油箱吸油，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的回油直接回到油箱，油箱容積大，油液能得到較充分的冷卻，但空氣和灰塵、雜質(zhì)等污染物容易進(jìn)入回路。閉式回路中，液壓泵將油輸出進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)的進(jìn)油腔，又從執(zhí)行機(jī)構(gòu)的回油腔吸油。閉式回路結(jié)構(gòu)緊湊，只需很小的補(bǔ)油箱，但冷卻條件差。為了補(bǔ)償工作中油液的泄漏，一般設(shè)有補(bǔ)油泵，補(bǔ)油泵的流量為主泵流量的10%～15%，壓力調(diào)節(jié)為3×105～10×105Pa。

1)變量泵和缸、定量馬達(dá)的容積調(diào)速回路

變量泵和缸、馬達(dá)的容積調(diào)速回路可由變量泵與液壓缸或變量泵與定量液壓馬達(dá)組成。該回路如圖7－26所示，圖7－26(a)為變量泵與液壓缸所組成的開式容積調(diào)速回路，圖7－26(b)為變量泵與定量液壓馬達(dá)組成的閉式容積調(diào)速回路。圖7－26變量泵定量液動(dòng)馬達(dá)容積調(diào)速回路該回路工作原理是:圖7－26(a)中活塞5的運(yùn)動(dòng)速度v由變量泵1調(diào)節(jié)，2為安全閥，4為換向閥，6為背壓閥。圖7－26(b)所示為采用變量泵3來(lái)調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)5的轉(zhuǎn)速，安全閥4用以防止過(guò)載，液壓泵1進(jìn)行低壓輔助補(bǔ)油，其補(bǔ)油壓力由低壓溢流閥6進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（1）速度特性。

圖7－26(a)和圖7－26(b)所示回路在不考慮回路的容積效率時(shí)，圖7－26(a)中執(zhí)行機(jī)構(gòu)液壓缸的速度v和圖7－26(b)中液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速nm(對(duì)應(yīng)排量Vm)與變量泵的排量V3的關(guān)系為(7－30)式中q1為圖7－26(a)中液壓泵的輸出工作流量。(7－31)或(7－32)式(7－32)表明:因馬達(dá)的排量Vm和缸的有效工作面積A是不變的，若變量泵的轉(zhuǎn)速不變，則馬達(dá)的轉(zhuǎn)速nm(或活塞的運(yùn)動(dòng)速度)與變量泵的排量成正比，是一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，如圖7－26(c)中虛線所示。實(shí)際上回路的泄漏是不可避免的，在一定負(fù)載下，需要一定流量才能啟動(dòng)和帶動(dòng)負(fù)載，所以實(shí)際的變化關(guān)系如實(shí)線所示。這種回路在低速下承載能力差，速度不穩(wěn)定。（2）轉(zhuǎn)矩與功率特性。

當(dāng)不考慮回路的損失時(shí)，液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩Tm(或缸的輸出推力F)為(7－33)(7－34)它表明當(dāng)泵的輸出壓力p2和吸油路(也即馬達(dá)或缸的排油)壓力p0不變時(shí)，馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩Tm或缸的輸出推力F理論上是恒定的，與變量泵的排量VB無(wú)關(guān)。但實(shí)際上由于泄漏和機(jī)械摩擦等的影響，也存在一個(gè)“死區(qū)”，如圖7－26(c)所示。回路中執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出功率為(7－35)或(7－36)式(7－35)和式(7－36)表明:馬達(dá)或缸的輸出功率P隨變量泵的排量VB的增減而線性地增減。其理論與實(shí)際的功率特性亦見圖7－26(c)。這種回路的調(diào)速范圍主要取決于變量泵的變量范圍，其次要受回路的泄漏和負(fù)載的影響。

綜上所述，變量泵和缸、定量馬達(dá)所組成的容積調(diào)速回路為恒轉(zhuǎn)矩輸出，可正反向?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍較大。因此，這種回路適用于調(diào)速范圍較大、要求恒扭矩輸出的場(chǎng)合，如大型機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)或進(jìn)給系統(tǒng)中。

