第八章 液压基本回路

旁路节流调速回路
进口节流调速回路
速度-负载特性
出口节流调速回路
速度-负载特性
旁路节流调速回路
由于节流阀安装在液压泵与油箱之间， 所以液压缸的运动速度取决于节流阀流回 油箱的流量，流回油箱的流量越多，则进 入液压缸的流量就越少，液压缸活塞的运 动速度就越慢；反之。 这里溢流阀不起溢流作用，而做安全 阀使用，其调定压力大于克服最大负载所 需压力。系统正常工作时，溢流阀处于关 闭状态。液压泵的供油压力等于液压缸进 油腔压力，其值决定于负载大小。
二、快速运动回路
为了提高生产效率，机床工作部件常常要求实现 空行程(或空载)的快速运动。这时要求液压系统流量 大而压力低。这和工作运动(工进)时一般需要的流量 较小和压力较高的情况正好相反。 基本要求：在快速运动时，尽量减小需要液压泵 输出的流量，或者在加大液压泵的输出流量后，但在 工作运动时又不致于引起过多的能量消耗。
第八章 液压基本回路
任何液压系统都是由一些基本回路组成。
所谓液压基本回路是指能实现某种规定 功能的液压元件的组合。
按在液压系统中的功能可分：
速度控制回路— 控制和调节执行元件的速度； 压力控制回路— 控制整个系统或局部油路的工作压力；
方向控制回路— 控制执行元件运动方向的变换和锁停；
多执行元件控制回路— 控制几个执行元件间的工作循环。
为了提高回路的综合性能，一般采用进油节流阀调 速，并在回油路上加背压阀，使其兼具二者的优点。
2.泵-马达容积调速回路
容积调速回路是通过改变 回路中液压泵或液压马达 的排量来实现调速的。
主要优点：无功率损失（无溢流损失和节流损 失），且液压泵的工作压力随负载变化，因此效率 高，发热量少。多用于工程机械、矿山机械、农业 机械和大型机床等大功率的调速系统中。
8.1 速度控制回路
1.定量泵节流调速回路 2.泵-马达容积调速回路
速度调节是液压传动 系统的核心问题
一、调速回路：调节执行元件的工作速度。
二、快速运动回路：使执行元件获得尽可能大工作速度。
3.差动连接快速运动回路 4.双泵供油快速运动回路
三、速度换接回路：用于执行元件实现速度的切换。
1.
差动连接回路是在不增加液压泵输出 流量的情况下，来提高工作部件运动 速度的一种快速回路，其实质是改变 了液压缸的有效作用面积。
1.

简单连接
F1 A1 p1 A2 p 2 m

D 4

2
p1 D 2 d 2 p 2 m
2


1
2
q 4q A1 D2
将节流阀串联在液 压缸与油箱之间， 以限制液压缸的回 油量，也就调节了 进入液压缸的流量， 从而达到调速目的。
将节流阀并联在液压缸和 液压泵的分支油路上。泵 输出流量一部分进入缸， 另一部分经节流阀回油箱。 调节节流阀口的大小来控 制进入缸的流量，实现运 动速度的调节。
进口节流调速回路
出口节流调速回路
q 4q A2 D2 d 2
F2 A2 p1 A1 p 2 m
D 4
2
d 2 p1 D 2 p 2 m





差动连接
F3 A1 A2 p1 m

4
d p1 m
3
q 4q V 2 V d A1 A2
对液压缸增压
至系统
用以提高系统中 局部油路的压力 它能使局部压力 远高于油源的压力。 当系统中局部油 路需要较高压力而流 量较小时，采用低压 大流量泵加上增压回 路比选用高压大流量 泵要经济得多。
单作用增压缸增压回路
双作用增压缸增压回路
对泵卸荷
使泵的油液在很低的 压力下流回油箱
对液压缸回路保压


3.在调速过程中，进油路节流和回油路节流调速回路的溢 流阀均处于开启状态，起稳压和分流的作用；在旁路节流 调速回路的调速过程中，溢流阀不开启，起到安全保护作 用。
比较：

