液压与气压传动 第5版 课件 第5、6章 液压辅件、液压基本回路

液压与气压传动流体动力与控制工程系讲课教师：刘银水1液压辅件液压辅件是液压系统中的一个重要组成部分，其合理设计与选用，在很大程度上影响到液压系统的效率、噪声、温升、工作可靠性等技术性能。2液压辅件一、蓄能器1、蓄能器的分类及其特征蓄能器是液压系统中储存和释放油液压力能的装置。储存能量方式重力加载式（重锤式）弹簧加载式（弹簧式）气体加载式（隔离式）活塞式气囊式3液压辅件一、蓄能器1、蓄能器的分类及其特征⑴重力加载式（重锤式）特点：结构简单，输出能量时压力恒定；体积大，运动惯性大，反应不灵敏；密封处易漏油，存在摩擦损失。主要用于储存能量。4液压辅件一、蓄能器1、蓄能器的分类及其特征⑵弹簧加载式（弹簧式）特点：结构简单，容量小，压力低，输出能量时压力逐渐减小主要用于储能和缓冲5液压辅件一、蓄能器1、蓄能器的分类及其特征⑶活塞式特点：结构简单，容量大，压力较高，输出能量时压力逐渐减小，活塞惯性大，有摩擦损失，反应灵敏性差主要用于储能6液压辅件一、蓄能器1、蓄能器的分类及其特征⑷气囊式特点：气液可靠性隔离、密封好、无泄漏；惯性小，反应灵敏；结构紧凑、重量轻；工作压力高主要用于储能、吸收压力脉动、压力冲击7液压辅件一、蓄能器2、蓄能器的功用⑴作辅助油源或紧急动力源在工作循环不同阶段需要的流量变化很大时，常采用蓄能器和一个流量较小的泵组成油源。另外当驱动泵的原动机发生故障时，蓄能器可作紧急动力源。8液压辅件一、蓄能器2、蓄能器的功用⑵补偿泄漏和保持恒压需要较长时间保压而泵卸载时，可利用蓄能器释放储存的压力油，补充系统泄漏，保持系统压力。9液压辅件一、蓄能器2、蓄能器的功用⑶吸收脉动和压力冲击，降低噪声在压力冲击处和泵的出口安装蓄能器可吸收压力冲击峰值和压力脉动，提高系统工作的平稳性。10液压辅件一、蓄能器3、蓄能器的性能参数

容积大小；初始充气压力。容积和充气压力的计算要视蓄能器类型、用途、液压系统工况而定。具体计算和选型可参考相关液压设计手册。11液压辅件二、过滤器1、过滤器的功能和类型滤去油中杂质，维护油液清洁，防止油液污染，保证系统正常工作过滤原理表面型过滤器深度型过滤器磁性过滤器12液压辅件二、过滤器1、过滤器的功能和类型⑴表面型过滤器网式过滤器可滤去d＞0.08～0.18mm颗粒，压力损失不超过0.01MPa线隙式过滤器可滤去d≥0.03～0.1mm颗粒，压力损失约为0.07～0.35MPa）13液压辅件二、过滤器1、过滤器的功能和类型⑵深度型过滤器纸芯式过滤器可滤去d≥0.05～0.03mm颗粒，压力损失约为0.08～0.4MPa烧结式过滤器可滤去d≥0.01～0.1mm颗粒，压力损失约为0.03～0.2MPa14液压辅件二、过滤器1、过滤器的功能和类型⑶磁性过滤器滤芯采用永磁性材料，可将油液中对磁性敏感的金属颗粒吸附在上面，常与其它形式滤芯一起制成复合式过滤器，多用于加工金属的机床液压系统。15液压辅件二、过滤器2、过滤器的选用⑴过滤精度满足系统提出的要求⑵要有足够的通流能力⑶要有一定的机械强度⑷其它功能，比如切换式结构、带报警功能16液压辅件二、过滤器3、过滤器的安装⑴安装在泵的吸油口用于保护泵，可选择粗滤器，但要求有较大的通流能力，防止产生气穴现象；⑵安装在泵的出口须选择精滤器，以保护泵以外的元件。要求能承受油路上的工作压力和压力冲击；⑶安装在系统的回油路上滤去系统生成的污物，可采用滤芯强度低的过滤器。为防止过滤器阻塞，一般要并联安全阀或安装发讯装置；⑷安装在系统的支路上当泵的流量较大时，为避免选用过大的过滤器，在支路上安装小规格的过滤器。⑸安装在独立的过滤系统中通过不断循环，专门滤去油箱中的污物。⑹安装过滤器应注意：过滤器只能单向使用。17液压辅件三、油箱1、油箱的功用储存系统所需的足够油液；散发油液中的热量；逸出溶解在油液中的空气；沉淀油液中的污物；对中小型液压系统，泵装置及一些液压元件还安装在油箱顶板上。18液压辅件三、油箱2、油箱的结构总体式结构：利用设备机体空腔作油箱，结构紧凑，漏油易于回收；散热性不好，维修不方便；分离式结构：邮箱和主机分开，布置灵活，维修保养方便；可设计成通用化、系列化产品。通常用2.5～5mm钢板焊接而成19液压辅件三、油箱2、油箱的结构201-吸油管2-网式过滤器3-空气过滤器4-回油管5-顶盖6-油面指示器7、9-隔板8-放油塞液压辅件三、油箱3、设计油箱时应注意的问题油箱容积确定：主要根据热平衡来确定，通常取液压泵每分钟流量q

