第6章-液压系统常用回路.ppt

第六章液压基本回路,任何液压系统都是由一些基本回路组成的。所谓液压基本回路是指能实现某种规定功能的液压元件的组合。是液压传动系统的基本组成单元。,组成,性能,原理,应用,学习注意四个要点,第六章液压系统常用回路,6.1速度控制回路6.2方向控制回路6.3压力控制回路6.4多缸工作控制回路6.5液压马达回路,在液压传动的机器上，工作部件由执行元件(液压缸或液压马达)驱动。若改变执行元件的速度，即是改变液压缸的运动速度或改变液压马达的转速。,方法：1.用流量控制阀调节；2.通过控制变量泵的排量来调节。,液压缸的运动速度v由输入的流量q和液压缸的有效工作面积A决定，即：vq/A,液压马达的转速nM由输入的流量qM和液压马达的排量VM决定，即：nMqM/VM,根据改变流量的方法不同，可分为三类：（1）节流调速回路；（2）容积调速回路；（3）容积节流调速回路。,6.1速度控制回路,6.1.1概述,速度调节是液压传动系统的核心问题。,对调速回路的性能要求,速度稳定性要好应有良好的速度负载特性,速度负载特性机械特性、外特性执行元件工作速度随负载变化而变化的特性。速度负载特性用速度刚度描述。,特性曲线上某处的斜率越小，速度刚度越大，亦即机械特性越硬，执行元件工作时受负载变化的影响越小，运动平稳性越好。,应具有良好的功率特性回路效率高、发热少。,应具有良好的调速特性调速范围大。,引起单位速度变化时的负载力的变化量。,Kv的物理意义,分类：,按流量控制阀分：,节流阀节流调速回路调速阀节流调速回路,根据流量阀的位置分：,进油节流调速回路回油节流调速回路旁路节流调速回路,根据工作中供油压力是否随负载变化分：,定压式节流调速回路（进油、回油节流）变压式节流调速回路（旁路节流）,6.1.2节流调速回路,安全阀,溢流恒压,溢流恒压,将节流阀串联在液压泵和液压缸之间，通过调节节流阀的通流面积改变进入液压缸的流量，从而调节执行元件的运动速度。,将节流阀串联在液压缸和油箱之间，以限制液压缸的回油量，从而达到调速的目的。,节流阀并联在液压泵和液压缸的分支油路上。液压泵输出的流量一部分经节流阀流回油箱，一部分进入液压缸，,6.1.2节流调速回路,五个要点,为克服负载F、p2而运动，执行元件工作腔必须具有一定的工作压力p1；,为提供q1的流量，节流阀上必须有压力差p，即泵的压力pp必须大于p1；,为提供q1的流量，溢流阀必然处于溢流恒压工作状态，即泵的压力pp恒定。,执行元件的速度由通过节流阀的流量q1和执行元件工作腔有效面积A1确定；,（5）qpq1=q,1.进油节流调速回路,6.1.2节流调速回路,速度负载特性：vf（F）速度刚度,当ppA1=F时，p1=pp，pT=0，q1=0，v=0,当F=0时，p1=0，pT=pp，qmax，vmax。,讨论：vF特性软，速度刚性差AT不变时，负载小，刚性大F不变时，AT小，刚性大，低速刚性好。提高kv的措施：pp、A1、,结论：低速、小负载时，刚性好。适用恒定小负载低速场合。,为克服负载F、p2而运动，执行元件工作腔必须具有一定的工作压力p1；,要流出q2的流量，节流阀上必须有压力差pT，,为提供q1的流量，溢流阀必然处于溢流恒压工作状态，即泵的压力ppp1Const；,执行元件的速度由通过节流阀的流量q2和执行元件有杆腔有效面积A2确定；,速度负载特性,与进口调速类似！,2.回油节流调速回路,四个要点,速度受负载变化的影响大，在小负载或低速时，曲线陡，回路的速度刚性差。在不同节流阀通流面积下，回路有不同的最大承载能力。AT越大，Fmax越小，回路的调速范围受到限制。只有节流功率损失，无溢流功率损失，回路效率较高。