第七章液压基本回路

1第七章液压基本回路2液压系统是由一些基本回路组成，能实现某种特定功能的回路。如压力控制回路、速度控制回路、方向控制回路、多缸动作回路等，这些回路的功能主要不在于传递动力，而在于实现某些特定的功能。所以一般不宜从功率、效率的角度出发去判断其优劣，应从它们所要完成的工作出发去考虑其质量。前言3§7-1压力回路压力回路是控制液压系统整体或某一部分的压力，以使执行元件获得所需的力或转矩或保持受力状态的回路。这类回路包括调压、减压、卸荷、保压、释压、平衡等回路。41、使液压系统整体或某一部分的压力保持恒定或不超过某个数值。一、调压回路功用52、可以实现多级压力的变换。pApBpDT•当DT+时，p=pB•当DT-时，p=pA63.多级调压回路7使系统中的某一部分油路具有较低的稳定压力。二、减压回路及增压回路减压回路功用关于回路的几点说明：1)、回路中单向阀的作用：主油路压力降低（低于减压阀的调整压力）时防止液流倒流，起短时保压的作用。2)、当减压回路上的执行元件需要调速时，调速元件应放在减压阀的后面，这样才可以避免减压阀泄漏对执行元件的速度发生影响。3)、0.5MPa≤pJ≤系统压力-0.5MPa。8增压回路910在液压泵驱动电机不须频繁启闭的情况下，使液压泵在零压或很低压力下运转，以减少功率损耗，降低系统发热，延长泵和电机的使用寿命。三、卸荷回路功用111、采用M（H或K）型换向阀的卸荷回路：特点：这种卸荷方式结构简单，液压泵在极低的压力下运转，但切换时压力冲击较大。只适用于低压小流量系统。122、采用M（H或K）型电液换向阀的卸荷回路：特点：这种回路切换时压力冲击小，但回路中必须设置单向阀，以使系统保持0.2～0.3MPa的压力，供操纵油路之用。133、泵出口旁路上用二位二通阀的卸荷回路：特点：在低压小流量（pp≤2.5MPa，qp≤40L/min）的液压系统中采用此卸荷回路比较简单、有效。至系统144、采用溢流阀的卸荷回路：特点：这种回路的卸荷压力小，切换时冲击不大；二位二通阀只须通过很少一部分流量，规格尺寸可以选得小些，所以这种卸荷方式适用于流量大的系统。155、双泵的卸荷回路：1、大流量泵2、卸荷阀3、单向阀4、换向阀5、节流阀6、溢流阀7、小流量泵16防止垂直或倾斜放置的液压缸和与之相连的工作部件因自重而自行下落，在活塞向下运动的回油路上串联一个背压元件，阻止活塞因自重而下落的回路。功用四、平衡回路17特点：这种回路在活塞向下快速运动时功率损失较大，锁住时活塞和与之相连的工作部件会因单向顺序阀和换向阀的泄漏而缓慢下落；因此只适用于工作部件重量不大、活塞锁住时定位要求不高的场合。1、溢流阀2、换向阀3、单向顺序阀18使系统在液压缸不动或仅有极微小的位移下稳定地维持住压力。五、保压回路功用1、溢流阀2、换向阀3、液控单向阀4、电接触式压力表191、工作原理•当换向阀右位接入回路时→缸上腔成为压力腔→压力到达预定上限值时→电接触式压力表发生信号→换向阀切换成中位→这时液压泵卸荷→液压缸由液控单向阀保压；•当液压缸上腔压力下降到预定下限值时→压力表发出信号→换向阀右位接入回路→泵给缸上腔补油，使其压力上升。2、特点：这种回路保压时间长，压力稳定性高，适用于保压性能较高的高压系统。五、保压回路20利用蓄能器的保压回路21使高压大容量液压缸中储存的能量缓缓释放，以免它突然释放时产生很大的液压冲击。功用六、释压回路221、工作原理液压缸上腔的高压油在换向阀5处于中位时通过节流阀6、单向阀7和换向阀5释压，释压快慢由节流阀调节。当此腔压力降至压力继电器4的调定压力时，换向阀切换至左位，液控单向阀2打开，使液压缸上腔的油通过该阀排到液压缸顶部的副油箱3中去。2、一般缸直径D25cm，p7MPa时，其油腔在排油前就须先释放。3、特点：使用这种释压回路无法在释压前保压，释压前有保压要求时换向阀也可用M型，并另配备相应的元件。