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1、液压基本回路本章提要：本章主要介绍前面讲述的换向回路、锁紧回路、调压回路、减压回路等以外的液压基本回路，这些回路主要包括：快速运动回路（差动液压缸连接的快速运动回路，双泵供油的快速运动回路）；调速回路，包括节流调速回路（进油路节流调速，回油路节流调速，旁路节流调速）和容积调速回路（变量泵-定量马达，定量泵-变量马达，变量泵-变量马达）；同步回路（机械连接的同步回路，调速阀的同步回路，串联液压缸、串联液压马达的同步回路）；顺序回路（行程控制的顺序回路，压力控制的顺序回路）；平衡回路和卸荷回路等。教学内容：本章介绍了液压系统的基本回路：快速运动回路、调速回路（节流调速和容积调速回路）、同步回路、顺
2、序回路、平衡回路和卸荷回路等。教学重点：1液压基本回路；2节流调速回路工作原理和主要参数计算；3容积调速回路的工作原理和主要参数计算。教学难点：1节流调速回路工作原理和主要参数计算；2容积调速回路的工作原理和主要参数计算。教学方法：课堂教学为主，充分利用网络课程中的多媒体素材来表示抽象概念，利用实验，连接元件，组成系统，了解液压系统基本回路工作原理。教学要求：掌握液压基本回路；了解节流调速回路、容积调速回路的工作原理和主要参数计算任何一个液压系统，无论它所要完成的动作有多么复杂，总是由一些基本回路组成的。所谓基本回路，就是由一些液压元件组成的，用来完成特定功能的油路结构。例如第五章讲到的换向回
3、路是用来控制液压执行元件运动方向的，锁紧回路是实现执行元件锁住不动的；第六章讲到的调压回路是对整个液压系统或局部的压力实现控制和调节；减压回路是为了使系统的某一个支路得到比主油路低的稳定压力等等。这些都是液压系统常见的基本回路。本章所涉及到的基本回路包括速度控制回路、调压回路、同步回路、顺序回路、平衡回路、卸荷回路等。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。8.1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回路和双泵供油的快速运动
4、回路。液压缸差动连接的快速运动回路如图8.1所示，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。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，亦即相当于在不增加泵的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。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1A1的速度之比为-（A1A2），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。值得注意的是：在差动回路中，泵的流量和
5、液压缸有杆腔排出的流量合在一起流过的阀和管路应按合流流量来选择其规格，否则会产生较大的压力损失，增加功率消耗。双泵供油的快速运动回路如图8.2所示，由低压大流量泵1和高压小流量泵2组成的双联泵作为动力源。外控顺序阀3和溢流阀5分别设定双泵供油和小泵2单独供油时系统的最高工作压力。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；当换向阀6的电磁铁通电，右位工作，液压缸有杆腔经节流阀7回油箱，当系统压力达到或超过顺序阀3的调定压力，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，小流量
6、泵2的最高工作压力由溢流阀5调定。这里应注意，顺序阀3的调定压力至少应比溢流阀5的调定压力低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的应用。图8.1液压缸差动连接的快速运动回路图8.2双泵供油的快速运动回路8.2调速回路调速方法概述以适应主机的工作循其运动速度或转速与在液压系统中往往需要调节液压执行元件的运动速度,环需要。液压系统中的执行元件主要是液压缸和液压马达,输入的流量及自身的几何参数有关。在不考虑油液压缩性和泄漏的情况下，液压缸的速度qA液压马达的转速Vm式中q输入液压缸或液压马达的流量；a
7、液压缸的有效面积；VM液压马达的排量；由以上两式可以看出，要调节或控制液压缸和液压马达的工作速度，可以通过改变进入执行元件的流量来实现，也可以通过改变执行元件的几何参数来实现。对于确定的液压缸来说，通过改变其有效作用面积A来调速是不现实的，一般只能用改变输入液压缸流量的方法来调速。对变量马达来说，既可以用改变输入流量的办法来调速，也可通过改变马达排量的方法来调速。目前常用的调速回路主要有以下几种： 节流调速回路采用定量泵供油，通过改变回路中流量控制元件通流截面积的大小来控制输入或流出执行元件的流量，以调节其速度。 容积调速回路通过改变回路中变量泵或变量马达的排量等方式来调节执行元件的运动速度。
8、 容积节流调速回路（联合调速）：采用压力反馈式变量泵供油，由流量控制元件改变流入或流出执行元件的流量来调节速度。同时，又使变量泵的输出流量与通过流量控制元件的流量相匹配。下面主要讨论节流调速回路和容积调速回路。采用节流阀的节流调速回路节流调速回路根据流量控制元件在回路中安放的位置不同，分为进油路节流调速，回油节路流调速，旁路节流调速三种基本形式，下面以定量泵-液压缸为例，分析采用节流阀的节流调速回路的机械特性、功率特性等性能。8.221进油路节流调速回路如图8.3所示，将节流阀串联在液压泵和缸之间，用它来控制进入液压缸的流量从而达到调速的目的，称为进油路节流调速回路。在这种回路中，定量泵输出的
