典型液压系统的基本回路

1教师：周金柱单位：机电工程学院E-mail:[e-mail]:13891824426液压与气压传动2液压缸液压泵节流阀换向阀油箱191817161415139112143657810121615911系统组成：动力元件执行元件传动介质控制元件辅助元件液压与气压传动是以流体（液压油或压缩空气）为工作介质，进行能量传递和控制的一种传动形式。课程复习34本章提要回路是液压系统的基本组成单元，是为了完成某种特定功能而由液压元件组成的油路结构。本章是以后分析和设计液压系统的重要基础。重点1.调压回路和卸荷回路；2.节流调速回路的基本原理；3.容积调速回路的特性；4.快速运动回路、速度换接回路和顺序动作回路的工作原理难点节流调速回路和容积调速回路的原理和计算54方向控制回路132压力控制回路速度控制回路44其它控制回路液压与气压基本回路6在液压系统中，通过使用换向阀控制执行元件的启动、停止和换向功能。7.1方向控制回路手动换向阀：换向精度和平稳性不高，常用换向不频繁且无需自动化的场合；机动换向阀：可进行频繁换向，且换向可靠性较好，这种换向回路中执行元件的换向过程，是通过工作台侧面固定的挡块和杠杆直接作用使换向阀来实现换向的；电磁换向阀：需要通过电气行程开关、继电器和电磁铁等中间环节。但机动换向阀必须安装在执行元件附近，不如电磁换向阀安装灵活；电液动换向阀：用于流量大、换向精度和平稳性要求较高的场合。1.换向回路77.1方向控制回路1.换向回路87.1方向控制回路1.换向回路行程换向阀控制的顺序运动回路97.1方向控制回路2.锁紧回路防止执行元件在停止运动时，因外界因素而发生漂移或串动；采用液控单向阀组成的锁紧回路；为确保可靠锁紧，换向阀采用H或Y型中位机能。如起重机支腿。107.1方向控制回路2.锁紧回路换向阀中位：H型，油—油箱，液控单向阀关闭；换向阀左位：压力油同时打开两个单元阀，即开锁，活塞右移；换向阀右位：活塞左移。液控单向阀的阀芯为锥面，密封性高。114方向控制回路132压力控制回路速度控制回路44其它控制回路液压与气压基本回路127.2压力控制回路压力控制回路是通过控制液压系统（或系统中某一部分）的压力，以满足执行元件对力或转矩要求的回路。主要有调压、保压、增压、减压、背压、卸荷和平衡等多种功能的基本液压回路。13调压回路的功用是使液压系统整体或部分的压力与负载相适应并保持恒定或不超过某个数值。在定量泵系统中，液压泵的供油压力可以通过溢流阀来调节。在变量泵系统中,用安全阀来限定系统的最高压力，防止系统过载。若系统中需要二种以上的压力，则可采用多级调压回路。7.2压力控制回路1.调压回路调节溢流阀便可调节泵的供油压力。单级调压回路溢流阀调压弹簧压力表为了便于调压和观察，溢流阀旁一般要就近安装压力表。7.2压力控制回路1.调压回路15双向调压7.2压力控制回路1.调压回路当执行元件正反向运动需要不同的供油压力时，可采用双向调压回路。双向调压回路高压溢流阀10MPa开启低压溢流阀4MPa左位:高压阀工作，低压阀不工作；右位：低压阀工作，高压阀不工作。16二级调压三级调压1.调压回路7.2压力控制回路远程溢流阀调定压力一定要低于压主溢流阀的调定压力。多级调压回路17功能是使液压系统中某一支路具有较主油路低的稳定压力。当液压系统中，某一支路在不同工作阶段需要两种以上大小不同的工作压力时，可采用多级减压回路。常见的减压回路有：单向减压回路；二级减压回路；多级减压回路。2.减压回路7.2压力控制回路187.2压力控制回路2.减压回路单向减压回路单向减压回路在需要减压的支路上串接减压阀197.2压力控制回路2.减压回路二级减压回路二级减压回路远程溢流阀调定压力一定要低于压主溢流阀的调定压力。207.2压力控制回路3.