《机械基础》-第6章

6.1液压传动系统的构成及工作原理6.1.1液压传动系统的构成

图6-1所示为简化了的机床工作台液压传动系统图，电动机带动液压泵3从油箱1中吸油，并将油液送往系统，经节流阀6至换向阀7，当换向阀两端的电磁铁均不通电时，阀芯处于中间位置。此时管路P,A,B,T均不相通，液压缸两腔油液均被封闭，工作台不能运动。若换向阀7左端电磁铁通电，将阀芯推向右位处于图6-1(b)所示位置。此时管路P,A相通，B,T相通，压力油经管路P、换向阀、管路A流入液压缸8的左腔;由于液压缸的缸体固定，活塞9在压力油的推动下，通过活塞杆带动工作台向右运动，同时，液压缸8右腔的油液经管路B、换向阀、管路T流回油箱1。下一页返回6.1液压传动系统的构成及工作原理工作台的运动速度可根据需要进行调整，由节流阀6和溢流阀5的配合来实现。节流阀就像自来水龙头一样，可以开大，也可以关小。当开大时，经节流阀6进入系统的油液就增多，工作台的运动速度就加快，同时经溢流阀5流回油箱的油液就相应减少;当关小时，工作台的运动速度就减慢，同时经溢流阀5流回油箱的油液就相应增加，从而控制工作台的速度。液压传动系统由以下几个部分组成:

.动力元件—液压泵，是能量的输入装置，它将原动机输入的机械能转换成液体的压力能，向系统提供压力油。

.执行元件—液压缸或液压马达，是能量的输出装置，它把液体的压力能转换为机械能，克服负载，带动机械完成所需的动作。上一页下一页返回6.1液压传动系统的构成及工作原理

.控制元件—各种控制阀，如压力阀、流量阀、方向阀等，用来控制液压系统所需的压力、流量、方向和工作性能，以保证执行元件实现各种不同的工作要求。

.辅助元件—指各种管接头、油管、油箱、过滤器、蓄能器、压力计等，起连接、输油、储油、过滤、储存压力能、刚量等作用，它们对保证液压系统可靠和稳定地工作，具有非常重要的作用。

.工作介质—液压油，液压油是传递能量的介质，直接影响着液压系统的整体性和稳定性。上一页下一页返回6.1液压传动系统的构成及工作原理6.1.2液压油的特性在液压传动中，液压油既是传动介质，又兼作润滑油，因此它比一般润滑油的要求更高。

1.液体的可压缩性液体的可压缩性是液体受压力作用发生体积变化的性质。一般情况下可认为液体是不可压缩的，因为压力变化引起液体体积的变化很小，对液压系统性能的影响不大。

2.液体的黏度液体的赫性是当液体在外力作用下流动时，液体内部各流层之间产生内摩擦力的性质。上一页下一页返回6.1液压传动系统的构成及工作原理

3.其他性质液压油还需要有其他一些性质，如润滑性、氧化安定性、抗乳化性、热安定性、抗泡沫性、防锈性以及相容性等，这些性质都对液压油的选择和使用有重要的影响。其含义较为明显，不再多作解释，可参阅有关资料。对液压油的要求:要有适宜的赫度和良好的赫温特性;具有良好的润滑性，以减小液压元件中相对运动表面的磨损;具有良好的热安定性和氧化安定性;具有较好的相容性，即对密封件、软管、涂料等无溶解等有害的影响;质量要纯净，不含或含有极少量的杂质、水分和水溶性酸碱等;要具有良好的抗泡沫性，抗乳化性要好，腐蚀性要小，防锈性要好。上一页下一页返回6.1液压传动系统的构成及工作原理6.1.3液压传动的工作原理我们现以液压千斤顶为例来说明液压传动的工作原理。图6-2所示为液压千斤顶的工作原理图，它分别由杠杆1、泵体2、活塞3、单向阀4和7组成的手动液压泵和活塞8,缸体9等组成的举升液压缸构成。当提起杠杆1时，活塞3上升，泵体2下腔的工作容积增大，形成局部真空，由于此时单向阀7关闭，于是油箱12中的油液在大气压力的作用下，推开单向阀4进入泵体2的下腔;当压下杠杆1时，活塞3下降，泵体2下腔的容积缩小，油液的压力升高，迫使单向阀4关闭，而单向阀7被打开，油液进入缸体9的下腔;此时截止阀11关闭，缸体油腔的工作容积增大，推动活塞8向上运动，把重物顶起。上一页下一页返回6.1液压传动系统的构成及工作原理6.1.4液压传动的特点液压传动与机械传动相比，具有以下优点和不足。

1.液压传动的主要优点工作平稳、反应快、冲击小，能快速起动、制动和频繁换向;控制、调节比较简单，操纵比较方便、省力，易于实现自动化;单位功率的质量轻，即在输出同等功率的条件下，体积小、质量轻、惯性小、结构紧凑、动态特性好;液压元件已实现标准化、系列化和通用化，所以液压系统的设计、制造和使用都比较方便。上一页下一页返回6.1液压传动系统的构成及工作原理

