液压传动及控制液压基本回路

液压传动及控制液压基本回路第1页/共116页Ahydraulicsystemconsistsofsomebasichydrauliccircuits。液压系统是由一些基本回路组成。Ahydrauliccircuitismadeupofhydrauliccomponentsandpipelinestoaccomplishspecialfunction。基本回路是由相关液压元件组成，并能完成特定功能的简单油路。Classifications

分类（Accordingtofunctions）Introduction引言第2页/共116页Pressurecontrolcircuits压力控制回路

Controlentireorpartialoperatingpressure。控制整个液压系统或局部的工作压力。

Speedcontrolcircuits速度控制回路

Controlandregulatemotionspeedofactuators。控制和调节执行元件的运动速度。Directionalcontrolcircuits方向控制回路

Controlandshiftmotiondirectionsofactuator。控制执行元件的运动方向。Othercircuits其它回路第3页/共116页7.1PressureControlCircuits压力控制回路

压力控制回路是利用压力控制阀来控制液压系统或某一分支系统的压力，以满足执行元件对力（力矩）的要求。有调压、保压、减压、增压、卸荷、平衡等多种回路。第4页/共116页

用于控制系统的工作压力，使之保持基本恒定或限定其最高数值，或使工作机构在运动过程的各个阶段中具有不同压力。

Pressurelimitedcircuit限压回路

Fixeddisplacementpumpsystem

定量泵系统调速时溢流阀为常开状态（溢流），系统压力保持为溢流阀的调定压力。

Variabledisplacementpumpsystem变量泵系统正常情况下阀口关闭，溢流阀作安全阀用。1.Pressureregulatedcircuit

调压回路第5页/共116页定量泵系统变量泵系统限压回路第6页/共116页

Pressureregulatedfromremoteport

远程调压回路Fig.7-1a）Multistagepressureregulatedcircuit

多级调压回路Fig.7-1b）

主阀（先导式溢流阀）的调定压力应高于远程调压阀（直动式溢流阀）的最高压力值。主溢流阀不起调压作用，泵的工作压力由远程调压阀调节。第7页/共116页第8页/共116页第9页/共116页2.Pressure-holdingcircuit保压回路

Fig.

7-6

使执行元件在行程终端时仍保持工作压力。

单向阀保压回路

锥面密封，密封效果好。

蓄能器保压回路限压式变量泵保压第10页/共116页单向阀保压回路

蓄能器保压回路第11页/共116页第12页/共116页3.

Pressure-reducingcircuit

减压回路Fig.

7-3

用来使系统中的某一部分油路具有较低的稳定压力。

在需要减压的那部分油路前串联一减压阀。

One-stagePressure-reducingcircuit

单级减压回路Fig.

7-3

a）

Two-stagePressure-reducingcircuit

二级减压回路Fig.

7-3

b）第13页/共116页第14页/共116页4.

Pressure-increasingcircuit

增压回路Fig.7-4

使某一油路的压力高于系统压力的回路。

采用增压缸。A1A2p2p1单作用增压缸第15页/共116页双作用增压缸A1A2p2p1第16页/共116页第17页/共116页5.Pressure-ventingcircuit卸荷回路Fig.7-2

使油泵在很小的输出功率下运转。

二位二通换向阀卸荷回路卸荷彻底，但冲击大。

换向阀中位机能卸荷回路Fig.7-2a）利用M、H、K型换向滑阀处于中位时卸荷。结构简单，但在压力较高、流量较大的回路中将产生换向阀换切的冲击。第18页/共116页二位二通换向阀卸荷回路M型中位机能换向阀的卸荷回路至系统第19页/共116页

电磁溢流阀卸荷回路Fig.7-2b）冲击小，广泛采用。但卸荷不彻底。

双泵供油卸荷阀卸荷工进时低压大流量泵卸荷。蓄能器卸荷Fig.7-2d）采用卸荷溢流阀限压式变量泵卸荷回路Fig.7-2c）流量卸荷，输出流量只补充系统的泄漏。第20页/共116页双泵供油卸荷阀卸荷回路电磁溢流阀卸荷回路至系统至系统第21页/共116页第22页/共116页卸荷溢流阀第23页/共116页限压式变量泵卸荷回路第24页/共116页