卸荷回路卸荷回路的功能是在液压泵不停止转动的情况下，使液压泵在零压或很低压力下运转，以减小功率损耗，降低系统发热，延长液压泵和驱动电动机的使用寿命。压力卸荷：使泵在接近零压下运转流量卸荷：使变量泵为补偿泄漏而以最小流量运转液压泵卸荷执行元件不需要保压执行元件仍保持压力21用换向阀中位机能的卸荷回路当换向阀处于中位时，液压泵出口直通油箱，泵卸荷。因回路需保持一定的控制压力以操纵执行元件，故在泵出口安装单向阀。图7.21用换向阀中位机能的卸荷回路1、三位阀中位机能的卸荷回路227.2压力控制回路二位二通阀的卸荷回路利用换向阀的卸荷回路23用电磁溢流阀的卸荷回路图7.22用电磁溢流阀的卸荷回路1电磁溢流阀是带遥控口的先导式溢流阀与二位二通电磁阀的组合。当执行元件停止运动时，二位二通电磁阀得电，溢流阀的遥控口通过电磁阀回油箱，泵输出的油液以很低的压力经溢流阀回油箱，实现泵卸荷。247.2压力控制回路电磁溢流阀的卸荷回路利用溢流阀远程控制口的卸荷回路257.2压力控制回路二通插装阀卸荷回路工作时，泵由溢流阀调定压力决定；通电后，主阀上腔接油箱，主阀口打开，泵卸荷。26用卸荷阀的卸荷回路当电磁铁1YA得电时，泵和蓄能器同时向液压缸左腔供油，推动活塞右移，接触工件后，系统压力升高。当系统压力升高到卸荷阀1的调定值时，卸荷阀打开，液压泵通过卸荷阀卸荷，而系统压力用蓄能器保持。图中的溢流阀2是当安全阀用。图8.24用卸荷阀的卸荷回路2YA1YA3142蓄能器保压卸荷阀使泵卸荷277.2压力控制回路平衡回路的功能是使执行元件保持一定背压力（即回油路上的压力），以便与重力负载相平衡。立式液压缸的垂直运动部件因自重作用而自行下滑，或在下行过程中因自重而造成超速运动时，都有必要采用平衡回路。4.平衡回路287.2压力控制回路4.平衡回路297.2压力控制回路5.保压回路液压缸在工作循环的某一阶段，如果需要保持一定的工作压力，就应采用保压回路。在保压阶段，液压缸没有运动，最简单的方法是用一个密封性能好的单向阀来保压。但是这种办法保压的时间短，压力稳定性不高。由于此时液压泵处于卸荷状态（为了节能）或给其他的液压缸供应一定压力的液压油，为补偿保压缸的泄漏和保持工作压力，可在回路中设置蓄能器。30液压泵卸荷的保压回路7.2压力控制回路5.保压回路31多缸系统保压回路7.2压力控制回路5.保压回路324方向控制回路132压力控制回路速度控制回路44其它控制回路液压与气压基本回路337.3速度控制回路速度控制回路包括调节执行元件速度的调速回路、获得快进、工进、快退的快速运动回路以及获得不同工进的速度换接回路。速度控制回路调速回路快速运动回路速度换接回路液压缸差动连接采用蓄能器双泵供油快速慢速换接两种不同慢速换接节流调速：包括进油、回路和旁路调速容积调速容积节流调速限压式变量泵和调速阀差压式变量泵和节流阀变量泵——定量马达变量泵——变量马达定量泵——变量马达347.3速度控制回路7.3.1节流调速回路的原理概述液压系统常常需要调节液压缸和液压马达的运动速度，以适应主机的工作循环需要。液压缸和液压马达的速度决定于排量及输入流量。液压缸的速度为：Aq液压马达的转速:MVqn式中q—输入液压缸或液压马达的流量；A—液压缸的有效面积（相当于排量）；VM—液压马达的每转排量。35由以上两式可以看出，要控制缸和马达的速度，可以通过改变流入流量来实现，也可以通过改变排量来实现。对于液压缸来说，通过改变其有效作用面积A（相当于排量）来调速是不现实的，一般只能用改变流量的方法来调速。对变量马达来说，调速既可以改变流量，也可改变马达排量。36目前常用的调速回路主要有以下几种：(1)节流调速回路采用定量泵供油，通过改变回路中节流面积的大小来控制流量，以调节其速度。(2)容积调速回路通过改变回路中变量泵或变量马达的排量来调节执行元件的运动速度。(3)容积节流调速回路（联合调速）下面主要讨论节流调速回路和容积调速回路。