08 第八章 调速回路.pptx

第1页：第8章调速回路封面

《液压传动》第8章封面，本章主题为调速回路，讲述节流调速、容积调速与容积节流调速三类回路的原理与特性。

第2页：第8章调速回路标题页

第8章 调速回路：本章讲述液压系统速度调节的原理与方法，包括节流调速、容积调速和容积节流调速三类回路及其速度—负载特性、功率特性与调速范围的分析比较。

第3页：调速回路概述

§8.1 概述：调速回路在液压传动系统中占有重要地位。不计泄漏时，液压缸运动速度 υ = q/A 由进入（或流出）液压缸的流量 q 及其有效作用面积 A 决定；液压马达转速 n = q/V 由进入马达的流量 q 和马达单转排量 V 决定。

• 改变流量 q 有两种办法：用流量控制阀，或用变量泵；
• 改变排量也有两种办法：改变泵排量，或改变马达排量；
• 据此可将调速回路分为三类：节流调速回路、容积调速回路和容积节流调速回路。

第4页：节流调速回路的分类

§8.2 节流调速回路：通过调节流量阀的通流截面面积来控制流入或流出执行元件的流量，从而调节执行元件速度。

• 按流量阀在油路中的位置：进口节流、出口节流、进出口节流和旁路节流调速回路；
• 按流量阀类型：节流阀式和调速阀式节流调速回路；
• 按定量泵输出压力是否随负载变化：定压式和变压式节流调速回路。

第5页：进口节流调速回路的结构

1. 进口节流阀式节流调速回路（图8.1）由定量泵、溢流阀、节流阀及液压缸（或马达）组成；节流阀串在液压泵与执行元件之间的进油路上。

• 通过改变节流阀开口量（通流截面面积 A_T）来调节进入液压缸的流量 q₁，进而调节缸的运动速度；定量泵输出的多余流量由溢流阀溢回油箱；
• 为完成调速功能，节流阀开口量可调与溢流阀始终处于开启溢流状态两者缺一不可；
• 溢流阀的作用：一是调整并恒定系统压力，二是将泵输出的多余流量溢回油箱。

第6页：进口节流回路的流量参数

不计泄漏时，液压泵输出流量应满足：q_p = q_1max + Δq_min = A₁υ_max + Δq_min。

• q_1max 为与最大速度相对应、通过节流阀的最大流量；Δq_min 为通过溢流阀的最小溢流量；υ_max 为液压缸最大速度；A₁ 为液压缸大腔有效工作面积；
• 为保证回路正常工作，液压缸以最大速度运行时通过溢流阀的流量不能小于溢流阀能稳定其阀前压力的最小溢流量 Δq_min，通常为溢流阀额定流量的 0.05 左右。

第7页：进口节流回路的压力参数

不考虑管路压力损失和液压缸背压时，液压泵工作压力应满足 p_p ≥ F_max/A₁ + Δp_Tmin。

• 泵压力按上式确定并由溢流阀调定后，工作中不管执行元件速度及负载力是否变化，泵输出压力 p_p 不再改变，故称定压式节流调速回路；
• 负载变化时节流阀工作压差随之变化：负载增大压差减小，反之则大；负载为最大值 F_max 时节流阀工作压差也不应小于 Δp_Tmin；
• 一般取节流阀最小工作压差 0.3~0.4 MPa，调速阀最小工作压差 0.5~1 MPa，中低压系统取小值、高压系统取大值。

第8页：进口节流回路的参数匹配

• 泵流量过大或溢流阀压力调整过高，会使油液流经溢流阀和节流阀的功率损失增大、回路效率降低；
• 泵流量不足则满足不了液压缸最大速度要求，此时无论怎样调大节流阀开口也不起作用——泵流量已全部进入液压缸，溢流阀不溢流，节流阀失去调整作用，液压缸最大速度由泵输出流量决定；
• 出现速度失调时泵的工作压力由负载和节流阀阻力决定，不再是溢流阀调定压力；溢流阀调定压力过低时液压缸不能驱动大负载而停止。

第9页：速度—负载特性

（2）速度—负载特性（机械特性）：指调速元件调定值不变时负载变化引起速度变化的程度。负载改变使节流阀两端压差变化，通过流量变化导致液压缸速度改变。节流阀流量用通用公式、不计管路压力和流量损失时，液压缸速度：

