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1、第七章 液压回路,7.1 概述,任何机械设备的液压传动系统，都是由一些基本回路组成。所谓基本回路，就是由相关元件组成的用来完成特定功能的典型管路结构。它是液压传动系统的基本组成单元。通常来讲，一个液压传动系统由若干个基本回路组成。,目录,本章介绍液压基本回路，这些回路主要包括：,方向控制回路:控制执行元件运动方向；压力控制回路:控制系统或某支路压力；调 速 回 路:控制执行元件运动速度；多缸运动回路:控制多缸运动。,7.2 方向控制回路,一般方向控制回路,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，以便使执行元件启动、停止和换向.,一般方向控制回路只需在动力元件与执行元件之间采用
2、普通换向阀.,7.2.2 复杂方向控制回路,当需要频繁连续动作且对换向过程有很多附加要求时，需采用复杂方向控制回路。,1.时间控制制动式换向回路,2.行程控制制动式换向回路,7.3 压力控制回路,压力控制回路主要有：,调压回路,减压回路,增压回路,保压回路,卸荷回路,平衡回路,释压回路,压力控制回路是利用压力控制阀来控制系统或系统某一部分的压力。,调压回路使系统整体或某一部分的压力保持恒定数值。当把调压回路中的溢流阀换为比例溢流阀时,这种调压回路成为比例调压回路.通过比例溢流阀的输入电流来实现回路的无级调压,它还可实现系统的远距离控制。,7.3.1 调压回路,二级调压回路,7.3.2 减压回路
3、,液压缸5的工作压力比液压缸4的工作压力高,为使液压缸4能够正常工作，在回路中并联了一个减压阀3，使液压缸4得到一稳定的、比液压缸5压力低的压力。减压阀如果采用前述溢流阀的类似安装方法，可得到两级或多级的减压回路。为使减压回路工作可靠，减压阀的最低调整压力不应低于0.5 MPa，最高调整压力至少比系统压力低0.5 MPa。,多级减压回路,7.3.3 增压回路,在液压系统增压回路中，压力为p1的油液进入增压缸的大活塞腔，这时在小活塞腔则可得到压力为p2的高压油液，增压的倍数是大小活塞的工作面积之比。,7.3.4 保压回路,(1）利用液压蓄能器保压的回路,(3）用液控单向阀的保压回路,(2）用液压
4、泵的保压回路,7.3.5 卸荷回路,当系统中执行元件短时间工作时,常使液压泵在很小的功率下作空运转.这种卸荷可以减少液压泵磨损，降低功率消耗，减小温升.卸荷的方式有两类，一类是液压缸卸荷，执行元件不需要保持压力；另一类是液压泵卸荷，执行元件需要保持压力。,1.执行元件不需保压的卸荷回路,1.1 用换向阀中位机能的卸荷回路,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。,1.2 用电磁溢流阀的卸荷回路,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
5、，二位二通电磁阀得电，溢流阀的遥控口通过电磁阀接油箱，泵输出的油液以很低的压力经溢流阀回油箱，实现泵卸荷。,2.执行元件需要保压的卸荷回路,2.1 限压式变量泵的卸荷回路,当系统压力升高达到变量泵压力调节螺钉调定压力时，压力补偿装置动作，液压泵3输出流量随供油压力升高而减小，直到维持系统压力所必需的流量，回路实现保压卸荷，系统中的溢流阀1作安全阀用，以防止泵的压力补偿装置的失效而导致压力异常.,用限压式变量泵的卸荷回路,2.2 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
6、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。,用卸荷阀的卸荷回路,7.3.6 平衡回路,为了防止立式液压缸与垂直运动的工作部件由于自重而自行下落造成事故或冲击，可以采用平衡回路。,1.用单向顺序阀的平衡回路,用单向顺序阀的平衡回路,2.采用液控单向阀的平衡回路,7.3.7 释压回路,为使高压大容量液压缸中储存的能量缓慢释放,以免在突然释放时产生很大的液压冲击,可采用释压回路.,7.4 速度控制回路,7.4.1 概述,在液压与气压传动系统中，调速回路占有重要地位例如在机床液压传动系统中，用于主运动和进给运动的调速回路对机床加工质量有着重要的影响，而且，它对其它液压回路的选
7、择起着决定性的作用。在不考虑泄漏的情况下，缸的运动速度由进入（或流出）缸的流量q及其有效工作面积A决定，即：V=q/A 同样，马达的转速n由进入马达的流量q和马达的单转排量V决定：n=q/v,7.4.2 调速回路,1.调速方法概述,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。,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，
8、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，调速既可以改变流入流量，也可改变马达排量。,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。,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，回油节路流调速，旁路节流调速三种基本形式。,2.1 进油路节流调速回路,进油路节流调速回路,（1）速度