防止立式执行机构因自重而自行下落，或在其下行时避免出现失控超速的回路。

内控式平衡阀平衡回路

Fig.7-5

a）

用于物重变化不大的场合。

外控式平衡阀平衡回路Fig.7-5

c）液控单向阀平衡回路Fig.7-5

b）锁紧性能好。单向节流阀用于控制下行时的流量，防止活塞下行时的冲击，提高运动平稳性。6.Pressurecounter-balancecircuit

平衡回路Fig.7-5第25页/共116页外控平衡阀平衡回路液控单向阀平衡回路内控平衡阀平衡回路第26页/共116页第27页/共116页

液压系统中为什么要设置背压回路？背压回路与平衡回路有何区别？答：液压系统中设置背压回路，是为了提高执行元件的运动平稳性或减少爬行现象。这就要在回油路上设置背压阀，以形成一定的回油阻力，一般背压为0.3~0.8MPa，背压阀可以是装有硬弹簧的单向阀、顺序阀，也可以是溢流阀、节流阀等。无论是平衡回路，还是背压回路，在回油管路上都存在背压，故都需要提高供油压力。但这两种基本回路的区别在于功用和背压的大小不同。背压回路主要用于提高进给系统的稳定性，提高加工精度，所具有的背压不大。平衡回路通常是用于立式液压缸或起重液压马达平衡运动部件的自重，以防运动部件自行下滑发生事故，其背压应根据运动部件的重量而定。

第28页/共116页7.2SpeedControlCircuits速度控制回路

速度控制回路研究的是液压系统的速度调节和速度变换问题，分为调速回路、增速回路和速度换接回路三种。1.

Speed-regulatingcircuit调速回路用于调节执行元件的工作运动速度。常用的调速方法有节流调速、容积调速和联合调速（容积节流调速）。第29页/共116页

采用定量泵供油，通过调节流量阀的阀口开度来调节流量，进而调节执行元件的运动速度。

进油路节流调速回路

Fig.7-7a）回油路节流调速回路Fig.7-7b）旁油路节流调速回路

Fig.7-9

Throttlespeed-regulatingcircuit节流调速回路第30页/共116页【课堂练习】图示调速回路，节流阀处于节流调速工

况，两压力表a、b分别测量液压缸两腔的压力。不

计系统泄漏及溢流阀的调压偏差，当负载F增大时：

abFv第31页/共116页1压力表a的读数（

），b的读数（

）。

A.增大B.减小

C.基本不变D.可能增大也可能减小答案：C、B2活塞杆运动速度v（

），泵输入功率（

）。

A.增大B.减小

C.基本不变D.可能增大也可能减小答案：B、C第32页/共116页

Volumespeed-regulatingcircuit容积调速回路

容积调速靠改变泵或马达的排量来调节速度。

变量泵—定量马达调速回路Fig.7-11

变量泵—液压缸调速回路定量泵—变量马达调速回路变量泵—变量马达调速回路Fig.7-12第33页/共116页

变量泵控制定量液动机

nm=qp·ηvm/Vm=np·Vp·ηvp·ηvm/VmT=Δp·Vm·ηmm/(2π)

v=qp/A

=np·Vp·ηvp/AF=p·A·ηm第34页/共116页特点：速度v(nm)随变量泵排量Vp的改变而变化，受负载变化的影响小；输出恒定扭矩（或恒力）；无溢流损失和节流损失，效率高。这种回路主要用于负载扭矩变化不大，调速范围较大的传动装置中。第35页/共116页

定量泵—变量马达调速回路

nm=qp·ηvm/Vm=np·Vp·ηvp·ηvm/VmTm=Δp·Vm·ηmm/(2π)

