液压传动与控制之调速回路和多缸运动回路

8.2.1 顺序动作回路
功用 使几个液压缸严格按照预定顺序动作 按控制方式不同，顺序动作回路分为行程控制、压
力控制和时间控制3种方式
行程控制： 利用执行元件运动到一定位置(或行程)时发出控 制信号，使下一执行元件开始运动
行程阀控制顺序回路
▪ 电磁阀3处于右位，缸1活塞先向右运动，当活塞杆
上挡块压下行程阀(机动换向阀)4后，缸2活塞才向右运动
串联系统中流过各执行元件的流量等于泵的流量， 可用小流量的液压泵供液，且执行元件的流量不受负 载影响，速度也较平稳，适用于速度要求稳定的设备
按功能对液压基本回路进行分类： 用来调节执行元件运动速度的回路——调速回路 用来控制系统或某支路压力的回路——压力控制回路 用来控制执行元件运动方向的回路——方向控制回路 用来控制多个液压缸运动的回路——多缸运动回路 ……
• 在组成元件相同条件下，进口节流调速回路在同 样的低速时节流阀不易堵塞
• 出口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，对回油管的安全、密封及 寿命均有影响
• 为提高回路综合性能，一般采用进口节流调速回路， 并在回油路上加背压阀
8.1.3 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
▪调整挡块可调整缸的行程，通过电控系统可改变动
作顺序
8.2.2 同步运动回路
功用 保证系统中两个或多个执行元件克服负载、 摩擦阻力、泄漏、制造质量和结构变形上的差异， 在运动中以相同的位移或相同的速度运动，前者为 位置同步，后者为速度同步
严格地做到每一瞬间速度同步，可保持位置同步。 实际上同步回路多采用速度同步
二、按系统的回路组合方式分类 1．独立式系统 液压泵仅驱动一个执行元件 2．并联系统 液压泵排出的压力油同时进入两个以上的执行元 件，回油共同流回油箱 执行元件可单独操作也可同时操作。当同时操作几 个执行元件时，各执行元件中的油液压力相等。
满载时，各执行元件中的压力 都等于液压泵的调定压力；没有 满载时，系统压力由外载荷最小 的执行元件决定——液体首先进 入外载荷最小的执行元件
8.1.2 节流调速回路
回路组成： 定量泵，流量控制阀(节流阀、调速阀…)，溢流
阀，执行元件。流量控制阀起流量调节作用，溢 流阀起压力补偿或安全作用
按流量控制阀安放位置不同分：
▪进口节流调速回路 将流量控制阀串联在液压 泵与液压缸之间 出口节流调速回路 将流量控制阀串联在液压
缸与油箱之间 旁路节流调速回路 将流量控制阀安装在液压
4．变量泵-变量马达调速回路 双向变量泵可以改变流量大小和改变供油反向→实 现马达的调速和换向
液压泵和液压马达的排量都可以改变→回路调速范 围扩大，可达100左右
马达输出转速由低向高调节时，分两阶段：
第一阶段 在低速段改变泵的排量来调速
首先将马达排量调到最大值，使马达具有大起动力矩
然后增大液压泵排量，使马达转速由低到高逐渐增加
闭式系统特点： 系统结构复杂，油液散热条件差 油箱体积小，系统较紧凑；封闭性能好，工作液 体不易污染，延长液压元件和油液的使用寿命
泵1、马达2组成主回路
油温上升。设置液动换向阀5(热交换阀或梭形阀) ，使马达回油中的小部分液体经低压溢流阀6(背压 阀)和冷却器7流回油箱
系统减少的油液由辅助泵3进行补充 溢流阀8是限制系统最高压力的高压安全阀，与辅 助泵并联的低压溢流阀4调定压力略高于背压阀6， 以保证热交换正常进行
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
