重庆大学流体传动本科第七章.ppt

《重庆大学流体传动本科第七章.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《重庆大学流体传动本科第七章.ppt（90页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、第7章 液压基本回路 及调速系统,本章主要内容 7.1 方向控制回路 7.2 压力控制回路 7.3 速度控制回路 7.4 多缸控制回路 7.5 其他回路,方向控制回路的作用是利用各种方向阀来控制流体的通断和变向，以便使执行元件启动、停止和换向。,换向回路/F_77_2,F_79_2,图7.2 电磁阀换向回路,二位四通电磁阀换向回路/F_30,三位四通M型电磁换向阀控制液压缸换向，电磁铁1YA通电时，液压缸活塞向右运动；电磁铁2YA通电时，液压缸活塞向左运动；两个磁铁断电时换向阀在中位，这时液压缸停止运动，液压泵卸荷。,三位四通电磁阀换向回路,图7.3 电液换向阀换向回路,电液换向阀换向回路,压

2、力控制回路是调定和稳定系统的压力，保证系统安全可靠地工作。 主要有： 调压回路 减压回路 增压回路 卸荷回路 保压回路 平衡回路,图7.8 单级调压,调压回路使系统整体或某一部分的压力保持恒定数值。,（1）单级调压/F_67,图7.12 远程调压,（2）远程调压回路 绝大部分油液仍从主溢流阀1溢走 回路中远程调压阀调节的最高压力应低于主溢流阀的调定压力,（3）多级调压回路/F_68,7.2.2 减压回路,1.单级减压回路,例1：F_60 单向阀3的作用：在工作油路的压力降低到小于减压阀调定压力时，使夹紧油路和工作油路隔开，实现短时间保压,1溢流阀；2减压阀；3单向阀,例2： 图示的减压回路，不

3、管回路压力多高，A缸压力决不会超过3MPa。,2.多级减压回路,阀2的调定压力值一定要低于阀1的调定压力值 减压阀压力：0.5Mpa,系统压力-0.5Mpa 当减压回路中的执行元件需减速时，调速元件应放在减压阀的后面，以免减压阀泄漏,1减压阀；2溢流阀,1.利用增压器的增压回路,7.2.3 增压回路,2.气压液压的增压回路,7.2.4 保压回路,1.利用液压泵保压的保压回路,2.利用蓄能器的保压回路 图示为利用虎钳夹紧工件。将换向阀移到阀左位时，活塞前进将虎钳夹紧，这时泵继续输出的压力油将蓄能器充压，直到卸荷阀被打开卸载，此时作用在活塞上的压力由蓄能器来维持并补充液压缸的漏油作用在活塞上，当工

4、作压力降低到比卸荷阀所调定的压力还低时，卸荷阀又关闭，泵的液压油再继续送往蓄能器。本系统可节约能源并降低油温。,7.2.5 卸荷回路,卸荷回路：在液压泵驱动电动机不频繁启闭的情况下，使液压泵在功率损耗接近零的情况下运转，以减少功率损耗，降低系统发热，延长泵和电动机的寿命。 流量卸荷：变量泵 压力卸荷：使泵在接近零压力下运转 换向阀卸荷回路 先导式溢流阀卸荷的卸荷回路 双泵供油的卸荷回路 用二位二通阀的卸荷回路,1. 换向阀卸荷回路利用换向阀的中位机能,M、H和K型中位机能,用于系统压力不高，流量不大的场合。 P6.3MPa； q40l/min,2. 先导式溢流阀+二位二通阀,适合流量大的系统,

