《液压基本回路》课件.ppt

第7章液压基本回路 任何复杂的液压系统 它总是由一些基本回路组成的 所谓基本回路 就是由一定的液压元件所构成的用来完成特定功能的典型回路 液压基本回路按功能可分为速度控制回路 压力控制回路 方向控制回路和多缸工作控制回路 7 1速度控制回路 7 1 1调速回路 速度控制回路是调节和变换执行元件运动速度的回路 它包括调速回路 快速运动回路和速度换接回路 要想调节v和n 可用改变输入液压缸或马达的流量q 或改变马达的排量Vm的方法来实现 调速回路有三种 1 节流调速回路 用定量泵供油 用流量控制阀调节执行元件的流量 以实现速度调节 2 容积调速回路 改变变量泵的供油量和 或 改变马达的排量 以实现速度调节 3 容积节流调速回路 采用变量泵和流量控制阀相配合的调速方法 又称联合调速 1 节流调速回路 根据流量控制阀在回路中的位置不同 分为进口节流调速 出口节流调速及旁路节流调速三种调速回路 图7 1进口节流阀式节流调速回路 1 进口节流阀式节流调速回路节流阀串接在液压缸的进油路上 泵的供油压力由溢流阀调定 调节节流阀的开口面积 便可改变进入液压缸的流量 即可调整液压缸的运动速度 下面分析进口节流阀式节流调速回路的静态特性 1 速度 负载特性也称机械特性 它是在回路中调速元件的调速值不变的情况下 负载变化所引起速度变化的性能 液压缸在稳定工作时 其受力平衡方程式为 由于回油腔通油箱 p2视为零 则有 7 2 7 1 设液压泵的供油压力为pp 则节流阀进出口的压差为 由小孔流量公式知 流经节流阀进入液压缸的流量为 故液压缸的运动速度为 7 5 7 4 7 3 式7 5即为节流调速回路的速度 负载特性方程 由此可知 液压缸的工作速度v主要与节流阀通流面积AT和负载F有关 当负载恒定时 液压缸速度v与节流阀通流面积AT成正比 调节AT可实现无级调速 且调速范围较大 速度比可达100 当AT调定后 液压缸速度随负载增大而减小 当F ppA时 液压缸的速度为零 此时 节流阀的工作压差为零 以v为纵坐标 F为横坐标 AT为参变量 可由方程7 5绘出其负载特性曲线 如图7 2所示 图7 2进口节流阀式节流调 速度v随负载F变化的程度称为速度刚性 体现在速度负载特性曲线的斜率上 斜率越小 速度刚性就越大 说明回路在该处速度受负载变化的影响就小 即该点的速度稳定性好 各曲线在速度为零时 都汇交到同意负载点上 说明该回路的承受能力不受节流阀通流截面变化的影响 2 功率特性 该调速回路的输入功率 即液压泵的输出功率 该调速回路的输出功率 将液压缸的输入功率 回路的功率损失 7 6 由式7 6可知 这种调速回路的功率损失由两部分组成 即溢流损失和节流损失 回路效率为 节流阀进口节流调速回路适用于轻载 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 图7 3出口节流阀式节流调速回路 2 出口节流阀式节流调速回路 将节流阀防止在回油路上 用它来控制从液压缸回油腔流出的流量 也就控制了进入液压缸的流量 达到调速的目的 与进口节流阀式节流调速回路相比较 出口节流阀式节流调速回路中的节流阀能使液压缸回油腔形成一定背压 因而它能承受负值负载 与液压缸运动方向相同的负载力 并且流经节流阀而发热的油液 可直接流回油箱冷却 3 旁路节流阀式节流调速回路旁路节流阀式节流调速回路如图7 4所示 将节流阀安装在于执行元件并联的支路上 用它来调节从支路流回油箱的流量 以控制进入液压缸的流量来达到调速的目的 回路中溢流阀起安全阀作用 泵的工作压力不是恒定的 它随负载发生变化 1 速度 负载特性旁路节流阀调速回路的速度 负载特性方程为 图7 4旁路节流阀式节流调速回路 图7 5旁路节流阀式节流调速 2 最大承载能力旁路节流调速回路的最大承载能力随节流面积AT的增大而减小 