液压基本回路

液压传动主讲教师：吴海燕[e-mail]第七章常用液压基本回路所谓基本回路，就是由一些液压元件组成的，用来完成特定功能的油路结构。按基本回路在系统中功能分为压力控制回路、速度控制回路、方向控制回路和多执行元件控制回路。§7.1压力控制回路压力控制回路是利用压力控制阀控制整个液压系统或其分支油路的工作压力，以满足执行元件对力或力矩的要求。主要有调压回路、减压回路、增压回路、卸荷回路、保压回路、平衡回路和释压回路等。7.1.1调压回路调压回路的功用是调定或限制液压系统的最高工作压力。多用溢流阀来实现。1、单级调压回路（书133页图7.1）溢流阀调定系统压力溢流阀调定系统过载压力图7-11溢流阀在容积调整系统中起限压安全作用2、二级调压回路图示位置压力由高压溢流阀3调节。4通电，压力由远程调压阀5调节。先导溢流阀实现远程调压的条件：5的调定压力低于3的调定压力。动画演示图7-15二级调压回路低压图7-16二级调压回路远程调压阀3、多级调压回路图示，由阀1调压，压力较高。YA+，由阀2或3调压，压力较低。为获得多级压力，阀2或3的调定压力必须小于阀1的调定压力，否则，阀1将不起作用。动画演示3级调压4、无极调压回路采用比例溢流阀7.1.2减压回路减压回路的功用是单独调节系统中某一分油路的压力，使其低于系统压力的调定值。单级减压——用一个减压阀即可分类多级减压——减压阀+远程调压阀即可无级减压——比例减压阀即可动画演示二级减压回路动画演示无极减压回路7.1.3增压回路增压回路用来使系统某一分油路获得比系统压力高但流量不大的油液。1、单作用增压缸的增压回路原理：p2=p1A1/A2=p1D2/d2特点：只能断续增压。动画演示2、双作用增压缸的增压回路特点：能实现连续增压动画演示7.1.4卸荷回路当系统中执行元件短时间工作时，常使液压泵在很小的功率下作空运转，而不是频繁启动驱动液压泵的原动机。因为泵的输出功率为其输出压力与输出流量之积，当其中的一项数值等于或接近于零时，即为液压泵卸荷。这样可以减少液压泵磨损，降低功率消耗，减小温升。卸荷的方式有两类，一类是液压缸卸荷，执行元件不需要保持压力，压力卸荷；另一类是液压泵卸荷，但执行元件仍需保持压力，流量卸荷。1、换向阀中位自动卸荷回路用三位换向阀的中位机能卸荷。利用主阀处于中位时M.H.K型机能，使p→T，属零压式卸荷。只适用于低压小流量场合动画演示2、二位二通换向阀和先导型溢流阀组合的卸荷回路实际中常把二位二通换向阀和先导型溢流阀做成一体，叫电磁溢流阀。动画演示3.限压式变量泵自动流量卸荷回路当系统压力升高达到变量泵压力调节螺钉调定压力时，压力补偿装置动作，液压泵3输出流量随供油压力升高而减小，直到维持系统压力所必需的流量，回路实现保压卸荷，系统中的溢流阀1作安全阀用，以防止泵的压力补偿装置的失效而导致压力异常。4、蓄能器自动卸荷回路当电磁铁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。若蓄能器压力降低到允许的最小值时，卸荷阀关闭，液压泵重新向蓄能器和液压缸供油，以保证液压缸左腔的压力是在允许的范围内。图中的溢流阀2是当安全阀用。7.1.5保压回路保压就是要在液压缸不动，仍维持规定的压力稳定不变。评价指标为保压时间和压力稳定性。利用蓄能器保压的回路动画演示系统液压泵油液蓄能器压力继电器发讯使YA+工作部件停止后，P↑液压泵卸荷，蓄能器补充泄漏以保持压力液压泵保压回路工作原理系统压力较低，低压大流量泵供油，系统压力升高到卸荷阀的调定压力时，低压大流量泵卸荷，高压小流量泵供油保压，溢流阀调节压力。7.1.6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，可以在立式液压缸下行时的回路上设置适当的阻力，产生一定的背压，以阻止其下降或使其平稳地下降，这种回路即为平衡回路。