的3～8

倍估算【低压(2~4)q

；中压(5~7)q

；高压(6~12)q】；为使系统回油不致溢出油箱，油面高度不超过油箱高度的0.8倍；油箱中应设吸油过滤器，为方便清洗过滤器，油箱结构要考虑拆卸方便；油箱底部应做成适当斜度，并设置放油塞。油箱箱盖上应安装空气滤清器，其通气流量不小与泵流量的1.5倍。大油箱还应在侧面设计清洗窗口；21液压辅件三、油箱3、设计油箱时应注意的问题油箱侧壁要安装油位指示计，以指示最高、最低油位。新油箱要做防锈、防凝水处理；吸油管与回油管要用隔板分开，增加油液循环的距离，使油液有足够的时间分离气泡，沉淀杂质；回油管应插入油面以下，为防止回油带入空气，回油管距箱底h≥2d，且排油口切成45°，以增大通流面积；大、中型油箱应设起吊钩或起吊孔22液压辅件四、热交换器液压系统能量损失转换为热量以后，会使油液温度升高。若长时间油温过高，油液粘度下降，泄漏增加，密封老化，油液氧化，严重影响系统正常工作。相反，油温过低，油液粘度过大，设备启动困难，压力损失加大并引起过大的振动。因此，需要使用冷却器和加热器（统称热交换器）将油温控制在正常工作温度20～65℃。23液压辅件四、热交换器1、冷却器风冷式：主要用于行走机械冷媒式：效果好，价格昂贵水冷式：性价比高，应用广泛冷却介质不同24液压辅件四、热交换器2、加热器热水（蒸汽）加热电加热：易实现自动控制，应用广泛加热方式不同25液压辅件五、压力表辅件1、压力表选用压力表时，根据系统要求，选用适当等级的压力表，并保证其量程比系统压力高。压力表安装在固定面板上，应通过阻尼小孔和压力表开关。26液压辅件五、压力表辅件2、压力表开关27液压辅件六、管件1、油管⑴油管种类28液压辅件六、管件1、油管⑵油管的特征尺寸油管内径壁厚根据承受的最高工作压力，按照拉伸薄壁筒的强度公式计算。29液压辅件六、管件2、管接头管接头是油管与液压元件、油管与油管之间可拆卸的连接件。管接头与其他元件用国家标准米制锥螺纹和普通细牙螺纹连接。满足强度要求，安装、拆卸方便，抗振动、冲击，密封性能好。常用的管接头有扩口式、焊接式、卡套式、橡胶软管接头、快速接头。30液压辅件六、管件2、管接头扩口式管接头结构简单，重复使用性好，一般用于低于8MPa的中低压系统。31液压辅件六、管件2、管接头焊接式管接头拆卸方便，工作可靠，工作压力高，但装配工作量大，焊接工艺要求高。32液压辅件六、管件2、管接头卡套式管接头适合用于高压、有压力冲击和易振动的场合。33液压辅件六、管件2、管接头橡胶软管接头34液压辅件六、管件2、管接头快换接头35用于经常接通或断开处，结构复杂，压力损失大。液压辅件六、管件2、管接头36铰接式管接头液压辅件六、管件2、管接头中心旋转接头37液压辅件七、密封装置密封装置用来防止系统油液的内外泄漏，提高容积效率；防止外界灰尘和异物的侵入，保证系统建立必要压力。38液压辅件七、密封装置1、对密封装置的要求在一定的工作压力和温度范围内具有良好的密封性能；与运动件之间摩擦系数要小；寿命长，不易老化，抗腐蚀能力强；制造容易，维护使用方便，价格低廉。39液压辅件七、密封装置2、密封装置的分类及特点⑴间隙密封利用相对运动零件之间微小间隙δ

