第六章液压控制回路.ppt

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1、第六章 液压基本回路,第一节 压力控制回路 第二节 速度控制回路（一） 第三节 速度控制回路（二） 第四节 方向控制回路 第五节 多执行元件控制回路 本章总结,液压基本回路,任何液压系统都是由一些基本回路组成。所谓液压基本回路是指能实现某种规定功能的液压元件的组合。 基本回路按在液压系统中的功能可分： 压力控制回路 控制整个系统或局部油路的工作压力； 速度控制回路 控制和调节执行元件的速度； 方向控制回路 控制执行元件运动方向的变换和锁停； 多执行元件控制回路 控制几个执行元件间的工作循环。,第一节 压力控制回路,压力控制回路是利用压力控制阀来控制整个系统或局部支路的压力，以满足执行元件对力和

2、转矩的要求。 包括: 调压回路 卸载回路 减压回路 增压回路 平衡回路 保压及泄压回路,调压回路,功用：调定和限制液压系统的最高工作压力，或者使执行机构在工作过程不同阶段实现多级压力变换。一般用溢流阀来实现这一功能。 分类： 1单级调压回路：泵出口处并联溢流阀，从而控制液压系统的工作压力。,调压回路,2二级调压回路（远程调压） 由溢流阀1和溢流阀3各调一级，可实现两种不同的系统压力控制。 注意:主溢流阀3的调定压力一定要大于远程调压阀1的调定压力。,2MPa,5MPa,调压回路,3多级调压回路 由溢流阀1、2、3分别控制系统的压力，从而组成了三级调压回路。 阀2和阀3的调定压力都要小于阀1的调

3、定压力，而阀2和阀3的调定压力之间没有什么一定的关系。,调压回路,4连续、按比例进行压力调节的回路 调节先导型比例电磁溢流阀的输入电流I，即可实现系统压力的无级调节。 回路结构简单，压力切换平稳。而且更容易使系统实现远距离控制或程序控制。,卸荷回路,功用：在液压系统执行元件短时间不工作时，不频繁启动原动机而使泵在很小的输出功率下运转。 卸载方式：压力卸载（p=0)； 流量卸载（用于变量泵） 用换向阀中位机能的卸载回路：可借助M型、H型或K型换向阀中位机能来实现降压卸载。,由于换向阀的限制，一般适用于压力较低和小流量场合。,第四章 第二节 方向控制阀,为保证液动阀回复中位，电磁阀的中位必须是A、

4、B、T油口互通。 控制油可以取自主油路的p口（内控），也可以另设独立油源（外控）。采用内控而主油路卸荷时时，主油路必须保证最低控制压力（0.30.5MPa)；采用外控时，独立油源的流量不得小于主阀最大通流量的15 ，以保证换向时间要求。 使用此种方式卸载，方法比较简单，但压力损失较大，且不适用于一个泵驱动两个或两个以上执行元件的场所。注意三位四通换向阀的流量必须和泵的流量相适宜。,电液换向阀,卸荷回路,用先导型溢流阀的卸载回路: 采用二位二通电磁阀控制先导型溢流阀的遥控口来实现卸载。 阻尼b孔防止冲击。 这种回路比直接用二位二通电磁阀的回路平稳，适合于大流量的系统。且二位二通电磁阀可选用小流量

5、规格。,3.利用顺序阀作卸荷阀的卸荷方式,卸荷回路,限压式变量泵的卸载回路为零流量卸载 泵的压力升高到泵的压力调节螺钉调定的极限值时，泵的流量减小到只补充缸或阀的泄漏，回路实现保压卸载。,卸荷回路,卸荷回路,压力达到阀2调定压力时，泵卸荷； 蓄能器保压，补充系统泄漏； 压力低于阀2调定压力时，泵恢复供油。,功用：使系统中的某一部分油路具有较系统压力低的稳定压力。 常用于夹紧回路、控制油路和润滑油路。 常见的减压回路通过定值减压阀与主油路相连：回路中的单向阀防止主油路压力降低(低于减压阀调整压力)时，防止油液倒流，起短时保压之用。,减压回路,当进口压力调定压力时，减压阀全开。,两级或多级减压回路

