速度控制回路实验
差动回路
一、实验目的
有些机构中需要两种运动速度，快速时负载小，要求流量大，压力低；慢速时负载大，要求流量小，压力高。因此，在单泵供油系统中，如果不采用差动回路，则慢速运动时，势必有大量的流量从溢流阀回邮箱，造成很大的功率损耗，并使油温增高。因此，采用差动回路时要满足快速运动要求，又要使系统在合理的功率下工作。 1.设计差动连接增速电路，加深对所学知识的理解与掌握。
2.进一步理解差动回路的工作原理、基本结构和它在实际生产中应用。
二、实验仪器
油缸、油泵、三位四通换向阀、二位三通电磁换向阀、溢流阀、行程开关
三、实验原理
当三位四通换向阀于左位工作时，活塞杆向右运行。二位三通电磁阀于左位工作形成差动，当行程开关工作后，使二位三通电磁阀的右位工作，缸回油到油箱，达到工进要求。当三位四通电磁换向阀于右位工作时，缸快退。
差动回路工作原理：
差动回路时在不使用大流量泵和种种辅助元件的条件下使活塞缸前进速度进一步加快时采用的一种液压回路。如上图所示，自泵输送来的压力油与液压缸无活塞杆腔和活塞杆腔连通，虽然两侧的压力相同，但由于活塞承受压力的面积大于无活塞侧承受压力的面积，活塞杆向前运动。此时从有活塞杆缸流出来的油液与泵输送来的油液汇合一起流入无活塞杆腔，于是流入的流量增多，活塞杆前进速度加快。因而即使使用小流量油泵，液压缸的进给速度也能增加。但与此同时，推动活塞的力也变小。
四、实验内容
亲自拆装，按实验液压回路图连接回路。
可以观察到的实验现象是：打开溢流阀。
当二位三通电磁换向阀位于左位时，此时回路处于差动连接情况。
此时三位四通换向阀位于左位时，回路处于差动状态下的工进状态，液压缸伸长。当三位四通换向阀换向到右位时，液压缸不会退回。
当二位三通电磁换向阀位于右位时，此时回路处于非差动连接情况。
此时三位四通换向阀位于左位时，回路处于差动状态下的工进状态，液压缸伸长。当三位四通换向阀换向到右位时，液压缸退回。
然而以实验原理所示的回路连接图中并没有明显观察到由差动连接带来的速度明显改变。在助教的指导下我们组进行了另一种回路的连接。
该回路与上述回路的不通点在于，在液压泵的出口处增加了一个节流阀。通过适当调节节流阀的预紧力，可以看到在差动情况下的回路工进速度要明显大于非差动情况。经过助教讲解和组内成员讨论：两种不同的工作现象的原因是，在原始的回路情况下，当连接差动工作下，由于差动连接造成回路内的油液压力增加，致使溢流阀的开口增大，造成大部分的油液溢流回邮箱，流量的减小掩盖了差动回路的优势。而在出口处连接节流阀时，两种情况下的油液压力均增高，造成了溢流阀在两种情况下都是开启状态，从而差动回路的优势便体现了出来。
五、注意事项
1.根据实验要求设计合理的液压回路图。
2.根据原理图选择恰当的液压元器件，并按图把实物连接。 3.按动作要求设计电路，并依据设计好的电路进行实物连接。 4.经过认真检查后再打开溢流阀，再启动油泵。 5.实验完毕后按规定把实验器材放置规整。
六、思考题
1、在差动快速回路中，两腔是否因同时进油而造成“顶牛”现象？
答：即使两边压力一样，由于受力面积不同，所以是肯定是左侧推力大，不会顶牛。自泵输送来的压力油与液压缸无活塞杆腔和活塞杆腔连通，虽然两侧的压力相同，但由于活塞承受压力的面积大于无活塞侧承受压力的面积，活塞杆向前运动。
2、在差动连接与非差动连接，输出推力哪一个大，为什么？
答：差动输出压力小。如果溢流阀起作用，因此P一定，对液压活塞说，面积A2>A1，液压合力F=P(A2-A1)
3、如果该回路中液压缸改为双输出杆液压缸，在回路不变的情况下，是否能实现增速。
答：不能，差动连接不发生顶牛是基于活塞两面的受力面积不同，当两侧均有液压杆时，若面积相同，两方的受力会相当，这时的液压缸不能前进或后退。
七、心得体会
实际的差动回路并不像教科书上讲的那么简单，譬如我们在实验中遇到了差动和慢进回路的工作现象差别并不是很大，而溢流阀起了很大的作用。因此，差动回路是的实际应用中应注意的问题？如何消除溢流阀的影响？是本次实验过后我的两个疑点。为此我进行了相关的查阅和学习，总结如下：
一、液压缸差动下达不到快速
无论哪种形式的液压缸差动控制回路，都有一个共同的运行问题，即在差动工作过程中，管道压力损失对液压缸的输出速度有着特别显著的影响，表现为空载运行时液阻非常大，系统压力非常高，溢流量大，从而使速度发生异常，液压缸该快不快。
式（4）说明，差动工况（空载运行）下泵要克服很大的管道液阻，致使泵的供油压力很高。流经各液阻的流量发生变化时，液阻上的压力损失也将发生大幅度变化，无杆腔的进油液阻对流量变化最敏感，值越大，压力损失越大。由于液阻上的压力损失与流量的平方成正比，故在差动工况时，只能通过减少流经液阻的流量来降低液阻上的压损，以维持压力的平衡。由于大部分的液压油通过溢流阀溢流，只有小部分油液通过各液阻到达液压缸，导致液压缸速度异常缓慢，无法满足工作部件快速运动的要求。通常可以通过减小值或提高供油压力的方法提高液压缸运行速度。既改变两边的面积比变小，减小压损。
二、差动回路的注意事项
1） 要注意回路中的压力损失
当泵的输出流量和后腔排出的流量汇合一起流动是，由于流量增大会使阻力增加，因此若不适当选择阀的型号和管路通径，就不能得到计算的速度。 2） 差动时的推力损失
由于受压面积相当于前受压面积与后受压面积之差，因此推力较小。为此在充分满足机械上所要求的功劳条件下来决定液压缸的活塞杆直径和工作压力。 3） 差动中的发热问题
在差动回路中由于油液不排回油箱而是汇合在一起在油缸的无活塞杆腔和有活塞杆腔中多次来回流动，因此，因循环次数搞和回路存在阻力而使油温升高，造成液压缸和管路发热，所以在循环次数高的情况下使用时，应注意发热问题。 4） 使用差动阀选型时通流流量偏小
R型技能换向阀
是一种具有特殊换向位的电磁换向阀，当液压缸的大腔进油时阀的换向位ABP相通。在差动状态下，液压缸的大腔和小腔沟通，液压缸腔内压力相等，换向阀的压差也很小。从换向阀的流量压力曲线可以看出，R机能换向阀的AB腔的流量压力特性曲线如图4所示。在同样的压降条件下，曲线9的流量要比其他机能阀的流量小很多。所以进入差动液压缸的流量受到换向阀的限制。
参考文献：
液压缸差动回路应用研究
作者：成红梅 苏杭 刘迎春
作者单位： 山东建筑大学,机电学院,济南,250101 Journal：COAL MINE MACHINERY 年，卷(期)：2007, 28(3)