2.液压传动的主要缺点液压传动在工作过程中存在能量损失，如摩擦损失、泄漏损失等，故不宜于远距离传动;液压传动不可避免地存在泄漏，同时液体又不是绝对不可压缩的，因此不宜在传动比要求严格的场合采用;为了减少泄漏，液压元件的制造精度要求较高，因此液压元件的制造成本较高，而且对油液的污染比较敏感;液压传动对油温的变化比较敏感，因此不宜在低温和高温条件下工作。上一页下一页返回6.1液压传动系统的构成及工作原理6.1.5液压传动系统的原理图简单机床的液压传动系统图，是一种半结构式的工作原理图，常称之为结构原理图。这种原理图的特点是直观性强、容易理解，但绘制起来比较麻烦。为了简化原理图的绘制，系统中各元件可用符号表示，这些符号只表示元件的职能和控制方式及外部连接口，不表示元件的具体结构和参数及连接口的实际位置和元件的安装位置。国家标准GB/T786.1-1993《液压气动图形符号》，就属于职能符号。图6-1所示的液压系统用职能符号表示时如图6-3所示，这样绘制起来方便，可使系统图简单明了。上一页返回6.2液压传动系统的流量和压力6.2.1流量和流速液压传动是通过密封容积的变化，迫使油液流动来传递运动，实现力矩的变化的。我们需要了解有关油液流动的基本概念和相关规律。其中流量和平均流速是描述油液流动时的两个主要参数，通过这两个参数可以推算出传动系统的运动速度。1.流量流量用符号表示，是单位时间内流过管路或液压缸某一截面的油液体积。若在时间t内，流过管路或液压缸某一截面的油液体积为V，则油液的流量:下一页返回6.2液压传动系统的流量和压力流量的单位为，常用单位为。换算关系为:2.流速这里的流速主要是指平均流速。油液通过管路或液压缸的平均流速可用下式计算:由于油液与管路壁或液压缸壁、油液内部之间的摩擦力大小不同，因此油液流动时，在管路或液压缸某一截面上各点处的流速是不相等的，通常采用平均流速进行近似计算。上一页下一页返回6.2液压传动系统的流量和压力

3.液压缸(或活塞)的运动速度液压缸(或活塞)的运动是由于流入液压缸的油液迫使密封容积增大所导致的结果，因此其运动速度与流入液压缸的油量有关。以液压千斤顶为例，设在时间t内活塞8移动的距离为H，活塞的有效作用面积为A，则密封容积变化即所需流入的油液的体积为AH，则流量:活塞(或液压缸)的运动速度上一页返回下一页6.2液压传动系统的流量和压力我们可以从上面的等式种得出如下结论:.活塞(或液压缸)的运动速度等于液压缸内油液的平均流速。

.活塞(或液压缸)的运动速度仅与活塞(或液压缸)的有效作用面积和流入液压缸中油液的流量有关，与油液的压力无关。

.活塞(或液压缸)的有效作用面积一定时，活塞(或液压缸)的运动速度，决定于流入液压缸中油液的流量，改变流量就能改变运动速度。上一页下一页返回6.2液压传动系统的流量和压力6.2.2液压系统中压力的形成及传递

1.压力的定义和压力分级油液的压力是由油液的自重和油液受到外力作用所产生的。在液压传动中，油液的自重与油液受到的外力相比，一般很小，可以忽略不计。这里所说的油液压力主要是指因油液表面受外力(不计入大气压力)作用所产生的压力，即相对压力或表压力。如图6-4(a)所示，油液充满于密闭的液压缸左腔，当活塞受到向左的外力F作用时，液压缸左腔内的油液(被视为不可压缩)受活塞的作用而处于被挤压状态，同时，油液对活塞有一个反作用力

而使活塞处于平衡状态。上一页下一页返回6.2液压传动系统的流量和压力油液单位面积上承受的作用力称为压强，在工程上习惯称为压力，用符号P表示。即P为油液的压力;F是作用在油液表面上的外力;A是油液表面的承压面积，即活塞的有效作用面积。液压传动中，可以按压力的大小分为五级，如表6-1所示。上一页下一页返回6.2液压传动系统的流量和压力

2.液压系统及元件的公称压力在正常工作条件下，液压系统及元件按试验标准连续运转(工作)的最高工作压力称为额定压力，超过额定压力值，液压系统便会过载，最终导致系统瘫痪。液压系统必须在额定压力以下工作。额定压力也是各种液压元件的基本参数之一。额定压力应符合公称压力系列。

GB/T2346-1988《液压气动系统及元件—公称压力系列》对公称压力作了规定。表6-2为公称压力系列中常用部分的摘录。上一页下一页返回6.2液压传动系统的流量和压力3.静压传递原理液流连续性原理和静压传递原理是液压传动的两个基本原理。静止油液的压力具有下列特性:油液静压力的作用方向总是垂直指向承压表面;静止油液中任意一点所受到的各个方向的压力都相等，这个压力称为静压力;密闭容器内静止油液中任意一点的压力如有变化，其压力的变化值将传递给油液的各点，且其值不变。这称为静压传递原理，又叫帕斯卡定理。液压千斤顶就是利用静压传递原理传递动力的。如图6-5所示，当柱塞泵活塞1受外力F，作用(液压千斤顶压油)时，柱塞泵油腔3中油液产生的压力:上一页下一页返回6.2液压传动系统的流量和压力此压力通过油液传递到液压缸油腔4，即油腔4中的油液以垂直作用于液压缸活塞2，活塞2上受到作用力，且有:上面等式表明，活塞2上所受液压作用力与活塞2的有效作用面积

成正比。如果，则只要在柱塞泵活塞1上作用一个很小的力

，便能获得很大的力，用以推动重物。这就是液压千斤顶在人力作用下能顶起很重物体的原理。上一页下一页返回6.2液压传动系统的流量和压力4.液压传动系统中压力的建立对于采用液压泵连续供油的液压传动系统，流动油液在某处的压力也是因为受到其后各种形式负载的挤压而产生的。密闭容器内静止油液受到外力挤压而产生压力。