6、,阀3的调定压力值一定要低于阀2的调定压力值。 减压阀压力：0.5Mpa,系统压力-0.5Mpa,增压回路,用增压缸的增压回路，其增压比为增压器大小活塞的面积比 。 作用：使用压力较低的泵获得较高的压力。 单作用缸的增压回路： 间歇增压，适用于单向作用力大、行程小、作业时间短的场合。,增压回路,双作用缸的增压回路： 它能连续输出高压油，适用于增压行程要求较长的场合。,平衡回路,功用：使执行元件的回路上保持一定的背压值，以平衡重力负载，使之不会因自重而自行下落。 图a为单向顺序阀的平衡回路：由于滑阀结构的顺序阀和换向阀存在泄漏，活塞不可能长时间停在任意位置。该回路适用于工作负载固定重量不大, 活

7、塞闭锁要求不高的场合。,px A G,液控单向阀平衡回路,锥面密封，泄漏小，闭锁性能好。 需串联节流阀，保证下落平稳。否则，回油路无背压，下落速度过快造成供油不足，液控单向阀时开时闭造成振动和冲击。,外控顺序阀平衡回路,远控平衡阀 只有上腔进油时活塞才下行,比较安全可靠，中位完全关闭，具有很好的密封性，能起到长时间的闭锁定位作用。 还能自动适应不同负载对背压的要求。 又称为限速阀,保压回路,功用：使系统在液压缸不动或因工件变形而产生微小位移的工况下保持稳定不变的压力。 单向阀保压回路：短时保压。回路中的单向阀用于主油路压力降低(低于减压阀调整压力)时，防止油液倒流，起短时保压之用。,当进口压力

8、调定压力时，减压阀全开。,保压回路,自动补油保压回路：保压时间长，压力稳定性要求高的场合。,由电接触式压力表为压力信号检测及控制单元，控制电磁方向阀的换向，并配合液控单向阀保压。 由工作位置（右位）换向至中位时，液控单向阀中位闭锁，保压 电接触式压力表控制补油。,采用辅助泵的保压回路： 当液压缸加压完毕要求保压时，由压力继电器4发讯，主泵卸载，由辅助泵供油维持系统压力稳定。由于辅助泵只需补偿系统泄漏，可选小流量泵，功率损失小，压力稳定性取决于溢流阀7的稳压性能。,保压回路,第二节 速度控制回路（一）,调速回路：调节执行元件的工作速度的回路。 液压缸：v=q/A 调节q，使执行速度变化； 液压马

9、达：n=q/V 调节q, V,均可使执行速度变化。 节流调速回路定量泵流量阀 容积调速回路变量泵、变量马达 容积节流调速回路变量泵流量阀,（一）定量泵节流调速回路,按流量控制阀安装位置的不同分： 进油节流调速回路：将流量控制阀串联在液压泵与液压缸之间。 回油节流调速回路：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缸并联的支路上。 采用调速阀的节流调速回路：,这种回路通过调节流量阀（节流阀或调速阀）的开口调节流量，称为节流调速回路。,通过改变节流口的通流截面积来调节流量。,将节流阀串联在进入液压缸的油路上，即串联在泵和缸之间，调节AT，即可改变q，从而改变速度

10、，且必须和溢流阀联合使用。,定压式节流调速回路,1、进油节流调速回路,1、进油节流调速回路,流量连续性方程： qp=q1+q 活塞受力平衡方程：p1A1=F 节流阀压力流量方程： p ppp1 q1=KATpm =KAT(pp- F/A1)m,1、进油节流调速回路,a、速度负载特性：,q1 =KAT(pp- F/A1)m,v与AT ，pp ，F有关， 当AT 一定，F，v； 同样F，AT，v。,1、进油节流调速回路,当AT不变时，负载小时速度刚性好。 低速时，速度刚性好。 应用：低速小负载系统。 b、最大承载能力： v=0时，FLmax=PpA, 所有曲线均交于一点。,1、进油节流调速回路,c

