液压与气压传动 课件 第10章 液压基本回路

10-1速度控制回路第10章液压基本回路液压与气压传动

速度控制回路是讨论液压执行元件速度的调节和变换的问题。调速回路快速运动回路速度换接回路快进工进液压缸液压缸的速度v=q/AA＝C液压马达的转速n=q/Vm10.1.1调速回路的基本概念10.1.1调速回路的基本概念调速回路的要求：1）能在规定的范围内调节执行元件的工作速度。2）负载变化时，要稳定调好的速度不变，或在允许的范围内变化。3）具有驱动执行元件所需的力或力矩。4）功率损耗要小，节省能量，减小系统发热。节流调速回路：由定量泵供油、流量阀调节流量来调节执行机构的运动速度。容积调速回路：改变变量泵或变量马达的排量来调节执行机构的运动速度。容积节流调速回路：利用流量阀和变量泵来共同调节执行机构的运动速度。三种调速方式：节流调速回路—定量泵供油，流量控制阀调速。（节流阀、调速阀）按流量控制阀安放位置的不同分：进油路上——进油节流调速回路回油路上——回油节流调速回路旁油路上——旁路节流调速回路按使用流量阀的不同分为：节流阀——节流阀式节流调速回路调速阀——调速阀式节流调速回路调速阀式节流调速回路节流阀式调速回路10.1.2节流调速回路本节主要内容进油节流调速回路特性分析回油节流调速回路特性分析旁路节流调速回路特性分析分析目的了解节流调速回路的组成了解三种节流调速回路的调速方法和特性1.回路组成定量泵+流量控制阀+溢流阀+执行元件。流量控制阀：流量调节作用溢流阀：定压（溢流）作用一、进油路节流调速回路思考：如果回路中没有溢流阀，该系统还能调节液压缸的速度吗？定压式节流调速回路（1）速度负载特性qp=q1+qYa.流量关系b.活塞受力平衡方程p1A1=FL

q1=KATΔp1/2=KAT(ps-FL/A1)1/2c.节流阀压力流量方程q1FL

ATqp∆p=ps-p1

qy(∆q)

p1

p2=0

ps

节流阀口采用薄壁刃口形式速度负载特性方程v=q1/A1=KAT(ps-FL/A1)1/2/A1v与AT、FL有关，当AT一定，FL

，v同样FL一定，AT，

v最大承载能力：Fmax=psA1回路特点：q1FL

ATqp∆p=ps-p1

qy(∆q)

p1

p2=0

ps

泵输出功率缸输出有效功率回路功率损失溢流损失节流损失回路效率（2）进油节流调速功率特性溢流损失节流损失进油节流调速回路结构简单，价格低，但存在溢流损失和节流损失，所以效率低，仅应用于低速、轻载的小功率系统。应用二、回油路节流调速回路1.回路组成定量泵+流量控制阀+溢流阀+执行元件。流量控制阀：流量调节作用溢流阀：定压（溢流）作用定压式节流调速回路a.流量关系b.活塞受力平衡方程c.节流阀压力--流量方程qp=q1+qY

psA1=p2A2+FL

2.速度负载特性qppsq1qyp1p2AT∆p=p2

q2

FL

速度负载特性方程

进油节流调速回路回油节流调速回路

回油节流调速回路同进油节流调速回路的速度负载特性基本相同。

泵输出功率缸输出功率回路功率损失溢流损失节流损失3.回油路节流调速功率特性qppsq1qyp1p2AT∆p=p2

q2

FL

性能进油节流调速回路回油节流调速回路承受负值负载的能力不能能运动平稳性平稳性差比较平稳油液发热对泄漏的影响影响大影响小启动性能可避免产生前冲会产生前冲现象回油腔压力较低较高进、回油节流调速回路性能比较特点：结构简单，价格低廉，效率低。应用:低速、小负载场合。为提高回路综合性能，用进油节流调

