液压传动系统完整版

1、液压传动系统前言 本书讲诉了液压传动的工作原理、工作特征和基本液压回路的组成、功能及特性；对阀控缸、泵控缸几种调速回路，压力、流量、功率适应回路，节能回路，蓄能器回路和几种典型液压系统的性能机器应用进行了较深入的分析；并有实例进行说明；第一章 绪论第一节 传动的类型及液压传动的工作原理 传动的种类：机械传动 、电力传动 、气压传动和液体传动（液压传动）。 液压传动 以液体为工作介质进行能量传递和控制的一种传动方式。 液压传动是基于流体力学的帕斯卡原理，主要应用流体静压力来传递动力，也称容积式液体传动或静液传动。图图1-1 液压传动原理图液压传动原理图 根据帕斯卡原理，液压缸产生的推力 据式可以

2、看出： 这是一个力的放大机构，即液压具有增力效果，其增大倍数为 .12122=F=pFAAA12AA 液压缸速度有： 式中v1、v2为活塞1、2的运动速度。由此可见这是一个速度变换机构，其速度的变换和传递是靠液体容积变化相等的原则进行的。 由式还知: 式中Q是流入液压缸的流量，也是柱塞排出的流量。液压缸活塞速度正比于流入液压缸的流量反比于活塞面积2212=vvAAQvv2=21=1?AA 显而易见，单位时间内，活塞1、2所做的功率是相同的： 综上所诉，可归纳液压的基本特征为： 1.液体为介质，压力大小取决于外负载； 2.负载速度大小取决于流量； pQFvP111pQFvP2=22=第二节 液压

3、传动系统的组成及其类型 液压传动系统出液体为传动介质外，通常由以下及部分组成： 1.动力源部分-液压泵及原动机； 2.执行部分-包括液压缸和液压马达； 3.控制部分-包括压力、流量、方向控制阀等。 4.辅助部分-包括油箱、管道、滤油器以及指示仪表等。第三节 传动方式的比较液压传动与其他几种传动系统比较的几点优点： 1.单位重量输出功率大，容易获得很大的力或力矩； 2.惯性小，启动、制动迅速，运动平稳； 3.能在运动中进行无极调速，调速方便，调速范围大，可达100:1到2000:1. 4.简化机器结构，减少零件数目； 5.易于实现远距离操纵和自动控制； 6.系统充满油液，各元件不易磨损； 7.易

4、于实现标准化、系列化和通用化。液压传动的缺点： 1.油液具有可压缩性和泄漏等原因，不具有严格传动比； 2.不宜在很高或很低的温度的条件下工作； 3.液压传动的效率一般不高，比带来系统发热、冷却等问题； 4.要求良好的保护和过滤设施； 5.制造和维护要求均很高，造价较高。第四节 液压技术的发展概况 液压技术与微电子技术结合，这无疑是今后的发展方向。这除采用计算机辅助设计、试验和制造，开发和应用各种液压数字原件外，还要研究发展把液压控制元件、执行元件或动力元件、检测反馈器件、数模转换装置和微处理器汇为一体的智能单元或系统。第二章 液压系统的基本回路 现在机械的液压系统虽然越来越复杂，总不外乎由一些

5、基本回路组成。 基本回路按其在系统中的功用可分为： 一.压力控制回路 二.速度控制回路 三.方向控制回路 四.同步和顺序回路第一节 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液压系统或局部油路的工作压力，以满足执行机构对力或力矩的要求，或者使工作机构平衡或顺序动作。 压力控制回路包括调压、减压、增压、卸荷、保压或缓冲等回路。一.调压回路 控制系统的工作压力，使其不超过某一项预先调定的数据，或者使工作机构在运动过程中各个阶段具有不同的压力。 图2-1所示，液压系统有溢流阀来调定工作压力，由定量泵、溢流阀和节流阀组成节流调速回路时，溢流阀是经常开启溢流。 图2-1 图2-1中若系统中无节

