第五章第五章 基本回路基本回路液压与气压传动5.1 压力控制回路压力控制回路 在定量泵系统中，液压泵的供油压力可以通过溢流阀来调节。在变量泵系统中，用溢流阀作安全阀用来限定系统的最高压力，防止系统过载。当系统中如需要两种以上压力时，则可采用多级调压回路。 5.1.1 调压回路 调节溢流阀便可调节泵的供油压力。（1）单级调压回路 溢流阀调压弹簧压力表 为了便于调压和观察，溢流阀旁一般要就近安装压力表。 （2）双向调压回路 高压溢流阀10MPa开启低压溢流阀4MPa 当执行元件正反向运动需要不同的供油压力时，可采用双向调压回路。 在 图示 位置时，阀2的出口被高压油封闭，即阀1的远控口被堵塞，故泵压由阀1调定为较高压力。（2） 双向调压回路 主溢流阀调10MPa开启远程溢流阀调4MPa关闭 当 换 向 阀在右位工作时，液压缸左腔通油箱，压力为零，阀2相当于阀1的远程调压阀，泵的压力由阀2调定。 （2）双向调压回路 主溢流阀调10MPa关闭远程溢流阀调4MPa开启 在不同的工作阶段，液压系统需要不同的工作压力，多级调压回路便可实现这种要求。（3）多级调压回路 主溢流阀调10MPa远程溢流阀调4MPa切断右图所示为二级调压回路。图示状态下，泵出口压力由溢流阀3调定为较高压力。（3） 多级调压回路 换向阀居中位，溢流阀主阀1调压10MPa开启换向阀居左位，远程溢流阀2调压8MPa开启换向阀居右位，远程溢流阀3调压10MPa开启（3）多级调压回路 主溢流阀调压弹簧作安全调压至12MPa比例阀作远程溢流实现比例调压0-10MPa5.1.2 减压回路 主油路压力由溢流阀调定，主路压力为10MPa经过减压后支路压力为3MPa 液压系统中的定位、夹紧、控制油路等支路，工作中往往需要稳定的低压，为此，在该支路上需串接一个减压阀。 图为用于工件夹紧的减压回路。夹紧时，为了防止系统压力降低油液倒流，并短时保压，在减压阀后串接一个单向阀。图示状态，低压由减压阀1调定；当二通阀通电后，阀1出口压力则由远程调压阀2决定，故此回路为二级减压回路。 换向阀居左位，减压阀由阀1弹簧调压为5MPa换向阀居右位，减压阀由远程阀2调压为3MPa5.1.3 增压回路单作用增压缸的增压回路双作用增压缸的增压回路12 液压系统工作时，执行元件短时间停止工作，不宜采用开停液压泵的方法，而应使泵卸荷（如压力为零）。利用电磁溢流阀可构成调压-卸荷回路。5.1.4 卸荷回路 换向居上位，溢流阀遥控口通油箱，卸压换向居下位，溢流阀主阀调压10MPa开启电磁溢流阀卸荷回路 利用换向阀中位机能的卸荷回路利用两位两通阀的卸荷回路利用外控顺序阀的卸荷回路利用限压式变量泵的卸荷回路145.1.5 保压回路 利用限压式变量泵的保压回路利用蓄能器的保压回路自动补油保压回路155.1.6 平衡回路 利用平衡阀的平衡回路利用自控式顺序阀的平衡回路利用采用液控单向阀的平衡回路16利用平衡阀的平衡回路利用平衡阀的平衡回路利用平衡阀的平衡回路利用平衡阀的平衡回路17用单向顺序阀的平衡回路用单向顺序阀的平衡回路用单向顺序阀的平衡回路用单向顺序阀的平衡回路 为了防止立式液压缸与垂直运动的工作部件由于自重而自行下落造成事故或冲击，可以采用平衡回路。 用单向顺序阀的平衡回路 18 调节单向顺序阀1的开启压力,使其稍大于立式液压缸下腔的背压.活塞下行时,由于回路上存在一定背压支承重力负载,活塞将平稳下落;换向阀处于中位时,活塞停止运动.用单向顺序阀的平衡回路 此处的单向顺序阀又称为平衡阀19采采采采用用用用液液液液控控控控单单单单向向向向阀阀阀阀的的的的平衡回路平衡回路平衡回路平衡回路205.2 调速回路5.2.1 5.2.1 5.2.1 5.2.1 调速方法概述调速方法概述调速方法概述调速方法概述 液压系统常常需要调节液压缸和液压马达液压缸和液压马达的运动速度，以适应主机的工作循环需要。