液压传动与控制-液压基本回路

第七章液压基本回路液压与液力传动基本概念--1.液压传动装置-液体为介质，依靠处在密闭容器内的液体压力来传递能量的装置，称为液压传动装置。2.液压系统-整套传动装置的系统，称为液压传动系统，简称为液压系统。

液压系统虽然比较复杂，但是它总不外乎是由一些基本回路所组成。3.基本回路-由若干个液压元件组成并且能够完成某些特定功能的典型（简单）油路。特定功能-能完成调节速度、调整工作压力、变换运动速度、改变执行机构的运动方向等工作。4.按作用液压基本回路分为-压力控制回路、方向控制回路、速度控制回路。§7-1方向控制回路方向控制回路的作用-用来控制液压系统各条油路中油流的接通、切断或改变流向，从而使各执行机构按照需要相应作出启动、停止或切换等一系列动作。常用的方向控制回路有:一、换向回路其作用是-变换执行机构的运动方向。对执行机构的换向，要求具有良好的平稳性和灵敏性。在换向过程中，运动部件的速度变化有三个阶段：制动阶段—从某种工作速度减至零速；停滞阶段—短暂的过渡停顿；起动阶段—又从零速反向加速至所需的工作速度。其中制动阶段和起动阶段所产生的液压冲击对换向平稳性具有决定的影响，停滞阶段主要是阀内封油区和运动惯性所造成的滞后现象，封油长度不足则泄漏过甚，但太长则对换向灵敏性有妨碍。1.利用换向阀组成的换向回路该回路用于开式系统。2.利用双向变量泵组成的换向回路在闭式系统中，可利用双向泵供应方式来操纵执行机构的换向。二、锁紧回路该回路用于执行机构停止在某个位置上，并使它较长时间可靠锁紧在该位置，而不发生漂移或串动的一种回路。1.利用换向阀滑阀机能为O或M型

-组成的锁紧回路（见下图）利用换向阀滑阀机能为O或M型–组成的锁紧回路2.利用液压锁组成的锁紧三、浮动回路其作用是把执行机构的进油口与回油口连通，自行循环，或同时接通油箱，使系统处于无约束的浮动状态。

（见附图或下图）

§7-2压力控制回路压力控制回路作用-借助于各种压力控制元件来控制液压系统中各条油路的工作压力，以求达到能够满足各执行机构所需的力或力矩，能合理使用功率及保证安全等。常见的压力控制回路有-调压回路、限压回路、卸荷回路、保压回路、增压回路、减压回路、平衡回路、缓冲与补油回路等。一、限压回路作用-限制液压系统的额定工作压力和最高工作压力，保证系统的安全。二、调压回路作用-系统有若干个工作压力的需要，为满足系统的需求，则有几级工作压力的限制。1.二级调压回路

（下页图）图中有两个溢流阀，各自调整的压力不同，但需要与其他阀配合使用。2.三级调压回路图中有三个溢流阀，各自调整的压力不同，但需要与其他阀配合使用。

（动画7-1多级调压回路.swf）三、卸荷回路作用-当执行机构在短时间内不工作时，一般不宜关闭原动机，因为频繁启动原动机和液压泵，造成它们的磨损，寿命下降，若将液压泵输出的液体在低压情况经元件流回油箱中，可避免高压下的能量损失，避免油温升高带来的影响，故应设计一个卸荷回路。卸荷-是指液压泵输出处于无负荷或在非常小的负荷下流回油箱。由功率N=pQ得知，理论上两者任何一项近似于零，功率的损耗即接近于零。卸荷有流量卸荷方式、压力卸荷方式两种。流量卸荷一般用于变量泵系统，当变量泵的工作压力高与某值时，输出流量等于零，但这种方法易使泵处于高压状态，系统元件磨损严重，流量卸荷使用少。压力卸荷-现在使用的都是压力卸荷方式的卸荷回路。1.利用换向阀组成的卸荷回路

