1、1本章提要本章提要本章提要 本章介绍液压基本回路，这些回路主要包括： 调速回路(包括节流调速回路和容积调速回路)快速运动回路 熟悉和掌握这些基本回路的组成、工作原理及应用，是分析、设计和使用液压系统的基础。注意注意2 快速运动回路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。 这里仅介绍液压缸差动连接的快速运动液压缸差动连接的快速运动回路回路和双泵供油的快速运动回路。双泵供油的快速运动回路。3 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。由于液压由于液压缸无杆腔的有效面积缸无杆
2、腔的有效面积A1A1大大于有杆腔的有效面积于有杆腔的有效面积A2A2，使活塞受到的向右作用力大于向左的作用力，导致活塞向右运动。液压缸差动连接的快速运动回路液压缸差动连接的快速运动回路4 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液压缸差动连接的快速运动回路5 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:)(21111AAA 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液压缸
3、差动连接的快速运动回路6 当换向阀6处于图示位置，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； 图双泵供油的快速运动回路图双泵供油的快速运动回路 设定双泵供油时设定双泵供油时系统的最高工作系统的最高工作压力压力低压大流量泵低压大流量泵1 1和高压和高压小流量泵小流量泵2 2组成的双联组成的双联泵作为系统的动力源。泵作为系统的动力源。 7 换向阀6的电磁铁通电后, 缸有杆腔经节流阀7回油箱，达到达到顺序阀顺序阀3 3的调定压力的调定压力后后, ,大流量泵大流量泵1 1通过阀通过阀3 3卸荷卸荷, ,单向阀单向阀4 4自动自动关闭关闭, ,只有小
4、流量泵只有小流量泵2 2单独向系统供油单独向系统供油,活塞慢速向右运动. 设定小流量泵设定小流量泵2 2的最高的最高工作压力工作压力 注意注意：顺序阀：顺序阀3 3的的调定压力至少应比调定压力至少应比溢流阀溢流阀5 5的调定压力的调定压力低低10%-20%10%-20%。 8 设定小流量泵设定小流量泵2 2的最高的最高工作压力工作压力 注意注意：顺序阀：顺序阀3 3的的调定压力至少应比调定压力至少应比溢流阀溢流阀5 5的调定压力的调定压力低低10%-20%10%-20%。 大流量泵1的卸荷减少了动力消耗，回路效率较高。这种回路常用在执行元件快进和工进速度相差较大的场合，特别是在机床中得到了广泛
5、的应用。9 液压系统常常需要调节的运动速度，以适应主机的工作循环需要。液压缸的速度为： Aq 液压马达的转速: MVqn 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。 10 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，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，调速既可以改变流量，也可改变马达排量。11目前常用的调速回路主要有以下几种： (1)(1)节流调速回路节流调速回路 采用定量泵供油，通过改变回路中
6、节流面积的大小来控制流量，以调节其速度。 (2)(2)容积调速回路容积调速回路 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）容积节流调速回路（联合调速） 下面主要讨论节流调速回路节流调速回路和容积调速回路容积调速回路。 节流调速回路有，旁路节流调速旁路节流调速三种基本形式。n设节流口为薄壁小孔，节流口压力流量方程中设节流口为薄壁小孔，节流口压力流量方程中 m1/2。12V图1进油路节流调速回路 进油节流调速回路正常工作的条件:泵的出口压力为溢流阀的调定压力并保持定值。注注意意 节流阀串联在泵和缸之间13（1 1）速度负载特性）速度负载特性
7、当不考虑泄漏和压缩时，活塞运动速度为： 11Aq(1) 活塞受力方程为： 11AFp 缸的流量方程为： mTTpCAq)(1mpTppCAq)(11 =mpTAFpCA)(1p2 液压缸回油腔压力，p20。 F 外负载力； 式中：V图1进油路节流调速回路 14 于是 mpmTFApACAAq)(11111(2)式中C 与油液种类等有关的系数；AT 节流阀的开口面积；Tp1ppppT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。15mpmTFApACAAq)(11111(2) 式 (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(2)按不同节
