典型液压系统的基本回路课件

教师：周金柱

E-mail:Tel:液压与气压传动1典型液压系统的基本回路液压缸液压泵节流阀换向阀油箱系统组成：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2典型液压系统的基本回路3典型液压系统的基本回路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。重点调压回路和卸荷回路；节流调速回路的基本原理；容积调速回路的特性；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4典型液压系统的基本回路4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5典型液压系统的基本回路

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6典型液压系统的基本回路7.1方向控制回路1.换向回路7典型液压系统的基本回路7.1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8典型液压系统的基本回路7.1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。9典型液压系统的基本回路7.1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。10典型液压系统的基本回路4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11典型液压系统的基本回路7.2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。12典型液压系统的基本回路

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13典型液压系统的基本回路

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14典型液压系统的基本回路双向调压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。15典型液压系统的基本回路二级调压三级调压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

16典型液压系统的基本回路

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17典型液压系统的基本回路7.2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18典型液压系统的基本回路7.2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。19典型液压系统的基本回路7.2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20典型液压系统的基本回路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21典型液压系统的基本回路7.2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22典型液压系统的基本回路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

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。23典型液压系统的基本回路7.2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24典型液压系统的基本回路7.2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。25典型液压系统的基本回路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蓄能器保压卸荷阀使泵卸荷26典型液压系统的基本回路7.2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27典型液压系统的基本回路7.2压力控制回路4.平衡回路28典型液压系统的基本回路7.2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。

29典型液压系统的基本回路

液压泵卸荷的保压回路7.2压力控制回路5.保压回路30典型液压系统的基本回路多缸系统保压回路7.2压力控制回路5.保压回路31典型液压系统的基本回路4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32典型液压系统的基本回路7.3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33典型液压系统的基本回路7.3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：

液压马达的转速:

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。34典型液压系统的基本回路

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。35典型液压系统的基本回路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。36典型液压系统的基本回路7.2.2.1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37典型液压系统的基本回路7.2.2.1进油路节流调速回路图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38典型液压系统的基本回路

（1）速度负载特性

当不考虑泄漏和压缩时，活塞运动速度为：

活塞受力方程为：

缸的流量方程为：

=p2—

液压缸回油腔压力，p2

0。F—

外负载力；

式中：39典型液压系统的基本回路

于是(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；—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。40典型液压系统的基本回路(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。41典型液压系统的基本回路图7.4进油路节流调速回路速度负载特性曲线

无级调速范围：负载速度与节流阀同流面积成正比42典型液压系统的基本回路（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：

回路的功率损失为：

==而缸的输出功率为：

43典型液压系统的基本回路

式中—溢流阀的溢流量,。

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(7.6)44典型液压系统的基本回路7.2.2.2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.节流阀串联在液压缸的回油路上，45典型液压系统的基本回路7.2.2.2回油路节流调速回路

（1）速度负载特性

力平衡方程：图7.5回油节流调速回路节流阀前后压差：节流阀流量：缸的速度：46典型液压系统的基本回路（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：缸功率：功率损失：回路效率：47典型液压系统的基本回路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。48典型液压系统的基本回路

7.2.2.3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。

49典型液压系统的基本回路7.2.2.3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50典型液压系统的基本回路（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：

式中

qpt—泵理论流量；

k—泵的泄漏系数，其余符号意义同前。

(8.8)51典型液压系统的基本回路（2）功率特性

回路的输入功率

回路的输出功率回路的功率损失回路效率

旁路节流调速只有节流损失，无溢流损失，功率损失较小。

注意:节流调速回路速度负载特性比较软，变载荷下的运动平稳性比较差。为了克服这个缺点，回路中的节流阀可用调速阀来代替。用于功率较大且对速度稳定性要求不高的场合52典型液压系统的基本回路7.2.2.3旁油路节流调速回路53典型液压系统的基本回路7.2.3容积调速回路

容积调速回路是利用变量泵或变量液压马达，通过改变泵或马达的流量来实现调速。节流调速：效率低、发热大，适用于对发热量限制不大的液压系统。容积调速回路：没有溢流损失和节流损失，回路效率取决于泵和马达的效率，回路效率高，发热小，适用于大功率液压系统，但系统结构复杂，制造精度高，价格较贵。54典型液压系统的基本回路7.2.3容积调速回路

按油液循环方式的不同开式回路：泵从油箱吸油后输入执行元件，执行元件排出的油液直接回油箱。闭式回路：泵将油液输入执行元件的吸油腔，而后又从执行元件的回油腔处吸油。优点：回路简单，油液在油箱中冷却，沉淀杂质；缺点：油箱体积大，空气易侵入油液，使运动不平稳。优点：结构紧凑，油液与空气隔绝，减少了空气进入回路的机会；缺点：需设计补油装置，如辅助泵、溢流阀、蓄能器或单向阀。功能：补偿泄漏、冷却和补油，小油箱中的冷油与系统中的热油进行一定程度的热交换。补油泵的流量一般为主泵流量的10%~15%，压力通常为0.3~1MPa左右。55典型液压系统的基本回路7.2.3容积调速回路

按所用元件的不同

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。

变量泵-定量马达式容积调速回路

定量泵-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泵-马达式回路56典型液压系统的基本回路7.2.3容积调速回路