6、流阀时，溢流阀做安全阀用，只有当执行元件处于行程终端、泵输出油路闭锁或系统超载时，溢流阀才开启起安全保护作用。 图2-2 所示为远程调压回路。将远程调压阀（小流量溢流阀）2接在先导式溢流阀1的控制管路上，液压泵的压力即可由2做远程控制。 图2-3所示为多级调压回路。主溢流阀1的控制管路通过三位四通换向阀4分别接至远程调压阀2和3.使系统有三种压力调定值。图2-2图2-3二.减压回路 当系统某个执行元件或某个支路要求有可调的稳定的低压输出，可使用减压阀组成的减压回路。 图2-5所示的减压回路，采用单向减压阀的压力回路。 液压缸1和2同时进油，缸2活塞向下运动时需要低于系统压力的某一稳定的低压，压

7、力由3调定。图2-5三、增压回路 增压系统是用来使系统中某一支路的压力高于系统的压力的回路。增压回路中提高油液压力的主要元件是增压器，其增压比为增压器大小活塞面积之比，即 图2-6所示为用单作用增压器的增压回路。图2-6a中，增压器2高压腔的泄露油在回程时由高位油箱来补充，单向减压阀3是为了是增压器输出压力P2可调。2112/AApp图2-6a 图2-6b中，增压回路可使液压缸1共作行程加长，活塞向右运动时遇到负载时，单向阀4由于系统压力升高而开启，压力油进入增压器2 才起到增压作用。 系统实现快进，并低速工作要求。 液控单向阀6是为了增压时隔开高低压力油。图2-6b四.卸荷回路 液压系统工作

8、时，执行元件短时间的停止工作，不需要输入油，此时可以让液压泵卸荷。 液压泵卸荷：让液压泵以很小的出输出功率运转，或以很低的压力运转，或让液压泵输出很小流量的压力油。 图2-8为采用换向阀的卸荷回路。采用三位四通换向阀的M型（或H、K型）滑阀机能（图2-8a）。或者在液压泵出口旁路接二位二通阀（图2-8b），使液压泵输出的油液流回油箱，液压泵卸荷。 图2-8 图2-9为溢流阀卸荷回路。先导溢流阀1控制油口通过二位二通换向阀3接回油箱，液压泵输出口的油液以很低的压力经溢流阀流回油箱，液压泵实现卸荷。 阻尼器2可以实现防止卸荷和升压时的压力冲击。图2-9 图2-10采用双联泵的卸荷回路，适合于流量变

9、化较大的液压系统。泵1用于低压，泵2用于高压，卸荷阀4设定压力低于卸荷阀3，避免产生干扰。 双联泵卸荷回路同时还减少了功率损失。图2-10 采用压力补偿变量泵可以取代双联泵，实现低压大流量和高压小流量的工作性能。 此外还有采用特殊结构的液压缸使泵卸荷的回路。 当液压系统在工作时需要液压泵卸荷时保压，通常采用蓄能器来保持系统压力。五.保压和泄压回路 1.保压回路： 1）用液控单向阀的保压回路（图2-14）； 2）用系统自动补油保压（2-14）； 3）用辅助液压泵保压回路（图2-15）； 4）用蓄能器的保压回路； 5）用液压缸的回油保压回路。图2-14图2-15 2.泄压回路 1）用电液换向阀的泄

10、压缓冲回路； 2）用时间继电器控制换向阀切换时间的卸荷回路； 3）用顺序阀控制的泄压回路。 六.平衡回路 防止液压缸和垂直运动的工作部件因自重自行下落的回路称为平衡回路。 平衡回路有： 由内控式平衡阀组成的平衡回路（图2-20a）；由外控式平衡阀组成的平衡回路（图2-20b）。 图2-20a图2-20b 内控式平衡阀控制的平衡回路回油腔有一定的背压，运动平稳，但是下落势能被抵消，功率损失较大。 外控式平衡阀控制的平衡回路阀的时闭时开，致使活塞向下运动过程中产生振动和冲击，运动不平稳。 另外平衡阀是滑阀结构，有一定的泄露，不能长时间支撑活塞和工作部件不动。七.制动缓冲回路 为了减少液压冲击，除了