5、3.双泵供油的卸荷回路,图7.17 双泵供油系统,4. 二位二通阀卸荷/F_67,适合流量小的系统,7.2.6 平衡回路,平衡回路的功用在于防止垂直或倾斜放置的液压缸和与之相连的工作部件在悬空停止期间因自重而自行下滑，或在下行运动中由于自重而造成失控超速的不稳定运动。,（a）为采用单向顺序阀的平衡回路。TP502/H_A_11 （b）为采用液控顺序阀的平衡回路。,1.单向顺序阀平衡回路,2.液控单向阀的平衡回路,图7.6 单向阀锁紧回路,2. 锁紧回路,锁紧回路的功用是使液压缸能在任意位置上停留，且停留后不会因外力作用而移动位置。,（1）单向阀锁紧回路 F_87,图7.7 液控单向阀锁紧回路,

6、（2）液控单向阀锁紧回路/F_89 密封性好，泄漏极少，锁紧的精度主要取决于液压缸的泄漏。,任何执行元件均有速度要求，在液压系统中是通过速度控制回路来完成的。 根据调解原理的不同，可分为： 节流调速 容积调速 混合调速（容积-节流联合调速）,7.3.1 节流调速回路,节流调速：用节流阀实现流量调节的方法 节流调速回路：由定量泵、溢流阀、节流阀与执行元件组成，按节流阀在油路中安装位置不同，可分为： 进油节流调速回路 回油节流调速回路 旁油路节流调速回路,（1）回路组成/F_113_3 定量泵、溢流阀、节流阀及液压缸（或液压马达）。节流阀串联在泵与执行元件之间的进油路上。 在调速回路中，溢流阀的作

7、用： 1）调整并基本恒定系统压力； 2）将泵输出的多余流量溢流回油箱。,进油节流调速回路,1. 进油节流调速回路（定压式）,（2）推导用公式,（3）速度方程,缸的速度 随负载力F的加大而减小。当F= pP.A1时，缸的速度为零。此时，节流阀的工作压差为零。为了保证该回路的正常工作，必须使泵的工作压力pP大于负载压力p1（p1= F / A1），以保证节流阀上的工作压差大于零，即满足,进油节流回路调速范围：,调速特性是指其所驱动的液压缸在某个负载下可能得到的最大工作速度和最小工作速度之比（调速范围）。,Rc 和RT 分别为调速回路和节流阀的调速范围；max 和min 分别为活塞可能得到的最大和最

8、小工作速度；ATmax 和ATmin 分别为节流阀可能得到的最大和最小通流截面积。,（4）调速特性,进油节流回路速度刚性：,速度负载特性（机械特性）是在回路中调速元件的调定值（AT）不变的情况下，负载变化所引起速度变化的性能。,回路速度刚性K 的物理意义是：引起单位速度变化时的负载力的变化量。,（5）速度负载特性,由速度方程，按不同的AT值作图，得一组速度负载特性曲线（如图所示）。 回路速度刚性K 是速度负载特性曲线上某点处斜率的倒数。在特性曲线上某点的斜率越小（机械特性硬），速度刚性越大，液压缸运动速度受负载波动的影响越小，运动平稳性好。反之会使运动平稳性变坏。,速度负载特性曲线,（6）速度

9、负载特性曲线,功率特性包括回路的输入功率、输出功率、损失功率和回路效率,1）输入功率Pp（液压泵的输出功率）,2）输出功率P1 （液压缸的输入功率，即回路的有效功率）,（7）功率特性,3）回路的功率损失P ：,功率损失由两部分组成： a）溢流损失流量q 流经溢流阀产生的功率损失 P1 = ppq b）节流损失流量q1流经节流阀产生的功率损失 P2 =pTq1 这两部分损失都变成热量使油温升高。,4)回路的效率c为：,进口节流阀节流调速回路存在着两部分功率损失，所以回路效率较低。 适用于轻载、低速、负载变化不大和对速度稳定性要求不高的小功率液压系统。,回油节流调速回路,2.回油节流调速回路（定压