Pom=2π·nm·Tm=p·qp·ηom

第36页/共116页特点：输出转速nm

随马达排量Vm而变化；马达输出功率恒定；无溢流损失和节流损失，效率高；当Vm→0时，nm→∞，故不宜用变量马达来反向。适用于具有恒功率负载特性且调速范围不大的液压传动系统。第37页/共116页

变量泵—变量马达调速回路

nm=qp·ηvm/Vm=np·ηvp·ηvm·Vp/Vm

Tm=p·Vm·ηmm/（2π）

Pom=2π·nm·Tm=p·qp·ηom第38页/共116页特点：调速范围大；有较高的工作效率；能实现低速时大扭矩，高速时输出较大的功率。变量泵—变量马达调速回路满足一般机械的负载要求，因此应用广泛，特别适合于大功率场合。容积调速回路无溢流损失和节流损失，因此效率高，发热少，缺点是变量泵和变量马达的结构复杂，价格较高。适用于大功率设备的液压系统中。第39页/共116页

Volume-throttlespeed-regulatingcircuit

联合调速回路Fig.7-13

采用变量泵供油，流量阀控制流入或流出液动机的流量，以实现工作速度的调节，并使泵的供油量与液动机所需流量相适应。

限压式变量泵与调速阀组成的联合调速回路第40页/共116页限压式变量泵与调速阀组成的联合调速回路第41页/共116页

工作原理泵的输出油液经调速阀进入液压缸，回油经背压阀流回油箱，缸速v由调速阀中节流口的开度控制。由于调速阀中节流口的压差保持不变，只要阀口面积调定，则通过的流量q1一定，而泵会自动调节其输出流量qp。特点回路效率比节流调速高，发热少，缸速由调速阀调节，可保证速度不受负载变化的影响，运动平稳性好（不受泵的泄漏影响）。

第42页/共116页【课堂练习】

在限压式变量泵与调速阀组成的容积节流调速回路中，若负载从F1降到F2而调速阀开口不变时，泵的工作压力()；若负载保持定值而调速阀开口变小时，泵工作压力()

。

A.增加B.减少

C.不变D.无法判断答案：C、A第43页/共116页2.Fast-speedmovementcircuit增速回路

增速回路用来获得快速空行程，以提高系统的工作效率。

差动连接增速回路

Fig.7-15

双泵供油增速回路Fig.7-16

增速液压缸增速回路Fig.7-17

变量泵增速回路蓄能器增速回路Fig.7-18第44页/共116页差动连接增速回路第45页/共116页双泵供油增速回路第46页/共116页增速液压缸增速回路蓄能器增速回路第47页/共116页变量泵增速回路第48页/共116页第一次课结束第49页/共116页3.Speedshiftcircuit

速度换接回路

用于实现不同工作速度间的平稳换接。

Speedshiftbetweenfastandslow

快、慢速度间的换接回路

利用压力变化实现的速度换接

行程控制实现的速度换接Fig.7-19a）第50页/共116页利用压力变化实现速度换接行程控制实现速度换接第51页/共116页

Speedshiftoftwoslowspeeds

两种慢速运动间的换接回路Fig.7-20利用调速阀并联回路实现速度换接Fig.7-20b）

两调速阀的流量可单独调，互不影响。利用调速阀串联回路实现速度换接Fig.7-20a）

阀B的调定流量应比阀A的小。

第52页/共116页调速阀串联实现速度换接调速阀并联实现速度换接第53页/共116页思考题（Ex.7-9）

若采用调速阀串联回路实现两档慢速运动的速度换接，为什么要求阀B的调定流量比阀A的小？油液经由两调速阀流入执行元件时，调速阀A是否正常工作？第54页/共116页

解答：

只有当后一调速阀的调定流量小于前一调速阀的调定流量时，后一调速阀才起作用。此时前面的调速阀由于进、出口的压力差太小，定差减压阀不起作用，因此不能正常工作。第55页/共116页第56页/共116页7.3DirectionalControlCircuits方向控制回路

用于控制执行元件的启动、停止或变换运动方向。有换向回路和锁紧回路等。

1.Directionalcircuit

换向回路用于改变油液的流动方向，从而控制执行元件的运动方向。

换向阀换向回路双向泵换向回路第57页/共116页第58页/共116页2.

