第四章 液压系统分析方法

液压系统工作机理分析

系统功率控制原理： 通过调节液压泵或马达的排量、原 动机的转速和控制阀的开度，可满足机 械的各种工况要求，实现机械的动力控 制、节能控制、作业效率控制、速度控 制和精细控制等。 通常，发动机转速要求基本稳定， 电动机也常为恒定转速输入，所以，液 压泵的流量控制就是排量控制。
液压系统的分类
液压系统的评价
液压系统的调速范围，不仅与调速方案有关（容积 调速系统的调速范围大于节流调速系统的调速范围）， 而且与调节元件本身及执行元件的结构性能有关。 在容积调速系统中，液压马达最高转速由液压泵所 能提供的最大流量决定。但是，液压马达的最小稳定 转速却与马达的结构有关，对低速大扭矩马达，其最 低转速取决于变量泵所能提供的最小稳定流量。 所谓微调性能，是反映执行元件速度调节灵敏度的 一项指标。它除取决于调节元件本身的特性及其控制 方式外，还与系统的动态特性有关。不同的工程机械 对微调特性有不同的要求。如铲土运动机械、挖掘机 对微调特性的要求不高；而有的工程机械如吊装用工 程起重机对微调特性则有严格的要求。
液压系统的分类
并联系统：各液压 缸的进油路经过换 向阀直接和液压泵 的供油路相通，而 各液压缸另一腔的 回油又经过换向阀 和系统总回油相通， 因此液压泵输出的 压力油可以同时供 给各并联液压缸工 作。
液压系统的分类
多缸串并联系统 －－顺序单动
液压系统的分类
串并联系统



在任何时候只能有一个液压缸动作，不能进行复合动 作。 前一换向阀动作，就切断了后面各换向阀的进油，各 液压缸只能按照顺序单个运动，故又称这种系统为顺 序单动系统或优先系统。 装载机工作装置液压系统就采用这种串并联系统，可 防止由于误操作产生不必要的复合动作，以保证操作 安全。
单泵系统



通往各执行元件的油路可以采用 并联、串联、串并联等方式。不 同的联接方式将有不同的系统特 性，并且都要求操作者有较高、 较熟练的操作技能。 单泵系统结构简单，造价低，但 其操纵性能不好，特别是采用定 量泵时，效率低，发动机的功率 不能充分利用。 由于选择驱动功率时是按最不利 的工况确定的，因而平均功率总 是低于最高功率的，因此在低于 最大负载工况工作时，将有大量 的溢流损失或节流损失，便系统 效率降低，并且发动机的功率也 未得到充分利用。
液压系统的评价
表明液压系统性能的主要指标： 液压系统的效率 功率的利用 调速范围及微调特性 操纵性能 冲击、振动和噪声 安全性 经济性
液压系统的评价
液压系统的效率 －－对输入液压系统的能量的利用程度， 反映了液压系统本身能量损失的多少。
液压系统的效率是一个综合性指标，不能单按 某一局部回路的设置是否合理来评价，必须把整个 回路设置与工艺循环过程结合起来考虑，才能做出 最后的正确评价。 其主要影响因素： 液压系统的传动方案 调速方案 元件、管路本身的特性
液压系统的分类
串联系统，即前一 个液压缸的回油路 通过换向阀与后一 个液压缸的进油路 相连接。因此，后 一个液压缸的进油 就是前一个液压缸 的回油。
液压系统的分类
并联系统



并联系统中的流量的分配是随各执行元件上 外载荷的不同而变化，首先进入外载荷较小 的执行元件。只有当各执行元件的外荷载相 等时，才能实现同步动作。 并联系统的优点是分支油路中只有一次压力 降，因此执行元件能克服较大的外载荷。 并联系统仅能用于对工作机构运动同步性没 有要求的地方。
液压系统分析方法 对液压系统性能的分析


系统工作压力 液压泵及执行元件的数量与型式 变量及功率调节方式 液压系统的功率匹配 回路的组合及合流方式 操纵控制方式 以上六点是影响液压系统性能的主要因素， 也是分析液压系统性能的基本出发点。
液压系统分析方法 液压系统工作压力对系统性能的影响
液压系统的分类
开式系统与闭式系统 －根据油液循环的方式不同

液压泵自油箱吸油，经 换向阀供给液压缸或马 达对外作功；液压缸或 马达的回油流回油箱。 在该系统中，油箱是工 作介质的吞吐及贮存场 所 ，这种系统称之为 开式系统。
液压系统的分类
开式系统的特点：