速回路，在回油路上加背压阀。三、旁油路节流调速回路

溢流阀起安全阀作用。变压式节流调速a.流量关系b.压力关系c.速度负载特性方程FL

q1qs∆qp1p2ATd.功率和效率：回路输入功率（泵输出功率）回路输出功率（缸输出功率）回路功率损失节流损失效率AT1>AT2>AT3只有节流功率损失，无溢流功率损失，回路效率较高。适于高速、重载、速度平稳性要求不高的场合。

速度受负载变化的影响大，在大负载或高速(AT较小)时，回

路的速度刚性好。回路特点四、采用调速阀（二通调速阀）的调速回路回路构成、工作原理、调速性能的分析方法与它们各自对应的节流阀调速回路基本一致。速度刚性优于相应的节流阀调速回路速度负载特性曲线为保证调速阀中定差减压阀的压力补偿作用，调速阀正常工作必须保持0.5~1MPa的压差。1.原理：溢流节流阀只能用于进油路节流调速回路中，因为定差溢流阀的压力补偿，使节流阀的进出口压力差基本保持不变，从而保证了较好地速度稳定性。

特点：

1.液压泵的出口压力随负载变化，是变压式节流调速系统，因此回路的效率比采用二通调速阀的系统效率高，故有较好的节能效果。

2.溢流节流阀的流量稳定性较差，工作在大流量时稳定性较好。不宜用于对低速稳定性要求较高的精密调速系统中。五、采用溢流节流阀（三通调速阀）的调速回路1.六、采用电液比例流量阀的调速回路用电液比例流量阀替代普通流量控制阀，可以很方便地通过改变输入电信号实时调节进入执行机构的流量，实现自动调速，若配合位移传感器检测液压缸的位移，既可以构成闭环控制系统，达到精确控制液压缸的速度和位置的目的。特点：结构紧凑，油液直接循环密封好，但散热差，受污染后不宜清理。容积调速多用闭式系统。

泵

（阀）

执行元件

泵

阀

执行元件

油箱特点：油箱尺寸大，散热性好，能帮助油液分离，沉淀渣滓，但易受污染。节流调速回路多用开式系统。闭式系统：系统主油路循环不经过油箱。由油路循环方式，可分为开式系统和闭式系统。开式系统：系统主油路循环经过油箱。10.1.3容积调速回路10.1.3容积调速回路变量泵——液压缸的容积调速回路变量泵——定量马达的容积调速回路定量泵——变量马达的容积调速回路变量泵——变量马达的容积调速回路本节主要内容容积调速回路的速度特性分析容积调速回路的扭矩特性分析容积调速回路的功率特性分析(1)转速特性

当不考虑回路容积效率时1.变量泵—定量马达闭式调速回路即：TM与qp无关，qp，TM不变

(2)转矩特性（不计损失）恒转矩调速回路Δp取决于负载转矩，当负载转矩恒定时，回路工作压力恒定不变，则TM恒定。（3）功率特性（不考虑泄漏）（4）特点恒转矩输出；调速范围较大，速比可达40。2.定量泵—变量马达闭式调速回路（1）转速特性分析时不考虑回路泄漏。（2）转矩特性Tm与Vm成正比（3）功率特性恒功率调速回路结果：速度过高，以致带不动负载，使马达“自锁”

这种回路不单独使用存在问题：负载一定，TM与VM成正比，VM↑，nM↓，TM↑

VM↓，nM↑，TM↓nM与VM成反比(1)转速特性（不计损失）3.变量泵—变量马达闭式调速回路问题：两个变量VP和VM，如何调节，调节的原则是什么？低速段

先将VM调至最大，然后将VP由小变大，马达nM由小变大。（相当于变量泵＋定量马达）——恒转矩调速。

马达能获得Tmax，且处于恒转矩状态。高速段

将VP固定至最大，将VM由大变小，nM继续增加。（相当于定量泵＋变量马达）——恒功率调速。泵处于最大输出功率状态不变，马达处于恒功率状态。(2)调节方式：分两段调节低速段高速段(3)特点

