第10章 液壓基本回路及液壓系統(tǒng)09

第一章工程材料第二章鑄造、鍛壓與焊接第三章機(jī)械傳動概述第四章常用機(jī)構(gòu)第五章常用機(jī)械傳動裝置第六章常用機(jī)械零件第七章機(jī)械傳動系統(tǒng)及其分析計(jì)算第八章液壓傳動概述第九章液壓元件第十章第十一章典型液壓系統(tǒng)機(jī)機(jī)械械基基礎(chǔ)礎(chǔ)液壓基本回路及液壓系統(tǒng)§10-1

概述§10-2

方向控制回路§10-3

壓力控制回路§10-4

調(diào)速回路§10-5

多缸工作控制回路第十章液壓基本回路及液壓系統(tǒng)2§10-1

概述一、基本回路由一些液壓件組成的、完成特定功能的油路結(jié)構(gòu)，稱為液壓基本回路。對于一臺設(shè)備的液壓系統(tǒng)，不論多么復(fù)雜或簡單，都是由一些液壓基本回路組成的。3二、液壓基本回路的類型方向控制回路—用來改變執(zhí)行元件運(yùn)動方向的液壓回路壓力控制回路—用來控制系統(tǒng)全局或局部壓力的液壓回路，如調(diào)壓回路、卸荷回路、保壓回路和增壓回路等調(diào)速回路—用來調(diào)節(jié)執(zhí)行元件（液壓缸或液壓馬達(dá)）的速度4第十章液壓基本回路及液壓系統(tǒng)5§10-1

概述§10-2

方向控制回路§10-3

壓力控制回路§10-4

調(diào)速回路§10-5

多缸工作控制回路§10-2

方向控制回路一、用途利用方向閥控制油路中液流的接通、切斷或改變流向，以使執(zhí)行元件啟動、停止或變換運(yùn)動方向。包括換向回路、鎖緊回路、制動回路、浮動回路等。二、類型6三、換向回路1、電磁換向閥換向作用：使執(zhí)行元件變換運(yùn)動方向。7三、換向回路1、電磁換向閥換向8三、換向回路1、電磁換向閥換向作用：使執(zhí)行元件變換運(yùn)動方向。使用方便，價格便宜換向沖擊大換向精度低不宜實(shí)現(xiàn)頻繁換向工作可靠性差9特點(diǎn)：2、電液換向閥的換向回路三、換向回路適用于流量大、換向平穩(wěn)性要求高的場合。103、手動換向閥控制液動換向閥的換向回路三、換向回路適用于換向平穩(wěn)性要求高，且自動化程度不高的液壓系統(tǒng)。11三、換向回路4、用行程換向閥控制液動換向閥的換向回路換向可靠，易實(shí)現(xiàn)自動控制。但換向性能差。12三、換向回路換向平穩(wěn)，適用于大功率液壓系統(tǒng)，如龍門刨床、拉床等。5、雙向葉片泵換向回路13

M型、O型閥泄漏大、鎖緊精度不高四、鎖緊回路作用：使執(zhí)行元件不工作時，確切地保持在既定位置上。1、利用三位換向閥中位鎖緊14液壓鎖密封好鎖緊精度高2、利用液控單向閥鎖緊15五、制動回路（剎車）作用：使執(zhí)行元件迅速停止運(yùn)動利用液壓制動器16六、浮動回路作用：把執(zhí)行元件的進(jìn)出口連通或同時接通油箱，使之處于無約束的浮動狀態(tài)。利用H型或Y型換向閥17第十章液壓基本回路及液壓系統(tǒng)18§10-1

概述§10-2

方向控制回路§10-3

壓力控制回路§10-4

調(diào)速回路§10-5

多缸工作控制回路§10-3

壓力控制回路一、用途利用壓力控制閥及其組合控制液壓或某一分支系統(tǒng)的壓力，以滿足執(zhí)行元件所需的力或扭矩。包括調(diào)壓回路、卸荷回路、保壓回路和增壓回路等等。二、類型19一、調(diào)壓回路1、單級調(diào)壓回路