根据采用的液压泵和液压马达或液压缸不同，容积 调速回路有
变量泵-定量马达(液压缸)调速回路 定量泵-变量马达调速回路 变量泵-变量马达调速回路
1 泵－缸容积调速回路 泵－缸容积调速回路的开式循环回
路由变量泵、液压缸和起安全作用的 溢流阀组成
，直到液压泵排量达到最大值。在此调速过程中，液压
马达的最大输出转矩不变
Tmax
pVM
2
输出功率逐渐增加——恒转矩调速
第二阶段，在高速段改变变量马达排量来调速 首先使液压泵排量固定在最大值 然后调节液压马达的排量，使其从最大值逐渐减小
到最小值。此时液压马达转速继续升高，直到液压马 达容许的最高转速为止
(2)当变量泵最高工作压力(安全阀确定)为ps时，液压 马达能产生的最大转矩为
Tmax
pVM
2
mM
不论液压马达速度如何，最大转矩不变——恒转矩
调速
(3)在不计容积损失、压力损失情况下，执行元件最 大输出功率
PMmax pqVM pVMnMVM
负载一定(工作压力为常数)，执行元件的输出功率 只随液压泵流量(即排量)改变，且呈线性关系
8.1.1 概述
8.2 调速回路
液压缸速度 v =q /A
液压马达转速 n = q /VM 调节执行元件工作速度：
——改变输入执行元件的流量或由执行元件输出的 流量；或改变执行元件的几何参数
对于定量泵供油系统，可以用流量控制阀来调速 ——节流调速回路
按流量控制阀安放位置不同分：
▪ 进油节流调速回路
靠分流集流阀自动调整，使用方便
▪ 回路压力损失大，不宜用在低压系统
并联系统中各执行元件的流量之和等于液压泵
输出的流量，各执行元件间的流量分配随负载的 变化而异，任一执行元件负载的变化都会引起流 量的重新分配，导致各执行元件的速度不稳定
3. 串联系统 液压泵排出的压力油进入第一个执行元件——回油 作为下一个执行元件的进油，直到最后一个执行元件 系统中的执行元件可单独操作也可同时操作
(3)液压泵流量q不变，液压泵最高压力不变(安全阀 调定)——液压泵输出功率 P psq不变
若不计系统效率，功率等于马达输出功率且与马达
转速(排量)无关→马达在整个转速范围内输出的最大 功率是定值——恒功率调速
(4) 要改变马达转向，不允许马达变量机构经过零 位→当VM=0时，从理论上讲马达转速将会无限增加 ，马达转矩等于零——换向阀实现马达换向
第8章 液压基本回路
基本回路指为了实现某种特定功能而把一些液压元 件按一定方式组合起来的通路结构
8.1 主回路 主回路指由液压泵和执行元件组成的回路，是液压 系统的主体 液压系统按照液流在主回路的循环方式、主回路的 形成和对主回路的调速方法进行分类 一、按工作液体的循环方式分类 1．开式系统 液压泵-液压缸开式系统
3 定量泵-变量马达调速回路
定量泵1的流量q不变，液压马达2的排量可以改变。 安全阀3限定系统的最高工作压力
(1)液压马达转速
nM
q VM
减小排量使马达转速提高；反之，降低马达转速 马达最大和最小排量分别决定马达的最小和最大转速
(2)液压马达转矩与排量成正比 ——对马达最小排量限制→转矩过小带不动负载—— 马达最高转速限制→调速范围较小，3～4
▪阀3处于左位，缸1活塞先退回，其挡块离开行程阀4
后，缸2活塞才退回
▪回路动作可靠，但改变动作顺序难
行程开关控制顺序回路
▪ 按启动按钮，电磁换向阀7的电磁铁得电，缸1活
塞先向右运动，当活塞杆上挡块压下行程开关2后， 使电磁换向阀8的电磁铁得电，缸2活塞才向右运动 ，直到压下行程开关4，使换向阀7失电，缸1 活塞 向左退回，而后压下行程开关1，使换向阀8失电， 缸2活塞退回
