液压传动第7章 液压传动基本回路.

1、第第7章章 液压传动基本回路液压传动基本回路 前面1-6章介绍也液压系统的工作原理，流体力学基础、液压元 件和液压工作介质，本章介绍液压基本回路。 液压系统 液压基本 液压回路 液压元件 液压 工作介质 流体力学 基础 第第7章章 液压传动基本回路液压传动基本回路 多缸运动回路 速度控制回路 压力控制回路 方向控制回路 基本液压回路按功能分 方向控制回路方向控制回路控制执行元件的方向； 压力控制回路压力控制回路用来控制系统或某之路的压力； 速度控制回路速度控制回路用来控制执行元件的运动速度； 多缸运动回路多缸运动回路用来控制多缸的顺序、同步动作及防止多缸 动作时发生干扰。 第第7章章 液压传动

2、基本回路液压传动基本回路 1.方向控制回路的工作原理及动作方向分析。 2. 压力控制回路工作原理及压力分析 3.速度控制回路工作原理及性能分析。 4. 多缸运动控制回路工作原理 本章重点 各种压力控制回路的压力控制分析(决定了系 统的负载能力)；各种速度控制回路的调速性 能分析（决定了系统速度调节能力）；多缸 运动的顺序、同步及不干扰控制。 主要内容 学习要领 阀是回路的基础，学习好本章的关键是要正 确掌握三大类的阀的工作原理及性能。 7.1 方向控制回路 方向控制回路的作用是利用各种方向阀来控制流体的通断和变 向，以控制执行元件的启动、停止和换向。 方向控制回路又分为一般方向控制回路（图7.

3、1）和复杂方向控 制回路（图7.3、图7.4）。 7.1 方向控制回路 这种回路换向时的制动时间不变。 主要用于工作部件运动速度高， 要求换向平稳，无冲击，但换向 精度要求不高的场合。 这种回路换向时的先导阀的制动行程 恒定不变，所以换向精度较高，但运 动部件速度快时制动时间段，换向冲 击大。主要用于工作部件运动速度不 大但换向精度要求较高的场合。 制动锥在主阀制动锥在主阀 阀芯上阀芯上 制动锥在先导制动锥在先导 阀阀芯上阀阀芯上 7.2 压力控制回路 压力控制回路是利用压力控制阀来控制系统或系统某一支路的压 力。主要有调压回路、减压回路、增压回路、保压回路、卸荷回路、 平衡回路和释压回路等。

4、 7.2.1 调压回路 调压回路是利用溢流阀溢流阀的溢流保压作用或限压作用使系统整体或 某一支路的压力保持恒定或超过某个值。 1YA 1YA 7.2 压力控制回路 7.2.2 减压回路 减压回路是利用减压阀减压阀的减压 、稳压作用使系统中某一支路 具有较低的稳定压力。 7.2 压力控制回路 7.2.3 增压回路 增压回路的作用是利用增压缸使系 统某一支路具有较高的稳定压力。 图7.8为液压系统增压回路。电磁换 向阀电磁铁不得电，左位工作，增压缸 左腔输入压力为p1的压力油，其右腔输 出压力为p2（p2 p1）的压力油。 图中增压缸为单程增压缸，一次增 压完成后，电磁换向阀电磁铁得电右位 工作，

5、活塞在压力油的作用下向左运动 ，增压缸右腔从上面油箱吸油。 1YA 7.2 压力控制回路 7.2.4 保压回路 执行元件在工作循环的某一阶段内，需要保持一定压力时，则 采用保压回路。常用的保压回路有蓄能器保压回路（图7.10）、 双泵供油保压回路（图7.11）和液控单向阀保压回路（图7.12） 液压缸夹紧液压缸夹紧 1YA 2YA 3YA 7.2 压力控制回路 7.2.4 保压回路 加加 压压 电接点压力表，可设定保压 时的最大压力和最小压力 利用此液控单向阀保压回路 可以使液压缸上腔的压力保 持在电接点压力表设定的最 大压力和最小压力之间。 7.2 压力控制回路 7.2.5 卸荷回路 卸荷回