2)定量泵和變量馬達(dá)的容積調(diào)速回路

定量泵與變量馬達(dá)容積調(diào)速回路如圖7－27所示。圖7－27(a)為開式回路，它主要由定量泵1、變量馬達(dá)2、安全閥3和換向閥4組成；圖7－27(b)為閉式回路，它主要由定量泵1、變量馬達(dá)2，安全閥3，低壓溢流閥4和補(bǔ)油泵5組成。圖7－27定量泵變量馬達(dá)的容積調(diào)速回路定量泵和變量馬達(dá)的容積調(diào)速回路是由調(diào)節(jié)變量馬達(dá)的排量Vm來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。

（1）速度特性。在不考慮回路泄漏時(shí)，液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速nm為(7－37)式中，qB為定量泵的輸出流量?？梢娮兞狂R達(dá)的轉(zhuǎn)速nm與其排量Vm成正比，當(dāng)排量Vm最小時(shí)，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速nm最高。其理論與實(shí)際的特性曲線如圖7－27(c)中虛、實(shí)線所示。由上述分析和調(diào)速特性可知，此種用調(diào)節(jié)變量馬達(dá)排量的調(diào)速回路，如果用變量馬達(dá)來(lái)?yè)Q向，在換向的瞬間要經(jīng)過(guò)“高轉(zhuǎn)速—零轉(zhuǎn)速—反向高轉(zhuǎn)速”的突變過(guò)程，所以不宜用變量馬達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)換向。（2）轉(zhuǎn)矩與功率特性

液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩為(7－38)液壓馬達(dá)的輸出功率為Pm=nmTm=qB(pB-p0)(7－39)式（7－38）和式（7－39）表明:馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩Tm與其排量Vm成正比；而馬達(dá)的輸出功率Pm與其排量Vm無(wú)關(guān)，若進(jìn)油壓力pB與回油壓力p0不變，Pm=C，故此種回路屬恒功率調(diào)速。其轉(zhuǎn)矩特性和功率特性如圖7－27(c)所示。

3)變量泵和變量馬達(dá)的容積調(diào)速回路

變量泵和變量馬達(dá)的容積調(diào)速回路是上述兩種調(diào)速回路的組合，其調(diào)速特性也具有兩者的特點(diǎn)。

圖7－28所示為變量泵和變量馬達(dá)的容積調(diào)速回路，圖7－29所示為其調(diào)速特性。該回路是由雙向變量泵1和雙向變量馬達(dá)2等組成閉式容積調(diào)速回路。

回路的工作原理是:調(diào)節(jié)變量泵1的排量VB和變量馬達(dá)2的排量Vm，都可調(diào)節(jié)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速nm；補(bǔ)油泵通過(guò)單向閥6和8向低壓腔補(bǔ)油，其補(bǔ)油壓力由溢流閥5來(lái)調(diào)節(jié)；安全閥3用以防止正反兩個(gè)方向的高壓過(guò)載。圖7－28變量泵變量馬達(dá)的容積調(diào)速回路圖7－29變量泵變量馬達(dá)的容積調(diào)速回路調(diào)速特性為合理地利用變量泵和變量馬達(dá)調(diào)速中各自的優(yōu)點(diǎn)，克服其缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，一般采用分段調(diào)速的方法。第一階段將變量馬達(dá)的排量Vm調(diào)到最大值并使之恒定，然后調(diào)節(jié)變量泵的排量VB從最小逐漸加大到最大值，則馬達(dá)的轉(zhuǎn)速nm便從最小逐漸升高到相應(yīng)的最大值(變量馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩Tm不變，輸出功率Pm逐漸加大)。第一階段相當(dāng)于變量泵定量馬達(dá)的容積調(diào)速回路。第二階段使已調(diào)到最大值的變量泵的排量VB固定不變，然后調(diào)節(jié)變量馬達(dá)的排量Vm從最大逐漸調(diào)到最小，此時(shí)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速nm便進(jìn)一步逐漸升高到最高值(在該階段中，馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩Tm逐漸減小，而輸出功率Pm不變)。這里的第二階段相當(dāng)于定量泵變量馬達(dá)的容積調(diào)速回路。上述分段調(diào)速的特性曲線如圖7－29所示。通過(guò)以上過(guò)程的調(diào)節(jié)就可使馬達(dá)的換向平穩(wěn)，且第一階段為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，第二階段為恒功率調(diào)速。這種容積調(diào)速回路的調(diào)速范圍是變量泵調(diào)節(jié)范圍和變量馬達(dá)調(diào)節(jié)范圍之乘積，所以其調(diào)速范圍大(可達(dá)100)，并且有較高的效率，適用于大功率場(chǎng)合，如礦山機(jī)械、起重機(jī)械以及大型機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)液壓系統(tǒng)。