11、、功率和效率：,该回路功率损失由两部分组成，即溢流损失和节流损失。 回路的效率：,进油节流调速回路适用于轻载、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。,= pp (q1 +q)(pppT) q1,2、回油节流调速回路,流量连续性方程： qp=q1+q 活塞受力平衡方程 ： ppA1=p2A2+F 节流阀压力流量方程： q2=KATp2m =KAT(ppA1/A2-F/A2)m,定压式节流调速回路,2、回油节流调速回路,速度负载特性： 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

12、特性和刚度就完全一样。 回油节流调速回路的最大承载能力与进油节流调速回路的情况相同。,q2=KAT(ppA1/A2-F/A2)m,溢流损失：,节流损失：,回路功率损失：,损失的功率变成热，使油温升高。,回路输入功率（泵输出功率）：,回路输出功率（缸输入功率）：,功率和效率：,p2,q2,进油、回油节流调速的比较,回油节流调速回路回油腔有一定背压，故液压缸能承受负值负载，且运动速度比较平稳。 进油节流调速回路容易实现压力控制。其进油口压力随负载变化。工作部件运动碰到死挡铁后，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。 回油节流调速回路回油腔压力较高，当负载接近零

13、时，压力更高，这对回油管的安全、密封及寿命均有影响。,ppA1=p2A2+F,p1A1=F,进油、回油节流调速的比较,回油节流调速回路，如长时间停车后，由于泄漏在液压缸回油腔会形成空隙，重新启动时，使活塞前冲。在进油节流调速回路中，只要在启动时关小节流阀就能避免前冲。 回油节流调速回路中，油液经节流阀发热后回油箱冷却，对系统泄漏影响小。 为了提高回路的综合性能，一般采用进油节流调速回路，并在回油路上加背压阀。,节流阀起溢流作用； 溢流阀起安全作用； 泵压力随负载变化，为变压式节流调速回路。 调节AT ， q1 变，v变。 考虑泄漏影响，速度为：,V=q1/A1=q t-p(F/A1)-KAT(

14、F/A1)m/A1,3、旁路节流调速回路,速度负载特性曲线： 1.AT一定时，负载增加，泄漏增大，速度显著下降，速度负载特性差，运动平稳性差。 2.AT一定时，负载越大，速度刚性越好，可用于重载。 3. 负载一定时，AT越小，速度刚度越好，可用于高速。 4.最大承载能力随AT减小而增加，因此低速承载能力差，调速范围小。,3、旁路节流调速回路,高速,低速,3、旁路节流调速回路,特点： 1、只有节流损失， 而无溢流损失，效率高。 2、低速时承载能力低，调速范围小。 3、速度负载特性差。 适用于高速、重载、对速度平稳性要求很低的较大功率液压系统。,由于采用的节流元件与调速性能的不同，节流调速又可分为

15、：节流阀调速和调速阀调速,采用调速阀的速度回路,调速阀应用于进油、回油和旁路节流调速回路中，都能改善速度负载特性，提高速度稳定性。 旁通型调速阀只能用于进油节流调速回路中。,4、用调速阀的节流调速回路,只要调速阀的工作压差超过它的最小压差值（一般为0.5MPa1MPa），通过调速阀流量几乎不受负载影响。 旁路节流调速回路的最大承载能力不因AT增大而减小。 由于调速阀的最小压差比节流阀压差大，因此其调速回路的功率损失比用节流阀的调速回路要大一些。,调速回路根据油路的循环方式，可以分成： 开式系统和闭式系统。 开式系统：系统的主油路循环经过油箱。,2、特点：结构简单，散热性好，能帮助油液分离空气，

16、沉淀渣滓，但易受污染，油箱尺寸大。,1、油路：,2、特点：结构紧凑，油液直接循环密封性好，功率较高，但散热性差，受污染后不易清除。,1、油路：,闭式系统：系统的主油路循环不经过油箱。,在实际应用中：节流调速多采用开式系统 容积调速多采用闭式系统,（二）容积调速回路,通过改变泵或马达的流量调节执行元件的速度，称为容积调速回路。 容积节流调速，没有溢流损失和节流损失，故效率高发热小，适合于大功率的系统。 变量泵和定量液压马达（或缸）：恒转矩 定量泵和变量液压马达：恒功率 变量泵和变量液压马达：调速范围大，先恒转矩后恒功率输出。,1、变量泵和定量执行元件,a.变量泵液压缸开式回路,调节变量泵输出流量