6、路是使液压泵在接近零压的工况下运转，以减小功率损 失和系统发热，延长液压泵和电动机的寿命。常见的卸荷回路 有先导式溢流阀卸荷回路先导式溢流阀卸荷回路（图7.10）、外控式顺序阀卸荷回路外控式顺序阀卸荷回路( 图7.11)和三位换向阀中位卸荷回路三位换向阀中位卸荷回路（图7.12）。 7.2 压力控制回路 7.2.6 平衡回路 为防止垂直油缸及其工作部件因自重自行下 落或下行运动中因自重造成失控失速，常设置平 衡回路。常用平衡阀（单向顺序阀）（图7.13）和 液控单向阀（图7.14）构成平衡回路。 液控单向液控单向 阀平衡阀平衡 单向顺序单向顺序 阀平衡阀平衡 单向节流单向节流 阀调速阀调速 7

7、.2 压力控制回路 7.2.7 释压回路 为使高压大容量液压 缸中存储的能力缓慢释放， 以免在突然释放时，产生很 大的液压冲击，可采用释压 回路。 图7.15为使用节流阀的 释压回路。换向阀处于中位换向阀处于中位 时释压时释压。加压完成，反向回 退之前释压。 7.3 速度控制回路 速度控制回路是用来控制执行元件速度的，包括调速回路调速回路、 快速运动回路快速运动回路和速度换接回路速度换接回路。调速回路调速回路是用来调节执行元件 的速度，以满足执行元件对工作速度的要求。 液压缸 A q v 液压马达 V q n 流入流量q的调节方法：定量泵+节流阀；变量泵 不可调节 变量马达 调 速 原 理 综

8、上，调速回路可分为：节流调速回路、容积调速回路、容 积节流调速回路。 7.3 速度控制回路 7.3.1 节流调速回路 节流调速回路是由定量泵+流量阀+溢流阀组成的调速回路， 通过调节流量阀通流截面积的大小来控制流入或流出执行元件 的流量，以调节执行元件的的运动速度。 按照流量阀在回路中的位置不同可以分为进口进口、出口出口和旁路旁路 节流调速回路节流调速回路。按流量阀的类型不同分为普通节流阀式普通节流阀式和调速调速 阀式节流调速回路阀式节流调速回路。按照定量泵工作压力是否随负载变化，可 可分为定压式定压式和变压式变压式节流调速回路。 普通节流阀式节流调速回路普通节流阀式节流调速回路 定压式节流调

9、速回路定压式节流调速回路变压式节流调速回路变压式节流调速回路 7.3 速度控制回路 7.3.1 节流调速回路 1. 进口节流阀式节流调速回路进口节流阀式节流调速回路 （1）回路结构和工作原理 回路结构 定量泵定量泵+溢流阀溢流阀+节流阀节流阀 工作原理 调节进入液压缸的流量，实现执行元 件速度的调节。在回路中溢流阀起溢流 稳压作用，使得液压泵出口处的压力pp 等于溢流阀调定压力。为了保证节流阀 正常工作，节流阀前后的压力p pTmin 7.3 速度控制回路 7.3.1 节流调速回路 1. 进口节流阀式节流调速回路进口节流阀式节流调速回路 （1）回路结构和工作原理 根据工作原理计算液压缸速度v

10、根据孔口流量计算公式可得流过节流阀 阀口的流量q1为 液压缸的速度v为： 1 1 1 1 A A F pCA A q v pT 1 1 A F pCApCAq pTT 1 1 1 A FApCA pT 7.3 速度控制回路 7.3.1 节流调速回路 1. 进口节流阀式节流调速回路进口节流阀式节流调速回路 为了保证液压回路始终能驱动负载正常工作，液压泵的工 作压力（溢流阀的调定压力）pp应足够大，为： pTmin为流量阀的工作压差。对于节流阀，最下工作压力位 0.30.4MPa；对于调速阀，最下工作压力位0.40.5MPa。 由上式可知，当液压泵的负载发生变化时，节流阀前后的压 力pTmin会随

11、着发生变化，即负载增加，pTmin减小；反之亦然 。并且pTmin变化，流过节流阀上的流量会变化，因此负载F会 影响速度v。 Tmin 1 max p p A F p 7.3 速度控制回路 7.3.1 节流调速回路 1. 进口节流阀式节流调速回路进口节流阀式节流调速回路 （2）速度-负载特性，又称机械特性。它是指当节流阀通流节流阀通流 截面截面AT一定（速度调定不变）时一定（速度调定不变）时，负载变化对速度的影响。 负载对速度的影响 图7.17为进口节流调速回路 速度负载特性曲线，由图可 知： 节流阀通流截面AT一定时， 负载F越大，速度v越小；反之 亦然。常采用速度刚度衡量负 载对速度的影响