• υ = q₁/A₁ = C·A_T（p_p A₁ − F）^φ / A₁^(1+φ)；
• 式中 υ 为液压缸速度（m/s），C 为节流阀系数，A_T 为节流阀通流截面（m²），F 为液压缸负载（N），φ 为节流阀指数。

第10页：速度—负载特性曲线

据式（8.5）按不同 A_T 值作图即得一组速度—负载特性曲线（图8.2）。

• 液压缸速度随负载力 F 的增大而减小；当 F = A₁p_p 时速度为零，此时节流阀工作压差变为零；
• 为保证回路正常工作，必须使泵压力 p_p 大于负载压力 p_l（p_l = F/A₁），使节流阀上的压差大于零；
• 各曲线在速度为零时都汇交到同一负载点上，说明该回路的承载能力不受节流阀通流截面面积变化的影响。

第11页：回路的速度刚性

运动速度受负载影响的程度可用回路速度刚性 k_υ 评定：k_υ = −∂F/∂υ = 1/tanα。

• 物理意义：引起单位速度变化所需负载力的变化量，它是速度—负载特性曲线上某点处斜率的倒数；
• 特性曲线上某处斜率越小（机械特性硬），速度刚性越大，运动速度受负载波动影响越小，运动平稳性越好；反之运动平稳性变差。

第12页：进口节流回路的速度刚性

由式（8.5）和（8.6）可求出进口节流阀式节流调速回路的速度刚性：

• k_υ = [C·A_T（p_p A₁ − F）^φ / A₁^(1+φ)]^(1/φ) · A₁^(1+φ)/（φ·C·A_T）=（p_p A₁ − F）/（φυ）·（1/A₁）·A₁ ……即 k_υ = A₁^(1+φ)（p_p A₁ − F）^(1−φ)/（φ C A_T）·υ^φ；
• 节流阀通流截面面积不变时，负载越小速度刚性越大；负载一定时通流截面积越小速度刚性越大，故低速小负载时速度稳定性优于高速大负载；
• 提高溢流阀调定压力、增大液压缸作用面积、减小节流阀指数均可提高速度刚性，但这些参数变动常受其他条件限制；此外该回路的速度刚性不受液压泵泄漏影响。

第13页：进口节流回路的功率特性

（3）功率特性：讨论时不计液压泵、液压缸（或马达）和管路中的功率损失，以便于比较。

• 回路输入功率 P_p = p_p q_p = 常量；
• 回路有效功率 P₁ = p₁q₁；
• 回路功率损失 ΔP = p_p q_p − p₁q₁ = p_p（q₁ + Δq） −（p_p − Δp_T）q₁ = p_p Δq + Δp_T q₁。

第14页：进口节流回路的效率

• 回路效率 η_c = P₁/P_p = p₁q₁/（p_p q_p）；
• 功率损失由两部分组成：一是溢流损失——在泵输出压力 p_p 下流量 Δq 流经溢流阀产生的损失；二是节流损失——流量 q₁ 在压差 Δp_T 下流经节流阀产生的损失；
• 这两部分损失都变成热量使油温升高，因此回路效率较低。

第15页：恒载条件下的功率及效率特性

• 恒定负载下工作时，液压缸工作压力 p₁、泵压力 p_p、节流阀工作压差 Δp_T 均为定值，有效功率及回路效率随工作速度提高而增大（图8.3）；
• 变负载工作时，泵的工作压力需按最大负载需求调定，泵流量又必须大于执行元件最大速度所需流量，因而低速小负载时回路效率很低；
• 从功率利用率角度看，这种调速回路不宜用在负载变化范围大的场合。

第16页：进口节流回路的调速范围

（4）速度调节特性：以所驱动液压缸在某个负载下可能得到的最大工作速度与最小工作速度之比（调速范围）表示。

• 进口节流阀式节流调速回路的调速范围 R_c = υ_max/υ_min = A_T1max/A_T1min = R_T1；
• 式中 R_c 和 R_T1 分别为调速回路和节流阀的调速范围，υ_max、υ_min 为活塞可能得到的最大和最小工作速度，A_T1max、A_T1min 为节流阀可能的最大和最小通流截面积。