3.容積節(jié)流調(diào)速回路

容積節(jié)流調(diào)速回路的基本工作原理是采用壓力補(bǔ)償式變量泵供油、調(diào)速閥(或節(jié)流閥)調(diào)節(jié)進(jìn)入液壓缸的流量并使泵的輸出流量自動(dòng)地與液壓缸所需流量相適應(yīng)。

常用的容積節(jié)流調(diào)速回路有:限壓式變量泵與調(diào)速閥等組成的容積節(jié)流調(diào)速回路、變壓式變量泵與節(jié)流閥等組成的容積調(diào)速回路。圖7－30所示為限壓式變量泵與調(diào)速閥組成的調(diào)速回路的工作原理和工作特性。在圖示位置，活塞4快速向右運(yùn)動(dòng)，泵1按快速運(yùn)動(dòng)要求調(diào)節(jié)其輸出流量qmax，同時(shí)調(diào)節(jié)限壓式變量泵的壓力調(diào)節(jié)螺釘，使泵的限定壓力pC大于快速運(yùn)動(dòng)所需壓力（圖7－30(b)中AB段）。當(dāng)換向閥3通電時(shí)，泵輸出的壓力油經(jīng)調(diào)速閥2進(jìn)入缸4，其回油經(jīng)背壓閥5流回油箱。調(diào)節(jié)調(diào)速閥2的流量q1就可調(diào)節(jié)活塞的運(yùn)動(dòng)速度v，由于q1＜qB，壓力油迫使泵的出口與調(diào)速閥進(jìn)口之間的油壓升高，即泵的供油壓力升高，泵的流量便自動(dòng)減小到qB≈q1

為止。圖7－30限壓式變量泵調(diào)速閥容積節(jié)流調(diào)速回路這種調(diào)速回路的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、速度負(fù)載特性、承載能力和調(diào)速范圍均與采用調(diào)速閥的節(jié)流調(diào)速回路相同。圖7－30(b)所示為其調(diào)速特性，由圖可知，此回路只有節(jié)流損失而無(wú)溢流損失。

當(dāng)不考慮回路中泵和管路的泄漏損失時(shí)，回路的效率為上式表明:泵的輸油壓力pB調(diào)得低，回路效率就可高一些，但為了保證調(diào)速閥的正常工作壓差，泵的壓力應(yīng)比負(fù)載壓力p1

至少大5×105Pa。當(dāng)此回路用于“死擋鐵停留”、壓力繼電器發(fā)訊實(shí)現(xiàn)快退時(shí)，泵的壓力還應(yīng)調(diào)高些，以保證壓力繼電器可靠發(fā)訊，故此時(shí)的實(shí)際工作特性曲線如圖7－30(b)中AB′C′所示。此外，當(dāng)pC不變時(shí)，負(fù)載越小，p1便越小，回路效率越低。

綜上所述,限壓式變量泵與調(diào)速閥等組成的容積節(jié)流調(diào)速回路具有效率較高、調(diào)速較穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于負(fù)載變化不大的中、小功率組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)中。