10、式）,节流阀串联在执行元件的回油路上。通过改变节流阀的开口量（即通流截面积AT）的大小，来调节流出液压缸的流量q1，进而改变液压缸的运动速度。/F_113_4,（1）速度负载特性,1）速度方程:2）速度刚性k： 进油节流调速回路与回油调速回路的速度负载特性和刚度基本相同，如果液压缸是两腔有效面积相同的双出杆液压缸（A1=A2），则两种调速回路的速度负载特性和刚度就完全一样。,2）液压缸输入功率：,3）功率损失：,4）回路的效率c：,（2）功率特性,1）泵输出功率：,3.进油节流调速回路与回油节流调速回路的比较,回油口节流阀调速回路：（1）液压缸回油腔形成一定背压，能承受负值负载（与液压缸运动方

11、向相同的负载力）。 （2）流经节流阀而发热的油液，直接流回油箱冷却。 进油口节流阀调速回路： （1）液压缸回油路上设置背压阀后，才能承受负值负载。（2）流经节流阀而发热的油液，还要进入液压缸，对热变形有严格要求的精密设备会产生不利影响。 （3）对同一个节流阀可使液压缸得到比出口节流阀调速回路更低的速度。 （4）对于单出杆液压缸来说，在出口节流阀调速回路中，当负载变为零时，液压缸的背腔压力（有杆腔），将会升高很大，对密封不利。,4.进油节流调速回路与回油节流调速回路的应用,采用节流阀的进口、出口调速回路结构简单，造价低廉，但效率低，机械特性软，宜用在负载变化不大、低速小功率的场合，如平面磨床、外

12、圆磨床的工作台往复运动系统等。,调节qT ，即可调 q1，回路中溢流阀起安全作用， 由负载决定。,溢流阀打开,旁路节流调速回路,5.旁路节流调速回路（变压式）,节流阀装在与执行元件并联的支路上,1.回路构成,（2）速度刚性:,2.速度负载特性,（1）速度方程：,在节流阀通流面积不变的情况下，液压缸的速度因负载增大而显著减小，其速度负载特性比进、回油节流调速更软。其低速承载能力差，应用于高速、重载、对速度平稳性要求不高的较大功率的系统。,（3）速度负载特性曲线,（2）有效功率P1为：,3.功率特性,（1）液压泵输出功率Pp（当负载不变时）,（3）损失功率P为：,（4）回路效率c为：,旁路节流阀调

13、速回路的功率损失只有节流损失p1qT ，没有溢流损失。与进口和出口节流调速阀回路相比，旁路节流阀调速回路的效率比较高。,采用节流阀的节流调速回路，速度平稳性较差。若用调速阀代替节流阀，由于调速阀的流量基本不变，所以回路的速度负载特性将得到改善，旁路节流调速回路的承载能力也不因活塞速度降低而减小。,6.采用调速阀的节流调速回路/F_96,7.3.2 容积调速回路,容积调速：通过改变变量泵或变量马达的排量来达到调节执行元件速度的方法 优点：没有节流损失和溢流损失，因而效率高，油液温升小，适用于高速、大功率调速系统。 缺点：变量泵和变量马达的结构较复杂，成本较高。,1）开式回路：液压泵从油箱吸油，液

14、压执行元件的回油直接回油箱2）闭式回路：执行元件的回油直接与泵的吸油腔相连,（1）按变量方式分：,1. 分类：,（2）根据油路的循环方式分：,（1） 变量泵+液压缸,调节参数为变量泵排量,1）速度方程：,变量泵1、溢流阀2、单向阀3、换向阀4、液压缸5、背压阀6,当变量泵的排量vp增大时，液压缸运动速度v加快；排量vp减小时，液压缸运动速度v减慢。,2.变量泵+定量执行机构,2）速度刚度：,3）输出力：F=(P1P0)A1 F与泵排量VP无关，是恒推力调速回路。,速度刚性只与回路自身参数A1和kl 有关，不受负载F和速度v大小等工作参数的影响（这与节流阀调速回路不同）。,（2） 变量泵+定量马