7.2.3.1变量泵-定量马达式容积调速回路

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。变量泵3：改变排量即可改变速度。安全阀4：限定系统最高工作压力补油泵1：补偿泄漏和冷却的功能57典型液压系统的基本回路

图7.7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。58典型液压系统的基本回路

图7.7变量泵-定量马达容积调速回路

图7.8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59典型液压系统的基本回路7.2.3.2定量泵-变量马达式容积调速回路调速范围比较小，不能使马达反向，常应用于造纸、纺织等行业中的卷取装置中。60典型液压系统的基本回路

7.2.3.3变量泵-变量马达式容积调速回路

。

双向变量泵和双向变量马达组成；回路中各元件对称布置；变量泵正反向供油，马达即正反向旋转。单向阀4和5使辅助泵3能够双向补油；单向阀6和7使安全阀在正反两向都能起过载保护作用。61典型液压系统的基本回路

7.2.3.3变量泵-变量马达式容积调速回路

。

此回路的工作特性对一般机械负载要求很适应；大部分机械在低速时有较大转矩，在高速时有较小转矩；此回路的调速范围大，应用广泛。62典型液压系统的基本回路7.2.3.4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。特点没有溢流损失，效率较高，速度稳定性比容积调速回路好。分类（1）限压式变量泵和调速阀的调速回路（2）差压式变量泵和节流阀的调速回路63典型液压系统的基本回路7.2.3.4容积节流调速回路

（1）限压式变量泵和调速阀的调速回路工作原理：

调速阀不仅能保证进入液压缸的流量稳定，而且可以使泵的流量自动地和液压缸所需的流量相适应，因而也可使泵的供油压力基本恒定（该调速回路也称定压式容积节流调速回路）。这种回路中的调速阀也可装在回油路上，它的承载能力、运动平稳性、速度刚性等与相应采用调速阀的节流调速回路相同。64典型液压系统的基本回路7.2.3.4容积节流调速回路

回路调速特性

曲线ABC是限压式变量泵的压力－流量特性，曲线CDE是调速阀在某一开度时的压差－流量特性，点F是泵的工作点。这种回路无溢流损失，但有节流损失，其大小与液压缸的工作压力有关。回路效率：

η＝p1q1/ppqp=p1/pp65典型液压系统的基本回路7.2.3.4容积节流调速回路

（2）差压式变量泵和节流阀的调速回路工作原理节流阀2控制进入液压缸3的流量q1，并使变量泵1输出流量qp自动和q1相适应。当qp>q1时，泵的供油压力上升，泵内左、右两个控制柱塞便进一步压缩弹簧，推动定子向右移动，减小泵的偏心，使泵的流量减小到qp=q1。反之亦然。66典型液压系统的基本回路7.2.3.4容积节流调速回路

特点：调速范围只受节流阀调节范围的限制；Δp由变量泵控制柱塞上的弹簧力来确定，进入油缸的流量不受负载的影响；能补偿由负载变化引起的泵的泄漏变化；没有溢流损失，泵的供油压力随负载而变化，回路中的功率损失也只有节流阀处压降Δp所造成的节流损失一项，因而它的效率较前一种调速回路高，且发热少。67典型液压系统的基本回路684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68典型液压系统的基本回路69

快速运动回路的功用使液压执行元件获得所需的高速，缩短机械空程运动时间，以提高系统的工作效率。7.3快速运动回路几种常用的快速运动回路（1）液压缸差动连接回路（2）双液压泵供油回路（3）采用蓄能器的快速运动回路（4）用增速缸的快速运动回路69典型液压系统的基本回路707.3.1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。图7.0液压缸差动连接的快速运动回路70典型液压系统的基本回路717.3.1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。图7.0液压缸差动连接的快速运动回路71典型液压系统的基本回路72

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:

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。

图7.1液压缸差动连接的快速运动回路7.3.1液压缸差动连接的快速运动回路72典型液压系统的基本回路737.3.1液压缸差动连接的快速运动回路一种差动连接的快速运动回路73典型液压系统的基本回路74

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7.2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。7.3.2双泵供油的快速运动回路

74典型液压系统的基本回路75

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%。

75典型液压系统的基本回路76

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。76典型液压系统的基本回路77高压小流量泵的流量按执行元件最大工作进给速度的需要来确定，工作压力的大小由溢流阀调定，低压大流量泵主要起增速作用，它和泵的流量加在一起应满足执行元件快速运动时所需的流量要求。77典型液压系统的基本回路787.3.3采用蓄能器的快速运动回路78典型液压系统的基本回路797.3.4用增速缸的快速运动回路79典型液压系统的基本回路807.3.5换速回路快速—慢速切换回路80典型液压系统的基本回路817.3.5换速回路81典型液压系统的基本回路827.3.5换速回路82典型液压系统的基本回路834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83典型液压系统的基本回路841.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。7.4其它控制回路84典型液压系统的基本回路857.4.1行程控制顺序动作回路图7.17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185典型液压系统的基本回路86

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286典型液压系统的基本回路87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387典型液压系统的基本回路88

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488典型液压系统的基本回路897.4.2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189典型液压系统的基本回路90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290典型液压系统的基本回路91

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391典型液压系统的基本回路92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492典型液压系统的基本回路93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