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剪板机速度控制回路及故障分析与排除

发布时间:2018-4-8
  1、调速回路
  (1)调速回路的基本概念
  剪板机调速回路在液压系统中占有突出的重要地位,其工作性能的好坏,对系统的工作性能起着决定性的作用。
  对调速回路的要求如下。
  ①能在规定的范围内调节执行元件的工作速度。
  ②负载变化时,调好的速度不变化或在允许的范围内变化。
  ③具有驱动执行元件所需的力或力矩。
  ④功率损耗要小,以便节省能量,减小系统发热。
  根据前述,我们知道,控制一个系统的速度就是控制液压执行机构的速度,在液压执行机构中液压缸速度。
  剪板机液压马达的转速
  当液压缸设计好以后,改变液压缸的工作面积A是不可能的,因此对于液压缸的回麓来讲,就必须采用改变进入液压缸流量的方式来调整执行机构的速度。而在液压马达的回蹦中,通过改变进入液压马达的流量q或改变液压马达排量V都能达到调速目的。
  目前主要调速方式有以下几种。
  ①节流调速 由定量泵供油、流量阀调节流量来调节执行机构的速度。
  ②容积调速通过改变变量泵或改变变量马达的排量来调节执行机构的速度。
  ③容积节流调速综合利用流量阀及变量泵来共同调节执行机构的速度。
  (2)节流调速回路
  剪板机节流调速回路是通过在液压回路上采用流量调节元件(节流阀或调速阀)来实现调速一种回路,一般又根据流量调节阀在回路中的位置不同分为进油节流调速、回油节流调速一节流调速三种。①采用节流阀的进油节流调速回路图1所示为节流阀进油节流调速回路,这种调路采用定量泵供油,在泵与执行元件之间串联安装有节流阀,在泵的出口处并联安装一流阀。这种回路在正常工作中,溢流阀是常开的,以保证泵的输出油液压力达到一个稳状态,因此,该回路又称为定压式节流调速回路。泵在工作中输出的油液根据需要一部入液压缸,推动活塞运动,一部分经溢流阀溢流回油箱。进入液压缸的油液流量的大小调节节流阀开口的大小来决定。
        
  图1节流阀进油节流调速回路 图2 进(出)油节流调速回路的一F特性曲线
  图2所示的就是进油节流调速回路在节流阀不同开口条件下的速度负载曲线。从这个 上可以分析出,在节流阀同一开口条件下,液压缸负载F越小时,曲线斜率越小,其 e稳定性越好;在同一负载F.条件下,节流阀开口面积越小时,曲线斜率越小,其速度!性越好。因此,进油节流调速回路适合于小功率、小负载的条件下。从上面分析来看,进油节流调速回路不易在负载变化较大的工作情况下使用,这种情况、速度变化大,效率低,主要原因是溢流损失大。因此,在液压系统中有两种速度要求的场合最好用双泵系统。
  ②采用节流阀的回油节流调速回路
  剪板机回油节流调速回路就是将节流阀装在液压系统的回路上,如图3所示。其速度负载特性与进M节流调速也一样(图2)。进油节流调速样适合于小功率、小负载的条件下。
  进油节流调速与回路节流调速虽然流量特性与功率特性基本相同,但在使用时还是有所不同,下面讨论几个主要不同。
  a.首先,承受负负载的能力不同。负负载就是与活塞运动方—弼的负载。例如起重机向下运动时的重力,铣床上与工作台粉向相同的铣削(逆铣)等。很显然,出口节流调速回路可受负负载,而进M节流调速则不能,需要在回油路上加背压承受负负载,同时需提高调定压力,功率损耗大。
  b.其次,出口节流调速回路中油液通过节流阀时油液温度升高,但所产生的热量直接返回油箱时将散掉;而进口节流调速则进入执行机构中,增加系统的负担。
  c.最后当两种回路结构尺寸相同时,若速度相等,则进油节调速回路的节流阀开口面积要大,因而,可获得更低的稳定图3回油节流调速回路速度。
  
