第七章 液压传动系统基本回路ppt课件

第七章液压传动系统基本回路 重点 1 调压回路和卸荷回路 2 节流调速回路的调速原理 3 容积调速回路的特性 速度负载特性 承载能力 效率 4 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 1 节流调速回路的特点2 容积节流调速的工作原理 液压基本回路 指那些为了实现特定的功能而把某些液压元件和管道按一定的方式组合起来的油路结构液压系统 由一个或多个液压基本回路组成 第一节概述 所谓液压基本回路就是由有关的液压元件组成用来完成某种特定功能的典型回路 一些液压设备的液压系统虽然很复杂 但它通常都由一些基本回路组成 所以掌握一些基本回路的组成 原理和特点将有助于认识分析一个完整的液压系统 按其在液压系统中的功用 液压基本回路可分为以下几类 方向控制回路压力控制回路速度控制回路多缸工作控制回路 第二节方向控制回路一 启停回路 二位二通阀的启停回路 二位三通阀的启停回路 二 换向回路常用的回路是二位四通和三位四通换向阀 三 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窜动 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 第三节压力控制回路 是控制液压系统整体或系统中某一部分的压力 以满足执行元件对力或力矩要求的回路 这类回路包括调压 减压 增压 保压 卸荷和平衡等多种回路 一 调压回路调压回路的功用是使液压系统整体或部分的压力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 在液压机上的应用 远程调压阀装在泵站的盖上 便于调节 由用户调节 先导式溢流阀装在泵站盖的下面不易调节的地方 由制造厂家调好 这样可以避免误操作 二 减压回路 使系统中某一部分具有较低的稳定压力液压系统中 夹紧油路 润滑油路或控制压力常需要低于主回路的压力 不适用于减压阀的情况 当分支油路的压力较主油路压力低得多 而需要的流量又很大时 为减少功率损耗 常采用高压低压液压泵分别供油的办法以提高系统效率 三 增压回路使系统中某一部分具有较高的稳定压力 它能使系统中的局部压力远高于液压泵的输出压力 回路内有三个以上液压缸 其中之一需要较高的工作压力 同时其它的液压缸仍用较低的压力 此时即可用增压 Booster 提供高压给那特定的液压缸 或是在液压缸进到底时 不用泵而增压时用 如此可使用低压泵产生高压 以降低成本 右图为增压器动作原理及符号 增压回路 单作用增压器 适用于液压缸需要很大的单向作用力和小行程的场合 有的机械设备在工作过程中 常常要求液压执行机构在其行程终止时 保持压力一段时间 这时需采用保压回路 所谓保压回路 也就是使系统在液压缸不动或仅有工件变形所产生的微小位移下稳定地维持住压力 最简单的保压回路是使用三位换向阀的中位机能 或密封性能较好的液控单向阀的回路 但是阀类元件处的泄漏使得这种回路的保压时间不能维持太久 常用的保压回路有以下几种 1 利用液压泵保压的保压回路 利用液压泵的保压回路也就是在保压过程中 液压泵仍以较高的压力 保压所需压力 工作 此时 若采用定量泵则压力油几乎全经溢流阀流回箱 系统功率损失大 易发热 故只在小功率的系统且保压时间较短的场合下才使用 若采用变量泵 在保压时 泵的压力较高 但输出流量几乎等于零 因而 液压系统的功率损失小 这种保压方法且能随泄漏量的变化而自动调整输出流量 因而其效率也较高 四 保压回路 这种蓄能器借助蓄能器来保持系统压力 补偿系统泄漏 右图所示为利用虎钳做工件的夹紧 将换向阀移到阀左位时 活塞前进将虎钳夹紧 这时泵继续输出的压力油将蓄能器充压 直到卸荷阀被打开卸载 此时作用在活塞上的压力由蓄能器来维持并补充液压缸的漏油作用在活塞上 当工作压力降低到比卸荷阀所调定的压力还低时 卸荷阀又关闭 泵的液压油再继续送往蓄能器 本系统可节约能源并降低油温 2 利用蓄能器的保压回路 五 卸荷回路 在执行元件停止工作时 为避免液压泵电机频繁启动而采用 卸荷回路指的是在执行元件短时间停止工作时 让泵在低载或空载的情况下运转的回路 压力卸荷流量卸荷 变量泵供油液压泵卸荷 执行元件不需要保压执行元件仍保持压力 