速度控制回路10.docx

速度控制回路10.docx

《速度控制回路10.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《速度控制回路10.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

速度控制回路10

第10次课教学整体设计

课题

速度控制回路

授课时间

第周星期（月日）第节

课时

2学时

授课类型

理论课√实验课□实训课□习题课□讨论课□现场教学√其它：

教学资源

挂图□模型□实物□多媒体☑音像□报纸□其它：

绘图工具□

教学方法

讲授法√讨论法□启发式√案例教学法□现场教学法√

角色扮演法□项目教学法□情境教学法□其它：

教学目标（包括知识、技能、素质目标）

知识目标：

1、了解节流调速回路工作原理；

2、掌握容积调速回路的工作原理；

3、了解容积节流调速回路的工作原理；

4、掌握快速运动回路的工作原理；

5、了解速度换接回路的工作原理。

技能目标：

1、能够熟练的分析节流调速回路工作原理；

2、能够熟练的分析快速运动回路的工作原理；

3、能够分析容积调速回路的工作原理。

素质目标：

1、培养学生对液压与气压传动系统的学习兴趣；

2、培养学生分析液压与气压传动系统的能力；

3、养成良好的学习习惯。

重点、难点：

教学重点：

节流调速回路工作原理

教学难点：

容积节流调速回路的工作原理

教学设计：

1、授课思路简述：

（围绕所选用教学方法分条编写授课步骤，要涵盖课前准备、课程导入、师生活动安排、任务训练、实践教学环节安排、教学效果检测等主要环节。

）

一、复习旧课

二、导入新课

三、讲授知识

四、师生活动安排

五、教师总结

六、布置作业

2、课堂训练内容安排：

课堂训练：

找学生到前面分析分析变量泵－变量马达组成的容积调速回路

课堂提问：

1.简述调速回路的功用，

2.简述速度变换回路的功用。

3、课后作业与思考题：

（根据课程内容适当设计巩固性作业、项目式作业、预习性作业、推荐参考书及网站）

巩固性作业：

分析节流调速回路如何实现调速的？

预习性作业：

液压系统的设计计算。

教学后记：

教学过程（教学设计实施步骤及时间分配）

步骤1：

复习巩固、检查课后搜集的资料（10分钟）

一、复习压力控制回路概念及功能

二、复习压力控制回路的分类。

三、检查预习情况。

步骤2：

本节课学习任务、情境设计（5分钟）

本节课主要学习速度控制回路，通过学习速度控制回路有关方面的知识，了解速度控制回路原理，控制方法。

步骤3-1：

讲授知识（30分钟）

3.3速度控制回路

速度控制回路的功用是用来控制执行元件的运动速度。

它包括调速回路和速度变换回路。

一、调速回路

调速回路的功用是调节执行元件的运动速度。

液压缸的速度：

υ＝q/A

液压马达的转度：

n＝q/VM

执行元件的速度公式可知，改变输入液压执行元件的流量q、或液压执行元件的尺寸（液压缸的面积A或液压马达的排量VM），都可以调节液压执行元件的速度。

对液压缸来讲，在工作中改变面积比较困难，因此只能通过改变输入流量来调节速度；对于液压马达，既可以通过改变输入流量又可以通过改变其排量来实现调速。

按此方式调速回路可分为节流调速、容积调速和容积节流调速三类。

1.节流调速回路　节流调速回路是利用流量阀控制流入或流出液压执行元件的流量来实现对执行元件速度的调节。

根据流量阀在回路中的位置不同，节流调速回路可分为进口节流调速、出口节流调速和旁路节流调速三种基本回路。

如图3-1所示。

图3-1三种节流调速回路

a）进口节流调速b）出口节流调速c）旁路节流调速

⑴进口节流调速回路如图3-1a所示。

该回路是把流量阀安装在液压缸进口油路上，调节流量阀阀口的大小，便可以控制进入液压缸的流量，节流调速回路如图3-1b所示。