11、在液压元件结构本身采取措施，还可以在系统中采去缓冲回来了。可以采用单向行程节流阀和溢流阀的缓冲制动回路。第二节 速度控制回路 速度控制回路是关于系统的速度调节和变换的问题。是使执行元件从一种速度到另一种速度的回路，有增速回路、减速回路和二次速度转换回路。一.增速回路 增速回路是指在不增加液压泵的流量的前提下。提高执行元件速度的回路。一般采用自重充液、蓄能器、差动缸和增速缸来实现。 图2-23是自重充液增速回路，常用于质量大的立式运动部件的大型液压机液压系统中。图2-23 图2-24为差动连接增速回路。电磁铁1Y得电时，活塞向右运动；1Y、3Y同时得电，压力油进入液压缸左右两腔，这种方式称为差差

12、动连接动连接。由于无杆腔作用面积大于有杆枪面积，活塞仍然向右运动，此时有效作用面积减小（活塞杆面积），活塞推力减小，速度增加。2Y通电活塞向左返回。图2-24 此外还有使用增速缸的增速的回路（书中图2-25），和用带辅助液压缸的增速回路（书中图2-26）。二.减速回路 减速回路是使执行元件由快速转变为慢速的回路。通常的方法是靠节流阀或调速阀来减速，用行程阀、电气行程控制换向阀的通断或液压缸本身结构将快速转换为慢速（书中图2-27）。 此外还有用复合缸的减速回路（书中图2-28 ）。 三.二次速度转换回路 图2-29和图2-30分别为调速阀串联和并联的二次速度转换回路。第三节 方向控制回路 方向

13、控制回路是控制执行元件的运动方向，他利用控制进入执行元件的液流的通、断或改变方向来实现的。一.换向回路 采用二位四通、二位五通、三位四通或三位五通换向阀都可以使执行元件换向。再闭式回路系统中可以用双向变量泵控制油流的方向和流量来实现液压缸的换向和调速。三.锁紧回路 锁紧回路可以使液压缸活塞在任意位置停止，并可防止其停止后窜动。三位四通换向阀中位O型或M型滑阀机能可以使活塞在行程范围内任何位置停止，（一般采用液控单向阀作为锁紧元件）。 图2-36所示为液控单向阀使卧式液压缸双向锁紧回路。换向阀中位时活塞可以在行程的任意位置锁紧，左右都不能窜动。 对于立式液压缸，可以用一个液控单向阀实现单向锁紧，

14、如图2-37所示，单向节流阀防止活塞下降时超速而产生振动和冲击。图2-36图2-37第四节 顺序动作回路 顺序动作回路是实现多个执行元件按预定的次序动作的液压回路。按顺序动作控制方法可分为压力控制和行程控制两大类。一.压力控制顺序回路 图2-37是顺序阀控制的顺序动作回路。 当手动换向阀4左位接入回路，液压缸1活塞向右运动，完成动作1后，压力升高，3开启，液压缸2的活塞向右运动，完成动作2。退回时，换向阀右位接入回路，一次完成3、4。图2-37 图2-38所示是用压力继电器控制的顺序回路。回路中用压力继电器阀讯控制电磁铁换向阀电磁铁通电来实现顺序动作。依次完成1-2-3-4. 压力控制的顺序动

15、作回路中，顺序阀或压力继电器的调定压力必须大于前一动作液压缸的最高工作压力。图2-38二.行程控制顺序回路 图2-39是采用行程阀来控制两缸顺序的回路；图2-40是采用电气行程开关控制电磁铁换向阀的顺序回路，调整挡块的位置可以调整液压缸的行程，通过改变电气线路可以改变动作顺序，而且利用电气互锁性能是顺序动作可靠，故在液压系统中广泛应用。图2-39图2-40第六节 液压马达控制回路 在液压驱动的行走机械中，需要两档转速:在平地行驶时为高速；路面质量不好或上坡时需要增大输出转矩，以降低速度。为此采用两个液压马达或串联连接或并联连接，以达到上诉目的。第七节 二通插装阀回路 二通插装阀是一种新型的液压