,溢流阀关闭，起安全阀作用。速度负载特性方程V=q1/A1=qt-p(F/A1)-KAT(F/A1)1/2/A1,3.旁路节流调速回路,1、速度-负载特性：速度随负载而变化，是用节流阀调速的共同缺点，尤以旁路最差。进、出口节流调速广泛用于负载变化不大系统中，旁路很少用。,三种回路的比较：,2、承载能力：进、出口节流最大载荷由溢流阀调定压力决定(Fmax=ppA1)，回油节流调速回路能承受超值负载，进油节流调速回路须在回油路上加背压阀，导致功耗、发热增加。旁路节流随节流阀开口量增大而减小，高速承载能力好。,5、发热及泄漏对进油节流阀调速的影响均大于回油节流阀调速。因为进油节流阀调速回路中，经节流阀发热后的油液直接进大缸的进油腔；而在回油节流阀调速回路中，经节流阀发热后的油液直接流回油箱冷却。,3、实现压力控制的方便性：进口节流时较易实现压力控制，而回油不易实现。,4、运行平稳性：回油节流有背压，运行平稳；而进和旁路无背压不平稳，常在二回路中增加背压阀。,6、启动性能长期停车后缸内油液会流回油箱，当泵重新向缸供油时，在回油节流阀调速回路中，由于进油路上没有节流阀控制流量，会使活塞前冲；而在进油节流阀调速回路中，活塞前冲很小，甚至没有前冲。,调速阀可以装在回路的进油、回油或旁路上。负载变化引起调速阀前后压差变化时，由于定差减压阀的作用，通过调速阀的流量基本稳定。旁路节流调速回路的最大承载能力不因AT增大而减小。由于增加了定差减压阀的压力损失，回路功率损失较节流阀调速回路大。调速阀正常工作必须保持0.51MPa的压差，旁通型调速阀只能用于进油节流调速回路中。,用调速阀代替节流阀，回路的负载特性将大为提高。,4.调速阀节流调速回路,这种回路中，泵压随负载变化，泵不在恒压下工作，属于变压系统，故效率比节流阀（或调速阀）的进油节流调速回路高。,适用于运动速度平稳要求较高、功率较大的节流调速系统。,5.溢流节流阀进油调速回路,在工作部件的工作循环中，往往只有部分时间要求较高的速度，如机床“快进工进快退”的自动循环。在快进和快退时负载轻，压力低，流量大，工作进给时刚好相反。若用定量泵供油，则慢速时大部分流量从溢流阀溢回油箱，造成很大功率损失，并使油温升高，为此可设置快速回路，选用小流量泵。,采用的方法有：,差动连接,双泵供油,蓄能器供油,充液增速,6.1.3快速动作回路（增速回路）,6.1.3.1差动连接快速动作回路,1、差动与非差动速度之比：,2、在差动连接中，泵和有杆腔排出的流量一起流过的阀或管道，应按合成流量来选择规格，否则会造成压力损失过大，泵空载时供油压力过高。,快进,工进,快退,1、卸荷阀3的调定压力至少应比溢流阀5的调定压力低1020%。大流量泵卸荷减少了动力消耗，效率较高。,2、这种回路常用在执行零件快进和工进速度相差较大的场合。,6.1.3.2双泵供油快速动作回路,1、当缸停止工作，泵向蓄能器充液；当蓄能器压力升到外控顺序阀调定压力时，泵卸荷；当缸工作时，蓄能器和泵同时供油。,2、外控顺序阀的调整压力应高于系统最高工作压力，以保证工作行程时泵流量全部进入系统。,3、只适用于短时期内需要大流量场合，可用小流量泵实现快速。应有足够停歇时间向蓄能器充液。,6.1.3.3蓄能器快速动作回路,6.1.3.4充液（自重）增速回路,在工作部件的工作循环中，快进和快退时负载小，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，用一个定量泵供油，在低速时大部分流量从溢流阀溢流，造成很大的功率损失。如何满足两方面的要求？,速度换接应平稳；速度换接过程中不允许出现前冲现象。