即该回路低速时承载能力很差 调速范围也小 同时 该回路最大承载能力还受溢流阀的安全压力值的限制 3 功率特性该回路只有节流损失而无溢流损失 故效率较高 这种回路适用于高速 重载且对速度平稳性要求不高的较大功率的液压系统 4 调速范围该回路的调速范围不仅与节流阀的调速范围有关 而且还与负载 液压缸的泄漏有关 因此数值要比进口 出口节流阀式调速回路的调速范围要小 以上三种节流阀调速回路的特性比较见表7 1 4 采用调速阀的节流调速回路该回路中 节流阀两端的压差和缸速随负载的变化而变化 故速度平稳性差 若用调速阀代替节流阀 则由于调速阀本身能在负载变化的挑拣下保证节流阀进 出油口间压差基本不变 通过的流量也基本不变 因而回路的速度 负载特性将得到改善 调速阀节流调速回路的速度 负载特性曲线如图7 6所示 但功率损失将会增大 图7 6调速阀式节流调速回路 2 容积式调速回路 节流调速回路由于存在节流损失和溢流损失 回路效率低 发热大 因此只用于小功率调速系统 在大功率的调速系统中 多采用回路效率高的容积式调速回路 容积式调速回路通过改变变量泵或变量马达的排量来调节执行元件的运行速度 在容积式调速回路中 液压泵输出的液压油全部直接进入液压缸或液压马达 无溢流损失和节流损失 而且液压泵的工作压力随负载的变化而变化 因此这种调速回路效率高 发热量少 容积调速回路通常有三种基本形式 变量泵和定量执行元件的容积调速回路 定量泵和变量马达的容积调速回路 变量泵和变量马达的容积调速回路 图7 7变量泵与液压缸 图7 8变量泵与液压缸组成的容积 图7 9变量泵 定量马达 图7 10变量泵 定量马达容积 图7 11变量泵 定量马达容积 图7 12定量泵 变量马达容积调速回路 图7 13定量泵 变量马达容积 图7 14变量泵 变量马达调速回路 图7 15变量泵 变量马达调速 图7 16限压式变量泵和调速阀 图7 17限压式变量泵和 图7 18差压式变量泵和节流阀 7 1 2快速运动回路 在工作部件的工作循环中 往往只有部分工作时间要求有较高的速度 例如 机床的快进 工进 快退的自动工作循环 在快进和快退时 负载轻 要求压力低 流量大 工作进给时 负载大 速度低 要求压力高 流量小 在这种情况下 若用一个定量泵向系统供油 则慢速运动时将使液压泵输出的大部分流量从溢流阀回油箱 造成较大功率损失 并使油温升高 为克服低速运动时出现的问题 又满足快速运动的要求 可在系统中设置快速运动回路 1 液压缸差动连接的快速运动回路 图7 19液压缸差动连接 优点 这种回路比较简单也比较经济 缺点 液压缸的速度加快有限 有时不能满足快速运动的要求 图7 20蓄能器供油 2 采用蓄能器的快速运动回路 这种回路可以用较小流量的液压泵来获得快速运动 主要用于短期需要大流量的场合 图7 21双泵供油的快速运动回路 3 双泵供油的快速运动回路 顺序阀3设定双泵供油时系统的最高工作压力 溢流阀5设定小泵2单独供油时系统的最高工作压力 注意 顺序阀3的调定压力至少比溢流阀5的调定压力低10 20 7 1 3速度换接回路 设备的工作部件在实现自动循环的工作过程中 往往需要进行速度转换 如快进转为工进 从第一种工进转为第二种工进等 并且在速度换接过程中 尽可能不产生前冲现象 以保持速度换接平稳 1 快速与慢速的换接回路 图7 22采用电磁阀的速度换接回路 图7 23用行程阀的速度换接回路 优点 这种回路的快慢速转换比较平稳 而且换接点位置比较准确 缺点 行程阀的安装位置有所限制 图7 24调速阀串联的二次工进速度换接回路 2 两种进给速度的换接回路 要求 调速阀B的开口必须小于调速阀A的开口 图7 25调速阀并联的两次进给速度换接回路 7 2方向控制回路 方向控制回路的作用是利用各种方向阀来控制流体的通断和变向 以便使执行元件启动 停止或变换运动方向 