作用：調(diào)整或限定系統(tǒng)壓力。

2、二級調(diào)壓回路201、單級調(diào)壓回路a.調(diào)整系統(tǒng)壓力并保持恒定b.限制系統(tǒng)最高壓力212、二級調(diào)壓回路AB電磁閥斷電最高壓力由A調(diào)定電磁閥通電系統(tǒng)壓力由B調(diào)定222、二級調(diào)壓回路3、多級調(diào)壓回路實(shí)現(xiàn)多級壓力變換243、多級調(diào)壓回路AB二、減壓回路作用：使系統(tǒng)中某一部分獲得穩(wěn)定的低壓。26二、減壓回路三、增壓回路作用：使系統(tǒng)中某一部分增壓。281.單向增壓回路三、增壓回路作用：使系統(tǒng)中某一部分增壓。292.雙向增壓回路雙作用增壓缸四、卸荷回路作用：在工作部件暫時停止工作時，使泵在低壓下工作，減少動力消耗，延長壽命。1、利用三位換向閥中位卸荷2、利用兩位兩通閥卸荷301、利用三位換向閥中位機(jī)能卸荷M型、H型、K型311、利用三位換向閥中位機(jī)能卸荷2、利用兩位兩通換向閥卸荷斷電：泵卸荷通電：系統(tǒng)壓力由溢流閥調(diào)定

用于小流量333、利用溢流閥卸荷斷電：p由溢流閥調(diào)定通電：泵卸荷

可用于大流量34往液壓缸4、利用卸荷閥卸荷使大排量泵卸荷355、利用先導(dǎo)溢流閥卸荷可實(shí)現(xiàn)自動控制卸荷365、利用先導(dǎo)溢流閥卸荷可實(shí)現(xiàn)自動控制卸荷37五、平衡回路作用：防止垂直工作部件因自重自由下落1、利用順序閥的平衡回路應(yīng)用：重量不大、鎖緊定位要求不高的場合。38五、平衡回路1)內(nèi)控平衡閥2、利用平衡閥的平衡回路應(yīng)用：重量大、鎖緊定位要求高的場合。402)外控平衡閥2、利用平衡閥的平衡回路右位：提升重物中位：泵卸荷、重物鎖在空中左位：重物在限速下放413、利用液控單向閥-單向節(jié)流閥的平衡回路42六、保壓回路作用：液壓缸不動時，維持住系統(tǒng)壓力。1、利用單向閥保壓

2、利用蓄能器保壓431、利用單向閥保壓AB短時保壓442、利用蓄能器-壓力繼電器保壓保壓時間較長453、利用蓄能器-卸荷閥保壓可節(jié)約能源并降低油溫46應(yīng)用：保壓時間長，壓力穩(wěn)定性要求高的場合

3、自動補(bǔ)油的保壓回路47第十章液壓基本回路及液壓系統(tǒng)48§10-1

概述§10-2

方向控制回路§10-3

壓力控制回路§10-4

調(diào)速回路§10-5

多缸工作控制回路§10-4

調(diào)速回路在液壓系統(tǒng)中往往需要調(diào)節(jié)液壓執(zhí)行件的運(yùn)動速度，以適應(yīng)主機(jī)的工作循環(huán)需要。液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件主要是液壓缸和液壓馬達(dá)，其運(yùn)動速度或轉(zhuǎn)速與輸入的流量及自身的幾何參數(shù)有關(guān)。49在不考慮油液壓縮和泄露的情況下液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速為：式中：q—輸入液壓缸或液壓馬達(dá)的流量

A—液壓缸的有效面積

VM—液壓馬達(dá)的排量§10-4

調(diào)速回路液壓缸的速度為：50由上述公式可知，要調(diào)節(jié)或控制液壓缸和液壓馬達(dá)的工作速度：

1、可以通過改變進(jìn)入執(zhí)行元件的流量來實(shí)現(xiàn);2、也可以通過改變執(zhí)行元件的幾何參數(shù)來實(shí)現(xiàn)?！?0-4