,基本要求,问题的提出,6.1.4速度换接回路,6.1.4.1快慢速之间的速度换接回路,6.1.4速度换接回路,电磁换向阀2处在右位，液压缸7快进。此时，溢流阀处于关闭状态。当活塞所连接的液压挡块压下行程阀6时，行程阀关闭（处在上位工作），构成回油节流调速回路，液压缸右腔的油液必须通过节流阀5才能流回油箱，活塞运动速度转变为慢速工进，此时，溢流阀处于溢流恒压状态。,电磁换向阀（二位二通）处在右位，液压缸7快进。此时，溢流阀处于关闭状态。当活塞所连接的液压挡块压下行程开关时，电磁换向阀通电移至左位，构成进油节流调速回路，油液必须通过节流阀5才能进液压缸左腔，活塞运动速度转变为慢速工进，此时，溢流阀处于溢流恒压状态。,1、串联调速阀（能耗大，效率低）,2、并联调速阀（第二次工进时有前冲，应用少）,6.1.4.2两种慢速之间的速度换接回路,6.2方向控制回路,利用各种方向控制阀来控制液压系统中各油路油液的通、断及变向，实现执行元件的启动、停止或改变运动方向。,有换向回路和锁紧回路两类。,系统对换向回路的基本要求是：换向可靠、灵敏、平稳、换向精度合适。执行元件的换向过程一般包括执行元件的制动，停留和启动三个阶段。,采用普通二位或三位换向阀实现执行元件的换向。这种回路适用压力较高、流量较大的场合。,1.简单换向回路,6.2.1换向回路,时间控制制动式连续换向回路,主要优点：根据主机部件运动速度的快慢、惯性的大小，可通过节流阀J5和J8调节其制动时间，以便控制换向冲击，提高工作效率；换向阀中位机能采用H型，对减小冲击量和提高换向平稳性都有利。,主要缺点：换向过程中的冲击量受运动部件的速度和其他一些因素的影响，换向精度不高。,2.连续换向回路,主要用于工作部件运动速度较高，要求换向平稳，无冲击，但换向精度不高的场合。如平面磨床、拉床和刨床。,行程控制制动式连续换向回路,这种换向回路的换向精度高，冲击较小，但由于先导阀的制动行程恒定不变，制动时间的长短和换向冲击的大小将受运动部件速度的影响。,2.连续换向回路,适用于运动速度不大，但换向精度要求较高的场合。,压力控制的连续换向回路,2.连续换向回路,这种回路适用于执行元件终端处换向，它比用压力继电器更为精确可靠。,1.用换向阀中位机能锁紧,采用O、M型中位机能。结构简单，但泄漏较大，锁紧效果不好。只能用在要求不高的场合。,6.2.2锁紧回路,2.用液控单向阀锁紧,两个液控单向阀做成一体时，就是双向液压锁。,6.2.2锁紧回路,（1）单级调压,（3）多级调压,（2）远程调压,（4）无级调压（电液比例溢流阀）,6.3.1调压回路,调压回路的功用是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限定值。,6.3压力控制回路,6.3压力控制回路,单级调压回路,二级调压回路,三级调压回路,通过改变比例溢流阀的输入电流来实现无级调压，这种调压方式容易实现远距离控制和计算机控制，而且压力切换平稳。,6.3.1调压回路,使系统中的某一部分油路或某个执行元件获得比系统压力低的稳定压力。,泵的供油压力根据主油路的负载由溢流阀1调定。夹紧液压缸的工作压力根据它所需要的夹紧力由减压阀2调定。单向阀3的作用是，在主油路压力降低且低于减压阀的调定压力时，防止夹紧缸的高压油倒流，起短时保压作用。,为了保证减压回路的工作可靠性，减压阀的最低调整压力不应小于0.5MPa，最高调整压力至少比系统调整压力小0.5MPa。必须指出的是，负载在减压阀出口处所产生的压力应不低于减压阀的调定压力，否则减压阀不可能起到减压、稳压作用。,6.3.2减压回路,6.3.2减压回路,使泵的油液在很低的压力下流回油箱。