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第九章液压回路的计算与分析（HydraulicCircuitDesignandAnalysis）9.1概述（INTRODUCTION）液压回路是将一组像油泵、执行元件、控制阀和管道这样的元件进行排列以完成所需要的工作。当分析或计算液压回路时，以下三个重要的因素必须得到重视：✵使用的安全性；✵所需部件的性能；✵使用的经济性。了解元件的工作过程以及在回路中如何进行应用这对于从事液压传动的技术人员或设计者是非常重要的。液压回路是通过使用所有元件的职能（图形）符号来表现的。在了解液压回路之前，掌握这些符号是必要的。9.2压力控制回路（PRESSURECONTROLCIRCUIT）一、调压、限压回路1.定量泵调压限压回路✵调压回路：✵限压回路：阀的调定压力一般高于系统最高工作压力0.6～0.8MPa。2.变量泵限压回路3.限制系统最低压力回路也可用开启压力较高的单向阀或顺序阀代替溢流阀。4.多级调压回路要求：p1＞p2，溢流阀1作安全阀用。调整时应使pA＜pC，pB＜pC以保证三级调压。5.多泵压力调节回路二、卸荷回路1.用三位换向阀的卸荷回路2.用二位换向阀的卸荷回路3.用溢流阀的卸荷回路4.变量泵的卸荷回路5.用压力继电器的卸荷回路6.用多路换向阀的卸荷回路三、减压回路四、增压回路1.用增压缸的增压回路2.用增压器的增压回路五、保压回路1.变量泵保压回路2.用蓄能器的保压回路3.用液控单向阀的保压回路六、卸压回路1.用节流阀卸压的回路2.用二级液控单向阀卸压的回路七、平衡限速与闭锁回路1.平衡限速回路✵采用单向顺序阀（自控平衡阀）的平衡回路✵采用液控顺序阀（远控平衡阀）的平衡回路2.闭锁回路✵用单向液压锁的闭锁回路✵用双向液压锁的闭锁回路八、液压缸自动往复运动回路9.3速度控制回路（SPEEDCONTROLCIRCUIT）一、调速方法和要求1.调速方法在不考虑泄漏时，液压缸和马达运动速度分别为：（9－1）（9－2）式中Q－进入液动机（执行元件）的流量；v－液压缸的运动速度；A－液压缸的面积；qM－液压马达的排量。可见改变Q、qM均可改变液动机速度。改变Q的方AQv=MqQn=法包括：改变泵的排量，改变泵的转速（用变频技术）而改变泵的输出流量；用节流阀限制进入液动机的流量大小；也可用改变qM（即变量马达）来改变马达的转速。2.调速要求✵满足工作部件调速范围R：✵负载变化引起的工作部件速度变化应在允许范围内，即要求一定的速度刚度。✵效率要高。✵满足工作部件要求的承载能力，并有裕度。✵在稳定工作状态下无振动，运动平稳。✵有关动态特性方面的各种要求。minmaxvvR=minmaxnnR=二、节流调速回路1.采用节流阀的调速回路⑴进口节流调速①速度－负载特性活塞的运动速度：（9－3）根据连续性方程，进入液压缸的流量Q1就等于通过节流阀的流量，而通过节流阀的流量可由节流阀的流量特性方程决定。即：（9－4）11=AQv11==ppKapΔKaQP－式中a－节流阀节流口通流面积；pP－液压泵出口压力；p1－液压缸进油腔压力；Δp－节流阀两端压差；K－常数。对于薄壁小孔，。当活塞以稳定的速度运行时，作用在活塞上的力平衡方程为：p1A1＝p2A2+F（9－5）式中F－负载力；p2－液压缸回油腔压力，此处p2≈0。所以将其代入式（9－4）得：ρCKq2=11=AFp（9－6）（9－7）式（9－7）即为进口节流调速回路的速度负载特性方程，它反映了速度v和负载F的关系。右图为进口节流调速回路的速度负载特性曲线。由式（9－7）和右图可看出，当其它条件不变时，活塞的运动速度v与节流阀通流面积a成正比。故调节节流阀通流面积就能调节执行元2112112111==）－（）－（FApAKaAFpKaQPP21123111==）－（FApAKaAQvP件的运动速度。由式（9－7）和右图还可看出，当节流阀通流面积一定时，随着负载F的增加，节流阀两端压差减小，活塞运动速度按抛物线规律下降。当F＝p1A1时，节流阀两端差为零，活塞停止运动，液压泵的流量全部经溢流阀回油箱。通常用速度刚度kv来表示负载变化对速度的影响程度。（9－8）由于随着负载的增加，速度下降。为使刚度kv保持θctgdvdFkv－－==正值，在式中加一负号。由式（9－7）可得：（9－9）由上式可以看到：✵当节流阀通流面积a一定时，负载F越小，速度刚度kv越大。✵当负载F一定时，节流阀通流面积a越小，速度刚度kv越大。✵适当增大液压缸有效面积和提高液压泵供油压力pP，可提高速度刚度。vFApFApKaAdvdFkv）－（）－（－1121112312=2==②最大承载能力从式（9－7）和图中都可看出，在pP已调定的情况下，不论节流阀通流面积怎样变化，其最大承载能力都不变，即Fmax＝pPA1。故称这种调速回路为恒推力调速（执行元件为液压马达时为恒转矩调速。）③功率特性液压泵提供的功率为：PP＝pPQP＝常量式中QP－定量泵的输出流量。