低速时为恒扭矩，高速时为恒功率；调速范围大，速比可达100。(4)应用

大功率，调速范围大的工况。

†结构紧凑，但结构较复杂，成本较高，适用于高压大流量的大功率设备。容积调速回路特点：†无节流和溢流损失，回路效率高，发热小。†随着负载的增大，泄漏量随工作压力的增加而增加，速度稳定性差。应用实例在运输过程中始终保持搅拌筒转动，以保证所运载的混凝土不会凝固混凝土搅拌车柱塞马达+减速器变量泵散热器+补油油箱手动控制变量换油阀组安全阀组冷却器补油泵变量活塞讨论查阅混凝土搅拌车的相关资料，以混凝土搅拌车为例，说明采用变量泵—定量马达容积调速回路的特点，系统中如何解决系统的补油和发热问题。基本工作原理采用变量泵供油、调速阀(或节流阀)调节进入液压缸的流量，并使泵的输出流量自动地与液压缸所需流量相适应。常用的容积节流调速回路有限压（恒压）式变量泵＋调速阀＝容积节流调速回路差压式变量泵＋节流阀＝容积节流调速回路10.1.4容积节流调速回路限压式变量泵＋调速阀（1）工作原理：改变调速阀开口，可改变q1，从而改变v。qp与q1自动适应。AT，qp<q1,pp,通过反馈，e,qp，qpq1，BC段≈ABCPqPCpmax快速转慢速，qp>q1,pp

，e,qp

，qpq1，BC段≈快速运动，AB段AT

，qp>q1,pp,通过反馈，e,qp

，qpq1≈BC段（2）回路效率当负载变化较大且大部分时间处于低负载下工作时，回路效率不高（3）回路特点在调速阀调速一定时，本回路的pp为一定值，为定压式容积节流调速回路回路有节流损失但无溢流损失，效率较高，速度稳定性比单纯的容积调速回路要好。若负载变化大时，节流损失大。低速工作时，泄漏量大，系统效率降低。（1）工作原理

改变节流阀开口，可改变q1，从而改变v，并使qp与q1自动适应。AT

，qp>q1,pp,通过反馈，e,qpqp=q1

AT

，qp<q1,pp,通过反馈，e,qpqp=q12.差压式变量泵和节流阀的调速回路

这种回路不但变量泵的流量与节流阀确定的液压缸所需流量相适应，而且泵的工作压力能自动跟随负载的增减而增减。变压式容积调速回路（2）定子受力分析

节流阀两端压差基本恒定，因此输入缸的流量不受负载变化的影响。泵的工作压力能自动跟随负载的增减而增减。虽用了节流阀，但具有调速阀的性能，输入液压缸的流量不受负载变化的影响。采用固定阻尼孔，可防止定子因移动过快而发生振动。形成变压式容积调速回路，功率损失小，发热小，工作可靠。若采用电液比例节流阀，并根据工况需要实时调节阀口大小以控制执行元件的运动速度，则泵的压力和流量均适应负载的需求，又称功率适应调速回路或负载敏感调速回路，特别适用于负载变化较大的场合。（3）回路特点讨论查阅土压平衡盾构的相关资料，以推进液压系统为例，推进液压缸分组控制，每组有一个液压缸内置位移传感器，单组推进速度控制液压原理简图如图所示，说明电比例变量泵—比例调速阀组成的容积节流调速回路的特点，分析系统的调速原理和回路效率。组组组内置位移传感器组回路类

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用调速阀限压式差压式进回油旁路进回油旁路机械特性速度稳定性较差差好较好好承载能力较好较差好较好好调速范围较大小较大大较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适用范围小功率、轻载的中、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的比较