4.調(diào)速回路的比較和選用

1)調(diào)速回路的比較

不同調(diào)速回路在機(jī)械特性、調(diào)速范圍、功率特性方面都有各自的特點(diǎn)，適用范圍也不同，表7－1所示為不同調(diào)速回路在以上幾方面的比較情況。必須深入了解各種調(diào)速回路的特點(diǎn)，才能在工程設(shè)計(jì)和使用分析時(shí)正確應(yīng)用。表7－1調(diào)速回路的比較

2)調(diào)速回路的選用

調(diào)速回路的選用主要考慮以下問(wèn)題:

(1)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的負(fù)載性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)速度、速度穩(wěn)定性等要求:負(fù)載小，且工作中負(fù)載變化也小的系統(tǒng)可采用節(jié)流閥式節(jié)流調(diào)速；在工作中負(fù)載變化較大且要求低速穩(wěn)定性好的系統(tǒng)，宜采用調(diào)速閥式的節(jié)流調(diào)速或容積節(jié)流調(diào)速；負(fù)載大、運(yùn)動(dòng)速度高、油的溫升要求小的系統(tǒng)，宜采用容積調(diào)速回路。

一般來(lái)說(shuō)，功率在3kW以下的液壓系統(tǒng)宜采用節(jié)流調(diào)速,3～5kW范圍宜采用容積節(jié)流調(diào)速,功率在5kW以上的宜采用容積調(diào)速回路。

(2)工作環(huán)境要求:處于溫度較高的環(huán)境下工作，且要求整個(gè)液壓裝置體積小、重量輕的情況，宜采用閉式回路的容積調(diào)速。

(3)經(jīng)濟(jì)性要求:節(jié)流調(diào)速回路的成本低，功率損失大，效率也低；容積調(diào)速回路因變量泵、變量馬達(dá)的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，所以價(jià)格高，但其效率高、功率損失??；而容積節(jié)流調(diào)速回路則介于兩者之間。所以需綜合分析選用回路種類。7.4.3快速回路

1.差動(dòng)連接回路

差動(dòng)連接回路是在不增加液壓泵輸出流量的情況下，提高工作部件運(yùn)動(dòng)速度的一種快速回路，其實(shí)質(zhì)是改變了液壓缸的有效作用面積。

圖7－31所示為能實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接的工作進(jìn)給回路，它是用于快、慢速轉(zhuǎn)換的，其中快速運(yùn)動(dòng)采用差動(dòng)連接回路。當(dāng)換向閥3左端的電磁鐵通電時(shí)，閥3左位進(jìn)入系統(tǒng)，液壓泵1輸出的壓力油和缸4右腔的油經(jīng)3左位、5下位(此時(shí)外控順序閥7關(guān)閉)進(jìn)入液壓缸4的左腔，實(shí)現(xiàn)了差動(dòng)連接，使活塞快速向右運(yùn)動(dòng)。當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)結(jié)束，工作部件上的擋鐵壓下機(jī)動(dòng)換向閥5時(shí)，泵的壓力升高，閥7打開，液壓缸4右腔的回油只能經(jīng)調(diào)速閥6流回油箱，這時(shí)是工作進(jìn)給。當(dāng)換向閥3右端的電磁鐵通電時(shí)，活塞向左快速退回(非差動(dòng)連接)。圖7－31能實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接工作進(jìn)給回路采用差動(dòng)連接的快速回路方法簡(jiǎn)單，較經(jīng)濟(jì)，但快、慢速度的換接不夠平穩(wěn)。必須注意，差動(dòng)油路的換向閥和油管通道應(yīng)按差動(dòng)時(shí)的流量選擇，否則流動(dòng)液阻過(guò)大，會(huì)使液壓泵的部分油液從溢流閥流回油箱，速度減慢，甚至無(wú)法起到差動(dòng)連接作用。

