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1、,液压与气动,第七章 液压基本回路,液压系统不论如何复杂，都是由一些液压基本回路所组成。所谓基本回路是指由若干个液压元件组成的且能够完成某种特定功能的液压元件和管路的组合，如用来调节液压泵供油压力的调压回路，改变液压执行元件运动方向的方向回路等都是常见的基本回路。熟悉和掌握典型的液压基本回路的组成、工作原理和性能，是分析、设计、使用和维护各种液压系统的基础。 液压基本回路根据完成的功能可分为方向控制回路、压力控制回路、速度控制回路和多缸工作控制回路等四种回路。,第一节 方向控制回路,方向控制回路是控制液压系统中执行元件的起动、停止和换向的回路。这类回路包括换向回路和锁紧回路两种基本回路。 一、
2、换向回路 1、2液控单向阀几乎所有的液压系统中都包含换向回路。除了在容积调速的闭式回路中采用双向变量液压泵来控制执行元件的换向外，在其他回路中则都是靠各种换向阀来实现。换向阀的选用要根据回路的要求和使用场合来定。,手动换向阀换向精度和平稳性不高，常用于换向不频繁且无需自动化的场合，如机床夹具、工程机械等。速度和惯性较大的液压系统，采用机动阀较为合理，只需改变运动部件上的挡块的迎角，即可减小换向冲击，并有较高的换向位置精度。电磁阀使用方便，易于实现自动化，但换向时间短，换向冲击大，适用于小流量、平稳性要求不高处。流量较大，对换向精度和平稳性有一定要求的液压系统，可采用电液换向阀，或采用以手动阀或
3、机动阀作先导阀，液动阀为主阀的复合阀。,二、锁紧回路 锁紧回路的功能是使执行元件停止在任意位置上，且能防止停止运动后因外力作用而发生移动。 通常采用O型或M型中位机能的三位换向阀构成锁紧回路。当阀处于中位时，执行元件的进、出油口均被封死，可使执行元件在行程任意位置停止。但由于受到换向阀(滑阀结构)泄漏的影响，执行元件不能长时间保持静止不动，锁紧效果较差。,图7-1所示为采用两个并联连接液控单向阀1、2(又称液压锁)所组成的锁紧回路。执行元件可以在行程中的任何位置停止并锁紧。由于液控单向阀(锥阀结构)的密封性好，泄漏小，可较长时间锁紧，其锁紧效果只受液压缸泄漏和油液可压缩性的影响，因此其锁紧效果
4、较好。这种回路常用于工程机械、起重机械和飞机起落架的液压系统中。,第二节 压力控制回路,压力控制回路是对系统整体或系统某一部分的压力进行控制，以满足执行元件对力或转矩要求的回路。这类回路包括调压、卸荷、保压、增压、减压、平衡等多种回路。 一、调压回路 调压回路的功用是使液压系统的压力保持恒定或不超过某一数值。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，用安全阀来限定系统最高压力。若液压系统在不同工作阶段需要两种以上不同大小的压力时，可采用多级调压回路。 1.二级调压回路 如图7-2a所示的调压回路，可实现两种不同的压力控制。当电磁阀断电时(图示状态)，系统压力由阀1调
5、节，电磁阀通电后，系统压力由阀2调节。但要注意：阀2的调定压力一定要小于阀1的调定压力。,2.多级调压回路 图7-2b所示为三级调压回路。当两电磁铁均不带电系统压力由阀1调定；当1YA通电时，由阀2调定系统压力；当2YA通电时，系统压力由阀3调定。但要注意：阀2和阀3的调定压力一定要小于阀1的调定压力，而阀2和阀3的调定压力之间没有什么一定的关系。 图7-2c所示为电液比例调压回路。通过调节比例溢流阀的输入电流，即可实现系统压力的无级调节。此回路结构简单，调压过程平稳，且容易使系统实现远距离控制或程序控制。,二、卸荷回路 卸荷回路的功用是在系统执行元件短暂停止工作期间，不关闭驱动液压泵的电动机