9、负载特性,当不考虑泄漏和压缩时，活塞运动速度为：,(7.1),活塞受力方程为：,缸的流量方程为：,p2 液压缸回油腔压力，p20。,F 外负载力；,式中：,于是,(7.2),式中,C 与油液种类等有关的系数；,AT 节流阀的开口面积；,节流阀前后的压强差，,m 为节流阀的指数；当为薄壁孔口时，m=0.5。,(7.2),式(7.2)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,FL为横坐标，将式(7.2)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。,进油路节流调速回路速度负载特性曲线,（2）功率特性,液压泵输出功率即为该回路的输入功率为：,回路
10、的功率损失为：,而缸的输出功率为：,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,2.2 出口节流调速回路,出口节流调速回路,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.,进口和出口节流调速的比较,承受负值负载的能力 出口节流调速能承受一定的负值负载运动平稳性 出口节流调速回路运动平稳性好.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；启动性能 出口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.,2.3 旁油路节流调速回路,旁油路节流调速回路,节流阀装在与液压缸并联的支路上，
11、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。,（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泵的理论流量；,k泵的泄漏系数，其余符号意义同前。,（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,7.4.3 调速阀式节流调速回路,7.4.4 容积式调速回路,液压系统的油液循环,有开式和闭式两种方式。按液压执行元件的不同，容积调速回路可分为泵缸式和泵马达式两类容积调速回路。绝大部分部分泵缸式容积调速回路和泵马达式
12、容积调速回路的油液循环采用闭式循环方式。,泵缸式容积调速回路,泵缸式容积调速回路的开式循环回路结构如图所示。它由变量泵、液压缸和起安全作用的溢流阀组成。通过改变液压泵的排量，便可调节液压缸的运动速度。,当不考虑管路、液压缸的泄漏和压力损失时，液压缸的速度为：,式(7.4),根据式（7.4）按不同 值作图，可得一组速度负载特性曲线如图所示。由于变量泵的泄漏系数较大，当负载增大时，液压缸的速度按线性规律下降。这样，当液压泵以小排量（低速）工作时，回路的承载能力变差。,由式（7.4）可得出该回路的速度刚性为：,4.1 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
13、例地变化.,变量泵-定量马达容积调速回路,变量泵-定量马达容积调速回路,4.2定量泵-变量马达式容积调速回路,4.3 变量泵-变量马达式容积调速回路,。,7.4.5 容积节流式调速回路,容积调速回路虽然效率高，发热少，但仍存在速度负载特性软的问题。调速阀式节流调速回路的速度负载特性好，但回路效率低。容积节流调速回路的效率虽然没有单纯的容积调速回路高，但它的速度负载特性好。因此，在低速稳定性要求高的机床进给系统得到了普遍地应用。容积节流调速回路是采用压力补偿型变量泵供油，通过对节流元件的调整来改变流入或流出液压缸的流量来调节液压缸的速度；而液压泵输出的流量自动地与液压缸所需流量相适应。这种回路虽
14、然有节流损失，但没有溢流损失，效率较高。,1.限压式变量泵调速阀式容积节流调速回路,这种调速回路的速度刚性、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。,由下图限压式变量泵调速阀式容积调速回路的调速特性可见，这种回路虽然没有溢流损失,但仍然有节流损失,其损失的大小与液压缸的工作腔压力p1 有关。当进入液压缸的流量为q1时，液压泵的供油流量应为qp=q1，供油压力为pP.液压缸工作腔压力的正常工作范围是：,式中，pmin为保证调速阀正常工作的最小压差，一般它为0.5 MPa左右，其它符号意义同前。,当 时，回路中的节流损失最小；越小，节流损失越大。当液压缸回油腔（背腔）压力 时
15、，回路的效率为：当 时，回路的效率为：,2.稳流量泵节流阀式容积节流调速回路,这种回路只有节流损失,无溢流损失，而且，由于泵的输出压力随负载压力的变化而增减，节流阀工作压差不变。,快速运动回路的功用在于使执行元件获得尽可能大的工作速度，以提高劳动生产率并使功率得到合理的利用。实现快速运动可以有几种方法。,7.4.6 快速运动回路,这里仅介绍液压缸差动连接的快速运动回路和双泵供油的快速运动回路。,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
16、左的作用力，导致活塞向右运动。,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。,液压缸差动连接的快速运动回路,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。,液压缸差动连接的快速运动回路,当换向阀6处图示位置，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；,双泵供油的快速运动回路,2.双泵供油的快速运动回路,换向阀6的电磁铁
