第七章 液压回路

第七章、液压与气动回路方向控制回路压力控制回路速度控制回路多缸运动控制回路其他控制回路扩展与提高第一节、概述任何一个液压与气动系统，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，就是由一些液压与气动元件组成，用来完成特定功能的回路结构。本章所涉及到的基本回路包括方向控制回路、速度控制回路、压力控制回路，悉和掌握这些基本回路的组成、工作原理及应用，是分析、设计和使用液压与气动系统的基础。第二节方向控制回路

通过控制进入执行元件流体的通、断或变向，来实现执行元件的启动、停止或改变运动方向的回路称为方向控制回路。一、启停回路至系统至系统二、换向回路在泵与执行元件之间采用标准的普通换向阀的简单换向回路。三、锁紧回路制动回路功用使液压执行元件平稳地由运动状态转换为静止状态，制动快，冲击小，制动过程中油路出现的异常高压和负压能自动有效地被控制。设计回路：某升降台由一个油缸驱动，要求能够完成升降和任意位置的停止。第三节压力控制回路

压力控制回路是利用压力控制阀来控制系统或系统某一部分的压力。

一、稳压调压回路YAA1A2在二级及多级调压回路中，远程调压阀的调整压力必须低于主溢流阀的调整压力，只有这样远程调压阀才能起作用。二、减压回路减压回路是使系统中某一支路具有较低的稳定压力。

1YA2YA3单向阀起什么作用？三、增压回路增压回路是使系统中某一部分具有较高的稳定压力。

B腔低压压制中压压制高压压制快退原位制成品（低压）压缩空气（增压）液压能2YA1YA四、保压回路执行元件在工作循环的某一阶段内，需要保持一定压力时，则应采用保压回路。

1YA3YA2YA（1）利用液压蓄能器保压的回路(2)用液压泵的保压回路低压大流量高压小流量至系统（3）用液控单向阀的保压回路

p1电接点压力表工作台五、卸荷回路

卸荷回路是使液压泵在接近零压的工况下运转的回路。

至系统至系统至系统比较两种卸荷回路的特点利用先导式溢流阀的卸荷回路执行元件不需保压的卸荷回路用换向阀中位机能的卸荷回路

所示为采用M型(或K型、H型)中位机能换向阀实现液压泵卸荷的回路。当换向阀处于中位时，液压泵出口直通油箱，泵卸荷。因回路需保持一定的控制压力以操纵执行元件，故在泵出口安装单向阀。用换向阀中位机能的卸荷回路六、平衡回路（单向顺序阀）防止垂直油缸及其工作部件因自重自行下落或下行运动中因自重造成的失控失速回路。

悬持下放起升比较两种回路六、平衡回路（单向节流阀）悬持下放起升单向节流阀起什么作用？七、释压回路

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采用的回路。

p1液压缸上腔的高压油在换向阀4处于中位（液压泵卸荷）时通过节流阀5．单向阀6和换向阀释压。当上腔压力降至压力继电器3的调定压力时，换向阀切换至左位，液控单向阀1打开，使液压缸上腔的液体通过该阀排到液压缸顶部的副油箱2中去。第四节速度控制回路运动速度：转速：一、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。1.差动回路：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。2采用蓄能器的快速补油回路当执行元件间歇或低速运动时，泵向蓄能器充油。而在工作循环中某一工作阶段执行元件需要快速运动时，蓄能器作为泵的辅助动力源，可与泵同时向系统提供压力油。3、双泵供油的快速运动回路

(1)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。

(2)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。

(3)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。二、调速回路

1、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、回油路节流调速、旁油路节流调速三种基本形式。组成：定量泵、定量执行元件、流量阀、溢流阀下面以定量泵—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。

1）节流阀式进油路节流调速回路将节流阀串联在液压泵和液压缸之间，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。进油路节流调速回路在这种回路中，定量泵输出的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。

(1)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：v=q1/A1活塞受力方程为p1A1

=p2A2

+Fp2—液压缸回油腔压力，当回油腔通油箱时，p2=0。于是p1

=F/A1，ΔpT=pP-p1通过节流阀的流量方程为：式中C——与油液种类、粘度等有关的系数；

AT——节流阀的开口面积；ΔpT——节流阀前后的压差，ΔpT=pP-p1；进油路节流调速回路的速度负载特性方程：进油路节流调速回路速度负载特性曲线

——节流阀的指数。当为薄壁孔口时，＝0.5。当节流阀通流面积AT一定时，活塞运动速度v随着负载F的增加按抛物线规律下降。当F=pPA1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。该回路的最大承载能力即为Fmax=pPA1