§7-2速度控制回路23•调速回路-----调节执行元件速度，分为：节流调速、容积调速、容积节流调速•节流调速------定量泵+节流阀•容积调速-----利用变量泵出口流量可调•容积节流调速------变量泵+调速阀24一节流调速回路通过改变回路中流量控制元件通流截面积的大小来控制流入执行元件或自执行元件流出的流量，以调节其运动速度。按工作中回路压力是否随负载变化分：•定压式节流调速回路•变压式节流调速回路工作原理25（一）、定压式节流调速回路定压式节流调速回路的一般形式如下：进口节流式出口节流式71326进、出口节流式27下面以“进口节流式”为主，进行讨论（1）、回路的特点：1、液压泵的压力经溢流阀调定后,基本上保持不变；2、液压缸的输入流量由节流阀调节，定量泵输出的多余油液经溢流阀排回油箱—回路正常工作的必要条件。(2)、回路的机械特性:(v—F的关系)1、关系式：当不考虑回路中各处摩擦力作用时，则有下式成立：528整理(1)，(2)，(3)式，可得：292、机械特性曲线30由图可知：当溢流阀的调整压力pp和节流阀的通流截面积AT1调定之后1）、对于调速阀而言:F↑↓→v不变2）、对于节流阀而言:①、F↑↓→v↓↑②、当F=A1pp时，v=0即活塞停止运动；③、定压式节流调速回路的承载能力是不受AT1的变化影响的。31(3)、回路速度刚性：活塞运动速度受负载影响的程度，它是回路对负载变化抗衡能力的一种说明。某处的斜率↓→kv↑→机械特性越硬→活塞运动速度受负载变化的影响↓→活塞在负载下的运动越平稳。32影响kv的因素：1、当AT1不变时，F↓→kv↑2、当F不变时，AT1↓→kv↑3、pp↑或A1↑或φ↓→kv↑(pp，A1，φ的变化受其它条件的限制)33(4)、回路的功率特性：以其自身的功率损失（不包括泵、缸、管道的功率损失），功率损失分配情况和效率来表达的。1、功率损失：定压式进口节流调速回路的输入功率PP（即定量泵的输出功率）、输出功率P1和功率损失△P分别为：5342、功率损失分配回路的功率损失包括两部分：1)、溢流损失：△P1=Pp△q2)、节流损失：△P2=△PT1q13、效率1)、当液压缸在恒载下工作时（F不变）：影响因素：①、当q1∕qp↑(或△q↓)→ηc↑②、当p1∕pp↑(F↑)→ηc↑352)、当液压缸在变载下工作时：当AT1不变时，若F↑↓→p1↑↓→q1↓↑∵P1=p1q1∴当p1=0或p1=pp时，P1=0因此，当p1在0～pp之间变化时，P1有一最大值，即：36整个回路的功率损失很大，回路的效率很低。∴结论37（5）、回路的调速范围Rc：以其所驱动的液压缸在某个负载下可能得到的最大工作速度和最小工作速度之比表示。式中：RT1—节流阀的调速范围定压式进口节流调速回路的调速范围只受流量控制元件调节范围的限制。结论38（6）、回路中组成元件的泄漏1、液压泵处的泄漏较大，但只影响通过溢流阀的流量；2、节流阀和液压缸的泄漏很小；结论(7)、回路的优缺点结构简单，价格低，效率低，只宜用在负载变化不大、低速、小功率的场合。泄漏对回路各项性能的影响不大39（二）、变压式节流调速回路2140一)、回路的特点1、回路的工作压力随负载而变；2、节流阀调节排回油箱的流量，从而间接地控制了流入缸中的流量；3、此回路的溢流阀起安全保护作用。二)、回路的机械特性变压式节流调速回路的液压泵的泄漏对液压缸的工作速度有影响，泄漏的大小又直接与回路的工作压力有关。即：41式中：kl—泵的泄漏系数∴根据上式，按不同的AT值作图，可得一组机械特性曲线。1942由图可知：1、对于调速阀而言F↑↓→v基本不变2、对于节流阀而言①、当AT不变时，F↑→v↓↓所以机械特性比定压式的“软”的多②、当F到达某一数值时，v=0③、回路的承载能力是变化的，即v↓(AT↑)→承载能力↓AT1AT2AT3AT1AT2AT343三)、回路的速度刚性影响kv的因素1、当AT不变时，F↑→kv↑2、当F不变时，AT↓(v↑)→kv↑3、A1↑或φ↓或kl↓→kv↑44四)、回路的功率特性∴q1↑(v↑)→ηc↑变压式节流调速回路的效率比定压式节流调速回路的效率高。