结构简单 需要有较大容积的油箱 需要在系统的回油路上设置背压阀，从而引起附 加的能量损失，使油温升高。 一般采用定量泵或单向变量泵，对泵的自吸能力 要求高。 通过换向阀使执行元件换向 在换向及制动过程中惯性运动的能量消耗在节流 发热中，造成大量的能量损失并使油液发热。
液压系统的评价 安全性


所谓安全性，是指在满足工作性能要求的前提下， 保证系统正常工作的措施及应急措施是否完备。 这项指标对各种不同的工程机械有不同的要求。对 大型工程机械尤为重要，例如大型液压起重机，液 压系统能否安全可靠的工作，不仅是保证生产进度 的问题，同时还是直接影响到人的生命安全的重要 问题。因而是极为重要的评价指标之一。
液压系统的分类

“半闭式循环”系统
B
5 7 4 1
6
3 2
A 9
8 10
C
(a)
(b)
液压系统的分类
单泵系统

多泵系统


由一台液压泵向一个 或多个执行元件供油 的液压系统 用于 1）不需要进行多种复 合动作的机械。 2）功率较小，工作变 动不太频繁的机械。
有两个及以上泵组合而成 用于 1）在工作中既需要两个执行 元件实现复合动作，又要能 够对这两个执行元件进行单 独调节 2）按照主机的工况，把不同 的回路组合在一起，以获得 主机最佳的工作性能。 3）速比要求较大的场合


调速范围大小可以用速比i 衡量 液压系统的调速范围与液压泵及执行元件的性能有关， 或者说与系统的流量调节范围及系统压力有关。 液压缸节流调速系统中，液压缸的最大速度受到摩擦副 最大运动速度的限制，一般0.4～0.5m/s。因此，液压 缸的最大调速范围就取决于最小速度。而又受到节流元 件的最小稳定流量的限制，节流元件的最小稳定流量又 受负载压力的影响。



液压系统工作机理分析



液压系统工作时，其压力的大小由负载决定，压力 不是液压系统的固有参数。从控制的角度来讲，压力是 系统对外载荷的响应，所以，对液压系统的功率控制其 实是对液压系统的流量控制。 改变液压泵的排量和转速都可以改变其流量，进而改变 执行机构的速度，其中，通过调节液压泵转速来调速的 控制方式称为变频调速，通过调节液压泵排量来调速的 方式称为容积调速。 改变液压马达的排量，可以改变执行机构的速度。 改变液压阀的开度，可以控制通过其阀口的流量大小， 进而改变执行机构的速度。



液压系统的工作压力是由负载决定的 当外负载一定时，若系统采用低压，则元件尺寸 增大，即消耗材料增多。若采用高压则降低材料 消耗、减少空间占用尺寸。 当系统压力增高时，由于油液的压缩性将对系统 工作的稳定性产生影响，不易获得平稳的运动和 准确的定位。 由于系统工作压力的提高，对密封及管路接头都 提出了较高的要求由于系统工作压力的提高，对 密封及管路接头都提出了较高的要求
液压系统的评价 冲击、振动和噪声


液压系统的冲击和噪声主要与回路设计及所选 液压元件间的匹配有关。但有时安装不合理或 缓冲回路设置不合理，也会造成振动和噪声。 液压系统的振动和噪声是由组成系统各元件的 振动和噪声引起，其中以泵和阀最严重。振动 与噪声应予以控制。减少液压系统振动和噪声 的关键是控制系统中各元件的振动和噪声，减 少液压泵的流量脉动和压力脉动以及减少液压 油在管路中的冲击。


液压系统的评价
功率的利用 －－指液压系统在工作循环中对发动机功率 的利用程度，也就是整机效率问题。


不仅与各回路的设置及其相互间的配合有关， 而且与液压泵的数目及其控制方式有直接关系 功率利用不仅反映了液压系统对发动机功率利 用的好坏，而且对节省能源也具有很大的现实 意义。
液压系统的评价 调速范围及微调特性
液压系统的分类
支腿
单 泵 系 统
回转
铲斗
行走转向
斗杆
动臂
液压系统的分类
双泵双回路系统
左行走 回转 斗杆 动臂 铲斗
右行走
液压系统的分类
定量系统和变量系统
采用定量泵的液压系统 定量系统对原动机的功 率的利用率不高。 结构简单，造价低廉， 所以应用广泛。 采用变量泵的系统 系统复杂，价格高。 操纵方式多样化，使 液压系统流量和功率 的调节更加方便、准 确。按需供油，系统 的效率较高。
液压系统分析方法