。进油路节流调速回路速度负载特性曲线这种回路的调速范围较大，Rcmax=vmax/vmin≈100；其它条件不变时，活塞的运动速度v与节流阀通流面积AT成正比，调节AT就能实现无级调速。

(2)功率特性

PP=pPqP液压缸输出的有效功率为：

P1=Fv=F（q1/A1）=p1q1回路的功率损失为ΔP=PP-P1=pPqP-

p1q1=pP(q1＋Δq)-

(pP-ΔpT)q1=pPΔq+

ΔpTq1式中Δq——溢流阀的溢流量忽略液压缸、液压泵和管路中的功率损失，回路功率损失分配情况和效率。液压泵输出功率即为该回路的输入功率，即：由式ΔP=

pPΔq+ΔpTq1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ΔP1=pPΔq和节流功率损失ΔP2=ΔpTq1

。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：2）节流阀回油路节流调速回路回油路节流调速回路速度为：活塞受力方程为：节流阀压差为：节流阀流量为：回油调速：进油调速：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

(2)运动平稳性回油路节流调速回路进油路节流调速回路(3)油液发热对回路的影响(4)启动性能

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。进、回油节流调速回路中溢流阀常开，起调压作用3）节流阀旁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，称为旁路节流调速回路。在这个回路中，由于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，其调定压力为最大负载压力的1.1～~1.2倍，液压泵的供油压力pP取决于负载。

节流阀旁路节流调速回路(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将随泵的压力的变化而变化，采用与前述相同的分析方法可得速度表达式为：式中qPt——泵的理论流量；

kl

——泵的泄漏系数，其余符号意义同前。

影响kv的因素：1、当AT不变时，F↑→kv

↑2、当F不变时，AT↓→kv

↑3、A1↑或↓或kl↓→kv

↑

(2)功率特性回路的输入功率PP=p1qP回路的输出功率P1=Fv=p1A1v=p1q1回路的功率损失ΔP=PP-P1=p1qP-p1q1=p1Δq回路效率由上两式可以看出，旁油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。4）调速阀式节流调速回路调速阀在进油路上调速阀在回油路上调速阀在分支油路上4）调速阀式节流调速回路调速阀在进油路上负反馈定差式减压阀自动补偿负载变化引起节流口出口压力的变化，使p3跟随p1变化。调速阀的进、回油节流调速调速阀的旁路节流调速上述这些性能上的改进都是以加大整个流量控制阀的工作压差为代价的，调速阀的工作压差一般最小需0.5MPa，高压调速阀需1.0MPa左右。调速阀节流调速回路的速度负载特性2容积调速回路容积调速回路的主要优点是没有节流调速时通过溢流阀和节流阀的溢流功率损失和节流功率损失。所以发热少，效率高，适用于功率较大，并需要有一定调速范围的液压系统中。

容积调速回路按所用执行元件的不同，分为泵—缸式回路(一般为开式回路)和泵—马达式回路（可做成闭式回路）。这里主要介绍泵—马达式容积调速回路。闭式回路开式回路

1)变量泵—定量马达式容积调速回路回路中压力管路上的安全阀4，用以防止回路过载，低压管路上连接一个小流量的辅助油泵1，以补偿泵3和马达5的泄漏，其供油压力由溢流阀6调定。辅助泵与溢流阀使低压管路始终保持一定压力，不仅改善了主泵的吸油条件，而且可置换部分发热油液，降低系统温升。变量泵—定量马达容积调速回路VPnMTMPMPMnMTM变量泵—定量马达容积调速回路工作特性曲线由于泵和马达的泄漏量随负载的增加而增加，致使马达输出转速下降。该回路的调速范围RC≈40。改变Vp调节qp应用于小型内燃机车、液压起重机船用绞车等的液压系统。2）定量泵—变量马达式容积调速回路定量泵3的排量VP不变，变量液压马达2的排量VM的大小可以调节，4为安全阀，1为补油泵，6为补油泵的低压溢流阀。定量泵—变量马达式容积调速回路改变VM调节nM恒功率调速回路

马达的输出功率PM和回路的工作压力p都由负载功率决定，不因调速而发生变化，该回路的优点是能在各种转速下保持很大输出功率不变，其缺点是调速范围小(Rc≤3)，因此这种调速方法往往不能单独使用。PMnMVMnMPMTMTM恒功率调速回路特性曲线VMmin应用于造纸、纺织印染等行业的卷曲缠绕装置的液压系统，在卷件不断加大直径的情况下，线速度和拉力基本恒定。

