液压与气压传动1

退出退出主目录第7章液压基本回路7.1压力控制回路7.2速度控制回路7.3快速运动回路7.4速度换接回路本章介绍常用各种液压基本控制回路的原理、组成及在液压系统中的作用。本章重点：压力控制回路、方向控制回路和速度控制回路。本章难点：压力控制回路和速度控制回路的应用。7.5方向控制回路7.6多缸动作回路退出退出下一页主目录子目录第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。所谓液压基本回路就是指由有关液压元件组成，以完成某种特定功能的典型油路。基本回路按在液压系统中的功能可分：压力控制回路—调节和控制整个系统或局部油路的工作压力；速度控制回路—调节和控制执行元件的速度；方向控制回路—控制执行元件运动方向的变换和锁停；多执行元件控制回路—控制几个执行元件间的工作循环。熟悉和掌握这些基本回路是为了更好地分析、设计和使用各种液压系统。退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路7.1压力控制回路压力控制回路是利用压力控制阀来控制整个系统或局部支路的压力，以满足执行元件对力和转矩的要求。包括:调压回路卸载回路减压回路增压回路平衡回路保压回路泄压回路退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路系统中有节流阀。当执行元件工作时，溢流阀阀心浮动，常开溢流，并使系统压力稳定在调定压力附近。

此时溢流阀作定压阀用。多为定量泵节流调速回路。1）单级调压回路1.调压回路控制系统整体或某部分的压力，使其保持恒定或限定系统的最高压力。一般用溢流阀来实现这一功能。功用：退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路系统中无节流阀。当系统工作压力达到或超过溢流阀调定压力时，溢流阀才开启，对系统起安全保护作用。此时溢流阀作安全阀用。多为变量泵容积调速回路。退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路2）远程调压回路利用先导型溢流阀遥控口远程调压；主溢流阀的调定压力必须大于远程调压阀的调定压力。退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路注意：ｐ１＞ｐ２＆ｐ３ｐ２的大小与ｐ３无关由先导型溢流阀、远程调压阀和电磁换向阀组成。3）多级调压回路（动画）退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路通过电液比例溢流阀来实现。4）无级调压回路（动画）退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路2.减压回路功用：系统某一局部支路要求获得低于系统调定压力值时,可采用减压回路，如机床的夹紧、定位、润滑及控制油路的要求。注意:要减压阀稳定工作，最低调整压力≮0.5MPa，最高调整压力至少比系统压力低0.5MPa。退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路注意：在需要低压的支路上串联定值减压阀。单向阀3用来防止缸4的压力受主油路的干扰。1）单级减压回路退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路在先导型减压阀遥控口接入远程调压阀和二位二通电磁阀。2）二级减压回路注意：远程调压阀的调定压力要低于减压阀的调定压力。退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路3.卸荷回路在液压系统执行元件短时间不工作时，不频繁启动原动机而使泵在很小的输出功率下运转。功用：压力卸载；流量卸载（仅适用于变量泵）卸载方式：退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路泵可借助M型、H型或K型换向阀中位机能来实现降压卸载。1）用换向阀中位机能的卸荷回路图中单向阀a的作用，保持电液换向阀一定的控制压力以保证换向。注意：退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路采用二位二通电磁阀控制先导型溢流阀的遥控口来实现卸载。2）用先导型溢流阀的卸荷回路（动画）退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路为零流量卸载，泵的压力升高到泵的压力调节螺钉调定的极限值时，泵的流量减小到只补充缸或阀的泄漏，回路实现保压卸载。3）限压式变量泵的卸荷回路（动画)退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路当回路压力到达卸载溢流阀调定压力时，泵通过该阀卸载，蓄能器保持系统压力。4）有蓄能器的卸载回路（动画）退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路4.保压回路使系统在液压缸不动或因工件变形而产生微小位移的工况保持稳定不变的压力。功用：保压性能有两个指标：保压时间和压力稳定性。退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路采用液控单向阀、电接触式压力表发讯使泵自动补油。1）液压泵自动补油的保压回路退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路当液压缸加压完毕要求保压时，由压力继电器4发讯，主泵卸载，由辅助泵供油维持系统压力稳定。由于辅助泵只需补偿系统泄漏，可选小流量泵，功率损失小，压力稳定性取决于溢流阀7的稳压性能。辅助泵也可用蓄能器替代。2）采用辅助泵的保压回路退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路5.平衡回路功用：使立式液压缸的回油路保持一定背压，以防止运动部件在悬空停止期间因自重而自行下落，或下行运动时因自重超速失控。由于滑阀结构的顺序阀和换向阀存在泄漏，活塞不可能长时间停在任意位置。退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路

