液压基本回路(经典)

1本章提要本章介绍液压基本回路，这些回路主要包括：•调速回路(包括节流调速回路和容积调速回路)•快速运动回路熟悉和掌握这些基本回路的组成、工作原理及应用，是分析、设计和使用液压系统的基础。注意2快速运动回路的功用在于使执行元件获得尽可能大的工作速度，以提高劳动生产率并使功率得到合理的利用。实现快速运动可以有几种方法。快速运动回路这里仅介绍液压缸差动连接的快速运动回路和双泵供油的快速运动回路。3液压缸差动连接的快速运动回路换向阀2处于原位时，液压泵1输出的液压油同时与液压缸3的左右两腔相通，两腔压力相等。由于液压缸无杆腔的有效面积A1大于有杆腔的有效面积A2，使活塞受到的向右作用力大于向左的作用力，导致活塞向右运动。液压缸差动连接的快速运动回路4液压缸差动连接的快速运动回路于是无杆腔排出的油液与泵1输出的油液合流进入无杆腔，即在不增加泵流量的前提下增加了供给无杆腔的油液量，使活塞快速向右运动。液压缸差动连接的快速运动回路5这种回路比较简单也比较经济，但液压缸的速度加快有限，差动连接与非差动连接的速度之比为:)(2111'1AAA有时仍不能满足快速运动的要求，常常要求和其它方法（如限压式变量泵）联合使用。液压缸差动连接的快速运动回路6当换向阀6处于图示位置，并且由于外负载很小，使系统压力低于顺序阀3的调定压力时，两个泵同时向系统供油，活塞快速向右运动；图双泵供油的快速运动回路设定双泵供油时系统的最高工作压力低压大流量泵1和高压小流量泵2组成的双联泵作为系统的动力源。双泵供油的快速运动回路7换向阀6的电磁铁通电后,缸有杆腔经节流阀7回油箱，系统压力升高，达到顺序阀3的调定压力后,大流量泵1通过阀3卸荷,单向阀4自动关闭,只有小流量泵2单独向系统供油,活塞慢速向右运动.设定小流量泵2的最高工作压力注意：顺序阀3的调定压力至少应比溢流阀5的调定压力低10%-20%。8设定小流量泵2的最高工作压力注意：顺序阀3的调定压力至少应比溢流阀5的调定压力低10%-20%。大流量泵1的卸荷减少了动力消耗，回路效率较高。这种回路常用在执行元件快进和工进速度相差较大的场合，特别是在机床中得到了广泛的应用。9第二节速度控制回路（一）——调速回路调速方法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。10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。11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。一.定量泵节流调速回路节流调速回路有进油路节流调速，回油节路流调速，旁路节流调速三种基本形式。设节流口为薄壁小孔，节流口压力流量方程中m＝1/2。12（一）进油路节流调速回路V图1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13（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(1)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：V图1进油路节流调速回路14于是mpmTFApACAAq)(11111(2)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—节流阀前后的压强差，m—为节流阀的指数；当为薄壁孔口时，m=0.5。15mpmTFApACAAq)(11111(2)式(2)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,FL为横坐标，将式(2)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。16mpmTFApACAAq)(11111图2进油路节流调速回路速度负载特性曲线100minmaxmaxcR17（2）功率特性图1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：V图1进油路节流调速回路18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(3)V19（二）回油路节流调速回路图3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，20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。（5）进油节流调速回路容易实现压力控制。工作部件运动碰到死挡铁后，液压缸进油腔压力上升至溢流阀调定压力，压力继电器发出信号，可控制下一步动作。21（三）旁油路节流调速回路图4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。22（1）速度负载特性考虑到泵的工作压力随负载变化，泵的输出流量qp应计入泵的泄漏量随压力的变化,采用与前述相同的分析方法可得速度表达式为：pq式中qpt—泵的理论流量；k—泵的泄漏系数，其余符号意义同前。