9、多余流量通过溢流阀流回油箱。由于溢流阀有溢流，泵的出口压力Pp为溢流阀的调定压力并保持定值，这是进油节流调速回路能够正常工作的条件。如、A2Qinq图8.3进油路节流调速回路图8.4进油路节流调速回路速度负载特性曲线速度负载特性当不考虑回路中各处的泄漏和油液的压缩时，活塞运动速度为:qiA1(8.1)活塞受力方程为piAip2A2F(8.2)式中F外负载力；P2液压缸回油腔压力，当回油腔通油箱时，P200于是FPiAi进油路上通过节流阀的流量方程为：qiCat(PT)mqiCANPpPi)mCAHPpF、m于是AAAm(ppF)mA1A|(8.3)(8.4)式中C与油液种类等有关的系数;AT节
10、流阀的开口面积；pT节流阀前后的压强差，pTpPpi；m为节流阀的指数；当为薄壁孔口时，m=0.5。式(8.4)即为进油路节流调速回路的速度负载特性方程，它描述了执行元件的速度与负载F之间的关系。如以为纵坐标，F为横坐标，将式(8.4)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，如图8.4所示。(1) 由式(8.4)和图8.4可以看出，其它条件不变时，活塞的运动速度与节流阀通流面积at成正比，调节at就能实现无级调速。这种回路的调速范围较大，Rcmax皿100八min。当节流阀通流面积AT一定时，活塞运动速度随着负载F的增加按抛物线规律下降。但不论节
11、流阀通流面积如何变化，当FPpA时，节流阀两端压差为零，没有流体通过节流阀，活塞也就停止运动，此时液压泵的全部流量经溢流阀流回油箱。该回路的最大承载能力即为FmaxPPA1o功率特性调速回路的功率特性是以其自身的功率损失(不包括液压缸，液压泵和管路中的功率损失)、功率损失分配情况和效率来表达的。在图8.3中，液压泵输出功率即为该回路的输入功率，即：PpPpqp液压缸输出的有效功率为:PiFFAPNi回路的功率损失为：PppPPpqpPM=Pp(qiq)(Pp5)5=Ppq乩4(8.5)式中q溢流阀的溢流量。qqpqi由式(8.5)可知，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PP
12、pq和节流功率损失P2PTqi。回路的输出功率与回路的输入功率之比定义为回路的效率。进油路节流调速回路的回路效率为：ppPPiq(8.6)ppPpqp回油路节流调速回路如图8.5所示，将节流阀串联在液压缸的回油路上，借助节流阀控制液压缸的排油量来调节其运动速度，称为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路相似的速度负载特性：(8.7)其功率特性与进油路节流调速回路相同图8.5回油路节流调速回路虽然进油路和回油路节流调速的速度负载特性公式形式相似，功率特性相同，但它们在以下几方面的性能有明显差别，在选用时应加以注意。(1) 承受负值负载的能力所谓负值负载就是作用力的方向
13、与执行元件的运动方向相同的负载。回油节流调速的节流阀在液压缸的回油腔能形成一定的背压，能承受一定的负值负载；对于进油节流调速回路，要使其能承受负值负载就必须在执行元件的回油路上加上背压阀。这必然会导致增加功率消耗，增大油液发热量；运动平稳性回油节流调速回路由于回油路上存在背压，可以有效地防止空气从回油路吸入，因而低速运动时不易爬行；高速运动时不易颤振，即运动平稳性好。进油节流调速回路在不加背压阀时不具备这种特点；(2) 油液发热对回路的影响进油节流调速回路中，通过节流阀产生的节流功率损失转变为热量，一部分由元件散发出去，另一部分使油液温度升高，直接进入液压缸，会使缸的内外泄漏增加，速度稳定性不
14、好，而回油节流调速回路油液经节流阀温升后，直接回油箱，经冷却后再入系统，对系统泄漏影响较小；(3) 启动性能回油节流调速回路中若停车时间较长，液压缸回油箱的油液会泄漏回油箱，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，对于进油节流调速，只要在开车时关小节流阀即可避免启动冲击。综上所述，进油路、回油路节流调速回路结构简单，价格低廉，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。8.223旁油路节流调速回路把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箱实现速度调节的回路，称为旁油路节流调速回路。如图8.6所示，在这个回路中，由于
15、溢流功能由节流阀来完成，故正常工作时，溢流阀处于关闭状态，溢流阀作安全阀用，其调定压力的最大负载压力的1.11.2倍，液压泵的供油压力Pp取决于负载。AiAa图8.6旁油路节流调速回路(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qP，采用与前述相同的分析方法可得速度表达式为：丑qptqpq竺咱CAH”A1AA1(8.8)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PpPQp回路的输出功率PiFPSPiQi回路的功率损失(8.9)(8.10)pPpPipppmPiq回路效率旦PGqppPNpqp由式(8.9)和式(8.10)看出，旁路节流调速只有节流损失，而无溢流损失，因而功率损失比前两种调速回路小，效率高。这种调速回路一般用于功率较大且对速度稳定性要求不高的场合。使用节流阀的节流调速回路，速度受负载变化的影响比较大，亦即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。由于调速阀本身能在负载变化的条件下保证节流阀进出油口间的压强差基本不变，因而使用调速阀后，节流调速回路的速度负载特性将得到改善。但所有性能上的改进都是以加大流量控制阀的工作压差，亦即增加泵的