4.在进、回油路节流调速回路中，既有溢流损失，也有节 流损失，系统的效率不高；在旁油路节流调速回路中，只 有节流损失，没有溢流损失，系统的效率较进、回油路节 流调速回路要高。因此在同样元件组成的条件下，旁路节 流调速回路的功率损失小、效率高，但速度稳定性差。
在低速段，先将马达排量调至最大，用变量泵调速，当泵的排量
由小变大，直至最大，马达转速随之升高，输出功率也随之线性增 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 率状态不变，故马达处于恒功率状态。
主要包括换向回路和锁紧回路。
系统对换向回路的基本要求：换向可靠、灵敏、 平稳、换向精度合适。


运动部件的换向多采用电磁换向阀来实现；
在容积调速的闭式回路中，利用变量泵控制油 流方向来实现液压缸换向。
换向回路
对液压缸而言
采用换向阀的换向回路
单作用液压缸换向：用二位三通阀。
双作用执行元件换向： 采用二位四通换向阀、三位四通换向阀。 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。
5.快速运动和工作进给运动的换接回路 6.两种工作速度的切换回路
一、调速回路

液压缸的有效面积A是定值，只有改变流量q的大小来调速， 可通过采用流量阀或变量泵实现。 改变液压马达的排量Vm，可通过采用变量马达来实现。 因此，调速回路主要有以下三种方式： 1.节流调速回路：由定量泵供油，用流量阀调节进入或流出 执行机构的流量来实现调速； 2.容积调速回路：用调节变量泵或变量马达的排量来调速； 3.容积节流调速回路：用限压变量泵供油，由流量阀调节进 入执行机构的流量，并使变量泵的流量与调节阀的调节流 量相适应来实现调速。
特点：1、只有节流损失，而无溢流损失，效率高。 2、低速时承载能力低，调速范围小。 3、速度负载特性差。
比较：

1.在节流阀式的节流调速回路中，三种节流调速回路的共 同特点是速度刚性小。其中旁路节流调速回路在低速、低 负载时速度刚度最小，其承载能力也随速度的降低而减小。 2.进、回油路节流调速回路的速度-负载特性基本相同，其 速度刚性在高速、大负载时较小，二者的差别在于：后者 的运动平稳较高，能承受一定的负载；进油路节流调速回 路只有在增设了背压阀后，其运动的稳定性才能提高。
三、速度换接回路
速度换接回路用来实现运动速度的变换，即 在原来设计或调节好的几种运动速度中，从一种 速度换成另一种速度。 基本要求：速度换接要平稳，即不允许在速 度变换的过程中有前冲(速度突然增加)现象。
1.快速运动和工作进给运动的换接回路 单向行程阀速度换接回路
2.两种工作速度的切换回路
调速阀并联：
PM TM nM pM VM nMmM p pV p n pmM
(4)调速特性
调速范围很大，可达40倍左右。
定量泵-变量马达 ——恒功率调速
(1)速度特性（nM VM关系）
nM qp VM Vpnp VM
(2)转矩特性（TM VM关系） T p V M M M mM (3)功率特性（PM VM关系）
PM TM nM pM VM nMmM p pV p n pmM
输出功率与马达 VM 无关，与转速无关，功率恒定。
(4)调速特性
调速范围4倍左右。
注意：区别于恒转矩调速。
变量泵—变量马达调速回路
由双向变量泵和双向变量马达等组 成闭式容积调速回路。能实现低速 大转矩输出和高速大功率输出。
1、节流调速回路
在泵口接一条支路将多余流量流回油箱。通过调节 流量阀的通流截面积大小，来改变进入执行机构的流量， 从而实现运动速度的调节。