起密封作用，常用于柱塞、活塞或阀的圆柱副配合中。40液压辅件七、密封装置2、密封装置的分类及特点⑵O形圈密封41利用O形密封圈预压缩，消除间隙而实现密封。随着压力的增加而提高密封能力，并能在磨损后能自动补偿。液压辅件七、密封装置2、密封装置的分类及特点⑶唇形密封圈利用密封圈的唇口在液压力作用下的变形，使唇边贴紧密封面而进行密封。常用于往复运动密封，有Y形、YX形、V形。42液压辅件七、密封装置2、密封装置的分类及特点⑶唇形密封圈Y形密封圈工作压力≤20MPa温度-30℃~+100℃滑动速度≤0.5m/s43液压辅件七、密封装置2、密封装置的分类及特点⑶唇形密封圈YX形密封圈不易反转、稳定性好工作压力≤32MPa温度-30℃~+100℃44液压辅件七、密封装置2、密封装置的分类及特点⑶唇形密封圈V形密封圈工作压力≤50MPa温度-40℃~+80℃45液压辅件七、密封装置2、密封装置的分类及特点⑷组合密封装置

组合密封垫圈由两个以上元件组成的密封装置。常用于管接头和油塞的端面密封。安装方便、密封可靠、应用广泛。46液压辅件七、密封装置2、密封装置的分类及特点⑷组合密封装置