3）变量泵—变量马达式容积调速回路

双向变量泵2和双向变量马达3组成的容积式调速回路。回路中各元件对称布置，改变泵的供油方向，就可实现马达的正反向旋转，单向阀8和5用于辅助泵1双向补油，单向阀9和7使溢流阀4在两个方向上都能对回路起过载保护作用。变量泵—变量马达式容积调速回路在低速段，先将马达排量调到最大，用变量泵调速，当泵的排量由小调到最大，马达转速随之升高，输出功率随之线性增加，此时因马达排量最大，马达能获得最大输出转矩，且处于恒转矩状态；高速段，泵为最大排量，用变量马达调速，将马达排量由大调小，马达转速继续升高，输出转矩随之降低，此时因泵处于最大输出功率状态，故马达处于恒功率状态。该回路调速范围Rc≤100。一般机械要求低速时输出扭矩大，高速时能输出较大的功率，这种回路恰好可以满足这一要求。3、容积节流调速回路工作原理

采用压力补偿型变量泵供油，用流量控制元件确定进入液压缸的流量来调节活塞的运动速度，并使变量泵的输油量自动地与液压缸所需的流量相适应。没有溢流损失，效率较高，速度稳定性比单纯的容积调速回路好。特点：开始变量点变量段，泵出口压力大于弹簧预压力

1）定压式容积节流调速回路(1)这种回路使用了限压式变量叶片泵和调速阀；(2)活塞运动速度v由调速阀中节流阀的通流截面积AT来控制；(3)变量泵输出的流量qp和进入缸中的流量q1自相适应：当qp﹤q1时→泵的供油压力↓→变量泵的流量↑→qp≈q1；当qp>q1时→泵的油压力↑→变量泵的流量自动↓→qp≈q1；回路的特点(4)调速阀的作用使进入缸中的流量保持恒定；使泵的供油压力，供油量基本上不变，从而使泵和缸的流量匹配；(5)回路的速度刚性，运动平稳性，承载能力和调速范围都和与它对应的节流调速回路相同；(6)这种回路最适用于中、小功率场合。(1)这种回路使用稳流量泵和节流阀；(2)节流阀控制着进入液压缸的流量q1，并使变量泵输出流量qp自动和q1相适应；当qp﹥q1时→泵的供油压力↑→泵内左，右两个柱塞进一步压缩弹簧→e↓→泵的供油量qp

↓→qp≈q1；当qp<q1时→泵的供油压力↓→e↑→泵的供油量qp

↑→qp≈q1；(3)这种回路宜用在负载变化大，速度较低的中，小功率的场合。回路的特点2）变压式容积节流调速回路三类调速回路的比较和选用

一、调速回路的比较

液压系统中的调速回路应能满足如下的一些要求，这些要求是评比调速回路的依据。1、能在规定的调速范围内调节执行元件的工作速度。2、在负载变化时，已调好的速度变化愈小愈好，并应在允许的范围内变化。3、具有驱动执行元件所需的力或转矩。4、使功率损失尽可能小，效率尽可能高，发热尽可能小。

调速回路类型主要性能节流调速回路容积调速回路容积节流调速回路用节流阀调节用调速阀或溢流节流阀调节变量泵—液压缸式定压式变压式定压式（进、出）变压式（旁路）定压式变压式机械特性速度刚性差很差好较好好承载能力好较差好较好好调速特性（调速范围）大小大较大大功率特性效率低较高低较高最高较高高发热大较小大较小最小较小小负载适用范围小功率、轻载或低速的中、低压系统大功率、重载高速的中高压系统中小功率的中压系统三类调速回路主要性能比较二、调速回路的选用1、一般来说速度低的用节流调速回路；速度稳定性要求高的用调速阀式调速回路，要求低的用节流阀式调速回路。2、负载小、负载变化小的用节流调速回路，反之用容积调速回路或容积节流调速回路。3、一般情况下功率﹤3KW的用节流调速回路；3～5KW的用容积节流调速回路；5KW以上的用容积调速回路。4、费用低廉时用节流调速回路；允许费用高时则用容积节流或容积调速回路。三、速度的换接回路1快速与慢速的换接回路：速度换接回路主要是用于使执行元件在一个工作循环中．从一种速度变换到另一种速度。

2两种慢速的换接回路一、顺序运动回路当用一个液压泵向几个执行元件供油时，如果这些元件需要按一定顺序依次动作，就应该采用顺序回路。如转位机构的转位和定位，夹紧机构的定位和夹紧等。顺序动作回路，根据其控制方式的不同，分为行程控制、压力控制和时间控制三类。第五节、多缸运动控制回路用一个能源向两个或多个缸(或马达）提供液压油或压缩空气，按各缸之间运动关系要求进行控制，完成预定功能的回路，称为多缸运动回路，多缸运动回路分为顺序运动回路、同步运动回路和互不干扰回路等。1行程控制顺序动作回路