1 利用换向阀中位机能卸荷的回路 利用二位二通阀卸荷的回路 当二位二通阀左位工作 泵排除的液压油以接近零压状态流回油箱以节省动力并避免油温上升 图中二位二通阀系以手动操作 亦可使用电磁操作 注意二位二通阀的额定流量必须和泵的流量相适宜 3 利用换向阀卸荷的回路 是采用M型中位机能换向阀 当阀位处于中位置时 泵排出的液压油直接经换向阀的PT通路流回油箱 泵的工作压力接近于零 使用此种方式卸荷 方法比较简单 但压力损失较多 且不适用于一个泵驱动两个或两个以上执行元件的场所 注意三位四通换向阀的流量必须和泵的流量相适宜 3 利用溢流阀远程控制口卸荷的回路 电磁溢溢阀 二位二通阀只需采用小流量规格 在实际产品中 常将电磁换向阀与先导式溢流阀组合在一起 这种组合称电磁溢流阀 4 采用复合泵的卸荷回路 六 平衡回路平衡回路的功用 防止垂直或倾斜放置的液压缸和与之相连的工作部件因自重而自行下落 第四节速度控制回路 一 概述1 调速原理 在不考虑油液压缩性和泄漏的情况下 液压缸的运动速度为 液压马达的转速为 2 常用的调速回路 节流调速 容积调速和容积节流调速 二 节流式调速回路 节流调速 在定量泵系统中 通过改变回路中流量控制元件通流截面面积的大小来控制输入或流出执行元件的流量 从而实现调速的一种方法 分为三种 根据流量控制阀在回路中安装位置的不同可分为进口节流调速回路 出口节流调速回路和旁路节流调速回路 按工作中回路压力是否随负载变化分 定压式节流调速回路变压式节流调速回路 进口节流阀式节流调速回路 属于定压式 1 回路的结构和调速原理 2 进口节流阀式节流调速回路速度 负载特性由图可知 当溢流阀的调整压力pp和节流阀的通流截面积AT1调定之后 F v 当F A1pp时 v 0即活塞停止运动 定压式节流调速回路的承载能力是不受AT1的变化影响的 回路速度刚性 活塞运动速度受负载影响的程度 回路速度kv的物理意义 引起单位速度变化时负载力的变化量 它是回路对负载变化抗衡能力的一种说明 某处的斜率 kv 机械特性越硬 活塞运动速度受负载变化的影响 活塞在负载下的运动越平稳 影响kv的因素 1 当AT1不变时 F kv 2 当F不变时 AT1 kv 3 pp 或A1 或 kv pp A1 的变化受其它条件的限制 3 回路的功率特性以其自身的功率损失 不包括泵 缸 管道的功率损失 功率损失分配情况和效率来表达的 定压式进口节流调速回路的输入功率PP 即定量泵的输出功率 输出功率P1和功率损失 P分别为 36 功率损失分配回路的功率损失包括两部分 1 溢流损失 P1 Pp q2 节流损失 P2 PT1q1效率1 当液压缸在恒载下工作时 F不变 影响因素 当q1 qp 或 q c 当p1 pp F c 整个回路的功率损失很大 回路的效率很低 结论 4 回路的调速特性调速范围Rc 以其所驱动的液压缸在某个负载下可能得到的最大工作速度和最小工作速度之比表示 式中 RT1 节流阀的调速范围 定压式进口节流调速回路的调速范围只受流量控制元件调节范围的限制 结论 结论 回路的优缺点结构简单 价格低 效率低 只宜用在负载变化不大 低速 小功率的场合 2 出口节流阀式节流调速回路 1 回路的结构和调速原理 2 速度 负载特性 3 功率特性 进出口节流调速回路的比较 1 承受负性负载的能力 2 运动平稳性能 3 油液温升 4 起动时的前冲 5 回油腔压力 3 旁油节流阀式节流调速回路 1 回路的结构和调速原理 回路的特点回路的工作压力随负载而变 也称变压式节流调速回路 节流阀调节排回油箱的流量 从而间接地控制了流入缸中的流量 此回路的溢流阀起安全保护作用 2 速度 负载特性变压式节流调速回路的液压泵的泄漏对液压缸的工作速度有影响 泄漏的大小又直接与回路的工作压力有关 即 式中 kl 泵的泄漏系数 根据上式 按不同的AT值作图 可得一组速度 负载特性曲线 由图可知 当AT不变时 F v 所以机械特性比定压式的 软 的多 当F到达某一数值时 v 0 回路的承载能力是变化的 即v AT 承载能力 AT1 AT2 AT3 AT1 AT2 AT3 回路的速度刚性 影响kv的因素1 当AT不变时 F kv 2 当F不变时 AT v kv 3 A1 或 或kl kv 3 功率特性 q1 v ci 