液压缸输出的有效功率为：式中Q1称为负载流量，即进入液压缸的流量。回路的功率损失为：11111===QpAQFFvPΔP＝PP－P1＝pPQP－p1Q1＝（Q1+ΔQ）pP－Q1（pP－Δp）＝pPΔQ+ΔpQ1（9－10）式中ΔQ－溢流阀的溢流量，ΔQ＝QP－Q1。由式（9－10）可知，这种调速回路的功率损失由两部分组成：即溢流损失（ΔP1＝pPΔQ）和节流损失（ΔP2＝ΔpQ1）。从式中还可看出，溢流阀调定压力不宜太高，一方面它使溢流损失增加，同时也由于节流阀两端压差增加使节流损失增加。通常溢流阀调定压力以使节流阀两端压差Δp＝0.2～0.3MPa为宜（最大负载下。回路效率为：（9－11）由于两种损失存在，故进口节流调速回路效率较PPPQpQpPPη111==低，特别是当负载小、速度低时效率更低。⑵出口节流调速用节流阀控制液压缸的排油量Q2，也就控制了进入液压缸的流量Q1，这是因为它们之间存在着固定的比例关系，（9－12）液压缸的运动速度为：（9－13）液压缸排出的流量等于通过节流阀的流量，即：（9－14）2211=QAAQ1122==AQAQv22==pKapΔKaQp2可由活塞受力平衡方程式求得，即：p1A1＝p2A2+F这里p1＝pP，所以，代入式（9－13），（9－14），经整理得：（9－15）同理可求得出口节流调速回路得速度刚度为：（9－16）进口节流调速回路与出口节流调速回路的速度负载特性和刚度基本相同。2212=AFAAppP－211232=）－（FApAKavPvFApFpKaAdvdFkPPv）－（）－（－1212322=2==⑶旁路节流调速①速度－负载特性活塞的运动速度为：（9－17）通过节流阀的流量：（9－18）将上式代入式（9－17），得旁路节流调速回路的速度－负载特性方程式为：111==AQΔQAQvP－PpKapKaQΔ==11=AFKa（9－19）速度刚度为：（9－20）旁路节流调速回路的速度－负载特性曲线如图所示。由此图和式（9－19）、式（9－20）可看出：✵当节流阀通流面积一定而负载增加时，速度显著下降。✵当节流阀通流面积一定时，11=AAFKaQvP－vAQFAKaFAdvdFkPv112312=2==－－负载越大速度刚度越大。✵当负载一定时，节流阀通流面积a越小，速度刚度越大。✵增大活塞面积A1可以提高速度。②最大承载能力从特性曲线图中可以看出，旁路节流调速回路能够承受的最大负载随着节流阀通流面积a的增加而减小。由式（9－19），当时，液压缸速度为零。③功率特性液压泵提供的功率PP＝pPQP，由于泵的压力随负载F而变化，即，故：PP＝p1QP。12=AKaQFPmax）（11==AFppP液压缸输出功率为：P1＝Fv＝p1A1v＝p1Q1功率损失：ΔP＝PP－P1＝p1QP－p1Q1＝p1ΔQ（9－21）回路效率：（9－22）由式（9－21）、（9－22）可看出，旁路节流调速回路只有流量损失而无压力损失，故比前两种调速回路功率损失小，效率较高。PPPQQQpQpPPη11111===三、容积调速回路节流调速回路简单，低速稳定性好，但效率低，发热大。因此，仅用于功率小，发热限制不大的低速低载系统中。对大功率系统则宜采用效率较高的容积调速回路。在图示的回路中，设液压泵的排量为qP，转速为nP，液压马达的排量为qM，转速为nM，如果忽略所有泄漏，泵的流量全部进入马达，则有qPnP＝qMnM。欲改变马达的转速，既可改变泵的排量qP，也可改变马达的排量qM。这种通过改变液压泵或（和）马达的排量来调节马达（或液压缸）速度的回路称容积调速回路。1.变量泵定量执行元件（液动机）容积调速回路✵输出特性✵速度－负载特性2.定量泵变量执行元件容积调速回路✵输出特性3.变量泵变量执行元件容积调速回路✵输出特性四、增速回路✵液压缸差动连接的快速回路✵双泵供油的快速回路✵用辅助缸的快速回路✵靠重力作用的增速回路✵用蓄能器的增速回路五、速度换接回路✵多泵供油的速度换接回路✵二位二通阀速度换接回路✵用顺序阀的速度换接回路✵调速阀串联的速度换接回路✵调速阀并联的速度换接回路✵用行程阀和行程开关的速度换接回路9.4换向回路✵单作用液压缸换向回路✵双作用液压缸换向回路✵二位三通阀换向回路✵电液换向阀控制的换向回路9.5多缸工作控制回路一、多缸同步动作控制回路1.串联液压缸同步回路✵串联液压缸同步回路✵带补油装置的串联液压缸同步回路2.并联液压缸同步回路✵用机械连接实现的并联液压缸同步回路✵并联液压缸同步回路二、多缸顺序动作控制回路1.行程控制实现顺序动作的回路✵用行程换向阀控制的顺序回路✵用行程开关和电磁换向阀控制的顺序回路2.压力控制实现顺序动作的回路✵用顺序阀控制的顺序动作回路✵用压力继电器控制的顺序动作回路三、防干扰回路✵双泵供油的多缸快慢速互不干扰回路✵用蓄能器的防干扰回路9.6液压马达控制回路一、速度控制回路✵调速回路✵限速回路二、制动回路✵液压马达的溢流阀制动回路✵用常闭式液压制动器的液压马达制动回路作业：9.4、9.15、9.18