第17页：出口节流阀式调速回路

2. 出口节流阀式节流调速回路（图8.4）：工作原理及性能与进口节流调速回路类同。

• 不计泄漏和管路压力损失时，泵的输出流量 q_p = A₁υ_max + Δq_Tmin；
• 液压缸背压 p₂ 为零时，泵输出压力 p_p = F/A₁ + Δp_Tmin（一般形式 p_p = F_max/A₁ + A₂Δp_Tmin/A₁）；
• 泵压力按上式调定后在工作中不再变化，故称定压节流阀式节流调速回路；负载变化时引起节流阀前后工作压差 Δp_T 的变化。

第18页：出口节流回路的速度—负载特性

（2）速度—负载特性：不计管路损失时液压缸速度

• υ = q₂/A₂ = C·A_T（p_p A₁ − F）^φ / [A₂^(1+φ)]；
• 其速度—负载特性曲线与图8.2 类同（图8.5）；
• 回路速度刚性 k_υ = A₂^(1+φ)（p_p A₁ − F）^(1−φ)/（φ·C·A_T）·υ^φ。

第19页：出口节流回路的功率特性与效率

（3）功率特性：

• 泵的输出功率 P_p = p_p q_p；
• 有效功率 P₁ =（p_p − A₂Δp_T/A₁）q₁；
• 功率损失 ΔP = p_pΔq + Δp_T q₂ = ΔP₁ + ΔP₂；
• 回路效率 η_c = P₁/P_p =（p_p − Δp_T）q₂/（p_p q_p）；
• 出口节流阀式节流调速回路的调速范围也取决于节流阀的调节范围。

第20页：进口与出口节流调速回路的比较

与进口节流阀式节流调速回路相比，出口节流调速回路的特点是：

• 1. 回油腔有背压，能承受负方向负载，而进口节流调速回路不能；
• 2. 流经节流阀发热的油液直接流回油箱冷却；而进口节流的热油进入液压缸，对热变形有要求的精密设备不利；
• 3. 对单出杆液压缸，当负载变为零时液压缸背腔（有杆腔）压力会升高很大，对密封不利。

第21页：节流调速回路的适用场合

• 节流阀的进口、出口节流调速回路结构简单、造价低廉，但效率低、机械特性软，宜用在负载变化不大、低速小功率的场合，如某些机床（如磨床）的进给系统；
• 在液压缸的进、出油路上也可同时设置节流阀，两个节流阀开口联动调节，即构成进出口节流阀式节流调速回路。

第22页：旁路节流阀式调速回路

3. 旁路节流阀式节流调速回路（图8.5）：在液压泵至液压缸进油路的分支上接节流阀构成旁路节流调速回路；改变节流阀开口可调节流回油箱的流量 Δq_T，间接调节进入液压缸的流量 q₁，实现速度调节。

• 不计管路压力和流量损失时，泵输出流量 q_p = q_1max + Δq_Tmin；
• 液压缸背压 p₂ 为零时，泵输出压力 p_p = p₁ = F/A₁。

第23页：旁路节流回路为变压式调速

• 由 p_p = F/A₁ 可看出，旁路节流阀式节流调速回路中液压泵的工作压力随负载而变化，故这种回路被称为变压式节流调速回路；
• 为防止回路过载损坏，与液压泵并联一个溢流阀，此时它起安全阀的作用；回路正常工作时安全阀不打开，只有过载时才开启溢流。

第24页：旁路节流回路的速度—负载特性

旁路节流阀式节流调速回路液压缸的速度为：

• υ =（q₁ − Δq_T）/A₁ = [q_t − k_l（F/A₁） − C·A_T（F/A₁）^φ]/A₁；
• 式中 q_t 为液压泵的理论流量，k_l 为液压泵的泄漏系数；
• 依据上式按不同 A_T 值作图即得到一组速度—负载特性曲线（图8.6）。

第25页：旁路节流回路特性软的原因

• 速度—负载特性很软的原因有两点：其一，负载增大时节流阀前后压差增大，通过节流阀的流量增加，进入液压缸的流量减少；其二，负载增大使泵出口压力增大，泵内泄漏增加，实际输出流量减少；
• 负载增大到某一值时进入液压缸的流量为零，液压缸停止不动；且节流阀通流截面面积越大（液压缸速度越小），使液压缸停止运动的负载力就越小；
• 因此旁路节流调速回路在节流阀开口大（低速）时承载能力很差。