Lockcircuit锁紧回路Fig.7-23

使执行元件能停留于任何位置，且停留后不会在外力作用下移动位置。

利用O或M型换向阀中位机能的锁紧回路

锁紧精度差。

液控单向阀的锁紧回路

锁紧精度较高。注意：回路中换向阀应采用

H

型或

Y

型中位机能。Ex.

7-10第59页/共116页液控单向阀的锁紧回路利用M型中位机能换向阀的锁紧回路第60页/共116页第61页/共116页1.Sequenceactioncircuit顺序回路

用于实现多个执行元件依次动作的液压回路。

压力控制顺序回路Fig.7-24

利用油路自身压力的变化使执行元件依次动作。

用压力控制的顺序回路由于管路中的压力冲击，会产生后一行程的液动机先动现象。7.4OtherCircuits其它回路第62页/共116页压力控制顺序回路第63页/共116页第64页/共116页行程控制顺序回路

Fig.7-25第65页/共116页第66页/共116页

2.Synchronizationcircuit同步回路用于实现多个液压执行元件的同步运动。

调速阀同步回路Fig.7-26分流阀同步回路串联控制同步回路Fig.7-27机械同步第67页/共116页调速阀同步回路第68页/共116页第69页/共116页串联控制同步回路第70页/共116页第71页/共116页机械同步第72页/共116页第73页/共116页3.Hands-offcircuit多缸互不干扰回路Fig.7-30Fig.7-30双泵供油快慢速互不干扰回路1YA2YA3YA4YA12345678910第74页/共116页第75页/共116页4.Shockeliminatingandoilchargingcircuit

马达缓冲补油回路第76页/共116页5.Opencircuit开式回路

液压泵从油箱吸油，经执行元件后将油排回油箱。

特点：回路简单，散热好，杂质可沉淀于油箱中。但油箱体积大，油易污染，空气易侵入，使运动不平稳。第77页/共116页第78页/共116页6.Closedcircuit闭式回路

油液从执行元件排出后直接进入泵的进油口。

特点：减少了空气入侵，运动较平稳，油不易污染。但结构复杂，散热差，对油液过滤精度要求较高。采用节流调速回路的液压系统，应选用开式回路还是闭式回路？第79页/共116页第80页/共116页第81页/共116页【例1】如图所示液压系统，两液压缸有效面积为Al=

A2=100×10-4m2，缸I的负载Fl=3.5×104N，缸II运动时的负载为零，溢流阀、顺序阀和减压阀的调整压力分别为4MPa、3MPa、2MPa。不计摩擦阻力、惯性力和管路损失，试问在下列三种情况下A、B和C点压力各为多少？例题第82页/共116页1）液压泵启动后，两换向阀处于中位；

2）1YA通电，液压缸I活塞移动时及活塞运动到终点时；

3）1YA断电，2YA通电，液压缸II活塞运动时及活塞杆碰到固定挡铁时。

（Ex.7－2）第83页/共116页AB2YA1YAA2A1缸II缸I固定挡铁CFl第84页/共116页解：1）液压泵启动后，两换向阀处于中位时：泵输出的油液全部通过溢流阀溢流回油箱，此时有pA=pB=4MPa，减压阀正常减压，因此pC=2MPa。

2）1YA通电，液压缸I活塞移动时：缸I大腔的压力第85页/共116页

顺序阀的出口压力大于其调整压力，因此阀口全开，故pA=pB=p=3.5MPa。减压阀正常减压，pC=2MPa。

活塞运动终点时：溢流阀溢流，pA=pB=4MPa，pC=2MPa。

3）1YA断电，2YA通电，液压缸II活塞运动时：由于负载为零，因此pA=pB=pC=0。

活塞杆碰到固定挡铁时：溢流阀溢流，pA=pB=4MPa，pC=2MPa。第86页/共116页【例2】在如图所示的回路中，液压缸B进退所需压力均为2MPa，各阀调定压力如图所示。试确定在下列工况时C缸的工作压力：