8、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。16mpmTFApACAAq)(11111图2 进油路节流调速回路速度负载特性曲线 100minmaxmaxcR17（2 2）功率特性）功率特性 图1中，液压泵输出功率即为该回路的输入功率为： pppqpPFFP11111qpAq 回路的功率损失为： 111qpqpPPPppp11)()(qppqqpTpp=1qpqpTp=而缸的输出功率为： V图1进油路节流调速回路 18 式中 溢流阀的溢流量, 。 q1qqqp 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 qpPp112qpPT1qp
9、qpPTppqpqpPPPppp11(3)V19 图3回油路节流调速回路采用同样的分析方采用同样的分析方法可以得到与进油法可以得到与进油路节流调速回路相路节流调速回路相似的速度负载特性似的速度负载特性.mpmFApACAT)(112 节流阀串联在节流阀串联在液压缸的回油路上液压缸的回油路上，20进油路和回油路节流调速的比较进油路和回油路节流调速的比较 回油节流调速能承受一定的负值负载 回油节流调速回路运动平稳性好。 进油节流调速的油液发热会使缸的内外泄漏增加； 回油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。 进油路、回油路节流调速回路结构简单，但效率较低，只宜用在
10、负载变化不大，低速、小功率场合，如某些机床的进给系统中。 工作部件运动碰到死挡 铁后，液压缸进油腔压力上升至溢流阀调定压力，压力继电器发出信号，可控制下一步动作。21 图4 旁油路节流调速回路 节流阀装在与节流阀装在与液压缸并联的支液压缸并联的支路上，利用节流路上，利用节流阀把液压泵供油阀把液压泵供油的一部分排回油的一部分排回油箱实现速度调节箱实现速度调节溢流阀作安全阀用，溢流阀作安全阀用，液压泵的供油压力液压泵的供油压力P Pp p取决于负载取决于负载。 22（1 1）速度负载特性）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
11、析方法可得速度表达式为： pq式中 qpt泵的理论流量； k泵的泄漏系数，其余符号意义同前。 1)()(11111AAFCAAFkqvAqqqAqvmTptptp23（2 2）功率特性）功率特性 回路的输入功率ppqpP1 回路的输出功率11111qpApFP回路的功率损失 qpqpqpPPPpp11111回路效率 ppqqqpqpPPp11111旁路节流调速只有节旁路节流调速只有节流损失，无溢流损失流损失，无溢流损失，功率损失较小。 用于功率较大且对速度稳定性要求不高的场合24 容积调速回路通过改变液压泵和液压马达的排量来调节执行元件的速度。由于没有节流损失和溢流损失，回路效率高，系统温升小
12、，适用于高速、大功率调速系统。 容积调速回路有泵泵- -缸式回路缸式回路和泵泵- -马达式回路马达式回路。这里主要介绍泵-马达式容积调速回路。 25闭式调速回路闭式调速回路 马达为定量,改变泵排量VP可使马达转速nM随之成比例地变化. 泵的转速 np 和马达排量VM 视为常数，改变泵的排量Vp可使马达转速 nM 和输出功率 PM 随之成比例的变化。马达的输出转矩 TM 和回路的工作压力p 取决于负载转矩，不会因调速而发生变化，所以这种回路常称为恒转矩调速回路。26 图7变量泵-定量马达容积调速回路 防止回路过载 补偿泵3和马达5的泄漏 调 定 油 泵 1的供油压力辅助泵使低压辅助泵使低压管路始
13、终保持管路始终保持一定压力一定压力, , 改改善了主泵的吸善了主泵的吸油条件油条件, ,且可且可置换部分发热置换部分发热油液油液, ,降低系降低系统温升。统温升。27 图7变量泵-定量马达容积调速回路 图8变量泵-定量马达容积调速回路 工作特性曲线 防止 回路过载 补偿泵3和马达5的泄漏 调 定 油 泵 1的供油压力28 在低速段，先将马达排量调至最大，用变量泵调速，当泵的排量由小变大，直至最大，马达转速随之升高，输出功率也随之线性增加。此时因马达排量最大，马达能获得最大输出转矩，且处于恒转矩状态（恒转矩调节）。 高速段，泵为最大排量，用变量马达调速，将马达排量由大调小，马达转速继续升高，输出
14、转矩随之降低。此时因泵处于最大输出功率状态不变，故马达处于恒功率状态（恒功率调节）。 53874629 。 53874630 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。 图8.13用机械联结的同步回路 31 图8.13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这种同步回路是用刚性梁齿轮齿轮齿条等机械零件在两个液齿条等机械零件在两个液压缸的活塞杆间实现刚性联结压缸的活塞杆间实现刚性联结以便来实现位移