2.雙泵供油的快速運(yùn)動(dòng)回路

雙泵供油的快速運(yùn)動(dòng)回路是利用低壓大流量泵和高壓小流量泵并聯(lián)為系統(tǒng)供油，回路見圖7－32。圖中高壓小流量泵1用來(lái)實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，低壓大流量泵2用來(lái)實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。在快速運(yùn)動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)負(fù)載較小，需要的工作壓力低于液壓泵2的出口工作壓力，因此，液壓泵2輸出的油液經(jīng)單向閥4和液壓泵1輸出的油共同向系統(tǒng)供油。此時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)速度是由液壓泵1和液壓泵2的流量之和決定的，它們共同實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的快速運(yùn)動(dòng)過(guò)程。因此，該種回路稱為雙泵供油快速運(yùn)動(dòng)回路。圖7－32雙泵供油回路在工作進(jìn)給時(shí)，系統(tǒng)壓力升高，打開液控順序閥(卸荷閥)3使液壓泵2卸荷，此時(shí)單向閥4關(guān)閉，由液壓泵1單獨(dú)向系統(tǒng)供油。

溢流閥5控制液壓泵1的供油壓力是根據(jù)系統(tǒng)所需最大工作壓力來(lái)調(diào)節(jié)的，而卸荷閥3使液壓泵2在快速運(yùn)動(dòng)時(shí)供油，在工作進(jìn)給時(shí)則卸荷，因此它的調(diào)整壓力應(yīng)比快速運(yùn)動(dòng)時(shí)系統(tǒng)所需的壓力要高，但比溢流閥5的調(diào)整壓力低。

雙泵供油回路功率利用合理、效率高，并且速度換接較平穩(wěn)，在快、慢速度相差較大的機(jī)床中應(yīng)用很廣泛；缺點(diǎn)是要用一個(gè)雙聯(lián)泵，油路系統(tǒng)也稍復(fù)雜。7.4.4速度換接回路

1.快、慢速運(yùn)動(dòng)的換接回路

圖7－33是用單向行程節(jié)流閥換接快速運(yùn)動(dòng)(簡(jiǎn)稱快進(jìn))和工作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)(簡(jiǎn)稱工進(jìn))的速度換接回路。在圖示位置液壓缸3右腔的回油可經(jīng)行程閥4和換向閥2流回油箱，使活塞快速向右運(yùn)動(dòng)。當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)到達(dá)所需位置時(shí)，活塞上擋塊壓下行程閥4，將其通路關(guān)閉，這時(shí)液壓缸3右腔的回油就必須經(jīng)過(guò)節(jié)流閥6流回油箱，活塞的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為工作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)(簡(jiǎn)稱工進(jìn))。當(dāng)操縱換向閥2使活塞換向后，壓力油可經(jīng)換向閥2和單向閥5進(jìn)入液壓缸3右腔，使活塞快速向左退回。在這種速度換接回路中，因?yàn)樾谐涕y的通油路是由液壓缸活塞的行程控制閥芯移動(dòng)而逐漸關(guān)閉的，所以換接時(shí)的位置精度高，沖出量小，運(yùn)動(dòng)速度的變換也比較平穩(wěn)。這種回路在機(jī)床液壓系統(tǒng)中應(yīng)用較多，它的缺點(diǎn)是行程閥的安裝位置受一定限制(要由擋鐵壓下)，所以有時(shí)管路連接稍復(fù)雜。行程閥也可以用電磁換向閥來(lái)代替，這時(shí)電磁閥的安裝位置不受限制(擋鐵只需要壓下行程開關(guān))，但其換接精度及速度變換的平穩(wěn)性較差。圖7－34是利用液壓缸本身的管路連接實(shí)現(xiàn)的速度換接回路。在圖示位置時(shí)，活塞快速向右移動(dòng)，液壓缸右腔的回油經(jīng)油路1和換向閥流回油箱。當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到將油路1封閉后，液壓缸右腔的回油須經(jīng)節(jié)流閥3流回油箱，活塞則由快速運(yùn)動(dòng)變換為工作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