橡胶组合密封装置47结合了橡胶与塑料的各自优点，应用日益广泛。液压与气压传动流体动力与控制工程系讲课教师：刘银水48液压基本回路一些液压设备的液压系统虽然很复杂，但它通常都由一些基本回路组成，液压基本回路就是为了完成某种特定功能而由元件组成的油路结构。所以需要掌握一些液压基本回路的组成、原理和特点，以有助于认识分析一个完成的液压系统。功用压力控制回路速度控制回路方向控制回路多执行元件控制回路49压力控制回路压力控制回路是利用压力控制阀来控制整个系统或局部支路的压力，以满足执行元件对力和转矩的要求。功能调压回路卸载回路减压回路增压回路平衡回路保压回路泄压回路50压力控制回路一、调压回路调定和限制液压系统的最高工作压力，或者使执行机构在工作过程不同阶段实现多级压力变换。一般用溢流阀来实现这一功能。1、单级调压回路系统压力可由远程调节阀控制，主溢流阀的调定压力必须大于远程调压阀的调定压力。51压力控制回路一、调压回路2、多级调压回路系统压力可由三个阀换挡控制。p1i＞p2ip1i＞p3i52压力控制回路一、调压回路3、无级调压回路系统压力可由输入电流大小控制。53压力控制回路二、卸载回路1、用换向阀中位机能的卸载回路使泵在工作间歇期间输出很小的功率，分为压力卸载和流量卸载。在进油口安装单向阀使泵在卸载时输出一定压力的液压油，以操纵控制控制阀。54压力控制回路二、卸载回路2、用先导型溢流阀的卸载回路在溢流阀遥控口与电磁阀之间安装节流孔，防止卸载或升压时产生压力冲击。55压力控制回路二、卸载回路3、有蓄能器的卸载回路蓄能器能够保持系统压力，补充系统泄漏。56压力控制回路二、卸载回路4、限压式变量泵的卸载回路该卸载回路为零流量卸载。57压力控制回路三、减压回路二级减压回路串接减压阀回路58压力控制回路四、增压回路1、单作用增压器的增压回路适用于单向作用力大、行程小、作业时间短的场合。使系统的局部支路获得比系统压力高且流量不大的油液供应。59压力控制回路四、增压回路2、双作用增压器的增压回路60适用于增压行程要求较长的场合。压力控制回路五、平衡回路1、采用单向顺序阀的平衡回路使立式液压缸的回油路保持一定背压，以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。该回路适用于工作负载固定且活塞闭锁要求不高的场合61压力控制回路五、平衡回路2、采用液控单向阀的平衡回路液控单向阀是锥面密封，故闭锁性能好。回路油路上串联单向节流阀用于保证活塞下行的平稳。62压力控制回路五、平衡回路3、采用远控平衡阀的平衡回路密封性好，阀口大小能自动适应不同载荷对背压的要求。63压力控制回路六、保压回路1、采用液控单向阀的保压回路适用于保压时间短、对保压稳定性要求不高的场合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。64压力控制回路六、保压回路2、液压泵自动补油的保压回路采用液控单向阀、电接触式压力表发讯使泵自动补油。保压时间长，压力稳定性高65压力控制回路六、保压回路3、采用辅助泵的保压回路辅助泵供油维持系统压力稳定。由于辅助泵只需补偿系统泄漏，可选小流量泵，功率损失小，压力稳定性取决于溢流阀的稳压性能。66压力控制回路六、保压回路4、采用蓄能器的保压回路67压力控制回路七、泄压回路使执行元件高压腔中的压力缓慢地释放，以免泄压过快引起剧烈的冲击和振动。681、延缓换向阀切换时间的泄压回路压力控制回路七、泄压回路2、用顺序阀控制的泄压回路回路采用带卸载小阀芯的液控单向阀实现保压和泄压，泄压压力和回程压力均由顺序阀控制。69液压与气压传动流体动力与控制工程系讲课教师：刘银水70速度控制回路-调速回路速度控制回路是调节和变换液压执行元件速度。调速回路是调节执行元件运动速度的回路。（液压缸）（液压马达)液压缸：改变活塞有效作用面积困难液压缸：改变活塞有效作用面积困难液压马达：改变马达排量较为容易改变几何参数定量泵节流调速变量泵容积调速定量泵变转速调速改变输入流量71速度控制回路-调速回路一、定量泵节流调速回路改变输入执行元件的流量，必须在泵的出口旁接一条支路，泵多余的流量溢流回油箱。这种定量泵节流调速回路由定量泵、执行元件、流量控制阀、溢流阀组成。流量控制阀安放位置进油节流调速回油节流调速旁路节流调速72速度控制回路-调速回路一、定量泵节流调速回路1、进油、回油节流调速回路73一、定量泵节流调速回路1、进油、回油节流调速回路74速度负载特性速度控制回路-调速回路速度控制回路-调速回路一、定量泵节流调速回路1、进油、回油节流调速回路速度负载特性75