1）在图示状况下，C缸压力是（）。

2）在图示状况下，当B缸活塞顶上死挡块时，C缸压力是（

）。

3）当阀A通电后，B缸活塞退回过程中，C

缸压力是（

）。

A.1.5MPaB.3MPaC.5MPaD.4MPa第87页/共116页1.5

MPa3

MPa5

MPa4

MPa6

MPaBCA第88页/共116页解：1）在图示状况下，C缸压力是（）。

1.5MPa3MPa5MPa4MPa6MPaBCA5MPa第89页/共116页2）在图示状况下，当B缸活塞顶上死挡块时，C缸压力是（）。1.5MPa3MPa5MPa4MPa6MPaBCA1.5MPa第90页/共116页3）当阀A通电后，B缸活塞退回过程中，C缸压力是（）。1.5MPa3MPa5MPa4MPa6MPaBCA4MPa第91页/共116页【例3】下图所示两液压系统中，已知液压缸无杆腔面积皆为A1=40

cm2，有杆腔面积皆为A2=20

cm2；两缸负载不同，F1=8000N，F2=12000N（均为阻力负载）；溢流阀调定压力

py=

3.5

MPa，液压泵流量qp=32L/min。节流阀的流量为

其中Cd=

0.62，A

=

0.05

cm2，ρ=900

kg/m3，求各液压缸活塞运动速度。第92页/共116页F1v1（a）F2v2缸1缸2pY（b）F1F2v2'缸1缸2pbpYv1'第93页/共116页解：

1）图（a）回路中：系统为进油路节流调速回路，两液压缸无杆腔的压力由负载决定。缸1的工作压力：

p1=F1/A1=8000÷(40×10-4)=2(MPa)

缸2的工作压力：

p2=F2/A1=12000÷(40×10-4)=3(MPa)

因此两缸的动作顺序为：缸1先动，缸2后动。第94页/共116页缸1动作时，流过节流阀的流量

缸1的运动速度

第95页/共116页

缸1到达终端停止运动后，缸2才开始动作。

此时，流过节流阀的流量

缸2的运动速度

第96页/共116页2）图（b）回路中：采用回油路节流调速回路，两液压缸进油腔压力始终保持为溢流阀的调定值。活塞受力平衡方程为：

pY·A1=F+pb·A2

因此，平衡状态下小负载的缸1运动产生的背压力高，该背压力又作用在大负载缸2的有杆腔，使缸2活塞不能运动，直至缸1到达终点，背压力减小，缸2才开始动作。第97页/共116页缸1先动，缸2不动，此时节流阀上的压降流过节流阀的流量

第98页/共116页

缸1的运动速度缸1运动到终端后，缸2才开始运动。此时，节流阀上的压降

第99页/共116页流过节流阀的流量

故缸2的运动速度

第100页/共116页【例4】图示回路中，变量泵的转速为1200rpm，排量

Vp在

0~8mL/r间可调，变量马达排量

Vm

在

4~12

mL/r间可调，安全阀调整压力为4

MPa；如在调速时要求液压马达输出尽可能大的功率和转矩，试分析（所有损失均不计）：

1)

如何调整液压泵和液压马达才能实现这个要求？

2)

液压马达的最高转速、最大输出转矩和最大输出功率可达多少？第101页/共116页VmVppY第102页/共116页解：1）液压泵的输出功率与其排量成正比，液压马达的输出扭矩也与其排量成正比，因此要使液压马达输出尽可能大的功率和转矩，应将泵和马达的排量调至最大。2）马达转速

第103页/共116页故马达输出的最高转速

马达最大输出转矩第104页/共116页马达的最大输出功率第105页/共116页【例5】某简易起重机的工作机构以两油缸实现重物的起吊装卸，一液压马达驱动转台回转，机构原理如下图所示。请按下述要求设计液压系统，画出系统原理图：

1.系统采用单泵定量油泵供油；

2.采用串联油路控制，使各执行元件既能单独