液压传动系统基本回路

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第七章液压传动系统基本回路The basic circuits of hydraulic transmission system
分类：
方向控制回路、压力控制回路、速度控制回路、多执行元件控制回路在学习基本回路的特定功能、组成、工作原理、性能分析的同时要巩固元件图形符号的掌握与运用。

概述：
液压传动系统基本回路即是指利用较少的元件和最简单的管路组成具有特定功能的回路。

熟悉和掌握这些基本回路对于更好的阅读、分析已有的系统原理图，或者正确、合理地设计液压传动系统都是非常必要的。

§7.1方向控制回路
Directional Control Circuits
•作用：
•控制液流的流动方向, 特指控制执行元件的启动、停止和换向。

•分类：
•执行元件的启动、停止回路；换向回路；锁紧回路
•显著特征是有方向控制阀存在
一.启动、停止和换向回路
启动、停止和换向回路是指对执行元件启动、运行（进给或退回；正转或反转）、停止运动的控制回路。

启动、停止回路通常是在泵与主控换向阀（二位四通阀或二位五通阀）之间设置二位二通阀或二位三通阀控制油液是否接通主控换向阀的进油口来实现。

如果是接通，则为启动，未接通则为停止。

举例：
1. 利用二位四通换向阀
控制液压缸的换向回路
回路组成、工作原理及特点
主控阀
具有启动、换向功能，但不能在任一位置停留
回路组成、工作原理及特点
主控阀
启、停阀
回路组成、工作原理及特点
主控阀
启、停阀
2.
利用三位四通换向阀
控制液压缸的换向回路
主控阀
具有启动、换向功能，且能在任一位置停留回路组成、工作原理及特点
3.时间制动换向回路回路组成、工作原理及特点
t =l /υ恒定
工程应用
4
．行程制动换向回路
回路组成、工作原理及特点Array L由先导阀行程恒定
工程应用
二·锁紧回路
锁紧回路是指执行元件不工作时，防止在外力作用下自由运动的回路
回路组成、工作原理及特点
§7.2压力控制回路
Pressure Control Circuits 作用：压力控制回路是对系统主油路或支油路压力控制的回路
分类：调压回路、减压回路、增压回路、卸荷回路、保压回路、平衡回路、缓冲回路、释压回路。

特征是有压力控制阀存在
一.调压回路pressure regulated circuits
•作用：调节和控制系统压力
•调压回路包括：一级调压回路，二级调压回路，三级调压回路，安全保护回路。

显著特征是有溢流阀存在
1．单级调压回路回路组成及工作原理
2．二级调压回路回路组成及工作原理
3·三级调压回路回路组成及工作原理
4．安全保护回路回路组成及工作原理
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二.减压回路pressure-reducing circuits
减压回路的功用是降低主油路压力，
产生较低压力的二次油源，以满足对较低
压力油源的需要。

显著特征是有减压阀存在
回路组成与原理：
三．增压回路pressure-increasing circuits
增压回路是将主油路压力升高，产生较高压力的油源向某支油路供油，以满足对较高压力油源的需要。

显著特征是有增压缸存在。

1.利用单向增压缸的增压回路回路组成、工作原理及特点
2．双向增压回路
回路组成、工作原理及特点
四．卸荷回路Unloading circuits
卸荷回路是一种节能回路。

当执行元件处于停止运动的待命状态、保压状态时，为了避免频繁启动泵，对泵和电网的冲击，应采用不停泵的卸荷回路。

所谓卸荷即是将泵的排油口压力降为零或接近于零。

这样，泵虽然在运行却基本不消耗能量或消耗极少能量。

可以实现卸荷的回路有多种，下面介绍最常用的几种：
1·直接卸荷回路与工作原理
回路组成、工作原理及特点
利用二位三通阀
直接卸荷回路与原理
利用二位二通阀
直接卸荷回路与原理
2
．利用先导式溢流阀遥控口接通油箱的
卸荷回路
3．利用三位换向阀中位机能的卸荷回路回路组成、工作原理及特点
回路组成、工作原理及特点
五．保压回路pressure-holding circuits 保压有泵保压和执行元件保压的概念。

系统工作中，保持泵出口压力为溢流阀限定压力的为泵保压。

当执行元件要维持工作腔一定压力而又停止运动时，即为执行元件保压。

例如，压力机校直弯曲的工件时，要以校直时的压力继续压制工件一段时间，以防止工件弹性恢复。

1．开泵保压回路
回路组成、工作原理及特点
2．利用换向阀中位闭死的保压回路
回路组成、工作原理及特点
一个工作循环的动作顺序表
工作循环1YA 2YA 3YA PR EDS 下行压制
＋充液
＋│＋保压延时│＋
＋泵卸荷＋
＋│上行回程＋
│＋上位停留＋＋
3．利用蓄能器的保压回路
回路组成、工作原理及特点
4．利用电接点压力表控制的保压回路回路组成、工作原理及特点
一个工作循环的动作顺序表
工作循环1YA2YA3YA EPG EDS
下行压制＋│＋
保压延时│＋＋
泵卸荷＋＋│
充液＋
上行回程＋│＋
上位停留＋＋
六．平衡（支承）回路balancing circuits
在液压缸垂直安装或倾斜安装情况下，工作中经常需要活塞处于某个悬空位置停止不动（如压力机、起重机等），为了不因液压缸活塞的自重或负载作用而自由下滑造成事故，应采用平衡回路。