第26页：旁路节流回路的速度刚性

• 旁路节流调速回路的速度刚性为 k_υ = −∂F/∂υ = A₁[φ（q_t − A₁υ） +（1 − φ）k_l F/A₁]/[k_l + C·A_T（F/A₁）^φ·φ·A₁/F]（由式（8.23）表述）；
• 该回路速度刚性很低，特别在低速小负载时更低，只能用于负载较大、速度较高但对速度稳定性要求不高的场合，或负载变化不大的情况；
• 由式（8.23）还可看出，液压泵泄漏对速度稳定性有直接影响：泄漏系数越大，速度刚性越低。

第27页：旁路节流回路的功率特性

（3）功率特性：

• 泵的输出功率 P_p = p_p q_p；
• 有效功率 P₁ = p₁q₁ = p₁υA₁；
• 功率损失 ΔP = P_p − P₁ = p₁（q_p − q₁） = p₁Δq_T = p₁（q_p − υA₁）；
• 回路效率 η_c = P₁/P_p = q₁/q_p = 1 − Δq_T/q_p = 1 − C·A_T p_p^φ/（q_t − k_l p_p）。

第28页：旁路节流回路的效率与调速范围

• 旁路节流调速回路的功率损失只有节流损失、没有溢流损失，与进口和出口节流调速回路相比效率比较高；
• 该回路液压泵工作压力与负载相适应、没有多余压力损失，在高速和变载情况下效率更高；
• （4）速度调节特性：其调速特性不仅与节流阀本身有关，还与负载、液压泵的泄漏有关，因此调速范围比进、出口节流调速回路小。

第29页：调速阀式节流调速回路

• 前述进口、出口和旁路节流阀式调速回路的共同特点是：负载变化会引起节流阀前后工作压差变化，对开口量一定的节流阀而言工作压差变化时通过的流量必然变化，导致执行元件速度变化——其速度平稳性差的根本原因在于采用了节流阀；
• 在上述回路中用调速阀代替节流阀，便构成进口、出口和旁路调速阀式节流调速回路，速度平稳性大为改善；
• 只要调速阀的工作压差超过它的最小压差值（一般为 0.5~1 MPa），通过调速阀的流量便不再随压差而变化。

第30页：进、出口调速阀式回路的特性

由调速阀组成的进口、出口节流调速回路的速度—负载特性如图8.7 所示：

• 液压缸负载在 0~F_A 之间变化时速度不随之变化；
• 负载大于 F_A 时，调速阀工作压差已小于其正常工作的最小压差，输出特性与节流阀式回路相同，速度随负载增大而减小；
• 负载增大到 F_B（F_B = p_p A₁）时液压缸停止运动；
• 由调速阀构成的进、出口节流调速回路的其他特性与相应节流阀式回路类同，计算分析可参照前述公式。

第31页：旁路调速阀式回路的特性

由调速阀构成的旁路节流调速回路的速度—负载特性如图8.8 所示：

• 负载力在 F_A~F_B 区间变化时速度基本不变；负载增大到 F_B 时安全阀开启、液压缸停止运动；
• 负载小于 F_A 时，调速阀工作压差小于其稳定流量的最小压差，特性与节流阀相同；
• 调速阀式旁路节流调速回路的其他特性与节流阀式旁路回路类同；
• 采用调速阀的节流调速回路在机床的中、低压小功率进给系统中得到广泛应用，如组合机床液压滑台、液压六角车床及液压多刀半自动车床刀架进给系统等。

第32页：容积式调速回路概述

§8.3 容积式调速回路：节流调速回路存在节流损失和溢流损失，效率低、发热量大，多用于小功率调速系统；大功率调速系统多采用效率高的容积式调速回路。

• 容积式调速回路通过改变变量泵或变量马达的排量来调节执行机构运动速度；
• 泵输出的液压油全部进入液压缸或液压马达，无溢流损失和节流损失，且泵工作压力随负载变化，故效率高、发热量少；
• 多用于工程机械、矿山机械、农业机械和大型机床等大功率调速系统。