12、程度大小。 7.3 速度控制回路 7.3.1 节流调速回路 1. 进口节流阀式节流调速回路进口节流阀式节流调速回路 （2）速度-负载特性，又称机械特性。它是指当节流阀通流节流阀通流 截面截面AT一定（速度调定不变）时一定（速度调定不变）时，负载变化对速度的影响。 进口节流调速回路的速度刚度 v FAp FApCA A v F kv 1p 1 1pT 1 1 速度刚度是指引起单位速度变化时负载的变化量，用kv来 表示。 因此进口节流调速回路的速度刚度kv为： tan 1 v F kv 7.3 速度控制回路 7.3.1 节流调速回路 1. 进口节流阀式节流调速回路进口节流阀式节流调速回路 （2）速

13、度-负载特性，又称机械特性。它是指当节流阀通流节流阀通流 截面截面AT一定（速度调定不变）时一定（速度调定不变）时，负载变化对速度的影响。 进口节流调速回路的速 度刚度 由上式可知，当负载F一定 时，节流阀通流截面AT越小， 速度刚度kv越大；当节流阀通 流截面AT一定时，负载越小， 速度刚度kv越大。因此，进口 节流调速回路的速度稳定性在 低速小负载较好，比高速大负 载好。 7.3 速度控制回路 7.3.1 节流阀式节流调速回路 1. 进口节流阀式节流调速回路进口节流阀式节流调速回路 （3）功率特性 调速回路的功率特性包括回路功率 （输入功率、输出功率及功率损失） 、回路效率。 右图所示，节

14、流阀式调速回路输入 功率等于液压泵的输出功率Pp，即： Pp=ppqp (7.8) 回路输出功率等于液压缸的输入功 率P1，即： P1=p1q1 (7.8) 回路的功率损失P为： 7.3 速度控制回路 7.3.1 节流阀式节流调速回路 1. 进口节流阀式节流调速回路进口节流阀式节流调速回路 （3）功率特性 P=Pp-P1=ppqp-p1q1 =pp (q1+q)-(pp-pT)q1 = ppq + pTq1 (7.9) 回路效率ci为： 由于存在节流、溢流损失，因此回 路效率低。F恒定或变化很小时， ci=0.20.6。 溢流损失P1节流损失P2 pp 11 p 1 ci qp qp P P

15、7.3 速度控制回路 7.3.1 节流阀式节流调速回路 1. 进口节流阀式节流调速回路进口节流阀式节流调速回路 （3）功率特性 负载恒定的条件下，回路的功 率及效率特性曲线。 负载恒定，则液压缸的工作压力p1 恒定，而液压泵的工作压力pp是恒定 的，则节流阀前后压差p恒定。 pp 11 pp 11 p 1 ci qp vAp qp qp P P 则：回路输出功率P1=p1q1=p1vA1，与速度成线性关系； 回路输入Pp=ppqp，恒定。 节流损失P1 =pTq1=pTvA1，与速度成线性关系。 溢流损失P2=ppq=pp (qp-q1)=q=pp (qp-vA1) =pp qp-ppvA1，

16、与速度成线性关系。 回路效率为： ，与速度成线性关系。 7.3 速度控制回路 7.3.1 节流阀式节流调速回路 1. 进口节流阀式节流调速回路进口节流阀式节流调速回路 （4）调速特性 调速回路的速度特性用调速范围来表 示。调速范围Rci等于以其驱动液压缸在 某个负载下，可能得到的最大工作速度 vmax与最小工作速度vmin之比： RT1为节流阀的调速范围。 由上式可知：进口节流调速回路的调 速范围Rci等于节流阀的调速范围RT1。 T1 Tmin Tmax 1 1pTmin 1 1pTmax min max ci R A A A FApCA A FApCA v v R 7.3 速度控制回路 7

17、.3.1 节流阀式节流调速回路 2. 出口节流阀式节流调速回路出口节流阀式节流调速回路 （1）回路结构和工作原理、速度-负 载特性、功率特性等与进口节流阀节流 调速回路相似。它们的不同在于节流阀 在回路中的位置不同，这样是它们的性 能由以下几点不同： 出口节流调速回路的节流阀在液 压缸的回油路上。这样节流阀出来调速 之外还起到背压阀的作用，因而液压缸 能够承受一定的负值负载（与液压缸运 动方向相同的负载）； 节流损失造成的发热不会影响液 压缸； 7.3 速度控制回路 7.3.1 节流阀式节流调速回路 2. 出口节流阀式节流调速回路出口节流阀式节流调速回路 （1）回路结构和工作原理、速度-负 载