8.2.2采用节流阀的节流调速回路节流调速回路有进油路节流调速，回油节路以及流调速，旁路节流调速三种基本形式。377.2.2.1进油路节流调速回路节流阀串联在泵和缸之间液压泵输出的油一部分经节流阀进入液压缸工作腔，推动活塞运动；液压泵多余的油液经溢流阀排会油箱；进油路节流调速回路中溢流阀有溢流387.2.2.1进油路节流调速回路V图7.3进油路节流调速回路进油节流调速回路正常工作的条件:泵的出口压力为溢流阀的调定压力并保持定值。注意节流阀串联在泵和缸之间39（1）速度负载特性当不考虑泄漏和压缩时，活塞运动速度为：11Aq活塞受力方程为：11AFp缸的流量方程为：mTTpCAq)(1mpTppCAq)(11=mpTAFpCA)(1p2—液压缸回油腔压力，p20。F—外负载力；式中：V40于是mpmTFApACAAq)(11111(8.4)式中C—与油液种类等有关的系数；AT—节流阀的开口面积；Tp1ppppT—节流阀前后的压差m—为节流阀的指数；当为薄壁孔口时，m=0.5。V41mpmTFApACAAq)(11111(7.4)式(7.4)为进油路节流调速回路的速度负载特性方程。以v为纵坐标,F为横坐标，将式(7.4)按不同节流阀通流面积AT作图，可得一组抛物线，称为进油路节流调速回路的速度负载特性曲线。42mpmTFApACAAq)(11111图7.4进油路节流调速回路速度负载特性曲线100minmaxmaxcR无级调速范围：负载速度与节流阀同流面积成正比43（2）功率特性图7.3中，液压泵输出功率即为该回路的输入功率为：pppqpPFFP11111qpAq回路的功率损失为：111qpqpPPPppp11)()(qppqqpTpp=1qpqpTp=而缸的输出功率为：44式中—溢流阀的溢流量,。q1qqqp进油路节流调速回路的功率损失由两部分组成：溢流功率损失和节流功率损失qpPp112qpPT1qpqpPTppqpqpPPPppp11(7.6)V457.2.2.2回油路节流调速回路采用同样的分析方法可以得到与进油路节流调速回路相似的速度负载特性.mpmFApACAT)(112节流阀串联在液压缸的回油路上，467.2.2.2回油路节流调速回路（1）速度负载特性力平衡方程：11221PPAFPAPP图7.5回油节流调速回路节流阀前后压差：1220PTPAFPPA节流阀流量：122mmPTTTPAFqCAPCAA缸的速度：21122mTPmqCAPAFVAA47（2）功率特性7.2.2.2回油路节流调速回路图7.5回油节流调速回路泵功率：pppPpq缸功率：122pPPFVPAPAV功率损失：122122122cPpPPpPPpPFVPqPAPAVPqPqPqPqqPq回路效率：122PcPpPpPqPqFVPqPq48进油路和回油路节流调速的比较(1)承受负值负载的能力回油节流调速能承受一定的负值负载(2)运动平稳性回油节流调速回路运动平稳性好。(3)油液发热对回路的影响进油节流调速的油液发热会使缸的内外泄漏增加；(4)启动性能回油节流调速回路中重新启动时背压不能立即建立，会引起瞬间工作机构的前冲现象。进油路、回油路节流调速回路结构简单，但效率较低，只宜用在负载变化不大，低速、小功率场合，如某些机床的进给系统中。497.2.2.3旁油路节流调速回路图7.6旁油路节流调速回路节流阀装在与液压缸并联的支路上，利用节流阀把液压泵供油的一部分排回油箱实现速度调节溢流阀作安全阀用，液压泵的供油压力Pp取决于负载。507.2.2.3旁油路节流调速回路节流阀装在与液压缸并联的支路上，利用节流阀把液压泵供油的一部分排回油箱实现速度调节溢流阀作为安全阀，常态时关闭，过载时打开，其开启压力为最大工作压力的1.1~1.2倍，故泵工作压力完全取决于负载而不恒定51（1）速度负载特性考虑到泵的工作