第33页：开式循环与闭式循环

容积式调速回路的油液循环有开式和闭式两种方式：

• 开式循环：液压泵从油箱吸油，执行元件回油排至油箱。优点是油液在油箱中得到良好冷却、便于沉淀杂质和析出气体；缺点是空气和污染物侵入机会多，油箱结构尺寸较大；
• 闭式循环：液压泵将油液压送到执行元件进油腔，同时从其回油腔吸油。优点是结构紧凑、污染物和空气侵入可能性小；缺点是散热条件差，带补油装置时结构复杂、造价较高。

第34页：泵—缸式开式容积调速回路

图8.10 为泵—缸式容积调速回路的开式循环结构（1—变量泵，2—安全阀），由变量泵、液压缸和起安全作用的溢流阀组成，通过改变液压泵的排量 V_P 调节液压缸的运动速度 υ。

• 不计管路、液压缸的泄漏和压力损失时，液压缸速度 υ = q_p/A₁ =（V_p n_p − k_l F/A₁）/A₁；
• 式中 k_l 为泵的泄漏系数，F 为负载。

第35页：泵—缸式回路的速度—负载特性

• 速度—负载特性曲线如图8.11：因变量泵泄漏系数 k₁ 较大，负载增大时速度按线性规律下降，故泵以小排量（低速）工作时回路承载能力变差；
• 由式（8.28）可得该回路的速度刚性 k_υ = A₁²/k_l；
• 式（8.29）说明该回路的速度刚性只与回路自身参数 A₁ 和 k₁ 有关，不受负载和速度大小等工作参数影响（这与节流阀式节流调速回路不同）；加大液压缸有效工作面积 A₁ 和减小泵泄漏系数 k_l 均可提高速度刚性。

第36页：泵—缸式闭式容积调速回路

图8.12 为闭式循环的泵—缸式容积调速回路（1—补油泵，2—溢流阀，3—换向阀，4—液动阀，5、9—单向阀，6、8—安全阀，7—变量泵）。

• 液压缸由双向变量泵7供油驱动，泵与缸之间组成闭式循环；改变泵排量可调节缸的速度，改变泵出油方向可使缸换向；
• 机动换向阀3和液动换向阀4处于图示位置时，变量泵7的油口 c 为压油口，液压缸活塞向右运行。

第37页：泵—缸闭式回路的补油与换向

• 补油泵1的低压油经机动换向阀3和液动换向阀4右位向变量泵7吸油口 d 补油；
• 换向阀3左位接入时，补油泵1压力油一方面使液动换向阀4左位接入系统，同时推动变量泵7的控制油缸 a 使泵改变输油方向，这时 d 为压油口、c 为吸油口，另一方面经换向阀4左位向变量泵7吸油口 c 补油；
• 溢流阀2调节补油泵的工作压力并将多余油液溢回油箱；变量泵7只在换向过程中经单向阀5或9从油箱吸油；安全阀6和8限定回路最高压力，起过载保护作用；
• 该泵—缸式容积调速回路的工作特性与开式循环回路完全相同。

第38页：变量泵—定量马达式容积调速回路

图8.13 为闭式循环的变量泵—定量马达式容积调速回路（1—补油泵，2—溢流阀，3—单向阀，4—变量泵，5—安全阀，6—定量马达）。

• 改变变量泵4的排量即可调节定量马达6的转速；
• 安全阀5用来限定回路最高压力，起过载保护作用；
• 补油泵1用以补充由泄漏等因素造成的变量泵4吸油流量不足部分，溢流阀2调定补油泵1的输出压力并将其多余流量溢回油箱。

第39页：变量泵—定量马达回路的速度特性

• 不计管路压力和泄漏损失时，马达转速 n_M =（V_p n_p − k_l T_M·2π/V_M）/V_M；
• 速度—负载特性曲线如图8.14：因变量泵和马达泄漏，转速随负载转矩增大而减小；泵排量 V_p 很小时负载转矩不太大马达就停止转动，说明泵在小排量（低转速）时回路承载能力差；
• 回路速度刚性 k_υ = V_M²/（2π k_l），由此可知加大马达排量 V_M 和减小泄漏系数 k_l 都可提高这种回路的速度刚性。