,6.3.3卸荷回路,利用限压式变量泵卸荷,6.3.3卸荷回路,执行元件在工作循环中的某一阶段内，若需要保持规定的压力，应采用保压回路。,6.3.4保压回路,6.3.4保压回路,用液控单向阀的保压回路,当1YA通电时，换向阀右位接入回路，液压缸上腔压力升至电接触式压力表上触点调定的压力值时，上触点接通，1YA断电，换向阀切换成中位，泵卸荷，液压缸由液控单向阀保压。当缸上腔压力下降至下触头调定的压力值时，压力表又发出信号，使1YA通电，换向阀右位接入回路，泵向液压缸上腔补油使压力上升，直至上触点调定值。,6.3.4保压回路,设置背压回路，是为了提高执行元件的运动平稳性或减少爬行现象。,一般背压力为0.30.8MPa。采用溢流阀、顺序阀作背压阀可产生恒定的背压；而采用节流阀、调速阀等作背压阀则只能获得随负载减小而增大的背压。,6.3.5背压回路,为了防止立式液压缸及其工作部件因自重而自行下落，或在下行运动中由于自重而造成失控失速的不稳定运动，在执行元件的回油路上保持一定的背压值，以平衡重力负载。,6.3.6平衡回路,（1）采用单向顺序阀的平衡回路（内、外控）,（2）采用液控单向阀的平衡回路（动画）,（1）,（2）,当系统中局部油路需要较高压力而流量较小时，采用低压大流量泵加上增压回路比选用高压大流量泵要经济得多。,用以提高系统中局部油路的压力。,6.3.7增压回路,（1）采用溢流阀的液压缸制动回路（缓冲回路）,（2）采用溢流阀的液压马达制动回路,（1）,6.3.8制动回路,（2）,图1为采用溢流阀的液压缸制动回路。在液压缸两侧油路上设置反应灵敏的小型直动型溢流阀2和4，换向阀切换时，活塞在溢流阀2或4的调定压力值下实现制动。如活塞向右运动换向阀突然切换时，活塞右侧油液压力由于运动部件的惯性而突然升高，当压力超过阀4的调定压力，阀4打开溢流，缓和管路中的液压冲击，同时液压缸左腔通过单向阀3补油。活塞向左运动，由溢流阀2和单向阀5起缓冲和补油作用。缓冲溢流阀2和4的调定压力一般比主油路溢流阀1的调定压力高510。图2为采用溢流阀的液压马达制动回路。在液压马达的回油路上串接一溢流阀2。换向阀4电磁铁得电时，马达由泵供油而旋转，马达排油通过背压阀3回油箱，背压阀调定压力一般为0.30.7MPa。当电磁铁失电时，切断马达回油，马达制动。由于惯性负载作用，马达将继续旋转为泵工况，马达的最大出口压力由溢流阀2限定，即出口压力超过阀2的调定压力时阀2打开溢流，缓和管路中的液压冲击。泵在阀3调定的压力下低压卸载，并在马达制动时实现有压补油，使其不致吸空。溢流阀2的调定压力不宜调得过高，一般等于系统的额定工作压力。溢流阀1为系统的安全阀。,6.4多缸工作控制回路,6.4.1顺序动作回路,当一个油源同时供给多个执行元件时，这些执行元件会因压力和流量而彼此相互影响，动作上相互牵制，所以需要一些特殊回路才能实现预定动作。,1.行程控制顺序动作回路,所谓行程控制是利用一个液压缸移动一段规定行程后发出信号，使下一个液压缸动作的控制。,用行程阀的，工作可靠，但改变动作顺序比较困难。,用行程开关的，调整行程方便，动作可靠，且可改变动作顺序。,为了防止压力继电器在先动作的液压缸活塞到达行程终点之前误发信号，压力的调定值应比先动作液压缸的最高工作压力高(0.30.5)MPa；同时，还应比溢流阀的调整压力低(0.30.5)MPa。,顺序阀的调整压力必须高于前一行程液压缸的最高工作压力，一般要高出(0.81)MPa，以防产生误动现象。但必须低于溢流阀调定压力。,2.压力控制顺序动作回路,掌握动作顺序表的填写,6.4.1顺序动作回路,3.时间控制顺序动作回路,6.4.1顺序动作回路,用以保证系统中两个或多个执行元件在运动中以相同（或比例）的位移或速度运动。