16、控制元件，可以实现液压基本回路的方向、流量和压力控制功能。 它的优点是流量大、密封性好、结构简单紧凑，因此组成液压系统的体积和质量大为减小，在高压大流量液压系统中应用范围较广泛。一.插装阀方向控制回路 图2-54是二通插装阀方向控制基本回路。其中a与b为单向节流阀，c为液控单向阀。d为二位二通的方向控制阀。 一个插装阀只能控制两个油口的通断。图2-54 手绘 图2-55是插装阀三位四通换向回路。图示位置先导阀失电时，插装阀1、2、3、4的控制腔在压力油的作用下，阀芯均关闭，P、A、B、T均不相同；1Y得电，插装阀2、4控制油腔失压而开启，1、3关闭，P和A接通，B和T接通；2Y得电时，P和B、

17、A和T接通，构成相当于O型机能的三维四通电液换向回路。图2-55 手绘二.插装阀的压力控制回路 图2-56为二通插装阀做压力发的原理图，依次是溢流阀、顺序阀和减压阀。图2-56 手绘第三章 液压阀液压缸、液压马达回路分析 本章主要讨论： 1.节流调速回路； 2.压力适应回路； 3.功率适应回路。第一节 节流调速回路 节流调速回路由流量控制阀、溢流阀、定量泵和执行原件等组成。他通过改变流量控制阀的通流面积，来控制和调节进入和流出的执行元件的流量，达到调速的目的。一.采用节流阀的节流调速回路 1.进口节流调速 如图3-1所示，当运动平稳时，活塞受力平衡方程 p1A1+p2A2=F 式3-1 当不计

18、管路压力损失时，即p2等于0时，有 式3-211F=PA 式3-2表明，液压缸的工作压力取决于外负载，因此通常称压力为负载压力。 节流阀上有个压差，即 Pp-F/A1=Pi 式3-4 流量平衡方程 qp-q1=q3 式3-5 通过节流阀进入液压缸的流量 式3-7 对确定的液压缸A1是确定的，系数K和指数m可视为常数。这样液压缸的速度就由a、Pp和负载F决定了。m?)?1F(Pp1a?vAAK 当a调定后，v随负载F的变化称为负载特性或机械特性。如曲线3-2。 3-2手绘。 速度随负载变化的程度，用速度刚性来定义。如图3-8所示， 手绘3-8 式3-10由式3-10可以看出: 1.当a为常数时，

19、F越大，T越大； 2.当F为常数时，a越小，T越大； 3.增大Pp和A1都能提高速度刚性T； 4.指数m小，T就大，故常选用薄壁刃口式节流阀，其指数约在0.5左右。m1?1?12)?F(PpmaAAKT 当F 不变时，v随a变化特征，通常称为调节特性或速度特性。图3-3所示。 图3-3手绘 式3-12； 式表示改变节流阀单位通流面积所引起的速度变化的大小。avH 2.出口节流调速回路 如图3-4所示， 式3-15； 式3-16； m?1)?1F(Ppa?vAAKv ?mFPp1AT 比较上诉几式可以就看出两者的形式和所含的参数完全一样，这表明： 进出口节流调的负载特性是一样的； 两种调速回路的

20、调节特性规律一样。3.旁路节流调速回路 如图3-5所示，这种把节流阀放在与液压缸并联的支路上，称为旁路节流调速回路。 节流阀除了调节液压缸流量的同时，起到溢出多余流量的作用，溢流阀起到安全阀作用。图3-5 受力平衡方程： 式3-18； 若不考虑管路液压损失，则P2=0，P1=Pp，节流压差： 式3-19； 通过节流阀的流量： 式3-20 =FPP2211AA 1FP=Pp=A)Fa(?Q3?1AK 进入液压缸的流量 q1=qp-q3=qp- q-q3 式3-21； 泄露q=ppp = F/A1 式3-22； 由上诉三式可得： v=v0- pF/(A1)2-Ka/A1（F/A1）m 式3-34；