由定量泵、流量阀、溢流阀和执行元件组成。
关键功能元件

按流量控制阀安装位臵的不同分： 进口节流调速回路 出口节流调速回路 旁路节流调速回路
节流阀串联在定量泵与 液压缸间，通过调节节 流阀口的大小，调节进 入液压缸的流量，来调 节其运动速度，定量泵 输出的多余流量经溢流 阀溢回油箱。
液压系统的油液循环，有开式和闭式两种方式。
开式循环回路，液压泵从油箱中吸入液压油，同时压送到液 压执行元件中去，执行元件的回油排至油箱。
优点:油液在油箱中能良好地冷却，沉淀过滤杂质和析 出气体。 缺点:空气和污染物侵入油液机会多;油箱尺寸较大。 闭式循环回路，液压泵将液压油压送到执行元件的进油腔， 同时又从执行元件的回油腔吸入液压油。 优点:结构尺寸紧凑，改变执行元件运动方向较方便， 空气和污染物侵入系统的可能性小。
增压：使系统中某一部分具有较高的稳定压力。它能使系统
中的局部压力远高于液压泵的输出压力。 卸荷：使液压泵在接近零压的工况下运转，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。 保压：使液压系统执行元件行程结束后，继续保持工作压力。 平衡：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。
两调速阀工作 的先后顺序不 受限制，可单 独调节流量。
调速阀串联： 只有阀6的流 量调得比阀5 的小，阀6才 能起作用。
8.2 压力控制回路
利用压力控制阀及其组合控制液压 或某一分支系统的压力，以满足液 压执行元件所需的力或转矩。
调压：使系统整体或某一部分压力保持恒定或不超过某数值。 减压：使系统中某一部分具有较低的稳定压力。
缺点:散热条件差，结构复杂，造价较高。
容积调速回路：泵—缸式

qp A1

qt kl A1
F A1
活塞运动速度由改变变量泵1的排量来调 节，回路中最大压力由安全阀2限定。 3.调速特性
变量泵有泄漏，v随F加大而减小， 在低速下的承载能力很差。
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容积调速回路：泵—马达式
按所执行元件的不同分： 变量泵—定量马达容积调速
由上得，差动连接比简单连接：液压缸的推力小，速 度高，正好利用这一点，可使在不加大油源流量的情况下 得到较快的运动速度，这种连接方式被广泛应用于组合机 床的液压动力系统和其他机械设备的快速运动中。
2.
双泵供油的快速运动回路是利 用低压大流量泵1和高压小流 量泵10并联为系统供油。
?
?
工作进给时：负 载增大，系统压 力升高，液控顺 序阀打开，使低 压大流量泵卸荷， 此时单向阀关闭， 由高压小流量泵 单独向系统供油， 实现慢速运动。
执行机构在一定的行程位臵上 停止运动或在有微小的位移下 稳定地维持一定的压力。
对液压缸回路平衡
为防止垂直或倾斜放 臵的液压缸和与之相 连的工作部件因自重 而自行下落，在执行 元件的回油路上保持 一定的背压值，以平 衡重力负载。
顺序阀的开启压力要足以支撑运动部件的自重。
8.3 方向控制回路

利用方向阀控制油路中液 流的接通、切断或改变流 向，以使执行元件启动、 停止或变换运动方向。
使系统整体或某一部分压力保
对泵调压
持恒定或不超过某个限定值。
对减压支路减压
使系统中某一部分油路或某 个执行元件获得比系统压力 低的稳定压力。
p p py
pg p j
为使减压回路工作可靠，减压阀的最 低调整压力不应小于0.5MPa，最高调整 压力至少应比系统压力小0.5MPa。 当减压回路中的执行元件需调速时， 调速元件应放在减压阀的后面，以免减 压阀泄漏(指由减压阀泄油口流回油箱的 油液)对执行元件速度产生影响。
定量泵—变量马达容积调速
变量泵—变量马达容积调速
变量泵-定量马达 ——恒转矩调速
(1)速度特性（n M V p关系）
(2)转矩特性（TM V p关系）
nM qp VM Vpnp VM
TM pMVMmM
马达输出转矩与变量泵的 V p 无关，与调速 无关，只与负载有关;负载不变时，无论转 速高低，转矩恒定。 (3)功率特性（PM V p关系）
锁紧回路
对液压马达和液压缸而言
通过切断执行元件进、出油 通道而使执行元件准确停在 确定位臵，并防止停止运动 后因外界因素而发生窜动。
1. 用三位换向阀“O” 或“M”型中位机能锁紧
特点:结构简单，不需增加其它装臵， 但由于滑阀环形间隙泄漏较大，故 其锁紧效果不太理想，一般只用于 要求不太高或只需短暂锁紧的场合。