图6-6所示液压传动系统中压力的建立进行分析。在图6-6(a)中，假定负载阻力为零，由液压泵输入液压缸左腔的油液不受任何阻挡就能推动活塞向右运动。图6-6(b)中，输入液压缸左腔的油液由于受到外界负载的阻挡，不能立即推动活塞向右运动，而液压泵总是连续不断地供油，使液压缸左腔中的油液受到挤压油液的压力从零开始由小到大迅速升高。下一页返回上一页6.2液压传动系统的流量和压力图6-6(c)表示向右运动的活塞接触固定挡铁后，液压缸左腔的密封容积因活塞运动受阻停止而不能继续增大。在液压泵出口处有两个负载并联，如图6-7所示。其中负载阻力F。是溢流阀的弹簧力，另一负载阻力是作用在液压缸活塞(杆)上的力在油液压力较小时，溢流阀阀芯在弹簧力F。的作用下，处于阀的最下端位置，将阀的进油口P和出油口0的通路切断。随着液压泵的连续不断供油，油液压力迅速增加，当油液压力达到Pc时，作用于溢流阀阀芯底部的液压作用力将克服弹簧力使阀芯上移，这时进油口P与出油口0连通，液压泵输出的油液由此通路流回油箱。上一页下一页返回6.2液压传动系统的流量和压力通过上面的分析，我们可以知道液压传动系统中某处油液的压力是由于受到各种形式负载的挤压而产生的，压力的大小取决于负载，并随负载变化而变化。当某处有几个负载并联时，压力的大小取决于克服负载的各个压力值中的最小值。尤其需要注意的是压力建立的过程是从无到有的过程、从小到大迅速实现的。上一页下一页返回6.2液压传动系统的流量和压力6.2.3液流的连续性我们假设一种理想液体，即这种液体是不可压缩的。理想液体在无分支管路中作稳定流动时，通过每一截面的流量相等，称之为液流连续性原理。由于油液的可压缩性极小，在计算的时候通常可以把它视作理想液体。如图6-8所示管路中，流过截面1和2的流量分，根据液流连续性原理，，原理公式代人，则可得:

为截面1,2的面积，液体流经截面1,2时的平均流速。上一页返回6.3液压传动的功率6.3.1液压传动的流量损失1.油液泄漏在液压系统正常工作的情况下，从液压元件的密封间隙漏过少量油液的现象称为泄漏。由于液压元件必然存在着一些间隙，当间隙的两端有压力差时，就会有油液从这些间隙中流过。所以液压系统中泄漏现象总是存在的。液压系统的泄漏包括外和泄漏内泄漏两种。液压系统内部的油液漏到系统外部的泄漏称为外泄漏。液压元件内部高、低压腔间的泄漏称为内泄漏。图6-9表示了液压缸的两种泄漏现象。下一页返回6.3液压传动的功率

2.流量损失的估算对流量损失一般采用近似估算的方法。液压泵输出流量的近似计算式为:是液压泵最大输出流量，;是液压缸的最大流量，;是系统的泄漏系数，一般。系统复杂或管路较长取大值，反之取小值。上一页下一页返回6.3液压传动的功率6.3.2液压传动的压力损失

1.液阻和压力损失液阻是由于油液具有赫性，在油液流动时，油液的分子之间、油液与管壁之间的摩擦和碰撞会产生的阻碍油液流动的力量。液压传动系统存在着液阻，油液流动时会引起能量损失，主要表现为压力损失。如图6-10所示油液从A处流到B处，中间经过较长的直管路、弯曲管路、各种阀孔和管路截面的突变等，由于液阻的影响致使油液在A处的

，与在B处的

不相等，显然，引起的压力损失为，上一页下一页返回6.3液压传动的功率2.局部损失与沿程损失油液流动引起的压力损失包括局部损失和沿程损失。

(1)局部损失油液流过管路弯曲部位、管路截面积突变部位及开关等地方，由于液流速度的方向和大小发生变化而产生的压力损失称为局部损失。

(2)沿程损失油液在截面积相同的直管路中流动，由于管壁对油液的摩擦，油液的部分压力用于克服这一摩擦阻力，这种压力损失称为沿程损失。管路越长，沿程损失越大。一般情况，只要油液赫度适当，管路内壁光滑，尽量缩短管路长度和减少管路的截面变化及弯曲，是可以把压力损失控制在很小的范围内的。上一页下一页返回6.3液压传动的功率3.压力损失的估算很多因素可以影响压力的损失，精确计算非常复杂，通常采用近似估算的方法。液压泵最高工作压力的近似计算式为:

是液压泵最高工作压力，Pa;是液压缸最高工作压力，Pa;是系统的压力损失系数，一般。系统复杂或管路较长取大值，反之取小值。上一页下一页返回6.3液压传动的功率6.3.3液压传动的功率计算

1.液压缸的输出功率功率等于力和速度的乘积。对于液压缸来说，其输出功率等于负载阻力F和活塞(或液压缸)运动速度的乘积，即:由于，所以液压缸的输出功率(不计液压缸的损失)。—液压缸的输出功率，W;—液压缸的最高工作压力，Pa;—液压缸的最大流量，。上一页下一页返回6.3液压传动的功率2.液压泵的输出功率

—液压泵的输出功率，W；—液压泵的最高工作压力，Pa;—液压泵输出的最大流量，。对于输出流量为定值的定量液压泵，即为该泵的额定流量。上一页下一页返回6.3液压传动的功率