该回路是把流量阀安装在液压缸出口从而达到调速的目的，来自定量泵多余的流量经溢流阀返回油箱，泵始终是在溢流阀的设定压力下工作。

　　⑵出口油路上，调节流量阀阀口的大小，便可以控制流出液压缸的流量，也就是控制了进入液压缸的流量，从而达到调速的目的。

来自泵的供油流量中，除了液压缸所需流量外，多余的流量经过溢流阀返回油箱。

所以，出口节流调速和进口节流调速回路一样，泵始终是在溢流阀的设定压力下工作。

出口节流调速回路是调节从执行元件流出的流量，所以不仅适合于正值负载而且也适合于负值负载，同时还能用于微速控制的场合。

但是回路效率低。

执行元件进口侧压力为溢流阀的设定压力。

执行元件出口压力（背压）随负载的变化而变化，如果负载很小或为负值负载时，执行元件出口压力有时比泵的输出压力还要高应给予重视。

⑶旁路节流调速回路如图3-1c所示。

该回路是把流量阀安装在与执行元件并联的支路上，用流量阀调节流回油箱的流量，从而调节进入液压缸的流量，达到节流调速的目的。

回路中的溢流阀作为安全阀使用，起过载保护作用。

正常工作时溢流阀关闭，泵输出油压随负载变化，回路效率高。

一般泵输出油压低于溢流阀的设定压力，而且流量控制阀也可选用较小容量的阀。

但是泵的供油流量发生变化时，执行元件的速度受影响。

由于无背压，不宜用在负值负载的场合，旁路节流调速回路可用于负载变化较小而且速度较高的场合。

上述三种节流调速回路，均可用节流阀代替调速阀组成进口、出口和旁路节流调速回路。

在用节流阀组成的调速回路中，当负载变化时，速度的稳定性会受到影响，故速度负载特性较差，一般用于负载变化不大的液压系统中。

所谓的速度负载特性就是指速度随负载的变化关系，将这种变化关系用线图来表示，就称为速度负载特性曲线。

由于节流阀与调速阀相比，在结构组成上少了减压阀，因而功率损失比调速阀要低。

三种节流调速回路的速度负载特性如图3-2和3-3所示。

2.容积调速回路　节流调速回路由于存在着节流损失和溢流损失，回路效率低、发热量大，只适用于小功率调速系统。

在大功率调速系统中，多采用回路效率高的容积式调速回路。

容积调速回路分为开式回路和闭式回路两种。

在开式回路中，泵从油箱吸油后向执行元件供油，执行元件的回油仍返回油箱。

这种回路的优点是，油液在油箱中能得到充分冷却，并便于在油箱中沉淀杂质和析出气体，但缺点是油箱尺寸较大，空气和赃物易进入回路，影响其正常工作。

在闭式回路中，执行元件的回油直接与泵的吸油腔相连，油气隔绝，空气和赃物不易进入回路，且结构紧凑，但由于进油腔和回油腔的面积不等会产生流量差，且油液的散热条件差，因此，一般需设置补油的辅助泵、冷却器等。

在容积调速回路中，液压泵输出的液压油全部直接进入液压缸或液压马达，故无溢流和节流损失，且液压泵的工作压力随负载的变化而变化，故这种回路效率高，发热量小，多用于工程机械、矿上机械、农业机械和大型机床等大功率液压系统。

按着液压泵和液压马达（或液压缸）的组合形式，容积调速回路可分为三种基本形式：

变量泵-定量马达（或液压缸）组成的容积调速回路；定量泵-变量马达组成的容积调速回路；变量泵-变量马达组成的容积调速回路。

⑴变量泵－定量马达（液压缸）组成的容积调速回路

如图3-4所示为变量泵-液压缸组成的开式容积调速回路。

该回路由变量泵1、溢流阀2和液压缸组成，其速度负载特性曲线如图3-5所示。

由于变量泵泄漏较大，且随压力直线上升，因而该种调速方法速度负载特性较差，且低速承载能力较差。

这种回路多用在推土机、升降机、插床、拉床等大功率系统中。

图3-4泵-缸式容积调速回路

如图3-6所示为变量泵－定量马达组成的闭式容积调速回路。

这种回路是通过改变变量泵的输出流量来实现调速的。

工作时溢流阀5关闭，起安全阀作用，并且回路最大工作压力由安全阀调定，辅助泵1持续补油以保持变量泵的吸油口有一较低的压力且由溢流阀２调定，这样可以避免空气侵入和产生气穴现象，改善泵的吸油性能。