  在剪板机调速回路中,还可以在进、回油路中同时设置节流调速元件,使两个节流阀的开口同时联动调节,以构成进出油的节流调速回路,如由伺服阀控制的液压伺服系统经常采用这种调速方式。
  ③采用节流阀的旁路节流调速回路 图4所示为旁路节流调速回路。在这种调速回路中,将调速元件并联安装在泵与执行机构油路的一个支路上,此时,溢流阀阀口关闭,作安全阀使用,只有在过载时才会打开。泵出口处的压力随负载变化而变化,因此,也称为熏压式节流调速回路。此时泵输出的油液(不计损失)一部分进入液压缸,另一部分通过节涌阀进入油箱,调节节流阀的开口可调节通过节流阀的流量,也就是调节进入执行机构的涌量,从而来调节执行机构的运行速度。
  图5所示的就是旁路节流调速回路在节流阀不同开口条件下的速度负载曲线。从这个曲线上可以分析出,液压缸负载F越大时,其速度稳定性越好;节流阀开口面积越小时.其速度稳定性越好。因此,旁油节流调速回路适合于功率、负载较大的条件下。
        
  由图5可见,这种回路随着执行机构速度的增加,有用功率在增加,而节流损失在獭小。回路的效率是随工作速度及负载而变化的,并且在主油路中没有溢流损失和发热现象,因此适合于速度较高、负载较大、负载变化不大且对运动平稳要求不高的场合。
  ④采用调速阀的调速团路采用节流阀的节流调速回路,由于节流阀两端的压差是着液压缸的负载变化的,因此其速度稳定性较差。如果用调速阀来代替节流阀,由于调速闽本身能在负载变化的条件下保证其通过内部的节流阀两端的压差基本不变,因此,速度稳定性将大大提高。如图6、图7所示,当旁路节流调速回路采用调速阀后,其承载能力不因活塞速度降低而减小。
  在采用调速阀的进、回油调速回路中,由于调速阀最小压差比节流阀大,因此,泵的使油压力相应高,所以,负载不变时,功率损失要大些。在功率损失中,溢流损失基本不变,节流损失随负载线性下降。适用于运动平稳性要求高的小功率系统,如组合机床等。
  在采用调速阀的旁路节流调速回路中,由于从调速阀回油箱的流量不受负载影响,因雨其承载能力较高,效率高于前两种。此回路适用速度平稳性要求高的大功率场合。
  (3)容积调速回路
  剪板机容积调速回路主要是利用改变变量液压泵(简称变量泵)的排量或改变变量液压马达(简耪变量马达)的排量来实现调节执行机构速度的目的。一般分为变量密封泵与执行机构组成的圆路、定量泵(定量液压泵)与变量马达组成的回路、变量泵与变量马达组成的回路三种。
        
  图6采用调速阀的进口节流调速回路  图7采用调速阀的进口节流调速回路特性曲线
  回路的循环形式而言,容积式调速回路分为开式回路和闭式回路两种。篷开式回路中,液压泵从油箱中吸油,把压力油输给执行元件,执行元件排出的油直接陷,如图8(a)所示,这种回路结构简单,冷却好,但油箱尺寸较大,空气和杂物易回路中,影响回路的正常工作。在闭式回路中,液压泵排油腔与执行元件进油管相连,执行元件的回油管直接与液压泵油腔相连,如图8(b)所示。闭式回路油箱尺寸小、结构紧凑,且不易污染,但冷却较差,需要辅助泵进行换油和冷却。①变量泵与执行机构组成的容积调速回路在这种容积调速回路中,采用变量泵供油,机构为液压缸或定量液压马达,如图8所示。在图8所示两个回路中,溢流阀主要防止系统过载,起安全保护作用,图8(b)中的定量泵4为补油泵,而溢流阀的作用制泵4的压力。
  