17、来调节缸的速度。 由于泄漏，速度随负载增大而减小。,1、变量泵和定量执行元件,1.转速特性,b.变量泵定量马达闭式回路,即：调节泵的流量可调节马达的转速。调速范围大，速比达40。,2. 转矩,3.功率,恒转矩调速回路,2、定量泵和变量马达,恒功率 该回路中变量马达的调速可以通过改变自身排量来实现，同时转矩也会发生变化，但输出功率可以保持恒定。但是该回路的调速范围较小。,2、定量泵和变量马达,1.转速,2.转矩,2、定量泵和变量马达,特点：恒功率调速回路,低速段转速很高，转矩很小，带不动负载导致转速下降，调速范围小,3 .功率,3、变量泵和变量马达,调速范围大，先恒转矩后恒功率输出。 分两步进行

18、调速： 固定马达排量，从小到大调节泵的排量，升高马达转速； 固定泵排量为最大，从大到小调节马达排量，进一步提高马达转速。,不计损失的情况下：,分两段调节 第一段：先将VM调至最大并固定， 然后将VP由小大, nM从0 nM （同变量泵定量马达） 第二段：将VP固定至最大，VM由大小， nM从nMnMmax（同定量马达变量泵） 调速范围大，可达100。,调速的第一阶段：同变量泵定量马达,调速的第二阶段： 同定量马达变量泵,应用：大功率、调速范围 要求大的场合。,这种回路能实现低速大转矩输出和高速大功率输出。,低速段，先将马达排量调至最大，用变量泵调速，当泵的排量由小变大，直至最大，马达转速随之升

19、高，输出功率也随之线性增加。此时因马达排量最大，马达能获得最大输出转矩，且处于恒转矩状态。 高速段，泵为最大排量，用变量马达调速，将马达排量由大调小，马达转速继续升高，输出转矩随之降低。此时因泵处于最大输出功率状态不变，故马达处于恒功率状态。,3、变量泵和变量马达,（三）容积节流调速,容积节流调速回路用压力补偿泵供油，用流量控制阀调定进入或流出液压缸的流量来调节液压缸的速度；并使变量泵的供油量始终随流量控制阀调定流量作相应的变化。这种回路无溢流损失，效率较高，速度稳定性比容积调速回路好。,工作原理： 联合调速，v由调速阀调定，qP与q1自动适应。 qP q1，pP，通过反馈，e qpqP= q

20、1 q P q1，pP，e,qPqP= q1 调速阀不仅调速，而且作为检测 元件将流量转换为压力信号控制 泵的变量机构。,1、限压式变量泵与调速阀,1、限压式变量泵与调速阀,此回路只有节流损失而无溢流损失。 负载小，p1小，损失大，效率低； 速度小，流量小，pp大，效率低； 不适用于低速轻载场合。,2、差压式变量泵和节流阀,这种回路采用差压式变量泵供油，节流阀确定进入或流出液压缸的流量，变量泵输出流量与液压缸所需流量相适应，泵的压力自动随负载变化。,2、差压式变量泵和节流阀,虽使用节流阀，但近似为常数，流量基本不随负载变化，速度稳定性好。 回路能补偿因负载变化造成的泄漏变化，适用于低速小流量场

21、合。 Pp随负载变化而变化，适当控制，回路效率高，发热小。 适用于负载变化大，低速的场合。,第三节 速度控制回路（二）,包括： 快速运动回路：使执行元件获得尽可能大的工作速度。 速度换接回路：用于执行元件实现速度的切换。,快速运动回路,功能:液压执行元件在空载时获得所需的高速,以提高系统的工作效率或充分利用功率。 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 充液增速回路 蓄能器快速回路,1、液压缸差动连接增速回路,方法: 使得快进时相当于减小了液压缸的有效面积，即有效工作面积仅为活塞杆的面积，采用同