調(diào)速回路511、節(jié)流調(diào)速2、容積調(diào)速3、容積節(jié)流調(diào)速調(diào)速方法有級變速無級變速對于確定的液壓缸來說，通過改變其有效作用面積A來調(diào)速是不現(xiàn)實(shí)的。一般只能用改變輸入液壓缸流量的方法來調(diào)節(jié)。目前常用的調(diào)速回路有：§10-4

調(diào)速回路52

定量泵、節(jié)流閥、溢流閥和執(zhí)行元件。（二）、節(jié)流調(diào)速回路的組成

通過改變流量控制閥節(jié)流口的通流截面來調(diào)節(jié)和控制輸入或輸出執(zhí)行件的流量。

一、節(jié)流調(diào)速回路（一）、節(jié)流調(diào)速原理（三）、節(jié)流調(diào)速回路的類型

按節(jié)流閥在回路中的安裝位置不同分為：進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路、出口節(jié)流調(diào)速回路和旁路節(jié)流調(diào)速回路。53（四）、進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路1、基本要求

當(dāng)活塞承受的負(fù)載阻力（切削力、摩擦力等）為F時，壓力油作用在活塞上的推力必須克服這一負(fù)載阻力，才能使活塞運(yùn)動。

p1A1542、

機(jī)械特性：1）液壓缸速度與外負(fù)載的關(guān)系55速度-負(fù)載特性方程

v與AT、pP

、F有關(guān)，當(dāng)AT一定，F(xiàn)↑，v↓；當(dāng)F一定，AT↑，v↑。速度-負(fù)載特性曲線562、

機(jī)械特性：1）液壓缸速度與外負(fù)載的關(guān)系討論：①v與AT成正比②軟的速度—負(fù)載特性③前沖和爬行現(xiàn)象572)功率特性A、功率損失ΔP

溢流損失：

節(jié)流損失：

回路功率損失：

B、回路效率

損失的功率變成熱，使油溫升高。

回路輸入功率（泵輸出）：

回路輸出功率（缸輸入）：

58溢流量越少，效率越高因活塞面積A1不會變，故負(fù)載越大，效率越高。3）回路效率4)調(diào)速特性液壓缸最大速度和最小速度之比?；芈返恼{(diào)速范圍取決于節(jié)流閥的調(diào)節(jié)范圍。60（四）、進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路（四）、進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路特點(diǎn)：該定量泵的流量必須按執(zhí)行元件的最高速度所需流量選擇。因此，泵的輸出功率較大。當(dāng)系統(tǒng)以低速輕載工作時，有效功率很小，相當(dāng)大的功率損失消耗在節(jié)流損失和溢流損失上。該功率損失轉(zhuǎn)換為熱能，使油溫升高。特別是節(jié)流后的油液直接進(jìn)入液壓缸，由于管路泄漏，影響液壓缸的運(yùn)動速度。由于回油路無背壓，所以工作部件會產(chǎn)生前沖現(xiàn)象。適用于低速、輕載的小功率液壓系統(tǒng)。（五）、出口節(jié)流調(diào)速回路定壓式節(jié)流調(diào)速回路特點(diǎn)：速度-負(fù)載特性同進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路一樣。區(qū)別：