3.液压泵的效率和驱动液压泵的电动机功率的计算由于液压泵在工作中也存在因泄漏和机械摩擦所造成的流量损失及机械损失，所以驱动液压泵的电动机所需的功率电要比液压泵的输出功率大。液压泵的总效率:液压泵的总效率对于外啮合齿轮泵取0.63-0.80，叶片泵取0.75-0.85，柱塞泵取0.80-0.90，或参照液压泵产品说明。驱动液压泵的电动机功率:上一页返回6.4液压的基本回路液压基本回路是由一些液压元件组成并能完成某项特定功能的典型油路结构。常用的液压基本回路，按其功能可以分为压力控制回路、方向控制回路、速度控制回路和顺序动作回路等四大类。这些基本回路各具有其功用，如液压系统工作压力的调整、运动方向的控制、工作台运动速度的调节、液压缸的顺序动作、实现某种工作循环等。6.4.1压力控制回路压力控制回路是利用各种压力阀控制系统或系统某一部分油液压力的回路。在系统中用来实现增压、减压、调压、卸荷和多级压力等控制，满足执行元件对力或转矩的要求。下一页返回6.4液压的基本回路

1.增压回路增压回路是用来使局部油路或个别执行元件得到比主系统油压高得多的压力。增压的方法很多。

图6-11为采用增压液压缸的增压回路。增压液压缸由大、小两个液压缸a和b组成，a缸中的大活塞(有效作用面积)和b缸中的小活塞(有效作用面积)用一根活塞杆连接起来。当压力为

的压力油进入液压缸a左腔时，作用在大活塞上的液压作用力

推动大、小活塞一起向右运动，液压缸b的油液以压力

进入工作液压缸，推动其活塞运动。在不计压力损失情形下，作用在大活塞左端和小活塞右端的液压作用力和分别为上一页下一页返回6.4液压的基本回路因为大、小活塞由一根活塞杆连接成整体，其运动速度基本上是匀速的，所以作用在其上面的力应该互相平衡，忽略摩擦力等因素的影响，则:由于，所以当工作液压缸活塞上升(回程)时，补充油箱中的油液可以通过单向阀进入增压液压缸的b缸，以补充这一部分管路的泄漏。上一页下一页返回6.4液压的基本回路

2.减压回路在定量液压泵供油的液压系统中，溢流阀按主系统的工作压力进行调定。若系统中某个执行元件或某个支路所需要的工作压力低于溢流阀所调定的主系统压力(如控制系统、润滑系统等)。这时就要采用减压回路。减压回路主要由减压阀组成。

图6-12所示为采用减压阀组成的减压回路。至控制系统和润滑系统的油液压力都低于主系统压力，可分别由相应的减压阀调节。图6-13所示为采用单向减压阀组成的减压回路。液压泵输出的压力油液，以溢流阀调定的压力进入液压缸2，以经减压阀减压后的压力进入液压缸1。上一页下一页返回6.4液压的基本回路3.调压回路调压回路是根据系统负载的大小来调节系统工作压力的回路。调压回路主要由溢流阀组成。包括压力调定回路和多级压力回路两种。

(1)压力调定回路压力调定回路为由溢流阀组成的(图6-14)，用于定量液压泵系统中。

(2)多级压力回路当液压系统常采用多级压力回路。图6-15所示为液压缸活塞在上下运动时具有两种不同压力的二级压力回路，由两个溢流阀组成。活塞下降为工作行程，要求油液压力大，其压力由溢流阀1调定;活塞上升为返回行程，需要求油液压力小，由溢流阀2调定。上一页下一页返回6.4液压的基本回路图6-16所示为三级压力回路。图中换向阀阀芯处于中位，系统压力由先导型溢流阀(主溢流阀)1调定(系统最高工作压力)。远程调压阀(小型溢流阀)2和3的进油口经换向阀与主溢流阀的远程控制油口相连。改变三位四通换向阀的阀芯位置，则可分别由溢流阀2或3调定系统压力。在这个回路中，应注意主溢流阀调定的压力必须高于溢流阀2和3调定的压力，以保证在调压过程中主溢流阀关闭，而由溢流阀2或3取代主溢流阀。由于溢流阀2和3可以实现远程调压，这个回路又称远程调压回路。上一页下一页返回6.4液压的基本回路

4.卸荷回路当液压系统中的执行元件需要长时间保持压力或停止运动时，卸荷回路可以使液压泵输出的油液以最小的压力直接流回油箱，以降低驱动液压泵电动机的动力消耗，减小液压泵的输出功率，减小液压系统的发热，从而延长液压泵的使用寿命。

(1)采用二位二通换向阀的卸荷回路图6-17为采用二位二通换向阀的卸荷回路。当执行元件停止运动时，使二位二通换向阀电磁铁通电，其左位接入系统，这时液压泵输出的油液通过该阀流回油箱，使液压泵卸荷。应用这种卸荷回路时，二位二通换向阀的流量规格应大于液压泵的最大流量。上一页下一页返回6.4液压的基本回路

(2)采用三位换向阀的卸荷回路图6-18(a)为采用三位四通换向阀的中位滑阀机能实现卸荷的回路。图示换向阀的滑阀机能为中间开启型，油口A,B,P,O全部连通。液压泵输出的油液可以经换向阀中间通道直接流回油箱，实现液压泵卸荷。此外中位滑阀机能为PO型或PAO型时也可实现液压泵卸荷[图6-18(b)]。上一页下一页返回6.4液压的基本回路6.4.2方向控制回路1.闭锁回路闭锁回路(又称锁紧回路)用以实现使执行元件在任意位置上停止，并防止其停止后蹿动。常用的闭锁回路如下:(1)采用滑阀机能为中间封闭或PO连接的换向阀组成的闭锁回路图6-19(a)为采用三位四通中间封闭机能换向阀的闭锁回路。当两电磁铁均断电时，弹簧使阀芯处于中间位置，液压缸的两工作油口被封闭。图6-19(b)为三位四通PO连接机能换向阀，具有相同的锁紧功能。下一页返回上一页6.4液压的基本回路