1. 利用单向节流阀串接液控单向阀的平衡回路
回路组成、工作原理及特点
2．利用单向顺序阀的平衡回路
回路组成、工作原理及特点
3．利用单向液控顺序阀的平衡回路回路组成、工作原理及特点
§7.3 速度控制回路
Speed Control Circuits
液压系统中，为了满足运动部件对不同速度的要求，执行元件的速度应该能够调节和控制。

实现调节和控制速度的回路称速度控制回路。

速度控制回路分为：快速运动回路、调速回路和快慢速换接回路。

一．快速运动回路fast-speed movement circuits
快速运动回路也称为增速回路。

这种回路用于控制执行元件快速运动，缩短辅助时间，以利于提高工作效率。

实现快速运动的回路有：多联泵供油、蓄能器快速放油、变量泵大排量供油、差动缸差动连接和增速缸的快速运动回路等。

1．双联泵供油的快速运动回路
A
B
q
回路组成、工作原理及特点
3.
差动缸的差动快速运动回路2．蓄能器辅助供油快速运动回路回路组成、工作原理及特点
回路组成、工作原理及特点
4．增速缸的快速运动回路
回路组成、工作原理及特点
5．利用变量泵的快速运动回路
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二. 调速回路speed-regulating circuits
调速回路用于对执行元件的运动速度进行调节和控制。

主要有：节流调速，容积调速、容积节流联合调速和数字调速。

（一）节流调速回路throttle speed-regulating circuits
节流调速基本原理是利用安装在回路中的流量阀（节流阀、调速阀）对进入执行元件的流量进行调节和控制，使执行元件获得与其速度相适应的流量。

如果执行元件是液压缸，则有υ＝q /A 。

如果执行元件是液压马达，则有n om ＝q /V m 。

可见调节输入执行元件的流量q ，即可调节执行元件的运动速度。

根据流量阀在回路中的位置可分为：进口节流调速回路、出口节流调速回路和旁路节流调速回路三种基本形式（视速度精度高低可选择节流阀或调速阀调速）。

1．进口节流调速回路
（1）速度—负载特性分析
进口节流调速回路工作时，液压泵输出油液的压力p p 由溢流阀恒定。

在液压缸以υ的速度运动时，溢流阀处于开启溢流状态。

因此，通过流量阀进入液压缸的流量是
q 1=q p －q r
根据流量阀流量计算公式即可求出进入液压缸的流量q 1
回路组成及工作原理
F
A p =111
1A F p =
1
p 1p A F
p p p p -
=-=∆m
m
A F p A C p A C q )
(1
p T q T q 1-=∆=1
1
1p T
q 11
)(+-==m m
A F A p A C A q υ此式即为进口节流调速回路的速度负载特性方程。

其意义是：
1)当负载F 一定时，调节节流阀通流面积A T 即可调节液压缸运动速度υ，且具有无级调速性能。

2)当节流阀口的通流面积A T 调定后，液压缸运动速度υ随负载F 减小而增大，随F 增大而减小。

当负载F 达到一定值时，υ为零。

说明负载F 的变化会影响运动速度υ。

由速度负载特性方程可以绘出其特性曲线
（2）回路的速度刚性
节流阀进口节流调速回路应在低速轻负载下运行（3）功率及效率输入功率
输出功率损失功率
F
R ∂∂-
=υ1
υυ
m F A p R -=
1p υP
p ic q p P =1
111oc q p A p F P ===υυ1
p r 1p 11p p oc ic c )()(q p p q q p q p q p P P P ∆--+=-=-=∆1
r p pq q p ∆+=
进口节流调速回路存在较大的功率损失，因而效率较低，功率损失绝大部分转变成热浪费掉，同时使油液粘度降低，泄漏增多，伴随着噪声和压力不稳定现象，只适用于小功率系统。

这种回路只能承受正负载而不能承受负负载，液压缸进给启动时易产生前冲现象，往往在回油路上串接背压阀加以改善。

（4）回路的效率ηc
p
p 11p p ic oc c q p q p q p F P P =
==υη可见，进口节流调速回路在工作时的功率损失有两项：通过溢流阀的溢流损失p p q r
通过节流阀的节流损失△pq 1
2．出口节流调速回路
回路组成及工作原理（1）速度—负载特性
F
A p A p +=22112
112A F A p p -=
m
m m
A F A p A C p A C p A C q )
(2
11T q 2
T q T q 2-==∆=1
2
11T
q 22)(+-==m m
A F A p A C A q υ
（2）功率和效率输入功率
P
p ic q p P =输出功率2
2112211oc )(q p q p A p A p F P -=-=⋅=υυ功率损失
2
21p p 2211p p oc ic c )(q p q q p q p q p q p P P P +-=+-=-=∆2
2r p q p q p +=（3）回路效率c
ηp 122p 1p p 2211ic
oc
c q p q p q q q p q p q p P P -
=-==η出口节流调速回路传动效率也较低，也只适用于小功率系统。