（1）用三位四通M型、H型组成的卸荷回路（2）用二位电磁铁组成的卸荷回路

（附图）这两种方法简单，但换向阀切换时会产生换向冲击（液压冲击），仅适用于低压、小流量（<40L/min）的系统中。2.电磁溢流阀组成的卸荷回路该回路适用于大流量的液压系统中，电磁阀与溢流阀共阀体，选择规格较大的阀。电磁溢流阀组成的卸荷回路

（动画7-3先导型溢流阀卸载）回路.swf)3.利用复合泵组成的卸荷回路

（下图）四、减压回路在液压系统中，有些局部机构需要的工作压力小于主油路的工作压力，为满足系统的要求，利用减压阀的功能，组成减压回路。常见的有-双向减压回路、单向减压回路。1.双向减压回路（见下图）

2.单向减压回路3.分析减压回路五、增压回路使系统的局部油路或某个执行元件获得比液压泵工作压力高得多的压力时,可采用增压回路。

常用的有

双向增压回路、单向增压回路。1.单向增压回路

（课本P131图6-4a）单向增压回路-F1=p1S1F2=p2S2F1=F2p1S1=p2S2p2=(S1/S2)p2(S1/S2)=K>1

P2>p12.双向增压回路

（课本P131图6-4b）六、缓冲、补油回路当液压系统中的换向阀迅速换向或关闭回路时，执行机构突然停止工作或换向，运动部件和油液在惯性的作用会给系统带来很大的冲击。这种作用-一方面，会使局部油路(一腔)压力急剧升高，超出工作压力的若干倍，导致系统中的元件和管道发生噪声、振动等破坏，危害系统的工作平稳和安全。另一方面，由于封闭油路会造成另一腔出现真空，使系统产生气穴现象，引起系统噪声、振动、爬行。为使系统安全、可靠，应考虑设置缓冲补油回路。常用的缓冲补油回路有：1.由两个过载阀组成的缓冲补油回路

（见附图）该回路简单，适用于两边流量相等的系统。由两个过载阀组成的缓冲补油回路-2.由四个单向阀和一个过载阀组成的缓冲补油回路该回路简单，由于两边使用一个过载阀，只能调定一种压力，故适用于两边油路的过载压力调定压力相同的系统中。

3.由两个过载阀和两个补油单向阀组成的缓冲补油回路

这种回路可根据各自的负载的大小分别调定过载压力值，适应性好，应用比较普遍。

4.利用蓄能器组成的缓冲补油回路

蓄能器还可进行吸收泵的脉动，使执行机构工作更平稳，但这种回路使系统的结构不紧凑。七、顺序回路1.单向顺序回路2.双向顺序回路八、平衡回路（见附图）§7-3速度控制回路液压系统中，除了必须满足主机对力或力矩的要求外，还需要通过速度控制回路满足其对执行机构运动速度的要求，如：一、调速回路液压机械在工作中，经常根据需要改变执行机构的运动速度，如重载慢速、轻载快速。调速、限速、制动、快速等。

实现机械速度调节的液压回路称调速回路。调速-是指原动机转速或功率保持不变的条件下的调速。液压缸的运动速度液压马达的转速→→→↓从上两式中得知，调节执行机构的运动速度有两种方法：（1）改变输入执行机构工作腔的流量Q：①

改变液压泵的供油量-采用变量泵或几个定量泵组合；②利用定量泵与调节节流装置来改变输入的流量。（2）改变液压马达的排量q。调速回路有-节流调速回路有：容积调速回路有：进油节流调速、回油节流调速、旁路节流调速。有级调速回路无级调速回路（一）节流调速回路这种回路用于定量泵与定量执行机构组成的液压系中。它是利用节流方法来调节主油路和旁油路（通油箱）的这两条并联油路的相对油阻，使一部分压力油从旁路或溢流阀流回油箱中，从而减少进入执行机构的流量，实现调速。节流调速回路的特点：①结构简单，操作方便；②能获得较低的运动速度；③压力油通过节流口和旁路流回油箱有能量损失，导致系统发热和效率降低；④适用于功率较小、非经常性调速的液压系统。该回路中用的调速元件为节流阀、调速阀。按调节元件的安装位置有以下三种方式1.进油节流调速回路-利用节流阀的调速回路节流阀串联在液压泵和液压缸之间,从液压泵来的油经过节流阀进入液压缸工作腔。调节节流阀通流截面积，即可调节输入液压缸的流量，从而调节工作机构的运动速度。多余的液压油经溢流阀流回油箱。

