第7章液压基本回路

第7章：液压基本回路任何液压系统都是由一些基本回路组成的。所谓液压基本回路是指能实现某种规定功能的液压元件的组合。组成性能原理应用学习注意四个要点基本回路是液压传动系统的基本组成单元。基本回路压力控制回路速度控制回路方向控制回路多缸控制回路7.1压力控制回路调压回路的功用是使液压系统整体或某一部分的压力保持恒定或不超过某个限定值。单级调压回路二级调压回路三级调压回路7.1.1调压回路7.1压力控制回路通过改变比例溢流阀的输入电流来实现无级调压，这种调压方式容易实现远距离控制和计算机控制，而且压力切换平稳。7.1.1调压回路使系统中的某一部分油路或某个执行元件获得比系统压力低的稳定压力。泵的供油压力根据主油路的负载由溢流阀1调定。夹紧液压缸的工作压力根据它所需要的夹紧力由减压阀2调定。单向阀3的作用是，在主油路压力降低且低于减压阀的调定压力时，防止夹紧缸的高压油倒流，起短时保压作用。为了保证减压回路的工作可靠性，减压阀的最低调整压力不应小于0.5MPa，最高调整压力至少比系统调整压力小0.5MPa。必须指出的是，负载在减压阀出口处所产生的压力应不低于减压阀的调定压力，否则减压阀不可能起到减压、稳压作用。7.1压力控制回路7.1.2减压回路7.1压力控制回路使系统中的某一部分油路或某个执行元件获得比系统压力低的稳定压力。7.1.2减压回路7.1压力控制回路使泵的油液在很低的压力下流回油箱。7.1.3卸荷回路7.1压力控制回路7.1.3卸荷回路利用限压式变量泵卸荷7.1压力控制回路执行元件在工作循环中的某一阶段内，若需要保持规定的压力，应采用保压回路。7.1.4保压回路7.1压力控制回路执行元件在工作循环中的某一阶段内，若需要保持规定的压力，应采用保压回路。7.1.4保压回路7.1压力控制回路用液控单向阀的保压回路当1YA通电时，换向阀右位接入回路，液压缸上腔压力升至电接触式压力表上触点调定的压力值时，上触点接通，1YA断电，换向阀切换成中位，泵卸荷，液压缸由液控单向阀保压。当缸上腔压力下降至下触头调定的压力值时，压力表又发出信号，使1YA通电，换向阀右位接入回路，泵向液压缸上腔补油使压力上升，直至上触点调定值。7.1.4保压回路7.1压力控制回路设置背压回路，是为了提高执行元件的运动平稳性或减少爬行现象。一般背压力为0.3～0.8MPa。采用溢流阀、顺序阀作背压阀可产生恒定的背压；而采用节流阀、调速阀等作背压阀则只能获得随负载减小而增大的背压。7.1.5背压回路7.1压力控制回路为了防止立式液压缸及其工作部件因自重而自行下落，或在下行运动中由于自重而造成失控失速的不稳定运动，在执行元件的回油路上保持一定的背压值，以平衡重力负载。调整顺序阀的开启压力，使液压缸向上的液压作用力稍大于垂直运动部件的重力，即可防止活塞部件因自重而下滑。7.1.6平衡回路7.1压力控制回路当系统中局部油路需要较高压力而流量较小时，采用低压大流量泵加上增压回路比选用高压大流量泵要经济得多。用以提高系统中局部油路的压力。它能使局部压力远高于油源的压力。7.1.7增压回路7.2调速回路在液压传动的机器上，工作部件由执行元件(液压缸或液压马达)驱动。若改变执行元件的速度，即是改变液压缸的运动速度或改变液压马达的转速。方法：1.用流量控制阀调节；2.通过控制变量泵的排量来调节。液压缸的运动速度v由输入的流量q和液压缸的有效工作面积A决定，即：v＝q/A液压马达的转速nM由输入的流量qM和液压马达的排量VM决定，即：nM＝qM/VM速度调节是液压传动系统的核心问题。根据改变流量的方法不同，可分为三类：（1）节流调速回路；（2）容积调速回路；（3）容积节流调速回路。7.2.1概述对调速回路的性能要求⑴速度稳定性要好——应有良好的速度—负载特性谓速度—负载特性——机械特性、外特性执行元件工作速度随负载变化而变化的特性。