变压式节流调速回路的效率比定压式节流调速回路的效率高 结论 4 回路的调速范围 由上式可知 1 Rc不只取决于RT 而且还和其它参数有关 2 式中RT不是节流阀可能的调速范围 因为AT加大到某值时v 0 再增加AT也不会起调速作用 4 调速阀式节流调速回路 使用节流阀的节流调速回路 机械特性都比较软 变载下的运动平稳性都比较差 为了克服这一缺点 回路中的流量控制元件可以改用调速阀 上述这些性能上的改进都是以加大整个流量控制阀的工作压差为代价的 一般工作压差最少须0 5MPa 高压调速阀则须1MPa 29 调速阀在进油路上 调速阀在回油路上 调速阀在分支油路上 三 容积调速回路 容积调速回路采用变量泵或变量液压马达 用改变变量泵或变量液压马达的排量来实现调速 该种调速方法 液压泵的油液始终全部进入执行元件中 与节流调速相比 既没有节流损失 也没有溢流损失 回路效率仅取决于液压泵和执行元件的效率 回路效率高 这是容积调速回路最突出的特点 当然 由于容积调速回路需采用结构复杂 成本较高的变量泵或变量液压马达 使制造 维修的费用增大 但该回路效率高 节省动力 故近些年来容积调速回路得到了广泛的应用 回路的分类1 按油液循环方式不同 开式回路 泵从油箱吸油后输入执行元件 执行元件排出的油直接回油箱 闭式回路 泵将油输入执行元件的吸油腔 又从执行元件的回油腔处吸油 2 按所用执行元件的不同1泵 缸式容积调速回路2泵 马达式容积调速回路 1 变量泵 定量液压马达容积调速回路 2 定量泵 变量液压马达容积调速回路 3 变量泵 变量液压马达容积调速回路 一 泵 缸式容积调速回路 1 泵 缸式开式容积调速回路 1 变量泵2 安全阀 1 回路特点执行元件的运动速度由变量泵的排量来调节 回路中的最大工作压力由溢流阀限定 2 速度 负载特性若不考虑液压泵以外元件和管边的泄漏 则 下面按不同的qt值作图 可得一组速度负载特性曲线 qt1 qt2 qt3 qt1 qt2 qt3 1 当qt调节好后 F v 变量泵有泄漏 2 在低速下 当F增大至某值时 v 0 这时qt 泄漏量 即液压泵向系统输入的qp 0 所以这种回路在低速下的承载能力很差 1 双向变量泵 除了给液压缸供应所需的油液外 还可以改变输油方向 使液压缸运动换向 换向过程比使用换向阀平稳 但换向时间长 2 两个安全阀 用以限制回路每个方向的最高压力 3 两个单向阀 补油 变向 辅助装置供补偿回路中泄漏和液压缸两腔流量差额之用 一些元件在回路中的作用 4 换向阀 变换工作位置时 辅助泵输出的低压油一方面改变液动阀的工作位置 并作用在变量泵定子的控制缸a或b上 使变量泵改变输油方向 另一方面又接通变量泵的吸油路 补偿封闭油路中的泄漏 并使吸油路保持一定压力以改善变量泵吸油情况 5 辅助泵 输出的多余油液经溢流阀流回油箱 6 变量泵 只在换向过程中通过单向阀直接从油箱吸油 注意 这种回路的工作特性和开式的完全相同 2 泵 马达式容积调速回路 1 变量泵 定量马达式调速回路 恒转矩调速回路 特点 此回路的调速范围较大 一般可达Rc 40 当回路中泵和马达都能双向作用时 马达可以实现平稳的反向 这种回路在小型内燃机车 液压起重机 船用绞车等处的有关装置上应用 2 定量泵 变量马达式调速回路 恒功率调速回路 特点 这种回路的调速范围很小 一般只有Rc 3 不能用来使马达反向 这种回路在造纸 纺织等行业的卷取装置中得到了应用 3 变量泵 变量马达式调速回路 特点 这种回路拓宽了调速范围 即Rc RPRM 效率较高 适用于大功率场合 四 容积节流调速回路 采用压力补偿型变量泵供油 用流量控制元件确定进入液压缸或由液压缸流出的流量来调节活塞的运动速度 并使变量泵的输油量自动地与液压缸所需的流量相适应 工作原理 没有溢流损失 效率较高 速度稳定性比单纯的容积调速回路好 回路的优缺点 1 定压式容积节流调速回路回路的特点 1 这种回路使用了限压式变量叶片泵和调速阀 2 活塞运动速度v由调速阀中节流阀的通流截面积AT来控制 3 变量泵输出的流量qp和进入缸中的流量q1自相适应 当qp q1时 泵的供油压力 变量泵的流量 qp q1 当qp q1时 泵的油压力 变量泵的流量自动 qp q1 4 调速阀的作用使进入缸中的流量保持恒定 使泵的供油压力 供油量基本上不变 