18、特性、功率特性等与进口节流阀节流调 速回路相似。它们的不同在于节流阀在回 路中的位置不同，这样是它们的性能由以 下几点不同： 图7.19所示，对于单杆活塞缸，当 F=0时，则: 这样回油腔压力很高，不利于密封 同一节流阀，由于A1A2，则进口 节流调速回路可以获得更低的速度。 p )( 2 1 p 2 21 2 pp A A pp AA 7.3 速度控制回路 7.3.1 节流阀式节流调速回路 2. 出口节流阀式节流调速回路出口节流阀式节流调速回路 进、出口节流调速回路，结构简单，造价低廉，但效率低，机械特性软 ，宜用于负载变化不大、低速小功率的场合，如平面磨床、外圆磨床的工作 台往复运动系统等

19、。 定压式节定压式节 流调速回流调速回 路路 7.3 速度控制回路 7.3.1 节流阀式节流调速回路 3. 旁路节流阀式节流调速回路旁路节流阀式节流调速回路 （1）回路结构和工作原理 节流阀与液压缸并联，溢流阀起安全 阀的作用。这时，流入液压缸的流量q1=qp- qT，速度v为： 液压泵是工作压力pp为： 溢流阀的调定压力pn为： 1 p A F p 1 Tp 1 1 A qq A q v 1 max n A F p 7.3 速度控制回路 7.3.1 节流阀式节流调速回路 3. 旁路节流阀式节流调速回路旁路节流阀式节流调速回路 （2）速度-负载特性 1 1 T 1 l 1 Tp 1 1 A A

20、 F CA A F kq A qq A q v t 1 1 1 A F kAvq FA v F k lt v 由图7.21可知，旁路节流调速回路的速度刚度很低，特别是 在低速小负载的情况下，速度刚度更低。因此这种回路只能用 于负载较大、速度较高，但对速度稳定性要求不高的场合。并 且液压泵的泄漏系数kl越大，速度刚度kv越低。 7.3 速度控制回路 7.3.1 节流阀式节流调速回 路 3. 旁路节流阀式节流调速回旁路节流阀式节流调速回 路路 （3）功率特性 由于溢流阀做安全阀用，限 定系统最大压力，液压泵的出 口压力由液压缸的负载决定， 没有溢流损失，因此在高速和 变载的情况下效率更高。 （4）

21、调速范围 1 min 1 1 max 1 min max ci A F CA A F kq A F CA A F kq v v R Tlt Tlt 调速范围与节流阀调速范围 有关，还与负载和液压的泄 漏有关 7.3 速度控制回路 7.3.2 调速阀式节流调速回路 将节流调速回路中的节流阀用调速阀代替，便构成了进口、 出口和旁路调速阀式节流调速回路，且速度稳定性大为改善。 只 要 调 速 阀 上 的 压 差 超 过 它 的 最 小 工 作 压 差 （ 一 般 为 0.40.5MPa），则流过调速阀的流量，不随压差改变。 其速度-负载特性如图7.22和7.23所示 7.3 速度控制回路 7.3.2

22、 调速阀式节流调速回路 图7.24所示为溢流节流阀进口节流调速回路。 7.3 速度控制回路 7.3.3 容积式调速回路 节流调速回路存在节流损失和溢 流损失，回路效率低，发热量大，只 用于小功率调速系统小功率调速系统。在大功率调速大功率调速 系统系统中，多采用回路效率高的容积式 调速回路。 容积式调速回路通过改变泵、马改变泵、马 达的排量达的排量来调节执行元件（液压缸或执行元件（液压缸或 液压马达）的速度液压马达）的速度。液压系统油液循 环方式有开式和闭式两种，开式液压 系统的液压泵从油箱吸油，供给执行 元件进油腔，执行元件的回油腔的油 液排至油箱；闭式液压系统的液压泵 向执行元件进油腔供油，

23、同时又从执 行元件回油腔吸油。 开式闭式 按照执行元件的不同，容积调速回路分为泵泵-缸式缸式和泵泵-马达式马达式两类。 它们多采用闭式油液循环方式闭式油液循环方式。 7.3 速度控制回路 7.3.3 容积式调速回路 一、泵-缸式容积调速回路 图7.25为泵-缸式容积调速回路的 开式循环结构。它由变量泵、液压缸 和起安全作用的溢流阀组成。 液压缸的速度v为： 速度刚度kv为： 1 1 pp 1 1 1 p A A F knV A A F kq A q v llt l v k A k 2 1 增大液压缸有效面积增大液压缸有效面积A1和减小泵的泄减小泵的泄 漏系数漏系数kl可提高回路的速度刚度 7.