特点-工作过程中①泵的流量Q和泵供油压力pB是不变的，带动泵的电动机功率也是不变的；②流量Q和油压pB

，却按最高速度和最大负载来选择；③当系统在低速、轻载下工作时，有相当大的一部分功率被损耗掉，损失的功率变成热能使系统油温升高；④由于液压缸回油腔没有背压，所以运动平稳性较差；⑤压力油通过节流阀再进入液压缸，油温较高，泄漏较大，也会影响运动速度；⑥采用进口节流调速回路时，为了提高液压缸活塞运动的平稳性，常在回油中装一个压力为0.2~0.3MPa的背压阀；⑦这种调速回路，调速范围较大，但稳定性较差，功率损失较大；⑧一般应用在功率较小，负载变化不大的机械装置中。

2.出口（回油）节流调速回路-利用节流阀的调速回路节流阀接在回油路上的调速回路。泵供油压力pB由溢流阀调节，调定后基本上保持不变。如不考虑泵到油缸一段油路上的压力损失，可以认为进入液压缸压力与泵供油压力相等。节流阀在回油路上形成局部液阻，因而在液压缸回油腔产生背压，其值决定于负载。p2也就是节流阀的进口油压，节流阀的出口油压为零。调节节流阀的开口，即可调节从液压缸流回油箱的流量，从而调节液压缸的运动速度。泵输出的多余油液从溢流阀溢回油箱。调节节流阀的开口，即可调节从液压缸流回油箱的流量，从而调节液压缸的运动速度。泵输出的多余油液从溢流阀溢回油箱。特点-进口节流调速的工作，情况和负载速度特性，完全适用于出口节流调速。由于液压缸回油腔排出的油要经过节流阀才回到油箱，节流阀的阻力给回油腔造成一反压力。因此外界负载变化时可起缓冲作用，运动比较平稳，且可防止突进。不管外界的工作负载和速度多么小，泵的输出功率都是一样的。因此效率不高，特别是小流量、轻载时效率更低。出口节流调速范围大，运动较平稳，但效率较低，它广泛用于功率不大、有负值负载和负载变化较大，或要求运动平稳性较高的液压系统。3．旁路节流调速回路-利用节流阀的调速回路节流阀装在旁路上，液压泵输出的油，分成两路：一路进入液压缸，另一路经节流阀流回油箱。节流阀在这里起溢流作用。在正常情况下溢流阀不打开，没有油经溢流阀流向油箱。只有当系统过载时，溢流阀才打开，起安全保护作用。泵输出压力

pB

是不定值，它随负载变化而变化，这是和上述两种方法不同的。特点－

①节流阀开口为零时，液压缸速度最大。随着节流阀开口的增大，液压缸速度逐渐减小；②当节流阀开口增大后液阻很小，液压泵压力就不会高，系统的承载能力将显著减小；③这种回路，节流阀的开度不能过大，只能在小流量范围内进行调节，调节范围小。从调速范围、小流量稳定性及承受负负载力等方面来看出口节流调速性能最好，进口节流调速次之，旁路式最差。节流调速的共同优点是液压系统简单能在较大范围内实现无级调速。共同缺点速度随负载而变化，节流阀调速只能应用于负载变化不大的传动系统中。低速、轻载时效率低，故节流调速回路限于用在功率不大，发热限制不严的系统中。4.利用调速阀组成的调速回路（动画7-7调速阀串联速度换接回路.swf）（动画7-8调速阀并联速度换接回路.swf）5.利用换向阀的调速回路（二）容积调速回路容积调速回路是依靠改变液压泵（或泵组）排量或液压马达（或马达组）的有效排量来调节执行机构的运动速度。由于容积调速方法没有功率损失，系统传动效率高，油液发热少，温升慢，调速范围较大。