10.1.5快速运动回路

快速运动回路又称增速回路,其功用在于使液压执行元件在空载时获得所需的高速,以提高系统的工作效率或充分利用功率。实现快速运动的方法不同有多种方案。1.液压缸差动连接快速运动回路

特点:

不增加泵流量而提高执行元件的速度，较经济，应用广泛，但增速值有限。条件：泵的流量和有杆腔排出的流量合在一起流过的阀和管路应按合成流量来选择。2.双泵供油快速运动回路应用在机床中应用较广泛，常用在执行元件快进和工进速度相差较大的场合。特点功率损失小，效率较高，速度换接平稳。但油路系统稍复杂。1234675

速度换接回路用于执行元件实现速度的切换，因切换前后速度的不同，有快速－慢速、慢速－慢速的换接。

要求:

具有较高的速度换接平稳性和换接精度。10.1.6速度换接回路优点：速度切换过程比较平稳，换接点位置准确。1.快、慢速换接回路——用行程阀的速度换接回路缺点：行程阀安装位置不能任意布置，管路连接较为复杂。2.两种慢速的速度换接回路回路速度换接平稳性较好，但能量损失较大。（1）两个调速阀串联调速阀B的流量调定值必须调得比阀A小。两个调速阀独立调节各自流量，互不影响。但在速度换接瞬间，会造成进给部件突然前冲现象。不易用于同一行程两次进给速度转换上，只可用在速度预选场合。

（2）两个调速阀并联10-2压力控制回路第10章液压基本回路液压与气压传动

压力控制回路包括：

调压回路、增压回路、减压回路、保压回路、

卸荷回路、平衡回路等。

利用压力控制阀来控制和调节液压系统主油路或某一支路压力，以满足系统中执行元件对力或力矩的要求。压力控制回路作用：调压回路作用：使液压系统整体或某一部分的压力保持恒定或限定为不许超过某个数值。分为单级调压和多级调压回路。溢流阀实现调压功能。

10.2.1调压回路(b)（a）1.单级调压回路图（a）：溢流阀1起溢流稳压图（b）：溢流阀起安全保护作用2.多级调压回路——利用先导式溢流阀远控口远程调压远程调压阀先导式溢流阀讨论：问题：系统能实现几级调压呢？此时，P1、P2、P3要满足什么条件？3.无级调压回路调节输入电流来实现无级调压。实现系统压力连续、按比例压力调节。结构简单，压力切换平稳，更容易实现远距离控制或程序控制。比例溢流阀电流比例放大器

10.2.2减压回路

功用：使系统中某一支路获得较低的稳定压力，以满足机床的夹紧、定位、润滑及控制油路的压力要求。1.单级减压单向阀作用：在主油路的压力低于减压阀调定压力时，防止缸的压力受主油路的干扰，起短时间保压。定值减压阀减压阀压力调定方法2.二级减压

在先导型减压阀远控口接入远程调压阀实现二级减压。减压阀压力范围：(0.5MPa，系统压力－0.5MPa)P2<P1

功用：提高系统中局部油路中的压力，使系统中的局部压力远远大于液压泵的输出压力。

实现压力放大的元件主要是增压缸或增压器。

增压回路有单作用和双作用之分。

10.2.3增压回路1.单作用增压器的增压回路增压倍数增压比:增压器大小活塞的面积比，面积比

越大增压能力越大。应用：适用于单向作用力大，行程小，作业时间短的场合，如制动器、离合器。增压器2.双作用增压缸的增压回路能连续输出高压油适用于增压行程要求较长的场合。双作用增压缸10.2.4保压回路

功用：使系统在缸不动或因工件变形而产生微小位移的工况保持稳定不变的压力。

保压性能有两个指标：保压时间和压力稳定性。

1.利用蓄能器的保压回路阀2左位工作，液压缸向右进给，当压力升至调定压力时，压力继电器6发出信号，使阀5通电工作在上位，液压泵卸荷。此时，利用蓄能器保压。2.采用辅助泵的保压回路辅助泵压力继电器溢流阀二位二通换向阀3.采用液控单向阀的保压回路