此过程中，液压马达最大输出转矩由大变小，输出 功率保持不变——恒功率调速
8.3 多缸运动回路
如果一个油源给多个液压缸供油，各液压缸因回路中 压力、流量的相互影响而在动作上受到牵制
通过压力、流量、行程控制来实现多液压缸预定动作 的要求 顺序动作回路 同步动作回路 互不干扰回路 多路换向阀控制回路
• 进口、出口节流调速回路不同之处： • 出口节流调速回路回油腔有一定背压，液压缸能 承受负值负载，且运动速度比较平稳
• 进口节流调速回路容易实现压力控制。工作部件 运动碰到挡铁后，液压缸进油腔压力上升至溢流 阀调定压力，压力继电器发出信号，可控制下一 步动作
• 出口节流调速回路中，油液经节流阀发热后回油 箱冷却，对系统泄漏影响小
回油节流调速回路 旁路节流调速回路
对于变量泵(马达)系统，可以改变液压泵(马达)的 排量来调速——容积调速回路 变量泵-定量马达调速回路 定量泵-变量马达调速回路 变量泵-变量马达调速回路
调节泵的排量和流量控制阀来调速——容积节流 调速回路 限压式变量泵和调速阀的调速回路 差压式变量泵和节流阀的调速回路
l-过滤器；2-液压泵； 3-电动机；4-溢流阀； 5-换向阀；6-液压缸
开式系统特点： 液压泵从油箱吸油，液压缸(马达)的回油直接回油 箱；执行元件(液压缸)的开停和换向由换向阀控制 优点：系统简单、油液散热条件好 缺点：所需油箱容积较大，油液与空气长期接触 ，空气和杂质容易混入
2. 闭式系统
按控制方式分 等流量控制 等容积控制
1. 用调速阀的同步回路
仔细调整两个调速阀的开口大小 ，控制进入或流出液压缸的流量， 可使它们在一个方向上实现速度同 步
回路结构简单，调整麻烦，同步 精度不高
2. 用分流阀控制的同步回路
▪ 用分流阀控制进入或流出液压缸的流量，实现两
缸两个方向的速度同步，遇到偏载时，同步作用
(1)不计容积损失，液压马达 转速nM
nM
q VM
nV VM
液压泵转速、马达排量不变——液压马达转速与液 压泵排量V成正比
液压马达最大速度仅取决于变量泵最大排量；最小 速度取决于变量泵的最小排量和马达的低速稳定性能
变量泵-定量马达容积调速回路的马达调速范围 (nMmax /nMmin)较大，达40左右
流量连续性方程
qp=q1+Δq
活塞受力平衡方程 p1A1=F
节流阀压力流量方程 q1=CATΔp1/2 =CAT(pp–F/A1)1/2
速度负载特性方程 v =q1/A1 =CAT(pp–F/A1)1/2/A1
2. 出口节流调速回路
流量连续性方程 qp=q1+Δq 活塞受力平衡方程 ppA1=p2A2+F 节流阀压力流量方程q2=CATp21/2=CAT(ppA1/A2–F/A2)1/2 速度负载特性方程 v =q2/A2=CAT(ppA1/A2–F/A2)1/2/A2
通 过 改 变 液 压 泵 的 排 量 VP ， 可 调 节 液压缸的运动速度v
当不考虑管路、液压缸的泄漏和压 力损失A1
Vpnp
kl
F A1
A1
A1
A1
2 变量泵—定量马达闭式调速回路 安全阀2防止回路过载，辅助泵1补充主泵和马达的
泄漏，改善主泵的吸油条件，置换部分发热油液以降 低系统温升 泵转速 np 和马达排量VM 视为常数，改变泵的排量 Vp可使马达转速 nM 和输出功率 PM 随之成比例变化
缸并联的支路上
分析节流调速回路的速度负载特性、功率特性 分析时忽略油液压缩性、泄漏、管道压力损失和执行
元件的机械摩擦… 设节流口为薄壁小孔，节流口压力流量方程中φ＝0.5
1. 进口节流调速回路
定量泵，执行元件所需流 量变化，多余油液通过溢流 阀流回油箱——总有一部分 能量损失掉
节流调速回路适用于小功 率系统