2压力控制顺序动作回路2、采用单向顺序阀的顺序回路

二、同步回路在多缸工作的液压系统中，常常会遇到要求两个或两个以上的执行元件同时动作的情况，并要求它们在运动过程中克服负载、摩擦阻力、泄漏、制造精度和结构变形上的差异，维持相同的速度或相同的位移——即作同步运动。同步运动包括速度同步和位置同步两类。速度同步是指各执行元件的运动速度相同；而位置同步是指各执行元件在运动中或停止时都保持相同的位移量。同步回路就是用来实现同步运动的回路。由于负载、摩擦、泄漏等因素的影响，很难做到精确同步。下面介绍的几种同步回路，只能做到基本上同步。1、液压缸机械联结的同步回路这种同步回路是用刚性梁、齿轮、齿条等机械零件在两个液压缸的活塞杆间实现刚性联结以实现位移的同步。图8.13所示为液压缸机械联结的同步回路，这种同步方法比较简单经济,能基本上保证位置同步的要求，但由于机械零件在制造、安装上的误差，同步精度不高。同时，两个液压缸的负载差异不宜过大，否则会造成卡死现象。

2、采用调速阀的同步回路

图8.14所示是采用调速阀的单向同步回路。两个液压缸是并联的，在它们的进(回)油路上，分别串接一个调速阀，仔细调节两个调速阀的开口大小，便可控制或调节进入或自两个液压缸流出的流量，使两个液压缸在一个运动方向上实现同步，即单向同步。这种同步回路结构简单，但是两个调速阀的调节比较麻烦，而且还受油温、泄漏等的影响，故同步精度不高，不宜用在偏载或负载变化频繁的场合。图8.14采用调速阀的同步回路

3、用串联液压缸的同步回路

图示为带有补偿装置的两个液压缸串联的同步回路。当两缸同时下行时，若缸5活塞先到达行程端点，则挡块压下行程开关lS，电磁铁3YA得电，换向阀3左位投入工作，压力油经换向阀3和液控单向阀4进入缸6上腔进行补油，使其活塞继续下行到达行程端点；如果缸6活塞先到达端点，行程开关2S使电磁铁4YA得电，换向阀3右位投入工作，压力油进入液控单向阀控制腔，打开阀4，缸5下腔与油箱接通，使其活塞继续下行达到行程端点，从而消除累积误差。

4、用同步马达的同步回路图8.16所示为采用相同结构、相同排量的两个液压马达作为等流量分流装置的同步回路。两个马达轴刚性联结，把等量的油分别输入两个尺寸相同的液压缸中，使两液压缸实现同步。图中的节流阀是用于消除行程端点两缸的位置误差。影响这种回路同步精度的主要因素有：两个马达由于制造上的误差而引起的排量上的差别，作用于液压缸活塞上的负载不同引起的漏油以及摩擦阻力的不同等等。图8.16用同步马达的同步回路5、采用同步阀的同步回路泵输出的油液进入同步阀，经同步阀中的固定节流口分成两路，两路油经可变节流口后进入执行元件中。两路油量因同步阀的自动调节作用，始终保持相等，不因外载变化而变化。采用同步阀的同步回路比较简单、同步精度高，但有节流损失。小结本章所介绍的是一些比较典型和比较常用的基本回路。对于其它一些基本回路，感兴趣的读者可以根据书后所列的参考文献查阅。学习基本回路的目的，就是要掌握它的基本原理、特点，并能将它们有机地组合应用于复杂液压系统的设计当中，以满足设计系统特定的工作要求。其它回路

A、增压回路增压回路用来使液压系统中的局部油路获得比油泵工作压力高得多的压力，或用在气压与油压并用的机构中。增压回路中用来提高油液压力的主要元件是一个增压油缸，如图示。其中大直径缸同泵相连，小直径缸端同需要提高压力的系统相连。小缸增压倍数K等于大缸直径D的平方与小缸直径d的平方之比。断续增压回路连续增压回路

B．卸荷阀进行卸荷的回路卸荷基本回路的应用——压力机液压系统如图示，卸荷阀用于压力机双联泵系统中。当加压头下降时系统压力低，要求下降速度快，双泵供油。当加压头接触工件时，负荷增加，要求加压头下降速度慢，单泵供油，大泵卸荷。

C、缓冲油路在液压系统中，突然的起、停、