這種速度換接回路方法簡(jiǎn)單，換接較可靠，但速度換接的位置不能調(diào)整，工作行程也不能過(guò)長(zhǎng)以免活塞過(guò)寬，所以僅適用于工作情況固定的場(chǎng)合。這種回路也常用作活塞運(yùn)動(dòng)到達(dá)端部時(shí)的緩沖制動(dòng)回路。圖7－34利用液壓缸本身的管路連接實(shí)現(xiàn)的速度換接回路圖7－33用行程節(jié)流閥的速度換接回路

2.兩種工作進(jìn)給速度的換接回路

對(duì)于某些自動(dòng)機(jī)床、注塑機(jī)等，需要在自動(dòng)工作循環(huán)中變換兩種以上的工作進(jìn)給速度，這時(shí)需要采用兩種(或多種)工作進(jìn)給速度的換接回路。

圖7－35是兩個(gè)調(diào)速閥并聯(lián)以實(shí)現(xiàn)兩種工作進(jìn)給速度的換接回路。在圖7－35(a)中，液壓泵輸出的壓力油經(jīng)調(diào)速閥3和電磁閥5進(jìn)入液壓缸。當(dāng)需要第二種工作進(jìn)給速度時(shí)，電磁閥5通電，其右位接入回路，液壓泵輸出的壓力油經(jīng)調(diào)速閥4和電磁閥5進(jìn)入液壓缸。這種回路中兩個(gè)調(diào)速閥的節(jié)流口可以獨(dú)立調(diào)節(jié)，互不影響，即第一種工作進(jìn)給速度和第二種工作進(jìn)給速度互相無(wú)限制。但一個(gè)調(diào)速閥工作時(shí)，另一個(gè)調(diào)速閥中沒(méi)有油液通過(guò)，它的減壓閥則處于完全打開的位置，在速度換接開始的瞬間不能起減壓作用，容易出現(xiàn)部件突然前沖的現(xiàn)象。圖7－35(b)為另一種調(diào)速閥并聯(lián)的速度換接回路。在該回路中，兩個(gè)調(diào)速閥始終處于工作狀態(tài)，在由一種工作進(jìn)給速度轉(zhuǎn)換為另一種工作進(jìn)給速度時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)工作部件突然前沖現(xiàn)象，因而工作可靠。但是液壓系統(tǒng)在工作中有一定量的油液通過(guò)不起調(diào)速作用的調(diào)速閥流回油箱，造成能量損失，使系統(tǒng)發(fā)熱。

圖7－36是兩個(gè)調(diào)速閥串聯(lián)的速度換接回路。圖中液壓泵輸出的壓力油經(jīng)調(diào)速閥3和電磁閥5進(jìn)入液壓缸，這時(shí)的流量由調(diào)速閥3控制。當(dāng)需要第二種工作進(jìn)給速度時(shí)，閥5通電，其右位接入回路，則液壓泵輸出的壓力油先經(jīng)調(diào)速閥3，再經(jīng)調(diào)速閥4進(jìn)入液壓缸，這時(shí)的流量應(yīng)由調(diào)速閥4控制，所以兩個(gè)調(diào)速閥串聯(lián)式回路中調(diào)速閥4的節(jié)流口應(yīng)調(diào)得比調(diào)速閥3小，否則調(diào)速閥4速度換接回路將不起作用。這種回路在工作時(shí)調(diào)速閥3一直工作，限制了進(jìn)入液壓缸或調(diào)速閥4的流量，因此在速度換接時(shí)不會(huì)使液壓缸產(chǎn)生前沖現(xiàn)象，換接平穩(wěn)性較好。在調(diào)速閥4工作時(shí)，油液需經(jīng)兩個(gè)調(diào)速閥，故能量損失較大，系統(tǒng)發(fā)熱也較大，但比圖7－35(b)所示的回路要小。圖7－35兩個(gè)調(diào)速閥并聯(lián)的速度換接回路圖7－36兩個(gè)調(diào)速閥串聯(lián)的速度換接回路 7.5多缸運(yùn)動(dòng)控制回路