15、达,1）组成： 补油泵1、溢流阀6、单向阀2、变量泵3、安全阀4、定量马达5,改变变量泵的排量Vp，即可以调节定量马达的转速nM 。,2）马达输出转速：,速度刚性表示了负载转矩对速度的影响。增大vm和减小kl都可以提高速度刚性。,3）速度刚性,4）输出扭矩：,回路的最大输出转矩不受变量泵排量Vp 的影响，而且与调速无关，是恒定值，因此它是恒扭矩调速回路。,5）输出功率：,6）工作特性曲线,调速回路的调速范围可达40左右。当回路中的液压泵和液压马达都能双向作用时，马达可以实现平稳反向。这种回路在小型内燃机车、液压起重机、船用绞车等处的有关装置上都得到了应用。,1）组成： 定量泵1、变量马达2、

16、补油装置4、溢流阀3，6 回路工作压力由负载转矩决定，溢流阀3起安全保护作用。,2）泵的参数： nP=C VP=C qp=C,（3）定量泵+变量马达,3）马达输出转速：,4）速度刚性：,调速回路的速度刚性也与马达排量Vm 的平方成正比。因此，当高速（VM 较小）时，回路的速度刚性很低，运动平稳性差。,5）马达输出转矩：,在正常工作条件下，回路的输出转矩与负载转矩相等，工作压力由负载转矩决定。回路能输出的最大转矩受安全阀调定压力限定，并且与马达排量成正比。,是恒功率调速，最高转速nmax由最小排量Vmin决定，调速范围小。输出功率能力与调速参数VM 无关。即回路能输出功率是恒定的，不受转速高低的

17、影响。,6）输出功率：,1）回路组成 由变量泵1、变量马达2、安全阀6、7和补油装置9、10等组成。 两段调速： 变量泵+定量马达 定量泵+变量马达,（4）变量泵+变量马达,(a) 恒扭矩调速（低速段 ） 变量泵+定量马达 (Vm) qM为最大，(Vp)qp由小到大，nM (b) 恒功率调速（高速段 ） 定量泵+变量马达 (Vp)qp为最大，(Vm)qM由大到小，nM,调速范围大，效率高，用于大功率液压系统,工作特性曲线,2）调速过程,1.特点： （1）容积节流调速回路是采用压力补偿型变量泵供油，通过对节流元件的调整来改变流入或流出液压执行元件的流量来调节其速度；而液压泵输出的流量自动地与液压

18、执行元件所需流量相适应。 （2）容积节流调速回路有节流损失，但没有溢流损失，其效率虽不如容积调速回路，但比节流调速回路高。其运动平稳性与调速阀调速回路相同，比容积调速回路好。,7.3.3 容积节流调速回路限压式变量泵+调速阀,2.组成： 回路由限压式变量叶片泵、调速阀和液压缸等主要元件组成。 调速阀安装在进油路或回油路上。 液压缸的运动速度由调速阀控制，变量泵输出的流量qp 与进入液压缸的流量q1 相适应。,3.工作原理 在节流阀通流截面积AT调定后，通过调速阀的流量q1 是恒定不变的。因此，当qpq1时，泵的出口压力上升，通过压力反馈作用，使限压式变量叶片泵的流量自动减小到qpq1 ；反之，

19、当qp q1 时，限压式变量泵的出口压力下降，压力反馈作用又会使其流量自动增大到qpq1 。,5. 回路的效率：,4. 液压缸工作腔压力：,6. 回路特性：,调速特性曲线,7.3.4 调速回路性能比较和选用,1.性能比较,(1) 执行元件的运动速度和负载特性,(2) 功率大小 节流调速：10kW以下 容积节流或容积调速：525kW 容积调速：20kW以上 (3) 成本要求 节流调速：成本低 容积节流、容积调速：成本高,2.选用,功能: 使系统既能满足在空行程时的快速运动要求，又能减少慢速运动时的功率损耗，以提高系统的工作效率 方法: 减小执行元件的有效工作面积（或排量）； 增大进入执行元件流量