24、3 速度控制回路 7.3.3 容积式调速回路 一、泵-缸式容积调速回路 图7.27为泵-缸式容积调速回路的 闭式循环结构。 补油泵1提供补油（闭式循环结构 需要设置补油回路） 补油泵1提供控制压力油，通过机 动换向阀3用于改变双向变量泵7的方 向。 单向阀5、9在换向阀换向过程中 打开实现补油。 7.3 速度控制回路 7.3.3 容积式调速回路 二、泵-马达式容积调速回路 泵-马达式容积调速回路有变量泵 -定量马达、定量泵-变量马达和变量 泵-变量马达三种组合形式。常用于工 程机械、行走机械、矿山机械以及静 压无级变速装置，但在机床等设备上 应用很少。 1. 变量泵-定量马达式 图7.28所示

25、为闭式变量泵-定量泵 马达式容积调速回路。 改变变量泵的排量Vp，即可以改 变定量马达的转速nm，即： m m m pp m pp m p m m m 2 V V T knV V pknV V q V q n l l 7.3 速度控制回路 7.3.3 容积式调速回路 二、泵-马达式容积调速回路 1. 变量泵-定量马达式 由上式可得图7.29所示速度-负载特 性曲线。由图可知由于泵和马达存在泄 漏，马达的转速随负载增大而减小。并 且泵处于小排量（低转速）时泵处于小排量（低转速）时回路负载 能力差。 速度受负载变化的程度用速度刚度 表示，回路的速度刚度为 由此式可知，加大马达的排量Vm和 减小泄漏

26、系数kl都可提高回路的速度刚 度。 l v k V k 2 2 m 7.3 速度控制回路 7.3.3 容积式调速回路 二、泵-马达式容积调速回路 1. 变量泵-定量马达式 在回路能够驱动负载的情况下， 回路输出转矩与实际负载转矩相等， 回路的压力由负载决定。负载大，回 路工作压力大；反之亦然。当回路压 力增大到安全阀的调定压力ps时，负 载再增大，回路压力不再增大，回路 无力推动负载，马达停转。因此安全 阀的调定压力决定了液压马达输出的 最大转矩为： mm m0s mm m maxm 22 VpppV T 由上式可知，最大转矩与变量泵的排量和马达的转速无关。故 称为恒转矩调速回路。 7.3 速

27、度控制回路 7.3.3 容积式调速回路 二、泵-马达式容积调速回路 1. 变量泵-定量马达式 回路输出的功率由实际功率决定 ，在不考虑损失的情况下，回路处 于最大转矩时，输出最大功率为： mmpp0s mmmmmmaxmmaxm 2 nVpp npVnTP 该式表明回路输出的功率 随马达转矩或变量泵的排量增 大而增大。 回路工作 特性曲线 7.3.3 容积式调速回路 二、泵-马达式容积调速回路 2. 定量泵-变量马达式 其转速和速度刚度的计算公式与 变量泵-定量马达式完全相同。即： 但由于此时马达排量Vm可变，在 高速（Vm较小）时，回路速度刚度低 ，运动平稳性差。 7.3 速度控制回路 m

28、m m pp m pp m p m m m 2 V V T knV V pknV V q V q n l l l v k V k 2 2 m 7.3.3 容积式调速回路 二、泵-马达式容积调速回路 2. 定量泵-变量马达式 其最大转矩计算公式也为： 最大转矩计算公式为： 7.3 速度控制回路 mm m0s mm m maxm 22 VpppV T mmpp0s mmmmmmaxmmaxm 2 nVpp npVnTP 最大功率为恒值，称为恒功率调 速回路 7.3.3 容积式调速回路 二、泵-马达式容积调速回路 2. 定量泵-变量马达式 定量泵-变量马达式容积调速回路 的工作特性曲线如图7.31所示。 7.3 速度控制回路 7.3.3 容积式调速回路 二、泵-马达式容积调速回路 2. 变量泵-变量马达式 7.3 速度控制回路 7.3.4 容积节流式调速回路 容积调速回路虽然效率高，发热少，但负载