1、有背壓，運(yùn)動平穩(wěn)性好；

2、能承受負(fù)值負(fù)載；

3、發(fā)熱影響小。63（五）、出口節(jié)流調(diào)速回路（五）、出口節(jié)流調(diào)速回路特點(diǎn)：由于節(jié)流閥安裝在液壓缸與油箱之間，液壓缸排出的油液經(jīng)節(jié)流閥流回油箱，這樣溫度升高的油液可進(jìn)入油箱冷卻，使系統(tǒng)油溫降低；節(jié)流閥安裝在回油路上，液壓缸回油腔具有背壓，提高了執(zhí)行元件的運(yùn)動平穩(wěn)性。并有承受負(fù)值載荷的能力，使執(zhí)行件不會產(chǎn)生失控現(xiàn)象。由于回油腔壓力較高（有背壓），所以輕載時回油腔的壓力有時比進(jìn)油腔油壓還高，這樣會造成密封摩擦力增大，降低密封件壽命，又使泄漏增加，導(dǎo)致效率降低；（五）、出口節(jié)流調(diào)速回路特點(diǎn)：由于節(jié)流閥安裝在液壓缸與油箱之間，液壓缸排出的油液經(jīng)節(jié)流閥流回油箱，這樣溫度升高的油液可進(jìn)入油箱冷卻，使系統(tǒng)油溫降低；節(jié)流閥安裝在回油路上，液壓缸回油腔具有背壓，提高了執(zhí)行元件的運(yùn)動平穩(wěn)性。并有承受負(fù)值載荷的能力，使執(zhí)行件不會產(chǎn)生失控現(xiàn)象。由于回油腔壓力較高（有背壓），所以輕載時回油腔的壓力有時比進(jìn)油腔油壓還高，這樣會造成密封摩擦力增大，降低密封件壽命，又使泄漏增加，導(dǎo)致效率降低；

出口節(jié)流調(diào)速廣泛用于功率不大，有負(fù)值載荷或負(fù)載變化較大的情況下，或者要求運(yùn)動平穩(wěn)性較高的液壓系統(tǒng)。（六）、旁路節(jié)流調(diào)速回路

由于節(jié)流閥安裝在液壓泵與油箱之間，所以液壓缸的運(yùn)動速度取決于節(jié)流閥流回油箱的流量。1、工作原理：

流回油箱的流量越多，則進(jìn)入液壓缸的流量就越少，液壓缸活塞的運(yùn)動速度就越慢；反之，就越快。672、速度負(fù)載特性曲線區(qū)別：

1）、速度負(fù)載特性差。

2）、功率利用合理，效率高。

3）、調(diào)速范圍小。

4）、運(yùn)動平穩(wěn)性差。

68（六）、旁路節(jié)流調(diào)速回路（六）、旁路節(jié)流調(diào)速回路特點(diǎn)：旁路節(jié)流調(diào)速回路的速度負(fù)載特性比進(jìn)口、出口節(jié)流調(diào)速更差，即速度剛度最低。（六）、旁路節(jié)流調(diào)速回路特點(diǎn)：旁路節(jié)流調(diào)速回路的速度負(fù)載特性比進(jìn)口、出口節(jié)流調(diào)速更差，即速度剛度最低。同時壓力增加也會使泵的泄漏增加，泵的容積效率降低，因此，回路運(yùn)動的穩(wěn)定性較差；回路效率高，油溫升高較小，經(jīng)濟(jì)性好；由于低速承載能力差，只能用于高速范圍，因此，調(diào)速范圍小。由于旁路節(jié)流調(diào)速回路在高速、重載下工作時，功率大、效率高，因此，適用于動力較大、速度較高、而速度穩(wěn)定性要求不高，且調(diào)速范圍小的液壓系統(tǒng)。采用調(diào)速閥代替節(jié)流閥調(diào)速，可以改善速度-負(fù)載特性，其它特性同節(jié)流閥調(diào)速一樣。（七）、調(diào)速閥調(diào)速回路執(zhí)行件的運(yùn)動速度不隨負(fù)載的變化而變化，速度-負(fù)載特性硬二、快速運(yùn)動回路73 快速運(yùn)動回路又稱增速回路，其功用在于使液壓執(zhí)行元件在空載時獲得快速運(yùn)動，以提高系統(tǒng)的工作效率或充分利用功率。實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動的方法不同有多種方案，下面介紹幾種常用的快速運(yùn)動回路。