  图8 变量泵一定量执行元件的容积调速回路
  8(a)所示回路的速度负载特性曲线如图9(a)所示:从图中可以看出,在这种回除由于变量泵的泄漏,活塞的运动速度会随着外负载的变化而降低,尤其是在低速下,除出现活塞停止运动的情况,可见该回路在低速条件下的承载能力是相当差的。
  剪板机系统压力恒定不变,则马达的输出转矩也就恒定不变,因此,该回路称为恒转矩调辫的负载特性曲线见图9(b)。该回路调速范围大,可连续实现无级调速,一般用誉床上做直线运动的主运动(刨床、拉床等)。定量泵与变量马达组成的容积调速回路如图10所示为定量泵与变量马达组成的容在该回路中,执行机构的速度是靠改变变量马达3的排量来调定的,定量
    
  (a)变量泵-液压缸回路 (b)变量泵一定量液压马达回路。
 图9 变量泵与执行机构组成的容积调速回路的速度负载特性曲线
     
       1,4-定量泵;2,5-溢流阀13-变量马达
    (a)调速回路           (b)调速回路特性曲线
        图10定量泵一变量马达的容积调速回路
  为补油泵。在这种回路中,液压泵为定量泵,若系统压力恒定,则泵的输出功率为恒定。若不计匏失,液压马达的输出转速与其排量反比,其输出功率不变,因此,该回路也称为恒功率速,其速度负载特性曲线如图10(b)所示。
  这种回路不能用马达本身来换向,因为换向必然经过“高转速一零转速一高转速”,速度转换困难,也可能低速时带不动,存在死区,调速范围较小。
  ③变量泵与变量马达组成的容积调速回路 图11所示为一种变量泵与变量马达组的容积调速回路,在一般情况下,这种回路都是双向调速,改变双向变量泵1的供油方向可使双向变量马达2的转向改变。单向阀6和8保证定量泵(补油泵)4能双向为泵1丰油,而单向阀7和9能使溢流阀3在变量马达正反向工作时都起过载保护作用。这种回路工作中,改变泵的排量或改变马达的排量均可达到调节转速的目的。从图中可见,该回路多际上是上述两种回路的组合,因此它具有上述两种回路的特点。在调速过程中,第一阶段固定马达的排量为最大,从小到大改变泵的排量,泵的输出流量增加,此时,相当于恒转期调速;第二阶段,泵的排量固定到最大,从大到小调节马达的排量,马达的转速继续增加此时,相当于恒功率调速。因此该回路的速度负载特性曲线是上述两种回路的组合,其调蔫范围大大增加。
  (4)容积节流调速回路
  剪板机容积节流调速回路就是容积调速回路与节流调速回路的组合,一般是采用压力补偿变泵供油,而在液压缸的进油或回油路上安装有流量调节元件来调节进入或流出液压缸的蠢量,并使变量泵的输出流量自动与液压缸所需流量相匹配,由于这种调速回路没有溢流董失,效率较高,速度稳定性也比容积节流调速回路好。适用于速度变化范围大,中小功率。
  由上式可看出,节流阀前后的压差基本是由泵右边柱塞缸上的弹簧力来调定的,由于5簧刚度较小,工作中的伸缩量也较小,基本是恒定值,因此,作用于节流阀两端的压差也I本恒定,所以通过节流阀进入液压缸的流量基本不随负载的变化而变化。由于该回路泵的j出压力是随负载的变化而变化的,因此,这种回路也称为变压式容积节流调速回路。
  这种剪板机调速回路没有溢流损失,而且泵的出口压力是随着负载的变化而变化的,因此,调速回路的效率较高,且发热较少。这种回路适合于负载变化较大、速度较低的中小功率场合,如l合机床的进给系统等。
  为便于选用,将三种调速回路的特性比较列于表1中。
  表1 三种调速回路特性比较

种类

节流调速回路

容积调速回路

容积节流调速回路

调速范围与低速稳定性

调速范围较大,采用调速阀可获得稳定的低速运动

调速范围较小,获得稳定低速运动较困难

调速范围较大,能获得较稳定的低速运动

效率与发热

效率低,发热量大,旁路节流调速较好

效率高、发热量小

效率较高,发热较小

结构(泵、马达)

结构简单

结构复杂

结构较简单

适用范围

适用于小功率轻载的中低压系统

适用于大功率、重载高速的中高压系统

适用于中小功率、中压系统,在机床液压系统中获相广泛的应用


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