v与AT成正比，调节AT可实现无级调速；

v随FL的增加按抛物线规律下降；

FL越小、v越低、增大ps和A1，可提高速度刚度。速度控制回路-调速回路一、定量泵节流调速回路功率特性761、进油、回油节流调速回路速度控制回路-调速回路一、定量泵节流调速回路1、进油、回油节流调速回路回油节流调速回路回油腔有一定背压，故液压缸能承受负值负载，且运动速度比较平稳；实现程序控制的压力信号采取方法不同。进油节流调速中工作部件运动碰到死挡铁后，液压缸进油腔压力上升至溢流阀调定压力；回油节流调速中工作部件运动碰到死挡铁后，回油腔压力下降至零。回油节流调速回路中，油液经节流阀发热后回油箱冷却，对系统泄漏影响小；进油节流阀调速应用于单作用杆缸时，能获得更低的稳定速度；77速度控制回路-调速回路一、定量泵节流调速回路1、进油、回油节流调速回路进油节流调速回路中，启动时可减小或避免压力冲击；回油节流调速回路回油腔压力较高，特别是负载接近零时，压力更高，这对回油管的安全、密封及寿命均有影响。这种回路适用于低速、小负载、负载变化不大和对速度稳定性要求不高的小功率场合。为了提高回路的综合性能，一般采用进油节流调速回路，并在回油路上加背压阀。78速度控制回路-调速回路一、定量泵节流调速回路2、旁路节流调速回路79速度控制回路-调速回路一、定量泵节流调速回路2、旁路节流调速回路速度负载特性80负载增加，速度显著下降；负载越大，速度刚性越大；节流口越小，速度刚性越大。速度控制回路-调速回路一、定量泵节流调速回路2、旁路节流调速回路功率特性81速度控制回路-调速回路一、定量泵节流调速回路2、旁路节流调速回路速度受负载变化的影响大，在小负载或高速时，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；一般用于功率较大且对速度稳定性要求不高的场合。82速度控制回路-调速回路一、定量泵节流调速回路3、改善调速阀的调速回路83速度控制回路-调速回路一、定量泵节流调速回路3、改善调速阀的调速回路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，速度刚性大；旁通型节流阀只能用于进油节流调速回路中，供油压力随负载而变化，功率损失小，效率高；低速稳定性较差；采用电液比例流量阀替代普通流量调速阀，可形成回路的闭环控制，速度稳定性和精确度大为提高，可实现远程控制。84速度控制回路-调速回路二、变量泵容积调速回路容积调速回路通过改变液压泵和液压马达的排量来调节执行元件的速度。由于没有节流损失和溢流损失，回路效率高，系统温升小，适用于高速、大功率调速系统。手动调节容积调速回路自动调节容积调速回路改变排量方法85速度控制回路-调速回路二、变量泵容积调速回路1、手动调节容积调速回路回路中变量泵或马达的排量通过人为调节，无溢流损失和节流损失，效率高，根据油液循环方式分为开式回路和闭式回路。⑴变量泵-定量马达调速回路86马达工作压力和输出转矩不会随着转速的变化而发生改变，这种回路也称为恒转矩调速回路。速度控制回路-调速回路二、变量泵容积调速回路1、手动调节容积调速回路⑵变量泵-变量马达调速回路87调节泵排量的过程为恒转矩阶段；调节马达排量的过程为恒功率阶段。速度控制回路-调速回路二、变量泵容积调速回路2、自动调节容积调速回路⑴恒功率变量泵调速回路88泵的排量随着负载压力的变化而自动改变，并保持压力和流量的乘积为定值。速度控制回路-调速回路二、变量泵容积调速回路2、自动调节容积调速回路89对应于调速阀一定的开口，调速阀的进口具有一定的压力，泵输出相应的流量；在工作范围内，负载越大，效率越高。⑵限压式变量泵和调速阀的调速回路速度控制回路-调速回路二、变量泵容积调速回路2、自动调节容积调速回路⑶差压式变量泵和节流阀的调速回路90节流阀两端的压差基本由变量泵控制活塞上的弹簧力来确定，因此输入液压缸的流量基本不受负载变化的影响；能补偿负载变化引起泵的泄漏变化，回路效率高，发热小。泵的压力和流量均自适应负载的需求，又称为功率适应调速回路或负载敏感调速回路。快速和速度换接回路一、快速运动速度使执行元件获得尽可能大的工作速度，以提高生产率或充分利用功率实现方式差动缸双泵供油充液增速蓄能器91快速和速度换接回路一、快速运动速度结构简单，应用较多；差动连接与非差动连接速度比：A1:(A1-A2)；921、液压缸差动连接快速运动回路快速和速度换接回路一、快速运动速度卸载阀和溢流阀的设定压力分别为双泵供油和小流量泵供油的最高工作压力；效率较高；常用于执行元件快进和工进速度相差较大的场合。932、双泵供油快速运动回路快速和速度换接回路一、快速运动速度3、充液增速回路用于垂直运动部件质量较大的液压系统；充液箱常被充压油箱代替，实现强制充液。⑴