74當(dāng)執(zhí)行元件間歇或低速運(yùn)動時，泵向蓄能器充油。而在工作循環(huán)中某一工作階段執(zhí)行元件需要快速運(yùn)動時，蓄能器作為泵的輔助動力源，可與泵同時向系統(tǒng)提供壓力油。

1．采用蓄能器的快速運(yùn)動回路75換向閥右移：蓄能器所儲存的液壓油即釋放出來加到液壓缸，實(shí)現(xiàn)快進(jìn)。當(dāng)?shù)竭_(dá)工進(jìn)時，液壓泵又給蓄能器充壓（蓄油）。

1．采用蓄能器的快速運(yùn)動回路76換向閥左移：此時蓄能器液壓油和泵排出的液壓油同時送到液壓缸的活塞桿端，活塞快速回行。這樣，系統(tǒng)中可選用流量較小的油泵及功率較小電動機(jī)，可節(jié)約能源并降低油溫。

1．采用蓄能器的快速運(yùn)動回路77工作行程時系統(tǒng)壓力升高，打開右邊卸荷閥，大流量泵卸荷，系統(tǒng)由小流量泵供油；當(dāng)需要快速運(yùn)動時，系統(tǒng)壓力較低，由兩臺泵共同向系統(tǒng)供油圖中所示。

2．利用雙泵供油的快速運(yùn)動回路推力：速度：特點(diǎn)：v3>v1；F3<F1。結(jié)論：差動連接后，速度大，推力小。代入上式：q1q2pq活塞只有一個，設(shè)此時的速度為v378

3．差動回路79

3．差動回路特點(diǎn)：當(dāng)液壓缸前進(jìn)時，活塞從液壓缸右側(cè)排出的油再從左側(cè)進(jìn)入液壓缸，增加進(jìn)油處的一些油量，即和泵同時供應(yīng)液壓缸進(jìn)口處的液壓油，可使液壓缸快速前進(jìn)，但使液壓缸推力變小。80

3．差動回路特點(diǎn)：當(dāng)液壓缸前進(jìn)時，活塞從液壓缸右側(cè)排出的油再從左側(cè)進(jìn)入液壓缸，增加進(jìn)油處的一些油量，即和泵同時供應(yīng)液壓缸進(jìn)口處的液壓油，可使液壓缸快速前進(jìn)，但使液壓缸推力變小。三、速度換接回路81速度換接回路的功能是使液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)在一個工作循環(huán)中從一種運(yùn)動速度變換到另一種運(yùn)動速度，因而這個轉(zhuǎn)換不僅包括液壓執(zhí)行元件快速到慢速的換接,而且也包括兩個慢速之間的換接。實(shí)現(xiàn)這些功能的回路應(yīng)該具有較高的速度換接平穩(wěn)性。82

1．用行程閥進(jìn)行速度換接回路優(yōu)點(diǎn)：快慢速換接過程比較平穩(wěn)，換接點(diǎn)的位置比較準(zhǔn)確。缺點(diǎn)：行程閥的安裝位置不能任意布置，管路連接較為復(fù)雜。若將行程閥改為電磁閥，安裝連接比較方便。但速度換接的平穩(wěn)性、可靠性以及換向精度都較差。83

2．用兩個調(diào)速閥進(jìn)行速度換接回路兩個調(diào)速閥并聯(lián)，可以獨(dú)立地調(diào)節(jié)各自的流量，互不影響；但一個調(diào)速閥工作時另一個調(diào)速閥內(nèi)無油通過，其減壓閥不起作用處于最大開口位置，因而速度換接時大量油液通過該處將使工作部件產(chǎn)生突然前沖現(xiàn)象。因此它不宜用于在工作過程中的速度換接，只可用在速度預(yù)選的場合。

2．用兩個調(diào)速閥進(jìn)行速度換接回路當(dāng)主換向閥D左位接人系統(tǒng)時，調(diào)速閥B被換向閥C短接；輸入液壓缸的流量由調(diào)速閥A控制。當(dāng)閥C右位接入回路時，由于通過調(diào)速閥B的流量調(diào)得比A小，所以輸入液壓缸的流量由調(diào)速閥B控制。85