应用：适用于保压时间短、对保压稳定性要求不高的场合。液控单向阀

自动补油的保压回路

特点：自动使缸补油，使其压力长期保持在一定范围。应用：保压时间长，对压力稳定性有一定要求的场合。

电触式压力表液控单向阀

功用：在执行元件短时间不工作时，将泵出口直接接回油箱，使泵在零压或近零压下工作，以减少功率损失和系统发热，延长液压泵和电动机的使用寿命。

10.2.5卸荷回路

1.用电磁溢流阀的卸载回路

阻尼b:防止卸载或升压时产生压力冲击。电磁溢流阀2.用换向阀中位机能的卸荷回路

泵可借助M型、H型或K型换向阀中位机能来实现卸载。

回路中必须设置单向阀，以使系统能保持0.3MPa左右的压力,供操纵控制油路之用。3.采用外控顺序阀的卸荷回路注意：卸荷阀的调定压力通常比溢流阀的调定压力要低0.5MPa

以上。高压小流量泵低压大排量泵溢流阀外控顺序阀-卸荷阀至系统10.2.6平衡回路

功用：使垂直或倾斜放置的液压缸回油路保持一定背压，以平衡重力负载，防止运动部件在悬空停止期间因自重而自行下落，或下行运动时因自重超速失控。应用：适用于工作负载固定且活塞闭锁要求不高的场合。1.采用单向顺序阀的平衡回路调整：pxA>G缺点：活塞不可能长时间停在任意位置。此处顺序阀又称作平衡阀，使回油路存在背压，活塞下落平稳。单向顺序阀2.采用远控平衡阀的平衡回路顺序阀为特殊的锥阀结构，当活塞下行时，可以根据负载变化由无杆腔主油路的压力控制顺序阀的开口面积大小，以平稳活塞下落速度，具有限速作用。另外具有很好的密封性能，可以长时间停留在任意位置。适用于变重力负载系统。在起重机、高空作业车等工程机械液压系统中应用。优点：液控单向阀是锥面密封，故闭锁性能好。3.采用液控单向阀的平衡回路液控单向阀优点：双液控单向阀也称为液压锁，锥面密封，故闭锁性能好。10.2.7锁紧回路应用：汽车起重机支腿飞机起落架锁紧矿山采掘机械液压支架锁紧思考

图示为采用液控单向阀双向锁紧的回路。简述液压缸是如何实现双向锁紧的。为什么换向阀的中位机能采用H型？换向阀的中位机能还可以采用什么型式？第10章液压基本回路10-3多执行元件控制回路液压与气压传动功能：由一个油源给多个执行元件供油，通过压力、流量、行程控制来实现多执行元件预定动作的要求。介绍：1.顺序动作回路2.同步回路3.多缸工作互不干扰回路

10.3.1顺序动作回路各执行元件严格按照预定顺序动作的回路称为顺序动作回路。

按控制方式不同，顺序动作回路分为：1.行程控制顺序动作回路2.压力控制顺序动作回路1.行程控制顺序动作回路A.行程阀控制顺序回路特点：回路动作可靠，但改变动作顺序难。动作顺序：①-②-③-④行程阀B.行程开关控制顺序回路

特点：行程可调，改变动作顺序动作灵活，回路易实现自动控制，应用广泛。动作顺序：①-②-③-④2.压力控制顺序动作回路利用液压系统工作过程中的压力变化来使执行元件按顺序先后动作。为保证严格动作顺序，防止顺序阀乱发信号，须满足：（1）用顺序阀的顺序动作回路动作顺序：①夹紧工件

②钻头进给

③钻夹退出

④松开工件P先动缸max+(0.3-0.5)MPa<P调<PY-(0.3-0.5)MPa(2)用压力继电器控制的顺序回路压力继电器安装在有压力变化的地方才能正常工作。