20、的方法； 联合使用上述两种方法 液压缸差动连接增速回路 双泵供油增速回路 用快速柱塞缸与变量泵组合的增速回路动连接,7.3.5 快速运动回路,1.差动连接/F_116_2,2. 双泵供油快速运动回路,泵1为低压大流量泵； 泵2为高压小流量泵 溢流阀6应根据最大负载 调定压力 卸荷阀3的调定压力应比 溢流阀5低，但又高于快 进时的工作压力 双泵供油回路在工进时 的效率为：,3. 增速缸快速运动回路,变量泵供油的同时减少快速行程时液压缸的有效面积 具有较高的效率和较平稳的快、慢速切换的优点,柱塞缸8和活塞缸9组成增速缸,4. 蓄能器快速运动回路,功能：使液压执行元件在一个工作循环中根据预定的要求顺

21、序实现运动速度的切换 要求：具有较高的速度换接平稳性 （1）快慢速换接回路 1）用行程阀控制的速度切换回路 2）行程开关控制的速度切换回路 （2）两种工作速度换接回路 1）两个调速阀串联 2）两个调速阀并联,7.3.6 速度换接回路,活塞杆上的挡块未压下行程阀时，液压缸右腔的油液经行程阀回油箱，活塞快速运动。当挡块压下行程阀时，液压缸回油经节流阀回油箱，活塞转为慢速工进。 换接过程比较平稳，换接点的位置精度高，但行程阀的安装位置不能任意布置。,行程开关及电磁阀实现执行元件正反向运动的切换,1. 用行程阀控制的速度切换回路,两个调速阀可以独立地调节各自的流量，互不影响 有前冲现象 较少用于工作过

22、程中的速度换接，一般用于速度预选的场合。,2.两种工作速度的切换回路两个调速阀并联,调速阀4的流量调定值必须调得比阀3小 速度换接平稳性较好 能量损失较大,3.两种工作速度的切换回路两个调速阀串联,液压马达制动回路: 当执行机构停止工作时，为防止液压马达因惯性而继续转动，常设置制动装置使其迅速停止转动 采用溢流阀制动的回路 用节流阀和机械制动器的制动回路 用机械制动器的制动回路,7.3.7 制动回路,溢流阀产生的背压使马达迅速制动,（1）采用溢流阀制动的回路,回路制动效果可调节，液压冲击小，但制动时需辅助压力油 适用于负载转动惯量大、转速高的场合,（2）用节流阀和机械制动器的制动回路,回路制动

23、可靠，但制动过程不可调节，有一定的冲击 适用于负载惯量小、转速低的场合,（3）用机械制动器的制动回路,同步运动回路是用于保证系统中的两个或多个执行元件在运动中以相同的位移或速度运动，也可以按一定的速比运动。在同步运动回路中影响同步运动精度的因素很多，如外负载，泄漏，摩擦阻力，元件的变形及液体中含有气体等都会使执行元件运动同步不精确。 同步运动分为位置同步和速度同步两种。,用刚性梁、齿轮及齿条等机械零件，使两缸活塞杆间建立刚性的运动联系，实现位移同步。,1.刚性连接同步回路,2.用调速阀的同步回路,回路中使用一个普通调速阀和一个电液比例调速阀（它们各自装在由单向阀组成的桥式节流油路中），分别控制缸3和缸4的运动，当两活塞出现位置误差时，检测装置就会发出信号，调节比例调速阀的开度，实现同步。,1调速阀；2电液比例调速阀； 3、4缸,3.用比例调速阀的同步回路,执行元件严格地按给定顺序运动的回路，称为顺序运动回路。,缸6运动到位后，顺序阀5打开，控制缸7运动,1.顺序阀控制的顺序运动回路,2.行程开关控制的顺序运动回路,用延时阀2来实现缸3、4工作行程的顺序动作回路。当缸3实现动作时，压力油进入延时阀2中的节流阀B，推动换向阀A缓慢左移，延续一定时间后，接通油路a、b，油液才进入缸4。实现动作。,3.时间控制的顺序运动回路,