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 对速度和惯性较大的液压系统 采用机动换向阀较为合理 只需使运动部件上的挡块有合适的迎角或轮廓曲线 即可减小液压冲击 并有较高的换向精度 电磁阀使用方便 易于实现自动化 但换向时间短 故换向冲击大 适用于小流量 平稳性要求不高的场合 流量比较大 换向精度与平稳性要求较高的液压系统 常采用液动或电液动换向阀 当需要频繁动作且对换向过程有较多附加要求时 可采用时间 行程控制式机 液换向回路 图7 26时间控制式机 液换向回路 调整D阀芯移动的速度 也就调整了时间 因此称为时间控制式换向回路 适用于要求换向频率高 换向平稳性好 无冲击 但不要求换向精度很高的场合 如平面磨床 牛头刨床等液压系统 图7 27行程控制式机 液换向回路 执行元件的停止位置 即换向位置基本保持不变 故称为行程控制式换向回路 适用于执行元件速度不高但换向精度要求较高的场合 例如内 外磨床的液压系统中 7 3压力控制回路 7 3 1调压回路 压力控制回路是利用压力控制阀来控制系统整体或局部压力的回路 主要有调压回路 卸荷回路 释压回路 减压回路 增压回路 保压回路及平衡回路等多种形式 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 图7 28单级调压回路 溢流阀的调定压力压力必须大于液压缸的最大工作压力和油路上各种压力损失的总和 1 单级调压回路 图7 29双向调压回路 2 双向调压回路 图7 30二级调压回路图 3 多级调压回路 图7 31采用比例溢流阀的调压回路 比例溢流阀 比例溢流阀 通过比例溢流阀的输入电流实现回路的无级调压 7 3 2卸荷回路 在液压系统工作过程中 当执行元件暂时停止运动或某段工作时间内需保持很大作用力而运动速度极慢 甚至不动 时 若泵 定量泵 的全部流量或绝大部分流量能在零压 或很低的压力 下流回油箱 或泵 变量泵 能在仍维持原来的高压而流量为零 或接近零 的情况下运转 则功率损失可为零或很小 将液压泵在很小功率输出下运转的状态称为液压泵的卸荷 前者 定量泵的情况 称为压力卸荷 后者 变量泵的情况 称为流量卸荷 采用卸荷回路可以实现液压泵卸荷 减少功率损耗 降低系统发热 延长液压泵和电机的使用寿命 1 采用换向阀的卸荷回路 图7 32换向阀卸荷回路 背压 使泵卸荷时能保持0 3 0 5MPa的启动压力 图7 33电磁溢流阀卸荷回路 2 采用电磁溢流阀的卸荷回路 7 3 3卸压回路 为使高压大容量液压缸中存储的能量缓慢释放 以免在突然释放时产生很大的液压冲击 可以采用卸压回路 一般在液压缸的直径较大 压力较高时 其高压油腔在排油前就需释压 例如压力机液压系统 1 节流阀卸压回路 图7 34节流阀卸压回路 工作行程结束后 换向阀先换至中位 使泵卸荷 同时液压缸上腔通过节流阀卸压 待压力降至压力继电器调定压力时 微动开关发出信号 换向阀右位工作 活塞杆收回 图7 35溢流阀卸压回路 2 溢流阀卸压回路 工作行程结束后 换向阀先换至中位 使泵卸荷 同时溢流阀的外控油口通过节流阀和单向阀通油箱 因而溢流阀开启使液压缸上腔卸压 调节节流阀即可调节溢流阀的开启速度 也就调解了液压缸的卸压速度 溢流阀的调定压力应大于系统最高工作压力 因此溢流阀也起安全阀的作用 7 3 4减压回路 图7 36工件夹紧减压回路 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 图7 37无级减压回路 比例减压阀 根据输入信号的变化 便可获得无级的稳定低压 7 3 5增压回路 图7 38单作用增压缸的增压回路 增压回路可以提高系统中某一支路的工作压力 以满足局部工作机构需要 1 单作用增压缸的增压回路 当负载增加 油液压力升高时 