该回路适用于工作负载固定且活塞闭锁要求不高的场合。1）采用单向顺序阀的平衡回路退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路能自动适应不同负载对背压的要求。2）采用远控平衡阀的平衡回路退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路液控单向阀是锥面密封，故闭锁性能好。回路油路上串联单向节流阀用于保证活塞下行的平稳。3）采用液控单向阀的平衡回路退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路7.2速度控制回路速度控制回路是讨论液压执行元件速度的调节问题的基本回路。按调速方式的不同主要有以下三种调速回路：定量泵节流调速回路变量泵（或变量马达）容积调速回路容积节流调速回路退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路1.定量泵节流调速回路回路组成:由定量泵，流量控制阀（节流阀、调速阀等），溢流阀，执行元件。分类:按流量控制阀安放位置的不同分三种：进油节流调速回路回油节流调速回路旁路节流调速回路退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路分析时忽略油液压缩性、泄漏、管道压力损失和执行元件的机械摩擦等。设节流口为薄壁孔，节流口压力流量方程中m＝1/2。１）进油节流调速回路－采用节流阀流量连续性方程qp=q1+Δq速度负载特性活塞受力平衡方程p1A1=FL退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路速度负载特性方程流经节流阀的流量速度负载特性方程反应了液压缸的速度v随负载F的变化关系。退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路调节节流阀通流面积AT

可无级调节液压缸活塞速度，v与AT成正比。当AT一定时，速度随负载FL的增加而下降。当v=0时，最大承载能力Fmax=psA1。由公式分析可知退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路当FL一定时，AT越小曲线越平直，说明速度在轻低速时，抵抗负载变化的能力强，速度刚性好。当AT一定时，FL越小曲线越平直，说明速度在轻载时，抵抗负载变化的能力强，速度刚性好。说明液压缸在低速和轻载时，速度受负载波动的影响小，即回路的速度刚性大，速度稳定性好。由负载特性曲线可以看出根据式绘制成如图所示负载特性曲线。功率特性液压泵的输出功率,即回路的输入功率：

PP=ppqp

＝常数

液压缸的输出功率，即回路的输出功率：

P1=FLv=p1q1

（忽略液压缸的效率损失）

回路的功率损失：△P=PP-P1=pp△q+△pq1

回路效率―回路的输出功率与回路的输入功率之比η=P1/PP=FLv

＝p1q1/ppqp

显然，进油节流调速回路既有溢流损失pp△q

，又有节流损失△pq1，回路效率较低，不适用于大功率的场合。

退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路2）回油节流调速回路－采用节流阀流量连续性方程qp=q1+Δq速度负载特性活塞受力平衡方程ppA1=p2A2＋FL退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路流经节流阀的流量速度负载特性方程由上式可以看出，回油节流调速回路的速度负载特性与进油节流调速回路的基本相似，这里不再赘述。退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路功率特性液压泵的输出功率，即回路的输入功率

PP=ppqp

＝常数液压缸的输出功率，即回路的输出功率

P1=FLv

=p1q1－p2q2

回路的功率损失:△P=PP-P1

=pp

△q

＋△pq2

回路效率－回路的输出功率与回路的输入功率之比η=P1/PP=FLv

/ppqp

显然，回油节流调速回路既有溢流损失pp△q

，又有节流损失△pq2，回路效率较低，不适用于大功率的场合。退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路进、回油节流调速回路的不同之处：回油节流调速回路节流阀在回油路上，回油腔有一定背压，故液压缸能承受负值负载，且运动速度比较平稳；进油节流调速回路若要达到同样效果，须在回油路上安装背压阀。回油节流调速回路中，油液经节流阀发热后回油箱冷却，对系统泄漏影响小。回油节流调速回路中若停车时间较长，回油腔油液会泄漏回油箱，启动时会造成启动瞬间液压缸前冲的现象；对进油节流调速回路，只需在启动时，关小节流阀即可改变启动性能。结论：这种回路适用于低速、小负载、负载变化不大和对速度稳定性要求不高的小功率场合。退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路3）旁路节流调速回路－采用节流阀定油泵输出的流量qp，一部分q1进入液压缸，一部分△q通过节流阀流回油箱，无溢流，溢流阀作安全阀作用，以防过载。

溢流阀的调节压力应大于回路正常工作压力，在这种回路中，缸的进油压力p1等于泵的供油压力pp，溢流阀的调节压力一般为缸克服最大负载所需的工作压力p1max的1.1~1.3倍。退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本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。速度负载特性方程

结论：这种回路适用于功率较大，且对速度稳定性要求不高的场合。退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路4）改善节流调速回路负载特性的回路——采用调速阀在节流阀调速回路中，当负载变化时，因节流阀前后压力差变化，通过节流阀的流量均变化，故回路的速度负载特性比较差。若用调速阀代替节流阀，回路的负载特性将大为提高。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。退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路2.容积调速回路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。按油路循环方式不同，容积调速回路有开式回路和闭式回路两种。功用：通过改变液压泵或液压马达的排量来调节执行元件的速度。特点：分类：退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路按油路循环方式不同，容积调速回路有开式回路和闭式回路两种。分类：退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路１）开式容积调速回路回路通过改变液压泵的排量，对液压缸进行调速；在回路中溢流阀做安全阀用，限定系统的最高压力，只在过载时打开，起安全保护作用。结构简单，油液在油箱中冷却充分，发热量小，但油箱体积较大，并且由于是开式系统，空气和杂质容易混入，从而使系统的可靠性减低，影响正常工作。退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路闭式回路多为泵—马达回路，按变量元件的不同，常分为三种形式：变量泵—定量马达回路定量泵—马达回路变量泵—变量马达回路２）闭式容积调速回路退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路（1）变量泵—定量马达回路速度刚性：受负载变化影响的原因随着负载增加，因泵和马达的泄漏增加，致使马达输出转速下降。死区：因泵和马达的泄漏，存在死区变量原理：通过改变泵的排量Vp以实现调速。速度特性：nM=npVp/VM表明马达的转速nM与变量泵Vp的排量成正比