速度—负载特性用速度刚度描述。vkFvLtgvFkLv1特性曲线上某处的斜率越小，速度刚度越大，亦即机械特性越硬，执行元件工作时受负载变化的影响越小，运动平稳性越好。⑵应具有良好的功率特性——回路效率高、发热少。⑶应具有良好的调速特性——调速范围大。引起单位速度变化时的负载力的变化量。Kv的物理意义7.2调速回路安全阀溢流恒压溢流恒压将节流阀串联在液压泵和液压缸之间，通过调节节流阀的通流面积改变进入液压缸的流量，从而调节执行元件的运动速度。将节流阀串联在液压缸和油箱之间，以限制液压缸的回油量，从而达到调速的目的。节流阀并联在液压泵和液压缸的分支油路上。液压泵输出的流量一部分经节流阀流回油箱，一部分进入液压缸，7.2.2节流调速回路7.2调速回路分类：7.2.2节流调速回路按流量控制阀分：节流阀节流调速回路调速阀节流调速回路根据流量阀的位置分：进油节流调速回路回油节流调速回路旁路节流调速回路根据工作中供油压力是否随负载变化分：定压式节流调速回路（进油、回油节流）变压式节流调速回路（旁路节流）7.2调速回路五个要点⑴为克服负载F、p2而运动，执行元件工作腔必须具有一定的工作压力p1；⑵为提供q1的流量，节流阀上必须有压力差Δp，即泵的压力pp必须大于p1；⑷为提供q1的流量，溢流阀必然处于溢流恒压工作状态，即泵的压力pp恒定。⑶执行元件的速度由通过节流阀的流量q1和执行元件工作腔有效面积A1确定；FApAp221111AFppppppT)()(11111AFpACAApCAAqvpTTT速度—负载特性（5）qp－q1=Δq7.2.2节流调速回路1.进油节流调速回路7.2调速回路速度—负载特性：v＝f（F）——速度刚度vFApFApCAAvFkppTv11111)(当ppA1=F时，p1=pp，ΔpT=0，q1=0，v=0当F=0时，p1=0，ΔpT=pp，qmax，vmax。讨论：v—F特性软，速度刚性差AT不变时，负载小，刚性大F不变时，AT小，刚性大，低速刚性好。提高kv的措施：pp↑、A1↑、φ↓结论：低速、小负载时，刚性好。适用恒定小负载低速场合。7.2.2节流调速回路1.进油节流调速回路——特性分析7.2调速回路回路输入功率（泵输出功率）Pp==pp×qp回路输出功率（缸有效功率）P1==p1×q1==F×v回路损失：ΔP＝Pp－P1＝pp×（q1＋Δq）－p1×q1＝ΔpT×q1＋pp×Δq＝节流损失ΔP2＋溢流损失ΔP1Pp＝P1＋ΔpT×q1＋pp×Δq回路输入功率回路输出功率回路效率：7.2.2节流调速回路1.进油节流调速回路——特性分析关于回路效率的讨论⑴当F＝Const时∵节流损失ΔP2＝Const∵溢流损失ΔP1＝Const∴速度越高，效率越高！⑵当F≠Const时2/1112/32/11111)(pppTpTpppppCApppCAP输出功率当p1=pp时，P1=0，ΔpT=0，q1=0；当p1=0时，P1=0，F=0，不要求功率输出。关于回路效率的讨论011dpdP令ppp321有时，有效功率最大manppTpqppCApP12/1max1385.0385.0max12/11577.032qppCAqppTppp321时ppppqqqpqpmax1max1385.0385.0回路效率AT调得越小，流量q1max越小，速度越低，效率越低。结论：速度—负载特性与回路效率是相互矛盾的！适用于轻载、低速、负载变化不大和对速度稳定要求不高的小功率场合。应用7.2调速回路四个要点⑴为克服负载F、p2而运动，执行元件工作腔必须具有一定的工作压力p1；⑵要流出q2的流量，节流阀上必须有压力差ΔpT，⑷为提供q1的流量，溢流阀必然处于溢流恒压工作状态，即泵的压力pp＝p1＝Const；⑶执行元件的速度由通过节流阀的流量q2和执行元件有杆腔有效面积A2确定；FApAp2211速度—负载特性22112AFAApppT1122AqAqv2211qAAq)()(2212222AFAApACAApCAAqvpTTT121222)()(AFApCAApCAAqvPTTT与进口调速类似！