,同步运动包括：,位置同步需要闭环控制；速度同步开环控制、精度不高。,由于每一瞬时的位置很难同步，所以多采用速度同步。,6.4.2同步回路,1.采用同步液压缸和同步马达的容积式同步回路,6.4.2同步回路,在多缸系统中，影响同步精度的因素很多，如：缸的外负载、泄漏、摩擦阻力、制造精度、结构弹性变形以及油液中含气量，都会使运动不同步。为此，同步回路应尽量克服或减少上述因素的影响。,带补偿装置的串联缸同步回路,2.采用带补偿装置的串联液压缸同步回路,6.4.2同步回路,3.采用流量阀控制的同步回路,6.4.2同步回路,4.采用分流集流阀控制的同步回路,6.4.2同步回路,5.采用电液比例阀或伺服阀的同步回路,6.4.2同步回路,6.4.3多缸工作互不干涉回路,6.5液压马达回路,液压马达回路多数为容积调速回路，通过改变回路中变量泵或变量马达来调节液压马达的运动速度。,1、功用：改变泵或马达排量来调节执行元件速度。,2、特点：无节流、溢流损失，效率高，用于高速、大功率场合（工程、矿山、农业机械、大机床）。,3、分类：按油路循环方式不同，容积调速回路可分为开式（泵-缸）和闭式（泵-马达）回路两种。,1.变量泵及定量执行元件调速回路,6.5液压马达回路,速度特性（nMVp关系）,采用泄漏系数,泵和马达泄漏系数之和,速度刚度,转矩特性（TMVp关系）,转矩与变量泵的Vp无关，与调速无关，只与负载有关，当负载不变时，无论转速高低，转矩恒定恒转矩调速。,功率特性（PMVp关系）,调速特性,调速范围40左右,1.变量泵及定量执行元件调速回路,6.5液压马达回路,变量泵定量马达闭式系统,速度特性（nMVp关系）,采用泄漏系数,注意：恒转矩调速的区别,泵和马达泄漏系数之和,速度刚度,转矩特性（TMVp关系）,输出功率与马达排量无关VM、即与转速无关因采用定量泵恒功率调速！,功率特性（PMVp关系）,调速特性,调速范围4倍左右,2.定量泵和变量马达调速回路,6.5液压马达回路,先将马达排量调到最大，改变泵的排量；当泵排量达到最大后，调小马达的排量。先是恒转矩调速，后为恒功率调速。,3.变量泵和变量马达调速回路,6.5液压马达回路,变量泵变量马达闭式系统,1）限压式变量泵和调速阀,调节调速阀流量q1，即调节缸的速度v,泵流量的自动调节过程,q1，qPq1，pP偏心e，qP，直至qPq1。,调速阀的作用,调节并恒定流量q1，使v不受负载F的影响；,使泵的qP自动地与q1相适应。它是泵的负载。,性能分析,调速阀、泵的qp与负载F无关，速度负载特性好,无溢流损失，节流损失随负载压力p1增大而减小，回路效率比节流调速回路高。,4容积节流调速回路,2）差压式变量泵和节流阀调速回路,定子的控制,节流阀前压力产生的液压作用力：pPA节流阀后压力产生的液压作用力：p1A,受力平衡式,pPAp1AFs,q1不随负载F变化！,泵流量的自动调节过程,F，p1，定子左移偏心e，qPpP,即pP随p1（F）的变化而变化,差压式变量泵,4容积节流调速回路,本章小结,调速是功率传动系统的核心问题。因此在液压传动系统中，速度调节仍然是最重要的关键问题。,速度负载特性是调速系统最重要的性能。在节流调速系统中造成速度负载特性差的主要原因是节流阀的非线性特性；在容积调速系统中主要原因是元件的泄漏，负载越大，压力越高，泄漏越大，容积效率下降。,画出二位四通、三位四通（O型中位）电磁换向阀的图形符号。,解：,解：可实现8级压力调定,三个溢流阀的调定压力如图，试问泵的供油压力有几级？其压力值各为多少？,解：,图为夹紧回路，溢流阀的调整压力p1=5MPa,减压阀调整压力p2=2.5MPa,试分析活塞快速运动时A、B两点的压力各为多少？