1)()(11111AAFCAAFkqvAqqqAqvmTptptp23（2）功率特性回路的输入功率ppqpP1回路的输出功率11111qpApFP回路的功率损失qpqpqpPPPpp11111回路效率ppqqqpqpPPp11111旁路节流调速只有节流损失，无溢流损失，功率损失较小。用于功率较大且对速度稳定性要求不高的场合24二容积调速回路•容积调速回路通过改变液压泵和液压马达的排量来调节执行元件的速度。由于没有节流损失和溢流损失，回路效率高，系统温升小，适用于高速、大功率调速系统。容积调速回路有泵-缸式回路和泵-马达式回路。这里主要介绍泵-马达式容积调速回路。25（一）变量泵-定量马达式容积调速回路闭式调速回路马达为定量,改变泵排量VP可使马达转速nM随之成比例地变化.泵的转速np和马达排量VM视为常数，改变泵的排量Vp可使马达转速nM和输出功率PM随之成比例的变化。马达的输出转矩TM和回路的工作压力Δp取决于负载转矩，不会因调速而发生变化，所以这种回路常称为恒转矩调速回路。26图7变量泵-定量马达容积调速回路防止回路过载补偿泵3和马达5的泄漏调定油泵1的供油压力辅助泵使低压管路始终保持一定压力,改善了主泵的吸油条件,且可置换部分发热油液,降低系统温升。27图7变量泵-定量马达容积调速回路图8变量泵-定量马达容积调速回路工作特性曲线防止回路过载补偿泵3和马达5的泄漏调定油泵1的供油压力28•在低速段，先将马达排量调至最大，用变量泵调速，当泵的排量由小变大，直至最大，马达转速随之升高，输出功率也随之线性增加。此时因马达排量最大，马达能获得最大输出转矩，且处于恒转矩状态（恒转矩调节）。•高速段，泵为最大排量，用变量马达调速，将马达排量由大调小，马达转速继续升高，输出转矩随之降低。此时因泵处于最大输出功率状态不变，故马达处于恒功率状态（恒功率调节）。二变量泵-变量马达式容积调速回路53874629。538746308.3同步回路同步运动包括速度同步和位置同步两类。速度同步是指各执行元件的运动速度相同；而位置同步是指各执行元件在运动中或停止时都保持相同的位移量。8.3.1液压缸机械联结的同步回路图8.13用机械联结的同步回路318.3.1液压缸机械联结的同步回路图8.13用机械联结的同步回路由于机械零件在制造，安装上的误差，同步精度不高。同时，两个液压缸的负载差异不宜过大，否则会造成卡死现象。这种同步回路是用刚性梁`齿轮`齿条等机械零件在两个液压缸的活塞杆间实现刚性联结以便来实现位移的同步。328.3.2采用调速阀的同步回路这种同步回路结构简单，但是两个调速阀的调节比较麻烦,而且还受油温`泄漏等的影响故同步精度不高,不宜用在偏载或负载变化频繁的场合。图8.14用调速阀的同步回路338.3.3用串联液压缸的同步回路图8.15用串联液压缸的同步回路当两缸同时下行时,若缸5活塞先到达行程端点,则挡块压下行程开关1S，电磁铁3YA得电,换向阀3左位投入工作,压力油经换向阀3和液控单向阀4进入缸6上腔,进行补油,使其活塞继续下行到达行程端点，从而消除累积误差。这种回路同步精度较高,回路效率也较高.注意:回路中泵的供油压力至少是两个液压缸工作压力之和。348.3.4用同步马达的同步回路图8.16用同步马达的同步回路两个马达轴刚性连接，把等量的油分别输入两个尺寸相同的液压油缸中，使两液压缸实现同步。消除行程端点两缸的位置误差358.4顺序回路顺序动作回路，根据其控制方式的不同，分为行程控制、压力控制和时间控制三类，这里只对前两种进行介绍。368.4.1行程控制顺序动作回路图8.17用行程开关和电磁阀配合的顺序回路首先按动启动按钮，使电磁铁1YA得电，压力油进入油缸3的左腔,使活塞按箭头1所示方向向右运动。动作137活塞杆上的挡块压下行程开关6S后,通过电气上的连锁使1YA断电，3YA得电.油缸3的活塞停止运动，压力油进入油缸4的左腔,使其按箭头2所示的方向向右运动;动作238当活塞杆上的挡块压下行程开关8S,使3YA断电,2YA得电，压力油进入缸3的右腔,使其活塞按箭头3所示的方向向左运动；动作339当活塞杆上的挡块压下行程开关5,使2YA断电,4YA得电,压力油进入油缸4右腔,使其活塞按箭头4的方向返回.当挡块压下行程开关7S时,4YA断电,活塞停止运动,至此完成一个工作循环。动作4408.4.2压力控制顺序动作回路按启动按钮，1YA得电，阀1左位工作，液压缸7的活塞向右移动，实现动作顺序1;动作141到右端后，缸7左腔压力上升，达到压力继电器3的调定压力时发讯，1YA断电，3YA得电，阀2左位工作，压力油进入缸8的左腔，其活塞右移，实现动作顺序2；动作242到行程端点后，缸8左腔压力上升，达到压力继电器5的调定压力时发讯，3YA断电，4YA得电,阀2右位工作，压力油进入缸8的右腔，其活塞左移，实现动作顺序3;动作343到行程端点后，缸8右腔压力上升，达到压力继电器6的调定压力时发讯，4YA断电，2YA得电,阀1右位工作，缸7的活塞向左退回，实现动作顺序4。动作444到左端后，缸7右端压力上升，达到压力继电器4的调定压力时发讯，2YA断电，1YA得电，阀1左位工作，压力油进入缸7左腔，自动重复上述动作循环，直到按下停止按钮为止。循环至动作1458.5平衡回路为了防止立式液压缸与垂直运动的工作部件由于自重而自行下落造成事故或冲击，可以采用平衡回路。8