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1、1,第七章 液压基本回路,液压与气压传动,2,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,同步回路,顺序回路,平衡回路和卸荷回路,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。,压力控制回路,7.1 压力控制回路,在定量泵系统中，液压泵的供油压力可以通过溢流阀来调节。在变量泵系统中，用溢流阀作安全阀用来限定系统的最高压力，防止系统过载。当系统中如需要两种以上压力时，则可采用多级调压回路。,7.1.1 调压回路,远程调压原理,输出25MPa,调节溢流阀便可调节泵的供油压力。,（1） 单级调压回路,
2、为了便于调压和观察，溢流阀旁一般要就近安装压力表。,当换向阀在左位工作时，活塞为工作行程，泵出口压力较高，由溢流阀1调定。,（2） 双向调压回路,当执行元件正反向运动需要不同的供油压力时，可采用双向调压回路。,当换向阀在右位工作时，活塞作空行程返回，泵出口压力较低，由溢流阀2调定。,（2） 双向调压回路,（2） 双向调压回路,在图示位置时，阀2的出口被高压油封闭，即阀1的远控口被堵塞，故泵压由阀1调定为较高压力。,（2） 双向调压回路,当换向阀在右位工作时，液压缸左腔通油箱，压力为零，阀2相当于阀1的远程调压阀，泵的压力由阀2调定。,（2） 双向调压回路,在不同的工作阶段，液压系统需要不同的工
3、作压力，多级调压回路便可实现这种要求。,（3） 多级调压回路,右图所示为二级调压回路。图示状态下，泵出口压力由溢流阀3调定为较高压力。,图示状态下，阀2换位后，泵出口压力由远程调压阀1调为较低压力。,（3） 多级调压回路,（3） 多级调压回路,（3） 多级调压回路,（3） 多级调压回路,液压系统工作时，执行元件短时间停止工作，不宜采用开停液压泵的方法，而应使泵卸荷（如压力为零）。利用电磁溢流阀可构成调压-卸荷回路。,（4）电磁溢流阀调压-卸荷回路,电磁溢流阀是由先导式溢流阀和两位两通电磁换向阀组合而成的复合阀，既能调压又能卸荷。如图6.27所示，当二位二通换向阀电磁铁通电时，电磁溢流阀可实现调
4、压；电磁铁断电时，液压泵处于卸荷（卸压）状态。,7.1.2 减压回路,经过减压后 支路压力为3MPa,液压系统中的定位、夹紧、控制油路等支路，工作中往往需要稳定的低压，为此，在该支路上需串接一个减压阀图6.28(a)。,7.1.2 减压回路,图6.28(b)为用于工件夹紧的减压回路。夹紧时，为了防止系统压力降低油液倒流，并短时保压，在减压阀后串接一个单向阀。图示状态，低压由减压阀1调定；当二通阀通电后，阀1出口压力则由远程调压阀2决定，故此回路为二级减压回路。,21,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
5、.2 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。,22,7.2.1 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左的作用力，导致活塞向右运动。,图7.1 液压缸差动连接的快速运动回路,23,24,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。,图7.1 液压缸差动连接的快速运动回路,25,当
6、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7.2双泵供油的快速运动回路,7.2.2 双泵供油的快速运动回路,26,换向阀6的电磁铁通电后, 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.,27,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的应用。,28,7.3 调速回路,7.3.1 调速方法概述,液压系统常常需要调节液压缸和液压马
7、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。,29,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。,30,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
8、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。,7.3.2 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。,31,7.3.2.1 进油路节流调速回路,图7.3进油路节流调速回路,32,（1）速度负载特性,活塞受力方程为：,缸的流量方程为：,=,33,于是,(7.4),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。,3
9、4,(7.4),式 (7.4)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(7.4)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。,35,图7.4 进油路节流调速回路速度负载特性曲线,36,（2）功率特性,图7.3中，液压泵输出功率即为该回路的输入功率为：,回路的功率损失为：,而缸的输出功率为：,37,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,(7.6),38,7.3.2.2 回油路节流调速回路,图7.5回油路节流调速回路,采用同样的分析方法可以得到与进油路节流调速回
10、路相似的速度负载特性.,39,进油路和回油路节流调速的比较,(1) 承受负值负载的能力 回油节流调速能承受一定的负值负载,(2) 运动平稳性 回油节流调速回路运动平稳性好。,(3) 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；,(4) 启动性能 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，只宜用在负载变化不大，低速、小功率场合，如某些机床的进给系统中。,40,7.3.2.3 旁油路节流调速回路,图7.6 旁油路节流调速回路,节流阀装在与液压缸并联的支路上，利用节流阀把液压泵供油的一部分排回油
11、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。,41,（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：,(7.8),42,（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,旁路节流调速只有节流损失，无溢流损失，功率损失较小。,注意:节流调速回路速度负载特性比较软，变载荷下的运动平稳性比较差。为了克服这个缺点，回路中的节流阀可用调速阀来代替。,43,7.3.3 容积调速回路,容积调速回路有泵-缸式回路和泵-马达式回路。这里主要介绍泵-马达式容积调速回路。,7.3
12、.3.1 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随之成比例地变化.,44,图7.7变量泵-定量马达容积调速回路,45,图7.7变量泵-定量马达容积调速回路,46,7.3.3.2定量泵-变量马达式容积调速回路,47,7.3.3.3 变量泵-变量马达式容积调速回路,。,48,7.4 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。,7.3.1 液压缸机械联结的同步回路,图7.13用机械联结的同步回路,49,7.4.1 液压缸机械联结的同步回路,图7.13用机械联结的同
13、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。,50,7.3.2 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。,图7.14 用调速阀的同步回路,51,7.3.3 用串联液压缸的同步回路,图7.15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
14、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。,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。,52,7.3.4 用同步马达的同步回路,图7.16 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相同的液压油缸中，使两液压缸实现同步。,53,7.5 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，这里只对前两种进行介绍。,54,7.5.1 行程控制顺序动作回路,图7.17 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
15、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1,55,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2,56,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3,57,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时,4YA断电,活塞停止运动,至此完成一个工作循环。,动作4,58,7.5.2 压力
16、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1,59,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2,60,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3,61,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，缸7的活塞向左退回，实现动作顺序4。,动作4,62,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1,63,7.6 平衡回路,为了防止立式液压缸与垂