6、，使液压泵在很小输出功率下运转，以减小功率损耗，降低系统发热，延长液压泵和电动机的使用寿命。因为液压泵的输出功率为其流量和压力的乘积，因而两者任一近似为零，功率损耗即近似为零，因此液压泵的卸荷有流量卸荷和压力卸荷两种方法。流量卸荷用于变量泵，使泵仅为补偿内部泄漏而以最小流量运转，此方法简单，但泵处于高压状态，磨损较严重；压力卸荷的方法是使泵在零压或接近零压下运转。常见的压力卸荷回路有以下几种：,1.采用三位换向阀的卸荷回路 M、H和K型中位机能的三位换向阀处于中位时，液压泵即卸荷，如图7-3a所示。图7-3b所示为采用二位二通换向阀旁路卸荷。这两种方法比较简单，但换向阀换向时压力冲击较大，仅适
7、用于低压、小流量的场合。若将图7-3a中的换向阀改为装有换向时间调节器的电液换向阀，则可用于流量较大的系统，并且卸荷效果较好。但此时应注意泵的出口或换向阀的回油口应设置背压阀，以便系统能重新起动。,2.用电磁溢流阀的卸荷回路 图7-4所示的卸荷回路采用先导型溢流阀和流量规格较小的二位二通电磁阀组成一个电磁溢流阀。当电磁阀断电时，先导型溢流阀的遥控口接油箱，其主阀口全开，液压泵实现卸荷。这种卸荷回路卸荷压力小，切换时冲击也小。,3.二通插装阀卸荷回路 图7-5所示为二通插装阀的卸荷回路。由于插装阀通流能力大，因此这种卸荷回路适用于大流量的液压系统。当电磁阀2断电时，泵压力由阀1 调节；通电后，主
8、阀上腔接通油箱，主阀口完全打开，泵即卸荷。,三、保压回路 有的机械设备在工作过程中，常常要求液压执行元件保持一定工作压力一段时间，这时需采用保压回路。保压性能的两个主要指标为保压时间和压力稳定性。,1. 利用蓄能器的保压回路 如图7-6所示可实现工件夹紧的回路，当主换向阀在左位工作时，液压缸前进并压紧工件，进油路压力升高到调定值，压力继电器便发出电信号使二位二通阀通电，泵即卸荷，单向阀自动关闭，液压缸则由蓄能器保压。缸压不足时，压力继电器复位使泵重新向缸供油。此回路的保压时间取决于蓄能器的容量，调节压力继电器的通断调节区间即可调节缸压力的最大和最小值。,2.自动补油保压回路 图7-7所示为采用
9、液控单向阀和电接触式压力表自动补油的保压回路。当1YA通电，换向阀在右位工作，活塞下行加压，当液压缸上腔压力达到保压要求时，电接触压力表发出电信号，使1YA断电，换向阀处于中位，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调定值时，电接触压力表又发出电信号，使1YA重新通电，液压泵又向液压缸供油，使压力上升，实现补油保压。2YA通电，换向阀处于左位时，活塞向上退回，此时液控单向阀反向导通。,2.双作用增压缸的增压回路 如图7-8b所示为双作用增压缸的增压回路，它能连续输出高压油，适用于增压行程要求较长的场合。在图7-8b所示位置，液压泵压力油进入增压缸左端大、小活塞腔，右端大活塞腔接
10、油箱，右端小活塞腔输出的高压油经单向阀4输出，此时单向阀1、3被封闭。当增压缸活塞移到右端时，换向阀的电磁铁通电，换向阀在右位工作，增压缸活塞向左移动，左端小活塞腔输出的高压油经单向阀3输出。这样，增压缸的活塞不断往复运动，其两端便交替输出高压油，从而实现了连续增压。,五、减压回路 减压回路的功用是使液压系统中的某一支路获得比主油路低的稳定工作压力。机床的工件夹紧、导轨润滑及控制油路常采用减压回路。 图7-9a所示为常见的减压回路。泵的供油压力(即主油路压力)根据系统负载大小由溢流阀1调定，夹紧缸所需的低压力油则靠减压阀2来调节。单向阀3的作用是在主油路压力降低到小于减压阀调定压力时防止油液倒
11、流，起短暂保压的作用。 图7-9b所示为二级减压回路。它是在先导型减压阀2的遥控口上接一远程调压阀3，此回路则可由阀2、阀3各调得一种低压，但要注意，阀3的调定压力一定要小于阀1的调定压力。,六、平衡回路 平衡回路的功用是防止立式液压缸及工作部件因自重而自行下落或在下行运动中因自重造成速度失控。其平衡机理是使立式液压缸的下腔保持一定的背压力，以便与重力负载相平衡。 1.单向顺序阀的平衡回路 在垂直放置的液压缸的下腔接一个单向顺序阀可防止液压缸因自重而自行下滑。但此回路在下行时有较大的功率损失。为此可采用如图7-10a所示的采用外控单向顺序阀的回路。单向顺序阀的调定压力应稍大于因运动部件自重在液