这种回路特点是可以承受负负载；可以克服液压缸的前冲现象；通过节流阀的热油直接回油箱散热。

溢流损失p p q r 或p 1q r
节流损失p 2q 2
回路组成及工作原理
旁路节流调速回路中，泵输出流量
为q
p ，通过节流阀分流回油箱的流量为
q 3，进入液压缸的流量为q
1。

液压泵出
口压力p
p 和液压缸进口压力p
1
相等，且
由负载决定。

工作中溢流阀不溢流，只起安全阀作用。

3．旁路节流调速回路
（1）回路速度—负载特性
1
p 1A F
p p =
=m
m A F A C A F K q A F A C q q q q q )
()()(1
T q 1tp 1T q tp 3p 1--=--=-= 1
1
T q 211tp 11)(+--==m m
A F A C A F K A q A q υ（2）回路的速度刚性
υ
υ1
1
tp 1υ)()1(m A A F K m m q F
A F R --+=
∂∂-=
输入功率P
p ic q p P =输出功率1
111oc q p A p F P ==⋅=υυ功率损失
1
1p p oc ic c q p q p P P P -=-=∆(
)3p 1p p c q p q q p P =-=∆p
1p p 11ic oc c q q q p q p P P =
==η（3）回路的功率和效率（4）回路效率
旁路节流调速回路的功率损失只有一项，即节流阀的功率损失ppq 3。

因此，旁路节流调速回路比进口和出口节流调速回路效率高。

小结：
通过上述分析可知，三种节流阀节流调速回路均可实现无级调速。

但调定速度均受到负载压力变化的影响。

因此，对于速度精度要求高的液压系统，则应使用调速阀调速。

三种调速阀调速回路的速度—负载特性见图7－30和图7－33的虚线所示。

旁路节流调速回路效率较高，适应于快速高负载的大功率液压系统。

而且，通过节流阀的热油可直接回油箱散热。

（二）容积调速回路volume speed-regulating circuits
•概述：
•分类：开式容积调速回路、闭式容积调速回路
回路组成及工作原理
1．手动变量泵—液压缸的开式容积调速回路
11
tp
A A F
K
q
-=
υ
F M = （q
tp
A
1
/ K
ℓ
）
最大承载能力：
（1）变量泵—定量马达容积调速回路1)马达的调速特性
m
vm m om V q n η=2)马达的输出转矩特性
πη2mm m om pV T ∆=回路中的补油泵流量为主泵流量
的（10～15）％，补油压力为0.3～
1.0MPa
回路组成及工作原理
2．泵—马达闭式容积调速回路
泵—马达容积调速回路可分为变量泵—定量马达、定量泵—变量马达和变量泵—变量马达容积调速回路。

P om = 2πn om T om 3)马达的功率特性
具有恒转矩输出特性
工程应用举例
(2)定量泵—变量马达容积调速回路1)马达转速特性m
Vm m om V q n η=2)马达的转矩特性
π
2mm m om ηpV T ∆=3)马达输出功率特性
om
om om π2T n P =回路组成及工作原理
具有恒功率输出特性
工程应用举例
（3）变量泵—变量马达容积调速回路回路组成、工作原理及特点
工程应用举例
数字泵控制液压缸的闭式回路
内蒙自然科学基金资助2001～2003
三·速度换接回路speed conversion circuits
速度换接回路的功用是使执行元件在多种速度之间转换。

回路的组成是由快速运动回路和调速回路的有机组合。

1. 单向节流行程阀控制的速度换接回路
回路组成、工作原理及特点
回路组成、工作原理及特点
回路组成、工作原理及特点
§7.4多执行元件控制回路
Multi-actuator Control Circuits
具有多个执行元件的液压设备，各执行元件可能单独动作，可能按一定顺序动作，也可能数个同时动作，可能有的执行快速运动，有的执行慢速运动。

为了能够合理地正常运行，必须采用多执行元件控制回路进行控制。

一.多缸顺序动作回路Multi-cylinder sequence action circuits
在一些设备中，运动机构需要按一定的顺序动作才能完成某项任务。

比如，组合机床在某工件加工过程中，要执行辅缸对工件定位→夹紧→主缸驱动动力滑台快进→一次工进钻削→二次工进钻削→档铁停留→快速退回→松开夹紧→拔定位销的工作循环。

这样，液压系统应该有定位缸、夹紧缸和主缸三个液压缸按顺序动作完成。

否则会造成事故。

分类：行程控制顺序动作回路、压力控制顺序动作回路。