21、 根据式3-24绘出图3-7和3-7的负载特性曲线和调节特性曲线，由图可以看出，不论节流阀开度大小如何，只要F=0，液压缸的速度均一达到最大值。 由式2-23可以看出，通过节流阀的流量和泵的卸漏流量同时随负载的增加而增加，因而进入液压缸的流量亦即液压缸速度随负载增加而迅速减少。图3-36与3-37手绘 由式2-24还可以求出旁路节流调速回路的速度刚性和速度放大系数式3-27和3-28。（书中46页） 由式3-28可以看出： 1.当节流阀通流面积a一定时，负载F越大，速度刚性越大； 2.当负载F不变时，节流通流面积a越小，即速度v越大，速度刚性越大； 3.加大活塞面积A1,减小节流阀指数m和泄露

22、系数均可提高速度刚性。第二节 节流调速回路功率特性 一.节流调速回路 1.进、出口节流流调速回路 进、出口节流调速回路不宜在负载变化较大、调速范围较宽的工作状况下使用。因为在上述状况下，不但低速时回路效率低，而且在某一速度下，由于负载变化大，速度稳定性也差；反之，他用于负载恒定或负载变化小、调速范围小的场合，则不但负载特性有所改善，而且回路效率也大为提高。2.旁路节流调速回路 这种回路是负载越小、速度越高，回路效率越大；反之效率越低。二.调速阀调速回路 1.调速阀进口节流调速 2.调速阀旁路节流调速回路 综上所述： 对于节流调速，不论进出口节流，还是旁路节流，也不论负载是不是恒定的，总是速度越

23、大，回路效率越高，因而从能能量有效利用角度出发，节流调速不宜在调速范围较大的场合应用。第三节 节流调速回路性能比较 五.其他性能 1.承载能力旁路节流调速回路； 2.承受超越负载出口调速回路； 3.速度平稳性出口调速回路； 4.温升对系统的影响回油和旁路节流调速回路； 5.取压力信号进行程序控制方便性进口节流调速回路； 6.启动性能进口节流调速回路；第四节 压力、功率适应回路 一.压力适应回路 图3-24所示的由定量泵、定差溢流阀与节流阀等组合而成的一种压力适应回路。这种回路的特性是：液压泵的工作压力能自动随负载或负载压力的增减而增减，并且始终与比负载压力大一恒定值。第四章 液压泵液压马达、液

24、压缸回路分析 第一节 容积调速回路 一.变量泵定量马达、液压缸回路 仅仅靠改变液压泵、液压马达或同时改变液压泵、液压马达的排量进行执行元件速度调节的方式称为容积调速。容积调速回路可分为开式回路、闭式回路两种（如图4-1），后者一般采用较多。 变量泵定量马达回路为例，主要静态特性： (1) 转速特性 通常把液压马达的转速nm与变量泵的调节参数xp之间的关系，称为转速特性，亦称为调节特性。 xp=VP/VMAX ; 液压泵输出的理论流量 qp=Vpmaxnpxp 式中分别表示液压泵的最大流量、转速和理论流量。式称为理论调节特性方程。 实际上液压泵在带动负载时，不可避免的要有泄漏，实际流量可表示为 qp=qtp-qp 其中 qp=pp qp=Vpmaxnp(xp-xp1) 这里称xp1为变量泵调节参数的死区，它与液压泵的泄露系数和液压泵的进出口压力差成正比。 液压马达的转速 nm=(qm-qm1)/Vm; 液压马达的泄露流量可表为 qm=mp 若忽略变量泵与液压马达之间液压阀的容积损失，即qm=qp 由以上几式可得 nm=Kn1xp-(xp1+xp2) 其中Kn1=Vpmaxnp/Vm 式4-8； 式4-8称为变量泵液压马达回路的转速特性，称为调节静态特性，曲线如图4-3所示。虚线表示理想情况，实线表示实际情况。图4-3