15、的同步。以便来实现位移的同步。 32 这种同步回路结这种同步回路结构简单，但是两个调构简单，但是两个调速阀的调节比较麻烦速阀的调节比较麻烦, ,而且还受油温而且还受油温 泄漏等泄漏等的影响故同步精度不的影响故同步精度不高高, ,不宜用在偏载或负不宜用在偏载或负载变化频繁的场合。载变化频繁的场合。 图8.14 用调速阀的同步回路 33 图8.15用串联液压缸的同步回路 当两缸同时下行时当两缸同时下行时, ,若缸若缸5 5活塞先到达行程端点活塞先到达行程端点, ,则挡块则挡块压下行程开关压下行程开关1S1S，电磁铁，电磁铁3YA3YA得电得电, ,换向阀换向阀3 3左位投入工作左位投入工作, ,压
16、力油经换向阀压力油经换向阀3 3和液控单向和液控单向阀阀4 4进入缸进入缸6 6上腔上腔, ,进行补油进行补油, ,使使其活塞继续下行到达行程端点，其活塞继续下行到达行程端点，从而消除累积误差。从而消除累积误差。 这种回路同步精度较高,回路效率也较高.注意:回路中泵的供油压力至少 是两个液压缸工作压力之和。34图8.16 用同步马达的同步回路 两个马达轴刚性连接，两个马达轴刚性连接，把等量的油分别输入两个尺把等量的油分别输入两个尺寸相同的液压油缸中，使两寸相同的液压油缸中，使两液压缸实现同步液压缸实现同步。消除行程端点两缸的位置误差35 顺序动作回路，根据其控制方式的不同，分为、和三类，这里只
17、对前两种进行介绍。 36图8.17 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。 动作动作137 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; 动作动作238当活塞杆上的挡块压下行程开关8S,使 3 Y A 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； 动作动作339 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
18、返回. 当挡块压下行程开关7S时,4YA断电,活塞停止运动,至此完成一个工作循环。 40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;动作动作141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；动作动作242 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; 动作动作343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
19、电，2YA得电,阀1右位工作，缸7的活塞向左退回，实现动作顺序4。动作动作444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。循环至动作循环至动作145 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。 图8.19 用单向顺序阀的平衡回路 146 调节单向顺序阀1的开启压力,使其稍大于立式液压缸下腔的背压.活塞下行时,由于回路上存在一定背压支承重力负载,活塞将平稳下落;换向阀处于中位时,活塞停止运动. 图8.19 用单向顺序阀的平衡回路
20、 1 此处的单向顺序阀又称为平衡阀4748 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，一类是执行元件不需要保持压力另一类是执行元件需要保持压力。49 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。 图8.21 用换向阀中位机能的卸荷回路 50 图8.22 用电磁溢流阀的卸荷回路1 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，二位二通电磁阀得电，溢流阀的遥控口通过电磁阀回油箱，泵输出的油液以很低的压力经溢
21、流阀回油箱，实现泵卸荷。 51 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。图8.23 用限压式变量泵的卸荷回路 52 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。 图8.24 用卸荷阀的卸荷回路2YA1YA3142蓄能器保压卸荷阀使泵卸荷 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。