22、样输出流量的液压泵而使活塞运动速度得以提高。 条件：泵的流量和有杆腔排出的流量合在一起流过的阀和管路应按合成流量来选择,v 1/v1A1/(A1-A2),应用：用于不增加泵流量的前提下增速的场合。应用广泛，较经济，但增速值有限。,2、双泵供油增速回路,泵1为低压大流量泵 泵2为高压小流量泵 溢流阀5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； 回路简单合理，功率损耗小，系统效率高，在快慢速相差很大的系统中应用广泛。,快进：双泵供油 工进：左泵卸荷， 右泵压力由溢流阀调定 快退：双泵供油,3、充液增速回路,(1)自重充液快速运动回路 回路用于垂直运动部件

23、质量较大的液压机系统。 空载下行中：自重造成负压，液控单向阀打开，补油； 接触工件后：液压缸上腔压力升高，液控单向阀关闭，工进。,(2)增速缸的增速回路,对于卧式液压缸不能利用运动部件自重充液作快速运动，而采用增速缸或辅助缸的方案。 换向阀左位： 快进 工进顺序阀开启，油液进入大腔，速度降低。 回路功率利用比较合理，增速比受增速缸尺寸的限制，结构比较复杂。,3、充液增速回路,换向阀左位： 快进：2辅助缸供油 工进：顺序阀开启，主缸工作。 这种回路简单易行，常用于冶金机械。,(3)采用辅助缸的快速运动回路,3、充液增速回路,特点：系统中可选用流量较小的油泵及功率较小电动机，可节约能源并降低油温。

24、但每次需要充油时间。 应用：短时快速场合。,4采用蓄能器的快速回路,（三）速度换接回路,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序实现运动速度的切换 要求: 具有较高的速度换接平稳性 用行程阀或行程开关的速度切换回路 两种工作速度的切换回路,1、用行程阀或行程开关的速度切换回路,优点: 通过改变挡块的斜度来调整切换过程的速度以达到要求的速度换接平稳性；切换位置比较精确且可调； 缺点: 行程阀的安装位置不能任意布置，管路连接比较复杂。容易造成泄漏和振动。,下位：快进 上位：工进,2、两种工作速度的切换回路,两个调速阀串联 调速阀3的流量调定值 调得比阀2小 速度换接平稳性较好 但能

25、量损失较大,左位：工进1 右位：工进2,2、两种工作速度的切换回路,两个调速阀并联 两个调速阀可以独立地调节 各自的流量，互不影响 前冲现象(不工作的减压阀 阀口全开） 较少用于工作过程中的速度 换接,第四节 方向控制回路,换向回路：通过改变进入执行元件的液流的通、断或变向来实现执行元件的启动、停止或改变运动方向的回路。 方向阀换向回路 双向泵换向回路 锁紧回路 制动回路,方向阀换向回路,二位阀使执行元件正、反向运动； 三位阀中位可使系统获得不同的性能。,双向泵换向回路,闭式回路中采用双向变量泵实现换向。 7单向阀：安全保护 6背压阀，8溢流阀 液压缸左行，泵供油量大于回油量，由泵2补油。 液

26、压缸右行，泵供油量小于回油量，由换向阀4及背压阀6回油。,锁紧回路,功用 通过切断执行元件进油、出油通道而使执行元件准确的停在确定的位置，并防止停止运动后因外界因素而发生窜动。 用液控单向阀的锁紧回路如图：,锁紧回路,液压制动器锁紧： 防止马达滑转。 马达由于结构对称性要求，因此有单独泄油口，当进出油口都关闭后，马达在重力负载作用下成为泵工况，由泄油口回油，产生滑转。,制动回路,使执行元件平稳地由运动状态转换成静止状态。,制动时间尽可能短，冲击尽可能小。,1、采用溢流阀的液压缸制动回路 溢流阀缓和压力冲击 单向阀补油,2、采用溢流阀的马达制动回路,阀1为安全阀 阀3为背压阀 阀2起缓冲作用 电