第40页：恒转矩调速回路的输出转矩

• 正常工作条件下（除 V_p 过小而不能承受负载的工况外）回路输出转矩与实际负载转矩相等，工作压力由负载转矩决定：负载转矩大时压力自动增大，负载转矩小时压力自动减小；
• 工作压力随负载增大到安全阀调定压力 p_s 时，负载转矩再增大回路就无力驱动、马达停止转动，故安全阀调定压力决定了回路输出转矩的最大能力：T_Mmax = Δp·V_M·η_mM/（2π），其中 Δp = p_s − p₀，p₀ 为补油压力；
• 该回路最大输出转矩不受变量泵排量 V_p 影响，与调速无关，在高速和低速时输出的最大转矩相同且为恒定值，故称恒转矩调速回路。

第41页：变量泵—定量马达回路的功率与调速范围

• 回路输出功率由实际负载功率决定；不计管路泄漏和压力损失时，以最大转矩输出时回路输出的最大功率 P_Mmax = 2π T_Mmax n_M = Δp·V_M·n_M·η_mM = p_s·n_p·V_p·η_mM；
• 工作特性曲线（n_M−V_p、T_M−V_p、P_M−V_p）如图8.15 所示；
• 变量泵—定量马达容积调速回路的调速范围可达 40 左右；泵和马达都能双向作用时马达可平稳反向；
• 该回路在小型内燃机车、液压起重机、船用绞车等装置上得到应用。

第42页：定量泵—变量马达式容积调速回路

（2）定量泵—变量马达式容积调速回路如图8.13 所示（1—补油泵，2—溢流阀，3—单向阀，4—定量泵，5—安全阀，6—变量马达），马达转速通过改变自身排量 V_M 来调节。

• 不计管路泄漏及压力损失时，马达转速 n_M =（V_p n_p − k_l T_M·2π/V_M）/V_M；减小马达排量 V_M 可使转速增加；
• 取不同 V_M 值作图可得一组速度—负载特性曲线；回路速度刚度 k_υ = V_M²/（2π k_l）；
• 该回路的速度刚性与马达排量 V_M 的平方成正比，因此高速时（V_M 较小）速度刚性很低、运动平稳性差。

第43页：恒功率调速回路的输出特性

• 正常条件下回路输出转矩与负载转矩相等，工作压力由负载转矩决定；回路能输出的最大转矩受安全阀调定压力限定，并与马达排量成正比：T_Mmax = Δp·V_M·η_mM/（2π）；
• 低速时（V_M 大）输出转矩能力大，高速时（V_M 小）输出转矩能力小，小到一定程度马达会突然停转，说明这种回路高速承载能力差；
• 回路输出功率最大值 P_Mmax = 2π T_Mmax n_M = Δp·V_M·n_M·η_mM = p_s·n_p·V_p·η_mM，与调速参数 V_M 无关，即最大功率恒定、不受转速高低影响，故称恒功率调速回路。

第44页：定量泵—变量马达回路的应用

• 工作特性曲线（n_M−V_M、T_M−V_M、P_M−V_M）如图8.16 所示；由于液压泵和液压马达存在泄漏和摩擦等损失，在 V_M = 0 处附近 n_M、T_M、P_M 也都等于零；
• 这种调速回路调速范围很小，一般不大于 3：排量 V_M 调得过小输出转矩降至很小甚至带不动负载，使高转速受限；低速时又因马达和泵泄漏使承载能力差，转速不能太低；
• 应用不如前述回路广泛，但在造纸、纺织等行业的卷曲装置中得到应用——能使卷件在直径不断加大的情况下基本保持被卷材料的线速度和拉力恒定不变。

第45页：变量泵—变量马达式容积调速回路

图8.17 为带补油装置的闭式循环双向变量泵—变量马达式容积调速回路（1—变量泵，2—变量马达，3—安全阀，4—补油泵，5—溢流阀，6、7、8、9—单向阀）。

• 改变双向变量泵1的供油方向，可使双向变量马达2正向或反向转换；
• 左侧两个单向阀6和8保证补油泵能双向地向变量泵1的吸油腔补油，补油压力由补油泵4左侧的溢流阀5调定；
• 右侧两个单向阀7和9使安全阀3在变量马达2正反向时都能起过载保护作用。