(2)采用液控单向阀的闭锁回路图6-20所示为采用液控单向阀的闭锁回路。如图阀芯处于中间位置时，液压泵卸荷，输出油液经换向阀回油箱，由于系统无压力，液控单向阀A和B关闭，液压缸左右两腔的油液均不能流动，活塞被双向闭锁。当换向阀左边电磁铁通电，阀芯右移，左位接入系统，压力油经单向阀A进入液压缸左腔，同时进入单向阀B的控制油口，打开单向阀B。液压缸右腔的油液可经单向阀B及换向阀回油箱。活塞向右运动。液控单向阀有良好的密封性，锁紧效果较好。上一页下一页返回6.4液压的基本回路

2.换向回路液压系统中执行元件运动方向的变换一般由换向阀实现。图6-21所示为采用二位四通电磁换向阀的换向回路。电磁铁通电时，阀芯右移，压力油进入液压缸左腔，推动活塞杆向右移动(工作进给);电磁铁断电时，弹簧力使阀芯左移复位，压力油进入液压缸右腔，推动活塞杆向左移动(快速退回)。根据执行元件换向的要求，可采用二位(或三位)四通或五通控制阀，控制方式可以是人力、机械、电气、直接压力和间接压力(先导)等。上一页下一页返回6.4液压的基本回路6.4.3速度控制回路速度控制回路是用来控制执行元件运动速度的回路。速度控制回路包括调节执行元件工作行程速度的调速回路和使不同速度相互转换的速度换接回路两种。

1.调速回路调速回路中常用的调速方法三种:有定量泵的节流调速、变量泵的容积调速和容积节流复合调速。

(1)定量泵的节流调速回路定量泵节流调速是在定量液压泵供油的液压系统中安装节流阀，来调节进入液压缸的油液流量，从而调节执行元件工作行程速度。上一页下一页返回6.4液压的基本回路①进油节流调速回路。进油节流调速回路是把流量控制阀装在执行元件的进油路上的调速回路，如图6-22所示。回路工作时，液压泵输出的油液，经可调节流阀进入液压缸右腔，推动活塞向左运动，左腔的油液则流回油箱。液压缸右腔的油液压力

，由作用在活塞上的负载阻力F的大小决定。液压缸左腔的油液压力。进入液压缸油液的流量

，由可调节流阀调节，多余的油液经溢流阀流回油箱。当活塞带动执行机构以速度可向左作匀速运动时，作用在活塞两个方向上的力互相平衡，即:上一页下一页返回6.4液压的基本回路

是液压缸右腔油液压力;是液压缸左腔油液压力(俗称背压力)，本例中可视为,F是作用在活塞上的负载阻力(如切削力、摩擦力等);A是活塞的有效作用面积。可以得到设可调节流阀前后的压力差为，则经可调节流阀流入液压缸右腔的流量活塞的运动速度上一页下一页返回6.4液压的基本回路进油节流调速回路一般应用于功率较小、负载变化不大的液压系统中。进油节流调速回路具有以下的特点:.速度稳定性差。由上式可知液压泵工作压力加经溢流阀调定后近于恒定，可调节流阀调定后也不变。.结构简单，使用方便。由于活塞运动速度。与可调节流阀节流口通流截面积成正比。.液压缸回油腔和回油管路中油液压力很低。

.由于回油腔没有背压力，当负载突然变小、为零或为负值时，活塞会产生突然前冲，因此运动平稳性差。

.因液压泵输出的流量和压力在系统工作时经调定后均不变，所以液压泵的输出功率为定值。上一页下一页返回6.4液压的基本回路②回油节流调速回路。回油节流调速回路是把流量控制阀装在执行元件的回油路上的调速回路，如图6-23所示。和前面分析相同，当活塞匀速运动时，活塞上的作用力平衡方程式为:可调节流阀前后的压力差。因可调节流阀出口接油箱，此处压力，所以活塞运动速度上一页下一页返回6.4液压的基本回路这个公式与进油节流调速回路所得的公式一样，两种回路具有相似的调速特点，但回油节流调速回路有两个明显的优点:.可调节流阀装在回油路上，回油路上有较大的背压，因此在外界负载变化时，可起缓冲作用，运动的平稳性比进油节流调速回路要好。

.回油节流调速回路中，经可调节流阀后压力损耗而发热，导致温度升高的油液直接流回油箱.容易散热。进油节流调速回路和回油节流调速回路的速度稳定性都较差，为了减小和避免运动速度随负载变化而波动，在回路中可用调速阀替代可调节流阀。回油节流调速回路广泛应用于功率不大、负载变化较大或运动平稳性要求较高的液压系统中。上一页下一页返回6.4液压的基本回路

(2)变量泵的容积调速回路图6-24为使用变量液压泵的调速回路，属于容积调速回路，它通过改变变量液压泵的输出流量实现调节执行元件的运动速度。液压系统在工作时，调节变量液压泵转子与定子之间的偏心距或斜盘的倾斜角度，改变泵的输出流量，就可以改变活塞的运动速度，达到调速的目的。

(3)容积、节流复合调速回路容积、节流复合调速是用变量液压泵和节流阀相配合进行调速的方法。图6-25所示为由限压式变量叶片泵和调速阀组成的复合调速回路调节调速阀节流口的开口大小，就能改变进入液压缸的流量，从而改变液压缸活塞的运动速度。上一页下一页返回6.4液压的基本回路2.速度换接回路

(1)慢速与快速的换接回路图6-26为采用短接流量阀的速度换接回路，图示位置为回油节流的慢速向左运动。当二位二通电磁换向阀电磁铁通电时，流量阀(调速阀)被短接，回油直接经二位二通换向阀回油箱，活塞向左运动速度由慢速转换为快速。二位四通电磁换向阀用于实现活塞运动方向转换。两换向阀配合，可以实现快进—工进—工退—快退的工作循环。这种回路相对来说比较简单，应用也很广泛。上一页下一页返回6.4液压的基本回路