27、磁换向阀4失电时，液压泵通过背压阀3低压卸荷，马达制动。,第五节 多执行元件控制回路,一个油源给多个执行元件供油，各执行元件因回路中压力、流量的相互影响而在动作上受到牵制。 通过压力、流量、行程控制使多执行元件完成预定动作要求。 顺序动作回路 同步回路 互不干扰回路,功用：使多缸液压系统中的各个液压缸严格地按规定的顺序动作。 分类：按控制方式不同,可分为: 压力控制 （顺序阀和压力继电器） 行程控制 （行程换向阀、电磁换向阀和行程开关）,一、顺序动作回路,1、压力控制,用顺序阀控制 为防止在系统压力波动的情况下产生误动作。 应用：液压缸数目不多，负载变化不大的场合。 优点：动作灵敏。 缺点：可

28、靠性差，位置精度低。,系统工作过程中压力变化使执行元件按顺序先后动作。,第四章 第三节 压力控制阀,内控外泄式顺序阀,作用：控制多个执行元件动作的先后顺序。,职能符号：,结构：出油口接二次油路， 有单独泄油口。 工作原理： p1 AFs ,接通。 特点：内部控制，外部泄油。,1、压力控制,用压力继电器的顺序动作 通电为 “+” 断电为“”,2、行程控制,利用执行元件运动到一定位置（或行程）时，使下一个执行元件开始运动的控制方式。,用行程阀控制：换向位置精确，动作可靠。但行程阀需要放置在执行元件附近，改变顺序困难，且管路布置较长。,2、行程控制,用行程开关控制：改变行程大小及动作顺序均方便，也可

29、利用电气互锁使动作可靠。,特点：该顺序回路容易实现自动控制，阀安装位置不受限制，行程可调，改变动作顺序比较灵活因而应用广泛。,二、同步动作回路,1、流量控制阀同步回路 调速阀同步回路： 回路结构简单，但调整比较麻烦，同步精度不高，不宜用于偏载或负载变化频繁的场合。,功能：在运动中以相同的位移或相同的速度运动， 分：位置同步，速度同步。,二、同步动作回路,1、流量控制阀同步回路 分流集流阀同步回路： 分流集流阀可自动调整进入或流出液压缸的流量，使用方便，使液压缸在承受不同负载时仍保证速度同步。 缺点：压力损失大，效率低，不适用于低压系统。,2、串联液压缸的同步回路,两液压缸串联，工作面积相等、进

30、出两腔的流量相等，实现两缸基本同步。 补偿措施使同步误差在每一次下行运动结束后都可消除。 泵的供油压力要大于两缸工作压力之和。适用于小负载的场合。,3DT通电，缸3，4同时下行； 若缸3先到，触动1s，1DT得电，补油使4到底； 若缸4先到，触动2s，2DT得电，打开阀5，缸3快速回油，运动到底。,2、串联液压缸的同步回路,3、同步液压缸的同步回路,采用尺寸相同的缸体和活塞共用一个活塞杆的液压缸构成同步缸，起配流作用。 同步精度较高，但同步缸的体积较大。适用于行程较短的场合。,同步马达的同步回路,同轴等排量双向马达，轴刚性连接，构成同步马达； 节流阀用于修正同步误差； 费用较高。,三、互不干扰动作回路,功用：使系统中几个执行元件在完成各自工作循环时彼此互不影响。 两缸快慢速互不干扰 快进：泵2供油，差动连接 工进：泵1供油 快退：泵2供油 快速和慢速分别由2个液压泵供油，同时配合各自的电磁阀的动作，保证两缸工作互不干扰。,本章小结,本章主要介绍了液压基本回路的组成、工作原理及其应用。 通过本章学习，培养分析、设计和使用液压系统的能力。 要求掌握液压阀在回路中各种作用，各类压力控制回路、速度控制回路、方向控制回路、多执行元件控制回路的工作原理及特点，难点在于各种调速回路的调速方法、性能、特点及应用场合。,