压力油打开顺序阀2进入增压缸4的左腔推动活塞右行 增压缸右腔便输出高压油进入工作缸的上腔而增大器活塞推力 图7 39双作用增压缸的增压回路 2 双作用增压缸的增压回路 图7 40气 液联合增压回路 3 气 液联合增压回路 7 3 6保压回路 执行元件在工作循环的某一阶段内 若需要保持规定的压力 就应采取保压回路 保压有泵保压和执行元件保压 系统工作中 保持泵出口压力为溢流阀限定压力的为泵保压 当执行元件要维持工作腔一定压力而又停止运动时 即为执行元件保压 例如 压力机校直弯曲的工件时 要以校直时的压力继续压制工件一段时间 以防止工件弹性恢复 这种情况应采取执行元件保压回路 1 蓄能器保压回路 图7 41蓄能器保压回路 1YA通电时 泵向液压缸左腔和蓄能器同时供油 活塞右移 接触工件后 系统压力升高 当压力升至压力继电器调定值时 3YA通电 泵卸荷 此时液压缸中的油液压力由蓄能器保压 图7 42泵保压回路 2 用泵保压的回路 系统压力较低时 低压泵1和高压泵2同时向系统供油 当系统压力升高到卸荷阀4的调定压力时 泵1卸荷 此时高压小泵2使系统压力保持为溢流阀3的调定值 泵2的流量只需略高于系统的泄漏量 以减少系统发热 图7 43电接点压力表和液控单向阀控制的保压回路 3 利用电接点压力表控制的保压回路 1YA得电 换向阀左位工作 活塞下行 液压缸上腔压力达到保压压力 即电接点压力表上限压力时 压力表发出信号使1YA断电 3YA通电 换向阀复位 通过单向阀保持上腔压力 泵卸荷 当保压压力随泄漏而下降至电接点压力表下限时 电接点压力表发出信号 使3YA断电 1YA通电 液压缸上腔充液 图7 44换向阀中位保压回路 4 利用换向阀中位机能的保压回路 对于保压时间不长 而保压压力较高的系统可采用中位机能M型的三位四通换向阀保持液压缸工作腔压力 同时采用泵卸荷的措施 7 3 7平衡回路 为了防止立式液压缸及其工作部件因自重而自行下滑 或在下行运动中由于自重而造成失控超速的不稳定运动 可在液压系统中设置平衡回路 即在立式液压缸下行的回路上增设适当的阻力 以平衡自重 图7 45平衡回路 单向顺序阀的调定压力应稍大于由工作部件自重在液压缸下腔中所形成的压力 这样工件静止时 顺序阀关闭而不会自行下滑 工作部件下行时 顺序阀开启使液压缸产生的背压能平衡自重 不会产生超速现象 用单向顺序阀的平衡回路由于回油腔有背压 功率损失较大 7 4多缸工作控制回路 用一个液压泵驱动两个或两个以上的液压缸 液压马达 工作的回路 称为多缸工作控制回路 根据液压缸 或液压马达 动作间的配合关系 多缸控制回路可以分为多缸顺序动作回路 多缸同步动作回路和互不干扰动作回路等 顺序动作回路的功用是使多缸液压系统中的各个液压缸严格地按规定的顺序动作 按控制方式不同 有行程控制 压力控制和时间控制三种类型 下面分别对这三种控制回路进行分析 7 4 1顺序动作回路 图7 46用行程开关控制的顺序动作回路 1 行程控制式顺序动作回路 这种顺序动作回路换向位置准确 动作可靠 并且容易调整行程大小或改变动作顺序 图7 47用顺序阀控制的顺序动作回路 2 压力控制式顺序动作回路 1 采用顺序阀控制的顺序动作回路 这种回路的优点是动作较灵敏 安装连接方便 缺点是可靠性差 位置精度低 适用于液压缸数目不多 负载变化小的系统 图7 48用压力继电器控制的顺序动作回路 2 采用压力继电器的顺序动作回路 与顺序阀的顺序动作回路相似 为了防止压力继电器误发信号 压力继电器的调整压力应比先动作液压缸的最高工作压力高 3 5 105pa 死挡铁 图7 49延时阀 3 时间控制式顺序动作回路 时间控制式就是在一个液压缸开始动作后 经过一段规定的时间 另一个液压缸才动作的控制方式 在液压系统中 时间的控制一般是由延时阀来完成的 油口1通入压力油时 阀芯向右运动 将其右端油腔中的