辅助泵1的流量为变量泵最大输出流量的10%15%。

这种调速回路的特点是效率较高，输出转矩为恒定值，调速范围较大，但价格较贵，元件泄漏对速度有很大影响。

可应用于小型内燃机车、液压起重机、船用绞车等有关装置中。

图3-6变量泵－定量马达容积调速回路图3-7定量泵-变量马达容积调速回路

⑵定量泵－变量马达组成的容积调速回路

如图3-7所示。

由于泵4的输出流量为定值，故调节变量马达6的排量，便可对马达的转速进行调节。

该回路效率高，输出功率为恒值。

但调速范围小，过小地调节马达的排量，输出转矩T将降至很小，以致带不动负载，造成马达自锁现象，故这种调速回路很少单独使用。

⑶变量泵－变量马达组成的容积调速回路

如图3-8所示，采用双向变量泵和双向变量马达的容积调速回路，由于液压泵和液压马达的排量都可以改变，扩大了液压马达的调速范围。

回路中各元件对称布置，改变变量泵1的供油方向，马达２即可正向或反向旋转。

单向阀6和8用于辅助泵双向补油；单向阀7和9使安全阀3在两个方向都能起过载保护作用。

这种回路的优点是调速范围大，但结构复杂，适用于大功率场合。

变量泵－变量马达组成的调速回路不仅扩大了马达的调速范围，而且也扩大了马达的输出转矩和输出功率特性的选择范围，即工作部件转矩和功率上的要求可以通过对二者排量的适当调节来达到。

该回路在使用时，马达转速的调节可分为低速和高速两段进行，以满足一般机械设备低速大转矩以顺利启动，高速恒功率输出的要求。

低速时，把马达排量固定在最大值上，自小到大调节泵的排量，逐渐提升马达转速。

高速时，泵为最大排量，自大到小调节马达的排量，进一步提高马达转速。

图3-8变量泵-变量马达的容积调速回路

3.容积节流调速回路容积节流调速回路是利用变量泵和调速阀的组合来调节执行元件的速度。

其特点是变量泵的供油量能自动接受流量阀调节并与之吻合，无溢流损失，效率高。

同时，变量泵的泄漏由于压力反馈作用而得到补偿，进入执行元件的流量由调速阀控制，故速度稳定性比容积式调速好。

因此适用于要求速度稳定、效率高的液压系统。

下面以机床上常采用的限压式变量泵的容积节流调速回路来说明其工作原理。

容积节流调速回路如图3-9所示，

该回路由限压式变量泵1，调速阀2和液压缸等元件组成。

对单杆缸而言，为获得更低的稳定速度，调速阀装在进油路上，调节调速阀节流口的大小，便可改变进入液压缸的流量，实现液压缸工作速度的调节。

空载时，泵以最大流量进入液压缸使其快进。

进入工进时，电磁阀3通电，左位进入工作状态，使其所在油路断开，使泵输出的压力油经过调速阀2进入液压缸，液压缸的运动速度由调速阀来控制。

变量泵的输出流量qp和缸所需的流量q1能自适应。

若qpq1时，泵的出油口压力便上升，由限压式变量泵的工作原理可知，通过压力反馈作用，使泵的流量自动减小，直到qp=q1为止；反之，若qpq1时，泵的出口压力便下降，通过压力反馈作用，又会使泵的流量自动增大到qp=q1为止。

工进结束后，压力继电器5发出讯号，使阀3和换向阀4换向，调速阀再次被短接，液压缸实现快退。

限压式容积节流调速回路特性曲线如图3-10所示。

如图3-10所示为该回路的调速特性曲线

图中曲线a是限压式变量叶片泵的流量-压力特性曲线，曲线b是回路中调速阀在某一开口AT下的压差-流量特性曲线，二曲线的交点D即为回路的工作点。

调解调速阀的开口量AT使曲线b上下移动，回路的工作状态便相应改变，D点的位置随之变换。

但当AT与泵的工作曲线调定后，D点即为一固定点，泵的压力pp和进入缸的流量qv1即为定值，它不受负载变化的影响，故此回路的速度负载特性很好，速度稳定性很高。

若负载变化且较多时间在轻载下工作时，缸的压力P1因负载减小而下降为较小值，如图3-10中的曲线b便左移，调速阀两端压降Δp增大，造成较大的节流损失；再加变量泵本身泄漏较大，特别是在低速情况下，此时泵的供油流量qvp＝qv1很小，而对应的压力pp很大，泄漏增加，泄漏量在qv中的比重增大，使系统的效率严重下降。

所以该回路不宜用于低速、变载，且轻载时间较长的场合。

步骤3-2讲授知识（30分钟）

二、速度变换回路

速度变换回路的功用是使执行元件从一种速度变换到另一种速度。

1.快速运动回路　快速运动回路是指执行元件获得尽可能大的快进速度，以提高生产率或充分利用功率。

　　液压缸差动连接的快速回路如图3-11所示，当换向阀1和换向阀2都在左位工作时，液压缸右腔回油和泵的供油汇合在一起进入左腔，形成差动连接，液压缸快速右行；当阀1左位、阀2右位工作时，差动连接即被解除，液压缸右腔回油经阀1回油箱，液压缸转为慢速右行；阀1和阀2都在右位工作时，液压缸向左返回。