(2)二次进给回路①采用并联调速阀的二次进给回路。图6-28为两调速阀并联组成的二次进给回路，两工作进给速度分别由调速阀A和调速阀B调节。速度转换由二位三通电磁阀控制。②采用串联调速阀的二次进给回路。图6-27为两调速阀串联组成的二次进给回路，调速阀A用于第一次进给节流，调速阀B用于第二次进给节流。第一次工作进给时(如图示位置)，液压泵输出的压力油液通过调速阀A后，经二位二通换向阀进入液压缸，工作进给速度由调速阀A调节。当二位二通换向阀电磁铁通电后，右位接入系统，流经调速阀A的压力油液须经调速阀B后再进入液压缸。

上一页下一页返回6.4液压的基本回路6.4.4顺序动作回路顺序动作回路是控制液压系统中执行元件动作的先后次序的回路。在液压传动的机械中，有些执行元件的运动需要按严格的顺序依次动作。例如液压传动的机床常要求先夹紧工件，然后使工作台移动以进行切削加工，这在液压传动系统中则采用顺序动作回路来实现。按照控制的原理和方法的不同，顺序动作的方式分成压力控制、行程控制和时间控制三种。上一页下一页返回6.4液压的基本回路

1.用压力控制的顺序动作回路压力控制是利用油路本身压力的变化来控制阀口的启闭，实现各执行元件顺序动作的一种控制方式。它可以通过顺序阀来实现和压力继电器线路来实现。

(1)采用压力继电器控制的顺序动作回路图6-29是采用压力继电器控制的顺序动作回路。按下按钮，使二位四通换向阀1电磁铁通电，左位接入系统，压力油液进入液压缸A左腔，推动活塞向右运动，回油经换向阀1流回油箱。当活塞碰上定位挡铁时，系统压力升高，使安装在液压缸A进油腔附近的压力继电器动作，发出电信号，使二位四通换向阀2电磁铁通电，左位接入系统，压力油液进入液压缸B左腔，推动活塞向右运动。实现A,B两液压缸顺序动作。上一页下一页返回6.4液压的基本回路

(2)采用顺序阀控制的顺序动作回路图6-30为采用顺序阀控制的顺序动作回路。阀A和阀B是由顺序阀与单向阀构成的组合阀—单向顺序阀。系统中有两个执行元件:夹紧液压缸和加工液压缸。两液压缸按夹紧(活塞向右运动)—工作进给(活塞向右运动)—快退—松开的顺序动作。系统工作过程如下:二位四通电磁阀通电，左位接入系统，压力油液进入夹紧液压缸左腔(由于系统压力低于单向顺序阀A的调定压力，顺序阀未开启)，活塞向右运动实现夹紧，回油经阀B的单向阀流回油箱。当活塞右移到达终点，工件被夹紧，系统压力升高，超过阀A中顺序阀调定值时，顺序阀开启，压力油进入加工液压缸左腔，活塞向右运动进行加工，回油经换向阀回油箱。上一页下一页返回6.4液压的基本回路2.用行程控制的顺序动作回路

(1)采用开关控制的顺序动作回路图6-31是采用位置开关控制的顺序动作回路。工作循环开始，二位四通换向阀1电磁铁通电，左位接入系统，压力油液经换向阀1进入液压缸A左腔，推动活塞右行，实现动作1。活塞右行到终点时，挡块压下位置开关，二位四通换向阀2电磁铁通电，压力油液经换向阀2进入液压缸B左腔，推动活塞右行，实现动作2。到终点时，液压缸B活塞的挡块压下位置开关，使换向阀1电磁铁断电，右位接入系统如图示，压力油液进入液压缸A右腔，推动活塞左行复位，实现动作3。到终点时，液压缸A活塞的挡块压下位置开关，使换向阀2电磁铁断电，压力油液进入液压缸B右腔，推动活塞左行复位，实现动作4。下一页返回6.4液压的基本回路

(2)采用行程阀控制的顺序动作回路图6-32是采用行程阀控制的顺序动作回路。工作循环开始前，两液压缸活塞如图示位置。二位四通换向阀电磁铁通电后，右位接入系统，压力油液经换向阀进入液压缸B左腔，推动活塞向右移动(动作1)，到达终点时，活塞杆上的挡块压下二位四通行程阀的滚轮，使阀芯下移，压力油液经行程阀进入竖直液压缸A的上腔，推动活塞向下运动(动作2)。当二位四通换向阀电磁铁断电时，弹簧使左位接入系统，压力油经换向阀进入液压缸B右腔，推动活塞向左退回(动作3)，当挡块离开行程阀滚轮时，行程阀复位(图示位置)，压力油经行程阀进入液压缸A下腔，使活塞向上运动(动作4)。以上完成1-2-3-4的顺序动作。上一页返回6.5液压传动系统实例分析6.5.1机械手液压传动系统在自动化机械或生产线中，常用机械手来夹紧、传输工件或刀具等(图6-33)。机械手的夹紧与松开、升降、回转运动分别由执行元件夹紧液压缸7、升降液压缸8和摆动马达10实现;各液压缸的换向和顺序动作由电气线路控制三个换向阀4,9,11的电磁铁来实现。系统各液压元件的作用如下:电动机15带动液压泵2经过滤器1从油箱向系统供油。单向阀3用来防止电动机停止工作时，系统中油液经液压泵倒流回油箱，使空气进入系统，影响运动的平稳性。三个换向阀的控制情况如表6-3所示。下一页返回6.5液压传动系统实例分析6.5.2升降缸缓冲装置液压系统图6-34所示为缓冲液压回路，由可调节流阀5和二位二通阀4并联组成的。当液压缸活塞杆带动机械手快速下降到离液压缸1下端终止位置一定距离时，与活塞杆相连的撞块压下位置开关，使二位二通阀电磁铁通电而关闭油路，液压缸的回油则须经过可调节流阀流回油箱，使活塞下降速度减慢而达到缓冲。当二位四通换向阀电磁铁通电时，左位接入系统，压力油经单向顺序阀2的单向阀进入升降液压缸下腔，活塞杆带动机械手实现快速上升，液压缸上腔油液经阀4流回油箱。上一页下一页返回6.5液压传动系统实例分析6.5.2数控车床液压系统

