第九章 液压回路的计算与分析

13），（ －14），经整理得： ），（9－ ），经整理得： ），经整理得 ），（ 1 Ka 2 v = 3（pP A－F） 1 （9－15） － ） 2 A2 同理可求得出口节流调速回路得速度刚度为： 同理可求得出口节流调速回路得速度刚度为：
1 dF 2A 2 pP A－F） 9－16） （ 1 2 （ － ） kv =－ = （pP F） = － dv Ka v 进口节流调速回路与出口节流调速回路的速度负载 特性和刚度基本相同。 特性和刚度基本相同。 3 2 2
特别是当负载小、速度低时效率更低。 低，特别是当负载小、速度低时效率更低。 ⑵出口节流调速 用节流阀控制液压缸的排 油量Q 油量 2，也就控制了进入液压 缸的流量Q 缸的流量 1，这是因为它们之 间存在着固定的比例关系， 间存在着固定的比例关系，
A － ） Q1 = 1 Q2 （9－12） A2 液压缸的运动速度为： 液压缸的运动速度为： Q2 Q1 v= = （9－13） － ） A2 A 1
第九章 液压回路的计算与分析 （Hydraulic Circuit Design and Analysis） ）
9.1概述（INTRODUCTION） 概述（ 概述 ） 液压回路是将一组像油泵、执行元件、 液压回路是将一组像油泵、执行元件、控制阀和管 道这样的元件进行排列以完成所需要的工作。 道这样的元件进行排列以完成所需要的工作。当分析或 计算液压回路时，以下三个重要的因素必须得到重视： 计算液压回路时，以下三个重要的因素必须得到重视： 使用的安全性； ✵使用的安全性； 所需部件的性能； ✵所需部件的性能； 使用的经济性。 ✵使用的经济性。 了解元件的工作过程以及在回路中如何进行应用这 对于从事液压传动的技术人员或设计者是非常重要的。 对于从事液压传动的技术人员或设计者是非常重要的。 液压回路是通过使用所有元件的职能（图形） 液压回路是通过使用所有元件的职能（图形）符号来表 现的。在了解液压回路之前，掌握这些符号是必要的。 现的。在了解液压回路之前，掌握这些符号是必要的。
式中a－节流阀节流口通流面积； 式中 －节流阀节流口通流面积； pP－液压泵出口压力； 液压泵出口压力； p1－液压缸进油腔压力； 液压缸进油腔压力； ∆p－节流阀两端压差； －节流阀两端压差； K－常数。对于薄壁小孔， K = Cq －常数。对于薄壁小孔，
2 。 ρ
当活塞以稳定的速度运行时，作用在活塞上的力平 当活塞以稳定的速度运行时， 衡方程为： 衡方程为： p1A1＝p2A2+F （9－5） － ） 式中F－负载力； 式中 －负载力； p2－液压缸回油腔压力，此处 2≈0。 液压缸回油腔压力，此处p 。
四、增压回路 1.用增压缸的增压回路 用增压缸的增压回路 2.用增压器的增压回路 用增压器的增压回路
五、保压回路 1.变量泵保压回路 变量泵保压回路 2.用蓄能器的保压回路 用蓄能器的保压回路 3.用液控单向阀的保压回路 用液控单向阀的保压回路
六、卸压回路 1.用节流阀卸压的回路 用节流阀卸压的回路 2.用二级液控单向阀卸压的回路 用二级液控单向阀卸压的回路
Q1 P = Fv = F = p1Q1 1 A 1
式中Q 称为负载流量，即进入液压缸的流量。 式中 1称为负载流量，即进入液压缸的流量。 回路的功率损失为： 回路的功率损失为：
∆P＝PP－P1＝pPQP－p1Q1＝（ 1+∆Q）pP－Q1（pP ＝ ＝（Q ） ）＝p －∆p）＝ P∆Q+ ∆pQ1 ）＝ （9－10） － ） 式中∆Q－溢流阀的溢流量， ＝ 式中 －溢流阀的溢流量，∆Q＝QP－Q1。 由式（ － ）可知， 由式（9－10）可知，这种调速回路的功率损失由 两部分组成：即溢流损失（ 两部分组成：即溢流损失（∆P1＝pP∆Q）和节流损失 ） ）。从式中还可看出 从式中还可看出， （∆P2＝∆pQ1）。从式中还可看出，溢流阀调定压力不 宜太高，一方面它使溢流损失增加， 宜太高，一方面它使溢流损失增加，同时也由于节流阀 两端压差增加使节流损失增加。 两端压差增加使节流损失增加。通常溢流阀调定压力以 使节流阀两端压差∆p＝ ～ 为宜（ 使节流阀两端压差 ＝0.2～0.3MPa为宜（最大负载下。 为宜 最大负载下。 回路效率为： 回路效率为： （9－11） － ） P p1Q1 1 η= = P pPQP 由于两种损失存在，故进口节流调速回路效率较 由于两种损失存在，P
②最大承载能力 从式（ － ）和图中都可看出， 从式（9－7）和图中都可看出，在pP已调定的情况 不论节流阀通流面积怎样变化， 下，不论节流阀通流面积怎样变化，其最大承载能力都 不变， 不变，即Fmax＝pPA1。故称这种调速回路为恒推力调速 执行元件为液压马达时为恒转矩调速。） （执行元件为液压马达时为恒转矩调速。） ③功率特性 液压泵提供的功率为： 液压泵提供的功率为： PP＝pPQP＝常量 式中Q 定量泵的输出流量。 式中 P－定量泵的输出流量。 液压缸输出的有效功率为： 液压缸输出的有效功率为：
