3.容積節流調速回路
容積調速回路的突出優點是效率高、發熱小,但也存在著速度隨載荷增加而下降的特性(由泵和馬達的漏泄引起),在低速時更為突出。與采用調速閥的節流調速回路相比,容積調速回路的低速穩定性較差。如果對系統既要求效率高,又要求有較好的低速穩定性,則容積節流調速回路是可取的方案。容積節流調速回路是用變量液壓泵供油,用調速閥或節流閥改變進入液壓缸的流量,以實現工作速度的調節,并且液壓泵的供油量與液壓缸所需的流量相適應。這種調速網路沒有溢流損失,效率較高,速度穩定性也比容積調速回路好,常用于速度范圍大、功率不太大的場合。下面僅介紹限壓式變量泵和調速閥組成的容積節流調速回路。
圖H(a)所示的回路由限壓式變量泵1供油,壓力油經調速閥2進入液壓缸3無桿腔,回油經背壓閥4返回油箱。液壓缸的運動速度由調速閥中的節流閥來調節。設泵的流量為qp,則穩定工作時qp=q1。如果關小節流閥,則在關小閥口的瞬間,q1減小,而此時液壓泵的輸出量還未來得及改變,于是qp>q1,因回路中閥5為安全閥,沒有溢流,故必然導致泵出口壓力pp升高,該壓力反饋使得限壓式變量泵的輸出流量自動減少,直至qp=q1(節流閥開口減小后的q1);反之亦然。由此可見,調速閥不僅能調節進入液壓缸的流量,而且可以作為反饋元件,將通過閥的流量轉換成壓力信號反饋到泵的變量機構,使泵的輸出流量自動地和閥的開口大小相適應,沒有溢流損失。這種回路中的調速閥也可裝在回油路上。
圖H(b)所示為這種回路的調速特性,由圖可見,回路雖無溢流損失,但仍有節流損失,其大小與液壓缸的工作腔壓力P1有關。液壓缸工作腔壓力的正常工作范圍為
p2A2/A1≤P1≤(pp一△p) (7-23)
式中 △p——保持調速閥正常工作所需的壓差,一般應在0.5MPa以上;
p2——液壓缸回油背壓。
當p1=p1max時,回路中的節流損失為最小[圖H(b)中陰影面積S],此時泵的工作點為口,液壓缸的工作點為6,若p1減小(即負載減小,6點向左移動),則節流損失加大。這種調速回路的效率為
ηc= (7-24)
式(7-24)中沒有考慮泵的泄漏。由于泵的輸出流量越小,泵的壓力pp就越高;負載越小,P1便越小,所以該調速回路在低速、輕載場合效率很低。
4.調速回路的選擇
在節流、容積、容積節流三種調速回路中,節流調速回路的特點是結構簡單,成本低,但其發熱多,效率低;容積調速回路的特點是發熱少,效率高,但結構復雜,成本高,且低速穩定性差;容積節流調速回路可改善低速穩定性,但是要增加壓力損失,使回路效率略有降低。
選擇調速方案時,首先考慮滿足使用性能要求,同時應使結構簡單、工作可靠、成本低廉。選擇時,如下幾點可供參考。
①節流調速與容積調速的選擇。從功率大小及對系統的溫升要求出發:功率較大或對系統溫升要求較嚴,又不能采用較大的油箱或其他辦法來散熱時,宜采用容積調速,其他情況用節流調速比較簡單。
②節流閥節流調速與調速閥節流調速的選擇。從負載變化大小及對速度,負載特性的要求出發:負載變化大,且要求速度剛度較大時,宜采用調速閥節流調速回路,否則采用節流閥節流調速回路較簡單。
③進口、出口、旁路節流調速回路的選擇。根據性能要求出發:有負值負載或對運動平穩性要求較高時,宜用出口調速或進口調速加背壓閥;為防止執行元件啟動時的沖擊(突跳)或為了實現壓力控制,宜采用進口調速;采用旁路節流調速時,在一定程度上可減少功率損耗和系統發熱。但溢流節流閥調速回路只能用于進口調速。
④容積調速時,變量泵與變量液壓馬達的選擇。主要從調速范圍和承載能力出發:用變量泵調速時,調速范圍較大(可達40),承載力較大,是恒轉矩(或恒推力)輸出;用變量液壓馬達調速時,是恒功率輸出,但調速范圍較小(一般不超過4),承載力較低;采用變量泵和變量液壓馬達調速時,兼有恒轉矩和恒功率特性,調速范圍較大,可達100。
⑤功率不大,但要求發熱小、調速范圍寬、速度一負載特性又好時,可采用容積節流調速。