1.数控车床液压系统简介数控车床是装有程序控制系统的车床。在数控车床上进行车削加工时，由于自动化程度高，能获得较高质量的加工产品。机床中由液压系统实现的动作有:卡盘的夹紧与松开、刀架的夹紧与松开、刀架的正转与反转、尾座套筒的伸出与缩回。液压系统中各电磁阀的电磁铁动作是由数控系统的PLC控制实现，各电磁铁动作见表6-4。图6-35所示为MJ-50型数控车床的液压系统的原理图。上一页下一页返回6.5液压传动系统实例分析

2.液压系统的工作原理机床的液压系统采用单向变量泵供油，系统压力调至4MPa，压力由压力计显示15。泵输出的压力油经过单向阀进入系统，其工作原理如下。

(1)卡盘的夹紧与松开当卡盘处于正卡(或称外卡)且在高压夹紧状态下，夹紧力的大小由减压阀8来调整，夹紧压力由压力计14来显示。

(2)尾座套筒的伸缩运动当6YA通电时，阀7左位工作，系统压力油经减压阀10、换向阀7到尾座套筒液压缸的左腔，液压缸右腔油液经单向调速阀13、阀7回油箱，缸筒带动尾座套筒伸出，伸出时的预紧力大小通过压力计16显示。上一页下一页返回6.5液压传动系统实例分析

(3)回转刀架的回转回转刀架换刀的过程是“刀架松开—刀架转位—刀架复位—夹紧”，当4YA通电时，阀6右位工作，刀架松开。当8YA通电时，液压马达带动刀架正转，转速由单向调速阀11控制。若7YA通电，则液压马达带动刀架反转，转速由单向调速阀12控制。当4YA断电时，阀6左位工作，液压缸使刀架夹紧。上一页下一页返回6.5液压传动系统实例分析

3.液压系统的特点:.用液压马达实现刀架的转位，可实现无级调速，并能控制刀架正、反转。

.用换向阀控制尾座套筒液压缸的换向，以实现套筒的伸出或缩回，并能调节尾座套筒伸出工作时的预紧力大小，以适应不同工件的需要。

.压力计14,15,16可分别显示系统相应处的压力，以便于故障诊和调试。

.采用单向变量液压泵向系统供油，能量损失小。

.用换向阀控制卡盘夹紧，并且能实现高压和低压夹紧的转换，可根据工件情况调节夹紧力的大小，操作方便简单。上一页下一页返回6.5液压传动系统实例分析6.5.4多缸顺序专用铣床液压传动系统铣床工作时，铣刀只作回转运动，工件被夹紧在工作台上，工作台的水平和垂直两个方向的进给运动由液压传动系统的液压缸I，II带动执行。其动作顺序为:液压缸I的活塞水平向左快进—液压缸I的活塞水平向左慢进—液压缸II的活塞垂直向上慢进—液压缸II的活塞垂直向下快退—液压缸I的活塞水平向右快退，如图6-36(b)所示。1.液压缸I的活塞水平向左快进启动液压泵3，按下电钮，使二位四通换向阀7电磁铁通电，左位接入系统。压力油液进入液压缸I的右腔;左腔的油液经单向顺序阀8的单向阀、换向阀7和换向阀6直接流回油箱，实现水平向左快进。上一页下一页返回6.5液压传动系统实例分析

2.液压缸I的活塞水平向左慢进当液压缸I的活塞快进至一定位置时，活塞杆上的撞块触动位置开关SQ1，使换向阀6电磁铁通电，右位接入系统。此时液压缸I左腔的油液只能经可调节流阀4回油箱，从而实现液压缸I的活塞水平向左慢进，慢进的速度由可调节流阀调节。

3.液压缸II的活塞垂直向上慢进液压缸I的活塞水平向左慢进一定行程后碰到固定挡铁停止运动，系统压力迅速升高。当压力值超过单向顺序阀10预先调定的压力值后，阀10打开，压力油液进入液压缸II的下腔，上腔的油液经换向阀7、换向阀6和可调节流阀4流回油箱，实现垂直向上慢进。上一页下一页返回6.5液压传动系统实例分析4.液压缸B的活塞垂直向下快退液压缸B的活塞垂直向上慢进至一定位置时，活塞杆上的撞块触动位置开关SQ2，使换向阀7和换向阀6的电磁铁均断电，复位到图示位置。压力油液经换向阀7进入液压缸B的上腔，下腔的油液经单向顺序阀10的单向阀、换向阀7和换向阀6直接流回油箱，实现垂直向下快退。5.液压缸I的活塞水平向右快退液压缸II的活塞垂直向下快退到底，活塞停止运动，系统压力升高，打开单向顺序阀8，压力油液进入液压缸I的左腔，右腔的油液经换向阀7和换向阀6直接流回油箱，实现水平向右快退。换向阀电磁铁和单向顺序阀的工作状态如表6-5所示。上一页下一页返回6.5液压传动系统实例分析6.5.5组合机床液压滑台液压传动系统液压滑台在液压滑台上可以配置各种用途的切削头和工件，用以实现进给运动。液压滑台是组合机床的重要通用部件之一。图6-37所示为某液压滑台的液压传动系统。它可以实现多种自动工作循环。