9.2 压力控制回路（PRESSURE CONTROL 压力控制回路（ CIRCUIT） ） 调压、 一、调压、限压回路 1.定量泵调压限压回路 定量泵调压限压回路 调压回路： ✵调压回路： 限压回路： ✵限压回路： 阀的调定压力一般高于系统最高工作压力0.6～ 阀的调定压力一般高于系统最高工作压力 ～ 0.8MPa。 。 2.变量泵限压回路 变量泵限压回路
nmax vmax R= R= nmin vmin 负载变化引起的工作部件速度变化应在允许范围内， ✵负载变化引起的工作部件速度变化应在允许范围内，
即要求一定的速度刚度。 即要求一定的速度刚度。 效率要高。 ✵效率要高。 满足工作部件要求的承载能力，并有裕度。 ✵满足工作部件要求的承载能力，并有裕度。 在稳定工作状态下无振动，运动平稳。 ✵在稳定工作状态下无振动，运动平稳。 有关动态特性方面的各种要求。 ✵有关动态特性方面的各种要求。
件的运动速度。 件的运动速度。 由式（ － ） 由式（9－7）和右图还 可看出， 可看出，当节流阀通流面积 一定时，随着负载F的增加 的增加， 一定时，随着负载 的增加， 节流阀两端压差减小， 节流阀两端压差减小，活塞 运动速度按抛物线规律下降。 运动速度按抛物线规律下降。 当F＝p1A1时，节流阀两端 ＝ 差为零，活塞停止运动， 差为零，活塞停止运动，液 压泵的流量全部经溢流阀回 油箱。通常用速度刚度k 油箱。通常用速度刚度 v来表示负载变化对速度的影响 程度。 程度。
法包括：改变泵的排量；改变泵的转速（用变频技术） 法包括：改变泵的排量；改变泵的转速（用变频技术） 而改变泵的输出流量； 而改变泵的输出流量；用节流阀限制进入液动机的流量 大小；也可用改变q 即变量马达）来改变马达的转速。 大小；也可用改变 M（即变量马达）来改变马达的转速。 2.调速要求 调速要求 满足工作部件调速范围R： ✵满足工作部件调速范围 ：
3.限制系统最低压力回路 限制系统最低压力回路
也可用开启压力较高的单向阀或 顺序阀代替溢流阀。 顺序阀代替溢流阀。 4.多级调压回路 多级调压回路 要求： 溢流阀1作安全 要求：p1＞p2，溢流阀 作安全 阀用。 阀用。
调整时应使 pA＜pC，pB＜pC以 保证三级调压。 保证三级调压。
5.多泵压力调节回路 多泵压力调节回路
9.3 速度控制回路（SPEED CONTROL 速度控制回路（ CIRCUIT） ） 一、调速方法和要求 1.调速方法 调速方法 在不考虑泄漏时，液压缸和马达运动速度分别为： 在不考虑泄漏时，液压缸和马达运动速度分别为：
Q v= A
Q n= qM
（9－1） － ）
（9－2） － ）
式中Q－进入液动机（执行元件）的流量； － 式中 －进入液动机（执行元件）的流量；v－液压 缸的运动速度； －液压缸的面积； 缸的运动速度；A－液压缸的面积；qM－液压马达的排 量。 可见改变Q、 均可改变液动机速度。改变Q的方 可见改变 、qM均可改变液动机速度。改变 的方
F 将其代入式（ － ） 所以 p1 = 将其代入式（9－4）得： A 1
1 F 1 Ka 2 2 － ） Q1 = Ka（pP － ） = 1（pP A－F） （9－6） 1 A 1 A2 1
1 Q1 Ka 2 v= = 3（pP A－F） 1 A 1 A2 1
（9－7） － ）
式（9－7）即为进口节流调速回路的速度负载特性 － ） 方程，它反映了速度v和负载 方程，它反映了速度 和负载 F的关系。右图为进口节流调 的关系。 的关系 速回路的速度负载特性曲线。 速回路的速度负载特性曲线。 由式（ － ） 由式（9－7）和右图可 看出，当其它条件不变时， 看出，当其它条件不变时， 活塞的运动速度v与节流阀通 活塞的运动速度 与节流阀通 流面积a成正比 成正比。 流面积 成正比。故调节节流 阀通流面积就能调节执行元
七、平衡限速与闭锁回路 1.平衡限速回路 平衡限速回路 采用单向顺序阀（自控平衡阀） ✵采用单向顺序阀（自控平衡阀）的平衡回路 采用液控顺序阀（远控平衡阀） ✵采用液控顺序阀（远控平衡阀）的平衡回路 2.闭锁回路 闭锁回路 ✵用单向液压锁的闭锁回路 ✵用双向液压锁的闭锁回路
八、液压缸自动往复运动回路
二、节流调速回路 1.采用节流阀的调速回路 采用节流阀的调速回路 ⑴进口节流调速 速度－ ①速度－负载特性3） － ）
根据连续性方程， 根据连续性方程，进入液 压缸的流量Q 压缸的流量 1就等于通过节流 阀的流量， 阀的流量，而通过节流阀的流量可由节流阀的流量特性 方程决定。 方程决定。即： － ） Q1 = Ka ∆p = Ka pP p1 （9－4） －
液压缸排出的流量等于通过节流阀的流量， 液压缸排出的流量等于通过节流阀的流量，即： （9－14） － ） Q = Ka ∆p = Ka p
2 2
p2可由活塞受力平衡方程式求得，即： 可由活塞受力平衡方程式求得， p1A1＝p2A2+F
pP A F 1 － ，代入式（9－ 这里p 代入式（ － 这里 1＝pP，所以 p2 = A2 A2