内控式单向顺序阀平衡回路图示，缸停止因顺序阀关闭而平衡左位，缸下行，因回路有单向顺序阀作阻力，不会产生超速。右位，缸上行，油经单向阀进入缸下腔。动画演示液控单向阀平衡回路由于液控单向阀是锥面密封，泄漏小，故其闭锁性能好。回油路上的单向节流阀2是用于保证活塞向下运动的平稳性。假如回油路上没有节流阀，活塞下行时，液控单向阀1将被控制油路打开，回油腔无背压，活塞会加速下降，使液压缸上腔供油不足，液控单向阀会因控制油路失压而关闭。但关闭后控制油路又建立起压力，又将阀2打开，致使液控单向阀时开时闭，活塞下行时很不平稳，产生振动或冲击。§7.2速度控制回路速度控制回路是改变执行元件的运动速度。相应的回路有调速回路、快速运动回路和速度换接回路。7.2.1调速回路在液压系统中往往需要调节液压执行元件的运动速度，以适应主机的工作循环需要。液压系统中的执行元件主要是液压缸和液压马达，其运动速度或转速与输入的流量及自身的几何参数有关。液压缸：v=q/A液压马达：n=q/Vm由上两式知：改变q、Vm、A，皆可改变v或n，一般A是不可改变的。液压缸：改变q，即可改变v∴液压马达：既可改变q，又可改变Vm调速回路调速方法节流调速——改变q容积调速——改变泵和马达的V容积节流调速——既可改变q，又可改变V1、节流调速回路组成：定量泵、流量阀、溢流阀、执行元件等。原理：通过改变流量控制阀阀口的通流面积来控制流进或流出执行元件的流量，以调节其运动速度。分类：节流阀节流调速按采用流量阀不同调速阀节流调速进油路按流量阀安装位置不同回油路旁油路（1）进油节流调速回路在这种回路中，定量泵输出的多余流量通过溢流阀流回油箱。由于溢流阀有溢流，泵的出口压力为溢流阀的调定压力并保持定值，这是进油节流调速回路能够正常工作的条件。动画演示活塞的运动速度V与节流阀通流面积成正比，调节就能实现无级调速。当节流阀通流面积AT一定时，活塞运动速度V随着负载F的增加按抛物线规律下降。但不论节流阀通流面积如何变化，当时，节流阀两端压差为零，没有流体通过节流阀，活塞也就停止运动，此时液压泵的全部流量经溢流阀流回油箱。该回路的最大承载能力即为。回路的输入功率：1maxApFp1ApFppppqpP回路的功率损失：△p=pP-p1=pPqP-p1q1=pP（q1+△q）-(pP-△p)q1=pP△q+△pq1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。回路效率：pqpqpPPPppp11（2）回油节流调速回路动画演示虽然进油路和回油路节流调速的速度负载特性公式形式相似，功率特性相同，但它们在以下几方面的性能有明显差别，在选用时应加以注意。承受负值负载能力∵回油路节流阀使缸有一定背压∴能承受负值负载，并↑v稳定性，而进油路则需在回油路上增加背压阀方可承受，△P↑。实现压力控制的方便性∵进油路调速中工作台碰到死挡铁后，活塞停止，缸进油腔油压上升至pS∴便于实现压力（升压）控制而回油路调速在上述工况时，进油腔压力变化很小，无法控压，而回油腔p↓0，可降压发讯，但电路复杂。最低稳定速度∵若回路使用单杆缸，无杆腔进油量大于有杆腔回油流量∴在缸径、缸速相同情况下，进油节流调速回路流量阀开口较大，低速时不易堵塞。故进油节流调速回路能获得更低稳定速度，为了提高回路综合性能，实践中常采用进油节流调速回路，并在回油路加背压阀（用溢流阀、顺序阀或装有硬弹簧的单向阀串接于回油路），因而兼有两回路优点。（3）旁路节流调速回路动画演示旁路节流调速只有节流损失，而无溢流损失，因而功率损失比前两种调速回路小，效率高。这种调速回路一般用于功率较大且对速度稳定性要求不高的场合。2、容积调速回路容积调速回路可用变量泵供油，根据需要调节泵的输出流量，或应用变量液压马达，调节其每转排量以进行调速，也可以采用变量泵和变量液压马达联合调速。容积调速回路的主要优点是没有节流调速时通过溢流阀和节流阀的溢流功率损失和节流功率损失。