回路阻力效应分析

出处：按学科分类—工业技术 北京理工大学出版社《新编液压工程手册上册》第117页（1344字）

回路是各种控制元件和辅助器件按一定功能由管路连接起来的整体。在稳态情况下，所有元器件都可抽象为液阻。由于回路中常包含增压器、不等面积缸等能量转换器件，它们会造成不同工况下各段管路流量的差异，因此同一液阻设置在不同位置时其阻力效应不同，即布局将在很大程度上决定回路能量传输效率。掌握回路阻力效应规律是提高回路传输效率、合理布局的基础。

图4．4－1给出了两种转换器串联的典型回路，增压器和单杆液压缸的转换比分别为φ_b和φ_o假设相对于集中液阻损失而言管路损失相对很小而可以忽略，液阻损失都视为与流量平方值成正比的局部损失。

图4．4－1 阻力效应分析典型回路

设图示各液阻R₁、R₂、R₃等参数已知，欲使该回路动作，其系统压力为

上述结果说明：回路的阻力效应除决定于阻值外，尚与液阻所在位置的流量有密切关系。当回路存在转换器时，则能耗按转换比的三次方关系变化。因此，液阻布置在小过流管路段有利于改善传输效率。转换比愈小，效果愈显着。这个结论在回路设计中很重要。现以差动回路为例予以说明。

组合机床液压动力滑台经常利用差动液压缸实现快速趋近运动(图4．4－2)，有杆腔排出的液流往往是通过方向阀液阻R_d和单向阀液阻R_c才与经方向阀进入的泵供流量q汇合，一并输入无杆腔。

图4．4－2 差动工况下的液阻分布

由于差动缸进出口各有一段较长管道，可分别以等效集中阻抗R_p和R_r表示。令快进时需要克服摩擦，惯性等形成的负载压力为p，有杆腔端压力为p_r，回油量为q_r，汇流点压力为p_i，两腔有效工作面积比A_r／A=φ，则可得到以下关系式

此式说明，差动工况下由于流经各液阻的流量发生变化，阻力效应也将发生大幅度变化。活塞腔端的进口液阻R_p最敏感，φ值愈大，压降损失愈严重。若按常用的φ=1／2计算，与非差动快进工况相比，这时R_p压降损失将增至原来能耗的8倍，方向阀液阻R_d的能耗，也由于有回油经过而增加一倍。因此，在差动回路设计中，按习惯假设p_r=p是不妥的。由图可见：回油要流经四个液阻才能进入活塞无杆腔，背腔压力p_r必需高出p值很多才能实现差动工况，实测也证明了这点。

为了减少差值和能耗，必须改进回路设计方案，图4．4－3为较好的可行方案之一。虽然增加了一个顺序阀(若其能耗相当于R_r+R_c)，但消除了方向阀导致的回油能耗，进油液阻R_p能耗也不再增大，因而可达到提高传输效率的良好效果。直接采用通断式阀来控制差动回路，节能效果更佳。

图4．4－3 低耗差动回路