结论45五）、回路的调速范围由上式可知：1、Rc不只取决于RT，而且还和其它参数有关；2、式中RT不是节流阀可能的调速范围（因为AT加大到某值时v=0，再增加AT也不会起调速作用）。46（三）、节流调速回路工作性能的改进使用节流阀的节流调速回路，机械特性都比较软，变载下的运动平稳性都比较差。为了克服这一缺点，回路中的流量控制元件可以改用调速阀或溢流节流阀。上述这些性能上的改进都是以加大整个流量控制阀的工作压差为代价的（一般工作压差最少须0.5MPa，高压调速阀则须1MPa）。2947调速阀在进油路上调速阀在回油路上4826调速阀在分支油路上溢流节流阀在进油路上49二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。工作原理液压泵和执行元件都是定量元件时，不能进行容积调速。注意50回路的特性1、泵输出的油直接进入执行元件，不会发生节流损失和溢流损失；2、工作压力随负载变化，因此效率高，发热少。回路的分类1、按油液循环方式不同①、开式回路：泵从油箱吸油后输入执行元件,执行元件排出的油直接回油箱。②、闭式回路：泵将油输入执行元件的吸油腔，又从执行元件的回油腔处吸油。2、按所用执行元件的不同•泵—缸式容积调速回路•泵—马达式容积调速回路51一、泵—缸式容积调速回路(一)、泵—缸式开式容积调速回路1、变量泵2、安全阀521、回路特点•执行元件的运动速度由变量泵的排量来调节；•回路中的最大工作压力由溢流阀限定。2、机械特性若不考虑液压泵以外元件和管边的泄漏，则53下面按不同的qt值作图，可得一组机械特性曲线。qt1qt2qt3qt1qt2qt3由图可知1)、当qt调节好后，F↑→v↓(∵变量泵有泄漏)；2)、在低速下，当F增大至某值时，v=0；这时qt=泄漏量，即液压泵向系统输入的qp=0，所以这种回路在低速下的承载能力很差。543、回路的速度刚性kv影响kv的因素：1)、kv不受F的影响；2)、A1↑→kv↑↑，或kl↓(泄漏↓）→kv↑4、回路的调速范围式中：Rp—变量泵的调节范围；qtmax—变量泵的最大理论流量。55(二)、泵—缸式闭式容积调速回路1、辅助泵2、溢流阀3、换向阀4、液动阀5、单向阀6、安全阀7、变量泵8、安全阀9、单向阀37561、双向变量泵：除了给液压缸供应所需的油液外，还可以改变输油方向，使液压缸运动换向(换向过程比使用换向阀平稳，但换向时间长)。2、两个安全阀：用以限制回路每个方向的最高压力。3、两个单向阀：“补油—变向”辅助装置供补偿回路中泄漏和液压缸两腔流量差额之用。一些元件在回路中的作用574、换向阀：变换工作位置时，辅助泵输出的低压油一方面改变液动阀的工作位置，并作用在变量泵定子的控制缸a或b上，使变量泵改变输油方向；另一方面又接通变量泵的吸油路，补偿封闭油路中的泄漏，并使吸油路保持一定压力以改善变量泵吸油情况。5、辅助泵：输出的多余油液经溢流阀流回油箱。6、变量泵：只在换向过程中通过单向阀直接从油箱吸油。注意：这种回路的工作特性和开式的完全相同。3558二、泵—马达式容积调速回路1、变量泵—定量马达式调速回路（恒转矩调速回路）特点：此回路的调速范围较大，一般可达Rc≈40。当回路中泵和马达都能双向作用时，马达可以实现平稳的反向。这种回路在小型内燃机车、液压起重机、船用绞车等处的有关装置上应用。592、定量泵—变量马达式调速回路（恒功率调速回路）特点：这种回路的调速范围很小，一般只有Rc≦3。不能用来使马达反向。这种回路在造纸、纺织等行业的卷取装置中得到了应用。603、变量泵—变量马达式调速回路特点：这种回路拓宽了调速范围，即Rc=RPRM。效率较高，适用于大功率场合。61三容积节流调速回路采用压力补偿型变量泵供油，用流量控制元件确定进入液压缸或由液压缸流出的流量来调节活塞的运动速度，并使变量泵的输油量自动地与液压缸