从而使泵和缸的流量匹配 5 回路的速度刚性 运动平稳性 承载能力和调速范围都和与它对应的节流调速回路相同 6 这种回路最适用于中 小功率场合 2 变压式容积节流调速回路回路的特点 1 这种回路使用稳流量泵和节流阀 2 节流阀控制着进入液压缸的流量q1 并使变量泵输出流量qp自动和q1相适应 当qp q1时 泵的供油压力 泵内左 右两个柱塞进一步压缩弹簧 e 泵的供油量qp qp q1 当qp q1时 泵的供油压力 e 泵的供油量qp qp q1 3 这种回路宜用在负载变化大 速度较低的中 小功率的场合 三类调速回路的比较和选用 一 调速回路的比较液压系统中的调速回路应能满足如下的一些要求 这些要求是评比调速回路的依据 1 能在规定的调速范围内调节执行元件的工作速度 2 在负载变化时 已调好的速度变化愈小愈好 并应在允许的范围内变化 3 具有驱动执行元件所需的力或转矩 4 使功率损失尽可能小 效率尽可能高 发热尽可能小 调速回路的选用1 一般来说速度低的用节流调速回路 速度稳定性要求高的用调速阀式调速回路 要求低的用节流阀式调速回路 2 负载小 负载变化小的用节流调速回路 反之用容积调速回路或容积节流调速回路 3 一般情况下功率 3KW的用节流调速回路 3 5KW的用容积节流调速回路或容积调速回路 5KW以上的用容积调速回路 4 费用低廉时用节流调速回路 允许费用高时则用容积节流或容积调速回路 五 快速运动回路液压执行元件在空载时获得所需的高速 以提高系统的工作效率或充分利用功率 实现快速运动的方法不同有多种方案 下面介绍几种常用的快速运动回路 1 差动回路 右图所示 其特点为当液压缸前进时 活塞从液压缸右侧排出的油再从左侧进入液压缸 增加进油处的一些油量 即和泵同时供应液压缸进口处的液压油 可使液压缸快速前进 但使液压缸推力变小 对于间歇运转的液压机械 当执行元件间歇或低速运动时 泵向蓄能器充油 而在工作循环中某一工作阶段执行元件需要快速运动时 蓄能器作为泵的辅助动力源 可与泵同时向系统提供压力油 图为一补助能源回路 将换向阀移到阀右位时 蓄能器所储存的液压油即释放出来加到液压缸 活塞快速前进 例如活塞在做浇注或加压等操作过程时 液压泵即对蓄能器充压 蓄油 当换向阀移到阀左位时 此时蓄能器液压油和泵排出的液压油同时送到液压缸的活塞杆端 活塞快速回行 这样 系统中可选用流量较小的油泵及功率较小电动机 可节约能源并降低油温 2采用蓄能器的快速补油回路 3双泵供油的快速运动回路 六速度控制回路速度换接回路的功能是使液压执行机构在一个工作循环中从一种运动速度变换到另一种运动速度 因而这个转换不仅包括液压执行元件快速到慢速的换接 而且也包括两个慢速之间的换接 实现这些功能的回路应该具有较高的速度换接平稳性 1快速与慢速的换接回路 2两种慢速的换接回路 2 图a中的两个调速阀并联 由换向阀实现换接 两个调速阀可以独立地调节各自的流量 互不影响 但是 一个调速阀工作时另一个调速阀内无油通过 它的减压阀不起作用而处于最大开口位置 因而速度换接时大量油液通过该处将使机床工作部件产生突然前冲现象 因此它不宜用于在工作过程中的速度换接 只可用在速度预选的场合 图b所示为两调速阀串联的速度换接回路 当主换向阀D左位接人系统时 调速阀B被换向阀C短接 输入液压缸的流量由调速阀A控制 当阀C右位接入回路时 由于通过调速阀B的流量调得比A小 所以输入液压缸的流量由调速阀B控制 在这种回路中的调速阀A一直处于工作状态 它在速度换接时限制着进入调速阀B的流量 因此它的速度换接平稳性较好 但由于油液经过两个调速阀 所以能量损失较大 第五节多执行元件控制回路在液压系统中 如果由一个油源给多个液压缸输送压力油 这些液压缸会因压力和流量的彼此影响而在动作上相互牵制 必须使用一些特殊的回路才能实现预定的动作要求 常见的这类回路主要有以下三种 一 顺序动作回路 功用 使多缸液压系统中的各个液压缸严格地按规定的顺序动作 按控制方式不同可分为行程控制 压力控制和时间控制三类 1 行程控制顺序动作回路 1 这种回路以液压缸的行程位置为依据来实现相应的顺序动作 2 回路的可靠性取决于电器行程开关和电磁阀的质量 3 变更液压缸的动作行程和动作顺序比较方便 4 适合于顺序动作的位置精度要求较高 动作循环常要求改变的场合 特点 2 用时间