一般负载较小的设备，宜采用低压系统；负载较大的 则采用中高压系统。 对要求调速及换向频繁的液压系统，采用低压时虽然 会使执行元件尺寸增大，但是却给扩大速度调节范围 带来方便，并且由于压力较低使系统冲击和振动小， 噪音小，因而运动平稳。
wenku.baidu.com压系统分析方法
液压泵的数目对系统性能的影响
液压系统的分类
定量系统与变量系统功率利用对比
平
恒功率曲线
液压系统的分类
压力
功率调节器 调节终了 控制活塞
转速n 常数
}
由安全阀调节 的最大压力 液压泵功率 常数
n M
α
调节范围
调节终了 调节开始 弹簧装置 特性曲线
调节起始
～
α
α
流量
恒功率控制变量泵的功率特性曲线
弹簧作用力
弹簧行程
液压系统的分类
第四章 液压系统分析方法
液压系统分析方法
液压系统工作机理分析 液压系统的分类 液压系统的评价 液压系统分析方法

液压系统工作机理分析
液压系统的功率形式是压力和流量 液压泵将原动机（发动机或电动机）输出的机械 能转化为液压能，是液压系统的能源。 液压阀对液压泵输出的能量进行调节和分配， 主要调节系统的压力、流量和方向，主要控制各 个功率支流的绝对值和相对值。 液压马达和液压缸又将液压能转化为机械能，驱 动执行机构工作。
液压系统的分类

液压泵和液压马达的 进出油管首尾相接， 形成一个闭合回路。 当操纵泵的变量机构 时，便可调节马达的 速度或使马达换向， 这就是闭式系统。
液压系统的分类
闭式系统的特点：

结构复杂 采用双向变量泵，成本较高。 油液仅在闭合回路内循环，因而温升较高。 补油系统的油箱容积较小，结构紧凑 。 闭式系统回油有背压，空气不易渗入，系统运转平稳。 对泵的自吸能力要求低。 通过改变液压泵的变量机构来实现换向和调速 调速和制动比较平缓，且调速与制动中能耗小。 执行元件一般为液压马达
液压系统的评价
经济性


系统组合优化 控制策略应用与规划 元件选择
液压系统分析方法
对液压系统工作原理的分析 对液压系统性能的分析

液压系统分析方法 对液压系统工作原理的分析



了解该机械的工况特点及要求，了解每一工作循环的 主要动作，以及各动作之间的相互关系。 了解整机及液压系统的主要技术参数，如发动机的型 号、功率；液压泵的型式规格，系统的工作压力，额 定流量等；液压缸、液压马达的型式规格等。 了解液压系统的形式、特点包括回路组合方式等。在 此基础上，根据所掌握的各种液压元件的工作原理和 液压基本回路的知识，对液压系统的工作原理进行细 致、深入的分析。
串联系统与并联系统 在液压系统中当一台液压泵给两个或 两个以上执行元件供油时，就会出现： 串联 并联 串并联

三种不同的组合方式。
液压系统的分类
串联系统



当液压泵输出流量不变时，串联系统中各执 行元件的运动速度与外载荷的变化无关，能 够实现同时动作。 液压泵的出口压力约等于整个管路系统的压 力损失与各串联执行元件内有效工作压力的 总和。在外载荷较小时，各执行元件可以同 时动作，且能保持较高的运动速度。但当外 载荷较大时，由于供油压力的限制，要各串 联液压缸同时动作就较困难。 一般用在高压、小流量的单泵供油系统中。
阀控系统与泵控系统 开式系统与闭式系统 单泵系统和多泵系统 定量系统和变量系统 串联系统与并联系统

液压系统的分类
阀控系统与泵控系统



-调节方式不同 调节液压泵的排量和调节液压阀的开度均可对液压 系统的流量进行控制， 这两种控制方式分别称为 泵控调速方式和阀控调速方式。 泵控调速方式是通过改变液压泵的排量来实现的， 调速过程中液压系统没有流量损失，也就没有功率 损失，经济性好；但调节过程动态响应差。 阀控流量控制方式存在不做功的流量，其经济性不 好；但调节过程动态响应好。
液压系统的评价 操纵性能

指机械的一个复杂的动作能否用简单的操纵来完成 操纵过程中是否省力 是否能减轻操纵者精神上和体力上的疲劳。 这项指标除与回路设计有关外，主要取决于操纵控 制回路的设计是否先进、合理，或者说，控制信号 的输入是否简单、省力。这对大型工程机械来讲， 是非常重要的一项指标。