2．用兩個調(diào)速閥進(jìn)行速度換接回路

特點(diǎn)：在這種回路中的調(diào)速閥A一直處于工作狀態(tài)，它在速度換接時限制著進(jìn)入調(diào)速閥B的流量。因此它的速度換接平穩(wěn)性較好，但由于油液經(jīng)過兩個調(diào)速閥,所以能量損失較大。四、容積調(diào)速回路

通過改變變量泵或變量馬達(dá)的排量來調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的速度。優(yōu)點(diǎn)：效率高、發(fā)熱小。（沒有溢流損失和節(jié)流損失）缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。應(yīng)用：大功率系統(tǒng)。86四、容積調(diào)速回路按油液循環(huán)方式的不同有開式回路和閉式回路兩種。開式回路中的液壓泵從油箱吸油后輸入執(zhí)行元件，執(zhí)行元件排出的油液直接返回油箱，因此油箱能得到較好的冷卻。但油箱的結(jié)構(gòu)尺寸大，空氣和物臟容易侵入回路，影響正常工作。87四、容積調(diào)速回路閉式回路中的液壓泵將油液輸入執(zhí)行元件的進(jìn)油腔，又從執(zhí)行元件的回油腔處吸油。這種回路的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，減少了空氣侵蝕的可能性。缺點(diǎn)是散熱條件差，為了補(bǔ)償回路中的泄漏、補(bǔ)償執(zhí)行元件進(jìn)油腔與回油腔的流量差額，常常需要設(shè)置補(bǔ)油裝置，從而使回路結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。88四、容積調(diào)速回路容積調(diào)速回路按所用執(zhí)行元件的不同分為:泵—缸式回路泵—馬達(dá)式回路89第十章液壓基本回路及液壓系統(tǒng)90§10-1

概述§10-2

方向控制回路§10-3

壓力控制回路§10-4

調(diào)速回路§10-5

多缸工作控制回路§10-5多缸工作控制回路91 在液壓系統(tǒng)中，如果由一個油源給多個液壓缸輸送壓力油，這些液壓缸會因壓力和流量的彼此影響而在動作上相互牽制，必須使用一些特殊的回路才能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的動作要求，常見的這類回路主要有以下三種。92功用：使多缸液壓系統(tǒng)中的各個液壓缸嚴(yán)格地按規(guī)定的順序動作。按控制方式不同,可分為壓力控制、行程控制和時間控制三大類。一、順序動作回路931、壓力控制

當(dāng)換向閥左位接入回路且順序閥D的調(diào)定壓力大于液壓缸A的最大前進(jìn)工作壓力時，壓力油先進(jìn)入液壓缸A的左腔，實(shí)現(xiàn)動作①；

當(dāng)液壓缸行至終點(diǎn)后，壓力上升，壓力油打開順序閥D進(jìn)入液壓缸B的左腔,實(shí)現(xiàn)動作②;

同樣地，當(dāng)換向閥右位接人回路且順序閥C的調(diào)定壓力大于液壓B的最大返回工作壓力時，兩液壓缸則按③和④的順序返回。941、壓力控制

特點(diǎn)：這種回路動作的可靠性取決于順序閥的性能及其壓力調(diào)定值，即它的調(diào)定壓力應(yīng)比前一個動作的壓力高出0.8～1.0Mpa，否則順序閥易在系統(tǒng)壓力脈沖中造成誤動作。由此可見，這種回路適用于液壓缸數(shù)目不多，負(fù)載變化不大的場合。

優(yōu)點(diǎn)是動作靈敏，安裝連接較方便；缺點(diǎn)是可靠性不高，位置精度低。951、壓力控制962、行程控制順序動作回路圖示由行程閥控制的順序動作回路。

當(dāng)推動手柄