.转矩特性：TM=VMΔp/2π由于Δp取决于负载转矩，不随调速而变化，当负载恒定时，马达输出转矩TM理论上是恒定的，回路常称为恒转矩调速回路。功率特性：PM=TM2πnM=TM2πnpVp/VM表明输出功率PM与变量泵Vp的排量成正比。调速范围:Rc≈40退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路（2）定量泵—变量马达回路变量原理：通过改变马达的排量VM以实现调速。速度特性：nM=npVp/VM表明马达的转速nM与变量马达的VM的排量成正比

.转矩特性：TM=VMΔp/2π表明马达输出转矩TM与变量马达的VM的排量成正比。功率特性：PM=TM2πnM=

ΔpnpVp

＝Δpqp

由于Δp不随调速而变化，qp也为常\

数，故该回路为恒功率调节。

调速范围:Rc≈3～4速度刚性和死区：同前分析。其它：该调速回路，如果用变量马达来换向，在换向的瞬间要经过“高转速—零转速—反向高转速”的突变过程，所以，不宜用变量马达来实现平稳换向，且调速范围小，故很少单独使用退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路（3）变量泵—变量马达回路调速过程：在低速段：先将马达排量调至最大，用变量泵调速，相当于变量泵—定量马达回路。处于恒转矩状态（恒转矩调节），同时因马达排量最大，马达能获得最大输出转矩，高速段：泵达到最大排量，用变量马达调速，相当于定量泵—变量马达回路。马达处于恒功率状态（恒功率调节）。调速范围：由于泵和马达的排量都可调，扩大了调速范围，一般Rc≤100

退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路3.容积节流调速回路容积节流调速回路用压力补偿泵供油，用流量控制阀调定进入或流出液压缸的流量来调节液压缸的速度；并使变量泵的供油量始终随流量控制阀调定流量作相应的变化。这种回路无溢流损失，效率较高，速度稳定性比容积调速回路好。退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路7.3快速运动回路使执行元件获得尽可能大的工作速度，以提高生产率或充分利用功率。功用：退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路差动连接与非差动连接的速度之比为

v3/v1＝A1/(A1-A2)1.液压缸差动连接快速运动回路在差动回路中，泵的流量和缸的有杆腔排出的流量合在一起流过的阀和管道应按合成流量来选择规格，否则会导致压力损失过大，泵空载时供油压力过高。退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路

2.双泵供油快速运动回路卸载阀3的调定压力至少应比溢流阀5的调定压力低10％～20％。大流量泵卸载减少了动力消耗，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。退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路7.4速度换接回路用于切换执行元件的速度。换接过程要求平稳，换接精度要求高。按切换前后速度的不同，有快速－慢速、慢速－慢速的换接。功用：退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路1.快速运动和工作进给运动的换接回路将行程阀改用电磁阀，通过挡块压下电气行程开关来操作，也可实现快慢速换接。

----以用行程阀的速度换接回路(动画）为例退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路只能用于第二进给速度小于第一进给速度的场合，故调速阀B的开口小于调速阀A。回路速度换接平稳性好。2.两种工作进给速度的换接回路1)调速阀串联速度换接回路（动画）退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路两个进给速度可以分别调整，互不影响。2)调速阀并联速度换接回路（动画）退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路功用：通过控制进入执行元件液流的通、断或变向，来实现执行元件的启动、停止或改变运动方向的回路称为方向控制回路。常用的方向控制回路有：换向回路锁紧回路制动回路7.5方向控制回路1.换向回路退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路采用二位四通换向阀、三位四通换向阀都可以使双作用执行元件换向。二位阀只能使执行元件正、反向运动，三位阀有中位，不同中位机能可使系统获得不同性能。通过切断执行元件进油、出油通道而使执行元件准确的停在确定的位置，并防止停止运动后因外界因素而发生窜动。退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路2.锁紧回路可利用三位四通换向阀的M型、O型中位机能进行锁紧，但由于滑阀的泄漏活塞不能长时间保持停止位置不动，锁紧精度不高。因此一般采用三位四通换向阀与液压锁（双液控单向阀）组合构成锁紧回路。该锁紧回路为了保证锁紧迅速、准确，换向阀应采用H型或Y型中位机能。退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路7.6多缸动作回路顺序动作回路同步回路互不干扰回路退出退出下一页主目录子目录第7章液压基本回路1.顺序动作回路使几个执行元件严格按照预订的顺序动作的回路按控制方式不同，顺序动作回路分为压力控制和行程控制两种方式。