所以发热少，效率高，适用于功率较大，并需要有一定调速范围的液压系统中。容积调速回路分类开式按油路循环方式闭式泵—缸式按所用执行元件不同变—定泵—马达式定—变变—变变量泵和定量马达容积调速回路工作特性①nM=qP/VM∵VM=定值∴调节qP即可改变nM②若不计损失，在调速范围内，T=pPVM/2π=C∴称恒转矩容积调速定量泵—变量马达式容积调速回路工作特性nM=qP/VM∵qP=定值∴调节VM即可改变nM定量泵—变量马达式容积调速回路特点∵nM与VM成反比TM与VM成正比∴VM↑，nM↓，TM↑；VM↓，nM↑，TM↓，以致带不动负载，使马达“自锁”。故这种回路很少单独使用变量泵——变量马达式容积调速回路变量泵—变量马达式容积调速回路工作原理第一段：先将VM调至最大并固定，然后将VP由小→大,分两段调节nM从0↑nM’（变—定）第二段：将VP固定至最大，VM由大→小，nM从nM’↑nMmax（定—变）∴调速范围大，λ可达100。变量泵——变量马达式容积调速回路特点∵nM低时TM大，nM高时TM小∴正好符合大部分机械要求故多用于机床主运动、纺织机械、矿山机械3、容积节流调速回路∵容积调速回路虽然效率高，发热小，但仍存在速度负载特性较软的问题（主要由于泄漏所引起）。∴在低速、稳定性要求较高的场合（如机床进给系统中），常采用容积节流调速回路。（1）限压式变量泵和调速阀调速回路组成动画演示限压式变量泵和调速阀调速回路工作原理联合调速，v由调速阀调定，qP与q1自动适应。qPq1，pP↑，通过反馈，qp↓qP=q1v=cqPq1，pP↓，e↑,qP↑qP=q10、5Mpa(中低压)△pmin=pP-p1=调速阀正常工作，△P最小过大，△P大易发热1Mpa（高压）若△P过小，v稳定性不好限压式变量泵和调速阀调速回路特点∵本回路的pP为一定值∴称定压式容积节流调速回路又∵若负载变化大时，节流损失大，低速工作时，泄漏量大，系统效率降低∴用于低速、轻载时间较长且变载的场合时，效率很低。故本回路多用于机床进给系统中。（2）差压式变量泵和节流阀调速回路工作原理动画演示工进时，节流阀调节q1，qP与之适应。qPq1时，pP↑，定子右移，e↓，qP↓qPq1时，pP↓，定子左移，e↑，qP↑直至qP=q1，v=c。差压式变量泵和节流阀调速回路特点虽用了节流阀，但具有调速阀的性能，即q1不受负载变化影响∵定子受力平衡方程pPA1+pP(A2-A1)=p1A2+FS∴△p=pP-p1=FS/A2=c又∵pP随负载变化而变化，p1也变化，∴称变压式容积节流调速回路，且△qP小η高因采用了固定阻尼孔，可防止定子因移动过快而发生振动。差压式变量泵和节流阀调速回路应用适用于负载变化大、速度较低的中小功率系统。7.2.2快速运动回路快速回路功用：使执行元件获得必要的高速，以提高效率，充分利用功率。1、液压缸差动增速回路动画演示液压缸差动连接快速回路工作原理电磁铁动作顺序表电磁铁动作顺序1YA2YA3YA快进+--工进+-+快退-++原位停止---2、双泵供油快速回路动画演示3、用蓄能器的快速回路动画演示4、增速缸快速回路动画演示速度换接回路功用完成系统中执行元件依次实现几种速度的换接。实质上是一种分级（或有级）调速回路，但速度是根据需要事先调好，这是和调速回路的不同之处。7.2.3速度换接回路速度换接回路分类快速与慢速的换接两种慢速的换接快速与慢速的换接回路举例1二位二通电磁阀与调速阀动画演示电磁铁顺序动作表电磁铁动作顺序1YA2YA3YAYJ快进+-+-工进+---止挡块停留+--+快退-++-原位停止----行程阀的快慢速换接回路动画演示图示，液压缸快进压下行程阀，液压缸工进2位4通阀左位，液压缸快退2、两种进给速度的换接回路a调速阀串联的换接回路b调速阀并联的换接回路调速阀串联的换接回路动画演示特点：v1v2，否则2不起作用调速阀并联的换接回路v