17、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.,7.4.7 速度换接回路,1.快速与慢速换接回路,2.两种进给速度换接回路,串联式,7.5 多缸运动控制回路,在液压与气压传动系统中，用一个能源向两个或多个缸（或马达）提供液压油或压缩空气，并按各缸之间运动关系要求进行控制，完成预定功能的回路，被称为多缸运动回路。多缸运动回路分为,顺序运动回路,同步运动回路,互不干扰回路,7.5.1 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
18、进行介绍。,1.行程控制顺序动作回路,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1,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2,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3,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
19、时,4YA断电,活塞停止运动,至此完成一个工作循环。,动作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1,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2,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3,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
20、，缸7的活塞向左退回，实现动作顺序4。,动作4,到左端后，缸7右端压力上升，达到压力继电器4的调定压力时发讯，2YA断电，1YA得电，阀1左位工作，压力油进入缸7左腔，自动重复上述动作循环,直到按下停止按钮为止。,循环至动作1,3.时间控制顺序动作回路,7.5.2 同步回路,同步运动包括速度同步和位置同步两类。速度同步是指各执行元件的运动速度相同；而位置同步是指各执行元件在运动中或停止时都保持相同的位移量。,1.液压缸机械联结的同步回路,用机械联结的同步回路,由于机械零件在制造,安装上的误差，同步精度不高。同时，两个液压缸的负载差异不宜过大，否则会造成卡死现象.,这种同步回路是用刚性梁齿轮齿条
21、等机械零件在两个液压缸的活塞杆间实现刚性联结以便来实现位移的同步。,2.采用调速阀的同步回路,这种同步回路结构简单，但是两个调速阀的调节比较麻烦,而且还受油温泄漏等的影响故同步精度不高,不宜用在偏载或负载变化频繁的场合。,用调速阀的同步回路,3.用串联液压缸的同步回路,用串联液压缸的同步回路,当两缸同时下行时,若缸5活塞先到达行程端点,则挡块压下行程开关1S，电磁铁3YA得电,换向阀3左位投入工作,压力油经换向阀3和液控单向阀4进入缸6上腔,进行补油,使其活塞继续下行到达行程端点，从而消除累积误差。,4.用同步马达的同步回路,用同步马达的同步回路,两个马达轴刚性连接，把等量的油分别输入两个尺寸
22、相同的液压油缸中，使两液压缸实现同步。,5.容积式同步运动回路,6.节流式同步运动回路,（1）用分流阀控制的同步回路,（2）电液比例阀同步运动回路,7.5.3 运动互不干扰回路,小 结,本章所介绍的是一些比较典型和比较常用的基本回路。对于其他一些基本回路，感兴趣的读者可以根据书后所列的参考文献查阅。学习基本回路的目的，就是要掌握它的基本原理、特点，并能将它们有机的组合应用于复杂液压系统的设计当中，以满足所设计系统特定的工作要求。,习 题,7.1 在如图所示的双向差动回路中,A1A2和A3分别表示液压缸左右腔及柱塞缸的有效工作面积.qp为液压泵输出流量.如,试确定活塞向左和向右移动的速度表达式。
23、,题7.1图,7.2 在如图所示的系统中，液压缸两腔面积A1=2A2。液压泵和阀的额定流量均为q。在额定流量下，通过各换向阀的压力损失相同 MPa。液压缸空载快速前进时，忽略摩擦力及管道压力损失。试填写该系统实现“快进（系统最高可能达到的速度）工进快退停止”工作循环的电磁铁动作顺序表，并计算：,(1)空载差动快进时，液压泵的工作压力为多少？,(2)当活塞杆的直径较小时，若泵无足够的高压，差动缸的推力连本身的摩擦力和元件的阻力都不能克服，因而不能使活塞运动。试分析差动连接的液压缸在这种情况下活塞两腔的压力是否相等。,题7.2图,A,1,A,2,7.3 如图所示回路中的活塞在其往返运动中受到的阻力
24、F大小相等，方向与运动方向相反，试比较活塞向左和向右的速度哪个大？,题7.3图,7.4 如图所示回路中，泵的输出流量，溢流阀调整压力 MPa，两个薄壁孔口型节流阀的流量系数均为，两个节流阀的开口面积分别为，液压油密度=900 kg/m3，试求当不考虑溢流阀的调节偏差时：1）液压缸大腔的最高工作压力;2）溢流阀的流量。,题7.4图,7.5 如图所示回路为带补偿装置的液压马达制动回路。试分析图中三个溢流阀和两个单向阀的作用。,题7.5图,7.6 如图所示为采用调速阀的双向同步回路，试分析该同步回路工作原理及特点。,题7.6图,7.7 如图所示回路中，已知两液压缸的活塞面积相同，负载分别为。设溢流阀的调整压力为，试分析减压阀调整压力值分别为 时，两液压缸的动作情况。,题7.7图,7.8 试分析如图所示的平衡回路的工作原理。,题7.8图,7.9 在如图所示系统中。，立式液压缸活塞与运动部件自重，活塞在运动时的摩擦阻力 向下进给时工作负载 系统停止工作时，应保证活塞不因自重下滑。试求1）顺序阀的最小调定压力为多少？2）溢流阀的最小调定压力为多少？,题7.9图,7.10 如图所示液压回路，原设计是要求夹紧缸把工件夹紧后，进给缸才能动作，并且要求夹紧缸的速度能够调节。实际试车后发现该方案达不到预想目的，试分析其原因并提出改进的方法。,题7.10图,