1.容積式同步運(yùn)動(dòng)回路

容積式同步運(yùn)動(dòng)回路主要是使用相同的液壓泵、執(zhí)行元件（缸或馬達(dá)）或機(jī)械連接的方法實(shí)現(xiàn)的。

1）同步泵的同步運(yùn)動(dòng)回路

圖7－37所示為同步泵的同步運(yùn)動(dòng)回路，回路中用兩個(gè)同軸等排量的液壓泵分別向兩油缸供油，當(dāng)兩油缸進(jìn)油腔活塞工作面積相等時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)兩執(zhí)行元件油缸的同步運(yùn)動(dòng)。圖7－37同步泵的同步運(yùn)動(dòng)回路除了同步泵的同步回路外，同步缸的同步運(yùn)動(dòng)回路與其同步原理基本相似，它是在回路中使用了兩個(gè)尺寸相同的油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)的。

串聯(lián)缸同步運(yùn)動(dòng)回路如圖7－38所示，回路中的執(zhí)行元件液壓缸1和液壓缸2進(jìn)行串聯(lián)，工作過(guò)程中主控三位四通電磁換向閥6右側(cè)電磁鐵得電時(shí)，換向閥4和5失電，此時(shí)液控單向閥3斷開，缸1的B腔和缸2的A腔相通，流量相等，在此情況下只要在選擇使用時(shí)保證兩腔的有效工作面積相等即可實(shí)現(xiàn)兩缸同步運(yùn)動(dòng)。圖7－38串聯(lián)缸同步運(yùn)動(dòng)回路

2）機(jī)械連接同步動(dòng)作回路

機(jī)械零件連接同步動(dòng)作回路主要包括應(yīng)用剛性梁和齒輪齒條等機(jī)械結(jié)構(gòu)或零件進(jìn)行連接實(shí)現(xiàn)的同步運(yùn)動(dòng)回路。

圖7－39和圖7－40所示為機(jī)械連接實(shí)現(xiàn)的同步運(yùn)動(dòng)回路。回路應(yīng)用剛性梁（見圖7－39）或齒輪齒條（見圖7－40）等機(jī)械結(jié)構(gòu)使兩缸的活塞桿間建立剛性的運(yùn)動(dòng)連接，實(shí)現(xiàn)位移同步。圖7－39剛性梁連接的同步運(yùn)動(dòng)回路圖7－40齒輪齒條同步運(yùn)動(dòng)回路

2.節(jié)流式同步運(yùn)動(dòng)回路

節(jié)流式同步運(yùn)動(dòng)回路是采用節(jié)流方式（如分流集流閥、比例閥或伺服閥）實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)。

1）調(diào)速器同步運(yùn)動(dòng)回路

調(diào)速器同步運(yùn)動(dòng)回路如圖7－41所示，圖中4和5是單向調(diào)速閥，分別決定兩個(gè)液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度。如圖所示工作狀態(tài)，當(dāng)換向閥3左位工作時(shí)，兩液壓缸活塞向上運(yùn)動(dòng)，兩缸與調(diào)速閥4和5分別構(gòu)成調(diào)速閥式出口節(jié)流調(diào)速回路，缸的速度各由相應(yīng)調(diào)速閥決定。當(dāng)換向閥3右位工作時(shí)，兩缸活塞將快速返回。圖7－41調(diào)速器同步運(yùn)動(dòng)回路

2）分流閥同步運(yùn)動(dòng)回路

圖7－42所示為分流閥控制兩個(gè)并聯(lián)液壓缸的同步運(yùn)動(dòng)回路。兩個(gè)尺寸相同的液壓缸的進(jìn)油路上串接分流閥。該回路主要由液壓缸1和2、電磁換向閥3