自重充液快速回路94快速和速度换接回路一、快速运动速度3、充液增速回路功率利用比较合理；增速比受增压缸尺寸限制，结构比较复杂；⑵

增速缸的增速回路95快速和速度换接回路一、快速运动速度3、充液增速回路⑶采用辅助缸的快速运动回路96回路简单易行，效率较高；常用于冶金机械。快速和速度换接回路一、快速运动速度4、采用蓄能器的快速运动回路常用于间歇工作且停留时间较长、或存在快慢两种工作速度的液压设备；回路效率较高；97快速和速度换接回路二、速度换接回路用于切换执行元件的速度，换接过程要求平稳，换接精度要求高。切换前后速度不同快速-慢速慢速-慢速98快速和速度换接回路二、速度换接回路1、快、慢速换接回路⑴

用行程阀（电磁阀）的速度换接回路切换过程比较平稳，换接点位置准确；安装位置不能任意布置，管路连接较为复杂；采用电磁阀使得安装较为灵活、连接方便，但速度接换的平稳性、可靠性和换接精度较差。99快速和速度换接回路二、速度换接回路实现高、低速换挡；行走机械应用较多；1001、快、慢速换接回路⑵

液压马达串、并联双速换接回路快速和速度换接回路二、速度换接回路串联方式中第二进给速度小于第一进给速度；换接平稳性较好；并联方式中两进给速度可分别调整，互不干扰；换接平稳性较差。1012、两种慢速的换接回路液压与气压传动流体动力与控制工程系讲课教师：刘银水102方向控制回路通过控制进入执行元件液流的通、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。实现功能换向回路锁紧回路制动回路103方向控制回路一、换向回路1041、采用换向阀的换向回路方向控制回路一、换向回路1、采用换向阀的换向回路采用二位四通换向阀、三位四通换向阀都可以使双作用执行元件换向。二位阀只能使执行元件正、反向运动，三位阀有中位，不同中位机能可使系统获得不同性能。

采用电磁换向阀和电液换向阀可以方便的实现自动往复运动，但对换向平稳性和换向精度要求较高的场合，显然不能满足要求。对于频繁的连续的往复运动，且换向过程要求平稳，换向精度高，换向端点能停留的场合（如磨床工作台），常采用机动换向阀作先导阀，液动换向阀作主阀的换向回路。105方向控制回路一、换向回路主要用于工作部件运动速度较大、换向频率高、换向精度要求不高的场合换向精度高，冲出量较小，易用于工作部件运动速度不大但换向精度要求较高的场合。1061、采用换向阀的换向回路时间控制制动行程控制制动方向控制回路一、换向回路适用于压力较高、流量较大的场合。1072、采用双向变量泵的换向回路方向控制回路二、锁紧回路108

通过切断执行元件进油、出油通道而使执行元件准确的停在确定的位置，并防止停止运动后因外界因素而发生窜动。方向控制回路三、制动回路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。109方向控制回路三、制动回路1、用溢流阀的液压缸制动回路溢流阀2和4为反应灵敏的小型直动型溢流阀。溢流阀2和4的调定压力一般比系统溢流阀调定压力高5％～10％。110方向控制回路三、制动回路2、用溢流阀的液压马达制动回路马达排油通过背压阀3回油箱，背压阀调定压力一般为0.3～0.7MPa。溢流阀2的调定压力一般等于系统额定工作压力。111多执行元件控制回路如果一个油源给多个执行元件供油，各执行元件因回路中压力、流量的相互影响而在动作上受到牵制。我们可以通过压力、流量、行程控制来实现多执行元件预定动作的要求。动作顺序顺序动作回路同步回路互不干扰回路多路换向阀控制回路112多执行元件控制回路1、压力控制顺序动作回路一、顺序动作回路使几个执行元件严格按照预定顺序动作。按控制方式不同，顺序动作回路分为压力控制和行程控制两种方式。113多执行元件控制回路1、压力控制顺序动作回路一、顺序动作回路顺序阀或压力继电器的调定压力必须大于前一动作执行元件的最高工作压力的10％～15％，否则在管路中的压力冲击或波动下会造成误动作。这种回路适用于执行元件数目不