8第八章液压传动系统分析

第8章液压传动系统

学习要点:液压传动在机械制造、工程机械、冶金机械、石化机械、航空、船舶等各个行业部门均有广泛的应用，根据主机不同的工况要求，液压系统有着不同的组成形式，形成了繁多的种类。本章有选择地介绍四种典型的液压系统，通过对这些液压系统的分析，可以加深对基本回路的认识，了解液压系统组成的规律，为今后分析其他液压系统和设计新的液压系统打下基础。

液压传动广泛应用在机械制造、冶金、轻工、起重运输、工程机械、船舶、航空等各个领域。根据液压主机的工作特点、工作环境、动作循环以及工作要求，其液压传动系统的组成、作用和特点不尽相同。液压系统是根据液压设备的工作要求，选用适当的基本回路构成的，它一般用液压系统图来表示。在液压系统图中，各个液压元件及它们之间的连接与控制方式，均按标准图形符号(或半结构式符号）画出。

分析液压系统，首先必须对系统的工况进行分析，看系统是如何满足工况的要求的;其次，再分析系统的特点。分析液压系统一般可以按照以下步骤进行。

(1) 了解液压设备的功用。重点是液压传动装置实现了哪些运动；具体工艺对于液压传动系统的要求等。

⑵分清主次。首先分析各个主运动所需的主油路和控制油路，然后分析润滑油路一类的辅助油路。

⑶分析系统中各液压元件的作用。搞清系统由哪些基本回路组成，并对重点问题进行分析。

(4)归纳总结整个液压系统的优缺点。

8.1 液压传动系统的形式

液压系统应用领域不同，其特点也不同。在航空、国防领域，可靠性是系统所追求的；在大型重载设备行列，节能降耗是设计系统必须考虑的。液压传动系统按其应用行业可分为航空液压系统、工程机械液压系统、冶金液压系统、机床液压系统等;按系统特点可以分为以压力控制为主的液压系统、以速度变换为主的液压系统、以换向精度为主的液压系统；按系统的功率可分为大功率液压系统、中功率液压系统、小功率液压系统；按系统压力等级可分为超高压液压系统、高压液压系统、中高压液压系统、中压液压系统、低压液压系统；按油液的循环方式不同，有开式系统和闭式系统之分；按系统中液压泵的数目，可分为单泵系统、双泵系统和多泵系统。

8.1.1 幵式系统与闭式系统

液压系统按照液流循环方式的不同，可以分为开式系统与闭式系统。

1.开式系统

一般情况下所见的液压系统均为开式系统，如图8-1所示系统就是一个开式系统。液压泵从油箱吸入液压油，经过换向阀送入液压缸（或液压马达）的进油腔，其回油腔的油最终返回油箱，工作油液可以在油箱中进行冷却和沉淀，然后再进行工作循环。开式系统的特点如下：

(1)液压油在系统中循环使用时，油箱是一个重要环节；

图8-1开式液压系统

1—液压泵；2—溢流阀； 3—换向阀；4—

液压缸

图8-2 闭式液压系统

1—液压泵2—补油泵3—液压马达；4—溢流阀；5—安全阀；

6—背压阀；7—液动换向阀； 8，9，10，11—单向阀

(2)执行元件的启动、停止、换向均由方向控制阀进行控制；

(3)系统结构简单、油液散热条件好；

⑷开式系统所需油箱的容积较大，且系统结构不紧凑；

(5)油液与空气长期接触，空气容易混入。

由于开式系统具有上述特点，因而它多用于一些固定设备如各种机床和压力机等液压系统中。

2. 闭式系统

图8-2所示系统为闭式循环系统。液压泵1排出的压力油直接进入液压马达3的进油口，驱动马达3旋转，马达3的回油返回液压泵1的进油口，这样工作油液不断在液压泵1和液压马达3之间循环流动，形成一个闭合回路。为了补偿系统中的泄漏（包括液压泵、液压马达和控制阀等处的泄漏)损失，防止泵1因供油不足而引起吸空现象，及其补偿泵1和马达3 瞬时流量的不均，闭式循环系统必须设置一个补油泵2,以便向低压支路进行补油。为了解决闭式循环回路的散热问题，系统中一般都要设置液动换向阀.使低压支路的一部分热油可以通过它并经背压阀1和冷却器流回油箱，由此减少的油液由补油泵2进行补充。因而液动阀7也称为热交换阀。图中溢流阀4是补油泵2的低压溢流阀，为使补油泵2的油全部进入回油支路，则流阀4的调整压力要高于背压阀1的调整压力，溢流阀5是限制系统最高压力的安全阀。

与开式系统相比，闭式系统的特点如下：

⑴系统中液压泵的出油管直接与液压马达进油管相接，液压马达的出油管直接接入液压泵的进油管；

⑵执行元件的转向和转速由双向变量泵来控制；

(3)系统结构复杂，油液散热条件差；

(4)油箱容积小，但系统结构紧凑；

(5)系统封闭性能好。

闭式系统常用于大功率传动的行走机械中，采煤机的液压牵引系统和其他许多工程机械的液压系统。

8.1. 2单泵系统和多泵系统

按照系统中液压泵的个数，可将系统分为单泵系统、双泵系统和多泵系统。由一个液压泵向一个或一组执行元件供油的液压系统，称为单泵液压系统。两个单泵液压系统组成双泵液压系统。在液压系统中采用两台以上的液压泵向系统供油，即为多泵液压系统。

1.单泵系统

单泵系统在液压系统中应用较为广泛。它既可以控制一个执行元件，也可以控制多个执行元件动作。在单泵多执行元件系统中，按照执行元件与液压泵的连接关系不同，可分为并联回路、串联回路和串并联回路等三种主回路形式。

1）并联回路

图8-3所示，液压泵排出的压力油同时进入两个以上的执行元件，而它们的回油共同流回油箱，这种回路称为并联回路，这种回路的特点是各执行元件中的油液压力均相等，都等于油泵的调定压力，而流量可以不相等，但其流量之和应等于泵的输出流量。另一特点是各执行元件可单独操作，而且相互影响小。并联回路常采用多路阀操纵各执行元件的动作。

2）串联回路

如图8-4所示，液压泵排出的液压油进入第一个执行元件，而此元件的回油又作为下一个执行元件的进油，这种连接的油路称为串联回路。串联回路的特点是进入各执行元件的流量相等，各执行元件的压力之和等于液压泵的工作压力。

图8-3 并联回路图8-4串联回路

3）串并联回路

系统中执行元件有的串联、有的并联的回路称为串并联回路。这种回路兼有串联回路和并联回路的特点。

2.双泵系统

双泵供油液压系统由两个油泵供油。系统中每一个泵可以分别向各自回路的执行元件供油，为其提供动力。每个泵的功率根据各自回路所需而定。

当系统中只需要进行单个动作，同时又要考虑发动机功率的充分利用，此时可采用合流供油方式，即两个液压泵同时向一个执行元件供油。这样，执行机构速度可增加一倍。这种双泵液压系统在中小型挖掘机、起重机、组合机床液压系统中已被广泛使用。

3.多泵系统

多泵液压系统由三个或三个以上的液压泵组成，每个泵分别向不同执行元件供油，也可以按照需要把两个或多个泵合流使用。