7.2.2节流调速回路2.回油节流调速回路进油、回油节流调速的比较为了提高回路的综合性能，一般常采用进油节流阀调速，并在回油路上加背压阀，使其兼具二者的优点。⑴回油节流调速回路能承受负值负载，提高了缸的速度平稳性。⑵进油节流调速回路容易实现压力控制。在回油节流调速时，缸的回油腔压力下降为零，可利用这个变化值使压力继电器失压发讯，对系统的下步动作实现控制，但可靠性差，一般不采用。⑶若回路使用单杆缸，无杆腔进油流量大于有杆腔回油流量。进油节流调速回路能获得更低的稳定速度。⑷长期停车后缸内油液会流回油箱，当泵重新向缸供油时，在回油节流阀调速回路中，由于进油路上没有节流阀控制流量，会使活塞前冲；而在进油节流阀调速回路中，活塞前冲很小，甚至没有前冲。⑸发热及泄漏对进油节流阀调速的影响均大于回油节流阀调速。因为进油节流阀调速回路中，经节流阀发热后的油液直接进大缸的进油腔；而在回油节流阀调速回路中，经节流阀发热后的油液直接流回油箱冷却。7.2调速回路速度受负载变化的影响大，在小负载或低速时，曲线陡，回路的速度刚性差。在不同节流阀通流面积下，回路有不同的最大承载能力。AT越大，Fmax越小，回路的调速范围受到限制。只有节流功率损失，无溢流功率损失，回路效率较高。溢流阀关闭，起安全阀作用。速度负载特性方程V=q1/A1=〔qt-λp(F/A1)-KAT(F/A1)1/2〕/A17.2.2节流调速回路3.旁路节流调速回路7.2调速回路调速阀可以装在回路的进油、回油或旁路上。负载变化引起调速阀前后压差变化时，由于定差减压阀的作用，通过调速阀的流量基本稳定。旁路节流调速回路的最大承载能力不因AT增大而减小。由于增加了定差减压阀的压力损失，回路功率损失较节流阀调速回路大。调速阀正常工作必须保持0.5～1MPa的压差，旁通型调速阀只能用于进油节流调速回路中。用调速阀代替节流阀，回路的负载特性将大为提高。7.2.2节流调速回路4.调速阀节流调速回路7.2调速回路7.2.2节流调速回路5.溢流节流阀进油调速回路这种回路中，泵压随负载变化，泵不在恒压下工作，属于变压系统，故效率比节流阀（或调速阀）的进油节流调速回路高。适用于运动速度平稳要求较高、功率较大的节流调速系统。7.2调速回路7.2.3容积调速回路1.变量泵及定量执行元件调速回路7.2调速回路⑴速度特性（nM—Vp关系）采用泄漏系数212MMPMPMPMVTknVVVqn注意：与式（A）的区别泵和马达泄漏系数之和122kVkMv速度刚度⑵转矩特性（TM—Vp关系）mMMMMVpT20pppPM转矩与变量泵的Vp无关，与调速无关，只与负载有关，当负载不变时，无论转速高低，转矩恒定——恒转矩调速。⑶功率特性（PM—Vp关系）mMPppmMMMMMMMVnpnVpnTP2⑷调速特性调速范围40左右7.2.3容积调速回路1.变量泵及定量执行元件调速回路变量泵—定量马达闭式系统7.2调速回路⑴速度特性（nM—Vp关系）采用泄漏系数212MMPMPMPMVTknVVVqn注意：恒转矩调速的区别泵和马达泄漏系数之和122kVkMv速度刚度⑵转矩特性（TM—Vp关系）mMMMMVpT20pppPM输出功率与马达排量无关VM、即与转速无关——因采用定量泵——恒功率调速！⑶功率特性（PM—Vp关系）mMPppmMMMMMMMVnpnVpnTP2⑷调速特性调速范围4倍左右7.2.3容积调速回路2.定量泵和变量马达调速回路7.2调速回路先将马达排量调到最大，改变泵的排量；当泵排量达到最大后，调小马达的排量。先是恒转矩调速，后为恒功率调速。7.2.3容积调速回路3.变