减压阀的阀芯处于什么状态？工件夹紧后，A、B两点压力各为多少？减压阀的阀芯处于什么状态？,（1）快速运动时,pA=pB=pL=0,减压阀口全开，不工作,（2）夹紧后,pA=5MPa,pB=pL=2.5MPa,减压阀口很小，仍有一小部分流出，处于工作状态,习题课,例题（1）：在下图的出口节流调速回路中，已知A1=20cm2，A2=10cm2，液压泵的流量为16L/min，溢流阀的压力调定值为5MPa，通过调速阀的流量为0.5L/min。液压缸的负载为F=5kN，试分析：电磁铁断电时，p1=？p2=？v=？溢流阀的溢流量q？电磁铁通电时，p1=？p2=？v=？溢流阀的溢流量q？,解：,由于回油路直接与油箱相通，活塞在快速运动中，溢流阀处于关闭状态，液压缸无杆腔工作压力由负载决定。所以p20，溢流量qy=0。,电磁铁通电时，构成出口节流回路，所以p1=py5MPa,溢流量：,习题课,例题（2）：在图中，A、B两液压缸的有杆腔面积和无杆腔的面积分别均相等，负载FAFB，如不考虑泄漏和摩擦等因素，试问：两液压缸如何动作?运动速度是否相等?如节流阀开度最大，压降为零，两液压缸又如何动作?运动速度有何变化?将节流阀换成调速阀，两液压缸的运动速度是否相等?,习题课,解答：本题考查压力形成概念与节流调速原理！(1)两缸动作顺序：对于图示(a)、(b)回路均是B缸先动，B缸运动到终点后，A缸开始运动。其理由如下：对于图（a）所示的出口节流调速回路而言，可知，出口节流调速回路，进油腔压力，即无杆腔压力始终保持为溢流阀的调整压力值pY，有杆腔压力则随负载变化。,根据液压缸力平衡方程式，有：,和,因FAFB，所以pBpA，负载小的活塞运动产生的背压高；这个背压(即pB)又加在A缸的有杆腔，这样使A缸的力平衡方程变为：,习题课,因此A缸不能运动，B缸先动。直至B缸运动到终点后，背压pB减小到pA值，A缸才能运动。对于图（b）所示进口节流调速回路而言，负载大小决定了无杆腔压力。,A缸的工作压力为：,B缸的工作压力为：,由于FAFB，所以pApB，工作压力达到pB，即可推动B缸克服负载运动，此时压力不可能继续升高，正是由于这种原因，B缸先动，待它到达终点停止运动后，工作压力升高到pA，A缸才能运动。,两缸运动速度：通过节流阀的流量受节流阀进出口压力差的影响，因为pBpA，所以B缸运动时，通过节流阀的流量大，B缸运动速度高。更详细地，可用通过节流阀的流量方程来说明：由薄壁小孔公式，有：,B缸运动速度：,A缸运动速度：,因为pBpA，所以vBvA,亦可以用节流调速回路的速度负载特性来进行分析。,习题课,节流阀开度最大，压降为零时，两液压缸的动作顺序及其运动速度：,由于FAFB，B缸所需压力低于A缸所需压力，所以B缸先动，运动到终点后，待压力升到A缸所需压力时，A缸动作。由于采用的是定量泵，A和B缸的A1相等，所以两液压缸的运动速度相等。,将节流阀换成调速阀时，两液压缸的运动速度：,因有调速阀中的定差减压阀的压力补偿作用，负载变化时仍能使调速阀输出流量稳定，所以两液压缸的运动速度相等。,例题（3）在图示液压回路中，液压缸为进给缸，无杆腔面积A1=100cm2，液压缸为辅助缸，无杆腔面积A2=100cm2，溢流阀调定压力pY=4MPa、顺序阀调定压力pX=3MPa、减压阀调定压力pJ=1.5MPa，不考虑压力损失，试求：、两缸空载运动时，以及运动到终点位置时，A、B、C、D四点的压力；辅助缸工作时，能产生的最大推力是多少？进给缸要获得稳定的运动速度且不受辅助缸负载的影响，缸允许的最大推力是多少？,A点压力由缸负载决定，最大受溢流阀调定压力控制；B点压力最小由顺序阀决定，最大受溢流阀调定压力控制；C点压力