12、压缸下腔形成的压力。这种平衡回路在活塞下行时，回油腔有一定的背压，运动平稳，但有较大的功率损失。在活塞停止期间工作部件会因为单向顺序阀和换向阀的泄漏而缓慢下降。因此，这种回路只适应于工作部件质量不大且锁紧要求不高的场合。,2.采用液控单向阀的平衡回路 图7-10b所示为用液控单向阀的平衡回路。由于液控单向阀是锥面密封，泄漏极小，因此这种回路闭锁性能好。回油路上串联节流阀，用于防止活塞下行时出现速度大幅度波动，起到调速作用。,第三节 速度控制回路,速度控制回路是对液压系统中的执行元件的运动速度和速度切换进行控制的回路。这类回路包括调速回路、快速运动回路和速度换接回路等。 一、调速回路 调速回路是
13、用来调节执行元件的工作速度。在不考虑油液的可压缩性和泄漏的情况下，执行元件的速度表达式为,从上两式可以看出，改变输入执行元件的流量、液压缸的有效面积或液压马达的排量均可以达到调速的目的。 液压系统的调速方法有以下三种： 1)节流调速。采用定量泵供油，由流量阀调节进入执行元件的流量来调节速度。 2)容积调速。采用变量泵改变输出流量或改变液压马达的排量来实现调速。 3)容积节流调速。采用变量泵和流量阀联合来调节速度，又称为联合调速。 1.节流调速回路 节流调速回路由定量泵供油，用流量阀控制进入执行元件或从执行元件流出的流量，以调节其运动速度。根据流量阀在回路中安装位置不同，分为进油路节流调速、回油
14、路节流调速和旁油路节流调速三种形式。,(1)进油节流调速回路如图7-11a所示，节流阀串联在液压泵和液压缸之间。调节节流阀的通流面积便能控制进入液压缸的流量，从而达到调速的目的。定量泵多余的油液经溢流阀流回油箱，泵出口处的压力pp为溢流阀的调定压力并基本保持为恒定。在这种调速回路中，节流阀和溢流阀联合使用才起调速作用。,1)速度负载特性。液压缸在以稳定的速度运动时，作用在活塞上的力平衡方程为,式中p1、p2液压缸进油腔、回油腔的压力(MPa)(图中回路p20)； A1、A2液压缸无杆腔、有杆腔的有效面积(mm2)； F液压缸的负载(N)。,所以有,则节流阀两端的压力差为,根据节流阀的流量特性公
15、式q=KATpm，因此通过节流阀进入液压缸的流量q1为,则液压缸的运动速度为,式(7-7)即进油路节流调速回路的速度负载特性公式。由该式可知，液压缸的运动速度v和节流阀通流面积AT成正比。调节AT可实现无级调速，这种回路的调速范围较大。 根据式(7-7)，选择不同的AT值作v-F坐标曲线，可得一组曲线，即为该回路的速度负载特性曲线，如图7-11b所示。速度负载特性曲线表明速度随负载而变化的规律，曲线越陡，说明负载变化对速度的影响越大，即速度刚性越差。曲线越平缓，刚性越好。因此从速度负载特性曲线可知： 当节流阀通流面积AT不变时，缸的运动速度v随负载F增大而减小，因此这种回路的速度负载特性较软。
16、,当AT一定时，重载区比轻载区的速度刚性要差。 当负载不变时，AT小，速度刚性好，即低速时的速度刚性好。 2)最大承载能力。由图7-11b可看出，不同AT的速度负载特性曲线交于负载F轴上的同一点，该点所对应的负载即为该回路的最大承载能力Fmax。由式(7-7)可知，Fmax=ppA。在泵供油压力pp由溢流阀调定的情况下，其最大承载能力为一定值。 3)功率和效率。液压泵的输出功率为Pp=ppqp=常量，而液压缸的输出功率为,由于存在溢流损失和节流损失，故这种调速回路的效率较低。该回路适用于轻载、低速、负载变化不大和对速度稳定性要求不高的小功率液压系统。,(2)回油节流调速回路在执行元件的回油路上设置一个流量阀，即构成回油节流调速回路。图7-12所示为采用节流阀的回油节流调速回路。用节流阀调节液压缸的回油流量，也就间接地控制了进入液压缸的流量，从而实现调速