根据调速特性分有-有级容积调速回路、无级容积调速回路。1.有级容积调速回路特点-将若干个流量相等或不等的定量泵，或者排量相等或不等的液压马达，按需要适当的加以组合，即实现有级调速。（1）改变泵组联接的有级容积调速A.应用顺序阀改变泵组联接组成的有级容积调速该系统是双泵系统规格相同，通过回路压力的大小自动变换两泵的联接状态。低压状态（负载小），远控顺序阀关闭，泵1、2并联，同时向系统供油，流量为两泵之和。高压状态（负载大）时，回路压力高，顺序阀开启，液压泵2出口与泵1的进油口接通，向系统供油量减少（一半）系统低速工作。单向阀4、5是防止油液倒流。（见图）应用顺序阀改变泵组联接组成的有级容积调速-B.应用合流阀改变泵组联接的有级容积调速回路图中阀3在此称合流阀。当合流阀接通左位时，泵1和2单独工作，分别经各自的换向阀向各自的执行机构供油。此时各系统均为低速状态。当合流阀接通右位时，则其中一个执行机构不工作，另一个执行机构快速工作，使泵1、2同时向一个机构供油，调速范围视两泵流量而定。

C.泵组并联调速系统（2）改变马达组联接的有级容积调速回路通过换接阀3改变马达的联接关系，泵是定量的。使双马达串并联的有级调速回路2.无级容积调速回路特点：利用变量泵或变量马达来进行速度调节。根据组成方式的不同分有三种：变量泵——定量马达组合；定量泵——变量马达组合；变量泵——变量马达组合。（1）变量泵——定量马达组合依靠改变变量泵1的输出流量来调节定量液压马达或液压缸2的运动速度。3是安全阀，只在系统过载时才打开。回路为闭式并通过单向阀4从副油箱补油。在这种调速回路中，变量泵的流量是根据执行元件的运动速度要求需要多少流量就供给多少流量，没有多余流量从溢流阀溢走。当不考虑管路损失时，泵的供油压力等于执行元件的工作压力并由负载决定，随负载的增减而增减，允许最大工作压力由安全阀调定（2）定量泵——变量马达组合如图所示，定量泵1输油量不变，改变变量液压马达2的排量qm，就可改变液压马达的转速。3是安全阀，4是辅助泵，用以向系统补油。5为辅助泵的溢流阀，其压力调得较低，使主泵吸油腔保持一定的压力，防止空气侵入，改善吸油特性。（3）变量泵——变量马达组合该回路是由前两个回路组成的，工作时是分段进行的：第一阶段-先将液压马达的排量将其调定在至最大值，之后逐渐调整液压泵的流量至最大值，此时液压马达转速从最小逐渐上升到一值-称其为过渡值；第二阶段-将液压泵的流量固定在最大值上，然后逐渐调小马达的排量至最小，其速度由过渡值上升到最大值。

二、限速回路在一些机械工作时,为防止载荷或自重的重力作用下,在不加控制时,出现超速现象;在液压马达驱动的行走机构下坡行驶时,由于机械本身自重的作用下,出现超速行驶,这样易出现安全事故,故必须采取措施防止,应用限速回路来实现.利用平衡阀的限速回路利用平衡阀的限速回路-三、制动回路为使运动着的工作机构在任意需要的位置上停止下来，并防止其在停止后因外界影响而发生窜动，可采用制动回路。最简单的方法是利用换向阀进行制动，如滑阀机能为M型或0型的换向阀，在它回复中位时，可切断执行元件的进回油路，使执行元件迅速停止运动。大型装卸机械工作机构，如起重机吊钩和装载机动臂等常装有自动限位器。

装载机动臂油缸采用限位器制动的回路动臂在将铲斗升举到最高位置和下降至最低放平位置时，能自动限位制动。图中的四位换向阀系靠钢珠定位，当铲斗移至限位点时碰触开关，二位电磁阀换向接入压缩空气，将定位钢珠压回槽内，四位换向阀便在弹簧作用下回复中位，切断动臂油缸的回油路，于是动臂连同铲斗一起被限位制动。起重机起升机构所采用的常闭式液压制动

四、顺序（速度换接）回路1.利用顺序阀组成的速度换接回路（动画7-7