第46页：变量泵—变量马达回路的调速过程

• 转速调节分低速和高速两段进行：低速段将马达2的排量调到最大，通过调节变量泵1的排量改变马达转速，这一段为变量泵—定量马达式回路的工作特性；
• 高速段将泵1排量调至最大后，改变马达2的排量来调节马达转速，这一段为定量泵—变量马达式回路的工作特性；
• 图8.18 为该回路转矩和功率输出特性曲线；回路调速范围是变量泵调节范围 R_cp 与变量马达调节范围 R_cM 之积，范围大（约 100）；
• 这种回路适宜于大功率系统，如港口起重运输机械、矿山采掘机等。

第47页：容积节流式调速回路概述

§8.4 容积节流式调速回路：容积调速回路效率高、发热少，但速度—负载特性软；调速阀式节流调速回路速度负载特性好但效率低；容积节流调速回路效率虽不及单纯容积调速回路，但速度负载特性好，故在速度稳定性要求高的机床进给系统中得到普遍应用。

• 该回路采用压力补偿型变量泵供油，通过调节节流元件改变流入或流出液压缸的流量来调速；
• 液压泵输出的流量自动地与液压缸所需流量相适应；
• 回路虽有节流损失但没有溢流损失，效率较高。

第48页：限压式变量泵—调速阀式回路

图8.19 回路由限压式变量叶片泵、调速阀和液压缸等主要元件组成，调速阀安装在进油路（也可在回油路）；液压缸运动速度由调速阀调节，变量泵输出的流量 q_P 自动与通过调速阀的流量 q₁ 相一致。

• A_T 调小、出现 q_P > q₁ 时，泵出口压力上升，通过压力反馈作用使限压式变量叶片泵流量自动减小到 q_P ≈ q₁；
• A_T 调大、瞬时出现 q_P < q₁ 时，泵出口压力下降，压力反馈作用又使其流量自动增大到 q_P ≈ q₁。

第49页：限压式变量泵—调速阀式回路的特点

• 调速阀的作用不仅使进入液压缸的流量在调节后保持恒定，还使泵的输出流量与其相同；
• 变量泵的供油压力基本恒定不变，故又称定压式容积节流调速回路；
• 这种调速回路的速度刚性、运动平稳性、承载能力和调速范围都和与它对应的调速阀节流调速回路类同。

第50页：调速特性与效率

图8.20 为该回路的调速特性。回路虽没有溢流损失但有节流损失，损失大小与液压缸工作腔压力 p₁ 有关；设供油压力为 p_p，则液压缸工作腔压力 p₁ = p_p A₁/A₁ − Δp_T = F/A₁ + p₂A₂/A₁（背腔压力 p₂ 影响效率）。

• 回油腔（背腔）压力 p₂ = 0 时，回路效率 η_c = p₁/p_p；
• p₂ ≠ 0 时，效率 η_c =（p₁A₁ − p₂A₂）/（p_p A₁）；
• p₁ = p_1max 时节流损失最小；p₁ 越小节流损失越大。

第51页：稳流量泵—节流阀式回路

图8.21 回路由稳流量式变量叶片泵1、节流阀2、安全阀3和液压缸等组成（1—稳流量泵，2—节流阀，3—安全阀）。

• 稳流量泵定子左右侧各有一控制缸，左柱塞面积 A_p1 与右活塞杆面积相等；节流阀进油口与左侧缸和右侧缸的有杆腔通，节流阀出口与右侧缸无杆腔相通；
• 右侧缸压力 p₁ 和弹簧 R 的推力 F_s 可使定子左移、增加偏心距 e，使泵排量增大；
• 左侧缸及右侧缸有杆腔压力 p_p 的推力可使定子右移、减小偏心距 e，使泵排量减小。

第52页：稳流量泵—节流阀式回路的自动调节

• 液压缸速度通过改变节流阀通流截面积 A_T、控制进入液压缸的流量 q₁ 来调节；A_T 调定后泵输出流量 q_p 自动地与通过节流阀的流量 q₁ 相一致；
• 某时刻 q_p > q₁ 时泵出口压力 p_p 升高，控制缸作用在定子左侧的推力大于右侧，定子右移、泵排量减小，直至 q_p = q₁；反之 q_p < q₁ 时 p_p 减小，定子左移使泵排量增大，直到 q_p = q₁；
• 在自动调节过程中为防止控制缸左右振动，设有阻尼孔 a 用以增加阻尼、提高稳定性。