1.主要元件及其作用

(1)液压泵①是限压式变量叶片泵，它和调速阀⑥⑦一起组成容积、节流复合调速回路，使系统工作稳定，效率较高。

(2)电液换向阀由三位五通电磁换向阀(先导阀)②和三位五通液动换向阀(主阀)③组成。下一页返回上一页6.5液压传动系统实例分析

(3)顺序阀④是由外部压力控制(液控)的直动型顺序阀，其阀口的打开与关闭，完全受系统压力的控制。工作进给时，系统压力高，顺序阀的阀口打开，液压缸回油通过此阀流入油箱;快进时，系统压力低，顺序阀的阀口关闭，液压缸回油不能通过此阀流入油箱。

(4)背压阀⑤是用溢流阀串接在回油管路中油箱前，可调定回油路的背压，以提高液压系统工作时的运动平稳性。

(5)调速阀⑥⑦串接在液压缸进油管路上，为进油节流调速方式。两阀分别调节第一次工作进给和第二次工作进给的速度。上一页下一页返回6.5液压传动系统实例分析

(6)二位二通电磁换向阀⑧和调速阀⑦并联，用于换接两种不同进给速度。当如图示位置其电磁铁YA3断电时，调速阀⑦被短接，实现第一次工进;当电磁铁YA3通电时，调速阀⑦与调速阀⑥串接，实现第二次工进。

(7)压力继电器⑨装在液压缸工作进给时的进油腔附近。当工作进给结束，碰到固定挡铁停留时，进油路压力升高，压力继电器动作，发出快退信号，使电磁铁YAl断电，YA2通电，液压缸运动方向转换。

(8)二位二通行程阀⑩和调速阀⑥⑦并联，用于液压缸快进与工进的换接。当行程挡铁未压到它时，压力油经此阀进入液压缸，实现快进;当行程挡铁将它压下时，压力油只能通过调速阀进入液压缸，实现工进。上一页下一页返回6.5液压传动系统实例分析

(9)单向阀⑧⑩⑩用作防止油液倒流，其中，单向阀⑩的作用是保护液压泵及防止空气进入系统，提高液压缸运动的平稳性。

(10)液压缸⑩为缸体移动式双作用单活塞杆液压缸。进、回油管皆从空心活塞杆的尾端接入(系统图中没有表示这一具体结构)。改进后的液压滑台已将液压缸结构改成缸体固定、活塞移动的方式，以简化活塞杆的结构工艺，便于安装检修和提高滑座体的刚性。上一页下一页返回6.5液压传动系统实例分析

2.系统的工作状况液压传动系统的工作循环如图6-37，是由挡铁所控制的电磁铁、行程阀及由液压缸油液压力控制的压力继电器的动作来实现的。下面就系统典型的二次工作进给自动循环的工作过程进行分析。系统中电磁铁、行程阀和压力继电器的动作顺序见表6-6。

(1)起始位置(原位停止)工作循环开始时的状态，电磁铁均断电。换向阀、行程阀处于图示位置。液压泵输出的压力油液压力升高，液控顺序阀被打开，液压泵的输出流量自动减至最小(约等于顺序阀的泄漏量)。滑台在原位停止不动。上一页下一页返回6.5液压传动系统实例分析

(2)快进按下启动按钮，电磁换向阀②的电磁铁Y}通电，阀的左位接入系统，控制压力油自液压泵出口经阀②进入液动换向阀③的左侧，推动阀芯右移，使阀③的左位接入系统。这时系统的主油路如下:

进油路:液压泵--单向阀⑩--油路a--液动换向阀③--油路b--行程阀⑩--油路c--液压缸左腔。回油路:液压缸右腔--油路d--液动换向阀③--油路e--单向阀⑩--油路b--行程阀⑩--油路c--液压缸左腔。这时，液压缸左石网胫都通压刀佃液，婚成差动连接回路。液压缸的缸体带动揖台同左快速前进。上一页下一页返回6.5液压传动系统实例分析

(3)第一次工作进给快进终了时，挡铁压下行程阀，切断快进回路，压力油液只能经与行程阀并联的调速阀⑥进入液压缸，把运动由快速换接成慢速。同时系统压力升高将液控顺序阀打开，油路。中压力下降，单向阀⑩关闭。这时系统的主油路如下:

进油路:液压泵--单向阀⑩--油路a--液动换向阀③--油路b--调速阀⑥--电磁换向阀⑧--油路c--液压缸左腔。回油路:液压缸右腔--油路d--液动换向阀③--油路c--液控顺序阀④--背压阀⑤--油箱。因为工作进给时，滑台负载大，系统压力升高，变量液压泵的流量会自动减小，以适应第一次工作进给的需要。滑台进给量的大小由调速阀⑥调节。上一页下一页返回6.5液压传动系统实例分析

(4)第二次工作进给第一次工作进给终了时，挡铁压下相应的位置开关，使电磁换向阀⑧的电磁铁YA3通电，右位接入系统，切断调速阀⑦的并联通路。这时压力油液需要经两个调速阀⑥⑦进入液压缸。由于调速阀⑦调节的进油量比阀⑥要小，所以第二次工作进给的速度比第一次工作进给速度更低一些。第二次工作进给时滑台进给量的大小由调速阀⑦调节，这时，系统主油路的进油路为:液压泵--单向阀⑩--油路a--液动换向阀③--油路b--调速阀⑥--调速阀⑦--油路c--液压缸左腔;回油路与第一次工作进给时相同。上一页下一页返回6.5液压传动系统实例分析