这种回路结构简单，应用较广，但液压缸的速度增加有限，常和其他方法联合使用。

图3-11液压缸差动连接回路

双泵供油的快速回路　如图3-12所示。

图中1为低压大流量泵，2为高压小流量泵。

当系统工作在空载快速状态时，由于系统工作压力低，溢流阀5和顺序阀3都处于关闭状态，此时大泵1的流量经单向阀4和小泵2的流量汇合于一体共同向系统供油,以满足快速运动的需要；当系统转入工进状态时，系统的压力升高，顺序阀3打开，单向阀4关闭，低压大流量泵1经顺序阀3卸荷，系统只有泵2供油，实现工作进给。

这种回路由于工进时泵1卸荷，减少动力消耗，因此效率高，功率损失小，故应用较广。

但结构较复杂，成本高。

图3-12所示为双泵供油快速回路

2.速度换接回路　速度换接回路的功用是使执行元件实现运动速度的切换。

可以使执行元件从快速空行程转换成低速工作进给，或从第一种工进速度转换成第二种更慢的工进速度等。

在速度转换的回路中，要求速度的换接平稳，不能出现冲击现象。

用行程阀实现的快慢速换接回路如图3-13所示，

这种回路能实现快进、工进、快退和停止的工作循环。

图示状态下，换向阀1左位、行程阀下位进入工作状态，泵的流量经阀1全部进入液压缸左腔，回油通过行程阀2流回油箱，缸快速进给；当活塞所连接的行程挡块压下行程阀2时，阀2的上位工作，液压缸右腔的回油须经调速阀3才能流回油箱，这时液压缸就由快速进给转换为慢速工进。

当换向阀1右位工作时，压力油经单向阀4进入液压缸右腔，活塞快速退回。

这种回路的速度换接比较平稳，但行程阀的安装不能任意布置，必须安装在运动部件附近，有时管路连接较长且较为复杂。

图3-13行程阀速度换接回路

调速阀实现的两种工进速度换接回路如图3-14所示。

图a为两调速阀并联的两种工进速度的换接回路。

当阀1、阀2和阀3都是左位工作时，进油路为：

阀1阀2缸左腔；回油路为：

缸右腔阀1油箱，缸向右快进，运动到位后，使阀2的电磁铁通电，阀2右位工作，此时进油路为：

阀1调速阀A阀3缸左腔；回油路为：

缸右腔阀1油箱，实现第一次工进；当第一次工进完成后，使阀3通电，进油路为：

阀1调速阀B阀3缸左腔；回油路为：

缸右腔阀1油箱，实现第二次工进。

图b为两调速阀串联的两种工进速度的换接回路。

当阀1、阀2和阀3都是左位工作时，进油路为：

阀1阀3缸左腔；回油路为：

缸右腔阀1油箱，缸向右快进，运动到位后，使阀3的电磁铁通电，阀3右位工作，此时进油路为：

阀1调速阀A阀2缸左腔；回油路为：

缸右腔阀1油箱，实现第一次工进；当第一次工进完成后，使阀2通电，进油路为：

阀1调速阀A调速阀B缸左腔；回油路为：

缸右腔阀1油箱，实现第二次工进。

由于阀B的开口调得比阀A小，因此二工进速度比一工进速度低。

这种回路在进行速度换接时，液压缸的速度不会出现很大冲击。

但是能量损失较大。

步骤3-2讲授知识（30分钟）

步骤４：

师生活动安排（5分钟）

找学生到前面分析减压回路

图3-14调速阀速度换接回路

a）调速阀并联　b）调速阀串联

步骤４：

师生活动安排（5分钟）

找学生到前面分析变量泵－变量马达组成的容积调速回路。

步骤5：

教师总结（5分钟）

1、调速回路

2、速度变换回路

步骤6：

布置作业（5分钟）

巩固性作业：

分析节流调速回路如何实现调速的？

预习性作业：

液压系统的设计计算。

附：

板书设计

3.3速度控制回路

一、调速回路

1.节流调速回路

2.容积调速回路

3.容积节流调速回路

二、速度变换回路

1.快速运动回路

2.速度换接回路