第53页：节流阀工作压差恒定原理

依据控制缸对定子作用力平衡方程可导出节流阀工作压差 Δp = p_p − p₁ = F_s/A_p2。

• 节流阀压差 Δp 由弹簧弹力 F_s 决定；因弹簧刚度小、工作中压缩量变化很小，故推力 F_s 基本恒定，且面积 A_p2 较大，可保证压差 Δp 基本不变，使工作压差不受负载变化影响，具有调速阀的功能；
• 回路中节流阀开口量调定后，输入液压缸的流量 q₁ 基本不受负载变化影响而保持恒定，这是因为稳流量泵控制回路保证节流阀工作压差不变，具有自动补偿泄漏的功能。

第54页：第8章思考题（一）

本章思考题：1. 各液压缸尺寸完全相同、负载 F₂ > F₁，已知节流阀能调节液压缸速度（不计压力损失）。判断图（a）和图（b）两个液压回路中哪个液压缸先动、哪个液压缸速度快，并说明道理。

第55页：第8章思考题（二）

• 2. 试说明容积调速回路中单向阀 A 和 B 的功用；在液压缸正反向移动时，为向系统提供过载保护，安全阀应如何接？试作图表示；
• 3. 图示液压回路能否实现「夹紧缸 I 先夹紧工件，然后进给缸 II 再移动」的要求（夹紧缸 I 的速度必须能调节）？为什么？应该怎么办？

第56页：第8章作业（一）

作业：1. 液压泵输出流量 q_p = 10 L/min，液压缸无杆腔面积 A₁ = 50 cm²，有杆腔面积 A₂ = 25 cm²，溢流阀调定压力 p_y = 2.4 MPa，负载 F = 10 kN；节流阀口视为薄壁孔，流量系数 C_q = 0.62，油液密度 900 kg/m³。求节流阀口通流面积 A_T = 0.05 cm² 和 A_T = 0.01 cm² 时的液压缸速度、液压泵压力、溢流阀损失和回路效率。

第57页：第8章作业（二）

• 2. 采用调速阀的进口节流加背压阀的调速回路：负载 F = 9000 N，液压缸两腔面积 A₁ = 50 cm²、A₂ = 20 cm²，背压阀调定压力 0.5 MPa，液压泵供油流量 30 L/min，不计管道和换向阀压力损失。求：使液压缸速度恒定时溢流阀最小调定压力 p_y；卸荷时的能量损失；背压阀增加 Δp_b 时溢流阀调定压力的增量 Δp_y。

第58页：第8章作业（三）

• 3. 调速回路中液压泵排量 V_p = 105 mL/r，转速 n_p = 1000 r/min，容积效率 η_Vp = 0.95，溢流阀调定压力 7 MPa，液压马达排量 160 mL/r，容积效率 η_VM = 0.95，机械效率 η_mM = 0.8，负载转矩 T = 16 N·m；节流阀最大开度 A_Tmax = 0.2 cm²（视为薄刃孔口），流量系数 C_d = 0.62，油液密度 900 kg/m³，不计其他损失。求：通过节流阀的流量、液压马达最大转速 n_max、输出功率 P 和回路效率 η 并解释效率为何很低；溢流阀调定压力提高到 8.5 MPa 时 n_max 为多大。

第59页：第8章作业（四）

• 4. 液压泵流量 Q_p = 10 L/min，液压缸无杆腔面积 A₁ = 50 cm²、有杆腔面积 A₂ = 25 cm²，溢流阀调整压力 p_y = 24×10⁵ Pa，负载 F = 10000 N，节流阀通流截面面积 A_T = 0.08 cm²，通过节流阀的流量 Q = C·A_T√(2Δp/ρ)，C = 0.62，油液密度 ρ = 900 kg/m³。求回路中活塞的运动速度和液压泵的工作压力。

第60页：第8章作业（五）

• 5. 变量泵—定量马达系统：液压马达排量 V_m = 120 cm³/r，液压泵排量 V_p = 10~50 cm³/r，转速 n_p = 1200 r/min，安全阀调定压力 p_y = 100×10⁵ Pa，设泵和马达的容积效率和机械效率均为 100%。求马达的最大输出转矩 M_max、最大输出功率 N_max 及调速范围。