液压缸和液压马达的液压缸和液压马达的速度决定于排量及输入流量速度决定于排量及输入流量。液压缸的速度为： 液压马达的转速: 式中 q 输入液压缸或液压马达的流量； A 液压缸的有效面积（相当于排量）； VM 液压马达的每转排量。 21 由以上两式可以看出，要控制缸和马达的速度，可以通过改变流入流量来实现，也可以通过改变排量来实现。 对于液压缸来说，通过改变其有效作用面积A（相当于排量）来调速是不现实的，一般只能用改变流量的方法来调速。 对变量马达来说，调速既可以改变流量，也可改变马达排量。22目前常用的调速回路主要有以下几种： (1)(1)节节流流调调速速回回路路 采用定量泵供油，通过改变回路中节流面积的大小来控制流量，以调节其速度。 (2)(2)容容积积调调速速回回路路 通过改变回路中变量泵或变量马达的排量来调节执行元件的运动速度。 (3)容积节流调速回路（联合调速）容积节流调速回路（联合调速） 下面主要讨论节流调速回路节流调速回路和容积调速回路容积调速回路。 5.2.2 5.2.2 5.2.2 5.2.2 采用节流阀的节流调速回路采用节流阀的节流调速回路采用节流阀的节流调速回路采用节流阀的节流调速回路 节流调速回路有进进进进油油油油路路路路节节节节流流流流调调调调速速速速，回回回回油油油油节节节节路路路路流流流流调调调调速速速速，旁路节流调速旁路节流调速三种基本形式。235.2.2.1 5.2.2.1 进油路节流调速回路进油路节流调速回路进油路节流调速回路进油路节流调速回路进油路节流调速回路 进油节流调速回路正常工作的条件:泵的出口压力为溢流阀的调定压力并保持定值。注意注意 节流阀串联在泵和缸之间24（1 1）速度负载特性）速度负载特性 当不考虑泄漏和压缩时，活塞运动速度为： 活塞受力方程为： 缸的流量方程为： =p2 液压缸回油腔压力，p20。 F 外负载力； 式中：25 于是 式中C 与油液种类等有关的系数；AT 节流阀的开口面积；节流阀前后的压强差，m 为节流阀的指数；当为薄壁孔口时，m =0.5。26 上式为进油路节流调速回路的速度负载特性方程。以v为纵坐标,FL为横坐标，将公式按不同节流阀通流面积AT作图，可得一组抛物线，称为进油路节流调速回路的速度负载特性曲线。27（2 2）功率特性）功率特性 图中，液压泵输出功率即为该回路的输入功率为： 回路的功率损失为： =而缸的输出功率为： 28 式中 溢流阀的溢流量, 。 进油路节流调速回路的功率损失由两部分组成：溢流功率损失 和节流功率损失 295.2.2.2 5.2.2.2 5.2.2.2 5.2.2.2 回油路节流调速回路回油路节流调速回路回油路节流调速回路回油路节流调速回路 回油路节流调速回路采用同样的分析方采用同样的分析方法可以得到与进油法可以得到与进油路节流调速回路相路节流调速回路相似的速度负载特性似的速度负载特性. 节流阀串联在节流阀串联在液压缸的回油路上液压缸的回油路上，30进油路和回油路节流调速的比较进油路和回油路节流调速的比较 (1) (1) (1) (1) 承承承承受受受受负负负负值值值值负负负负载载载载的的的的能能能能力力力力 回油节流调速能承受一定的负值负载 (2) (2) (2) (2) 运动平稳性运动平稳性运动平稳性运动平稳性 回油节流调速回路运动平稳性好。 (3) (3) (3) (3) 油油油油液液液液发发发发热热热热对对对对回回回回路路路路的的的的影影影影响响响响 进油节流调速的油液发热会使缸的内外泄漏增加； (4) (4) (4) (4) 启启启启动动动动性性性性能能能能 回油节流调速回路中重新启动时背压不能立即建立，会引起瞬间工作机构的前冲现象。 进油路、回油路节流调速回路结构简单，但效率较低，只宜用在负载变化不大，低速、小功率场合，如某些机床的进给系统中。 31 5.2.2.3 5.2.2.3 旁油路节流调速回路旁油路节流调速回路旁油路节流调速回路旁油路节流调速回路 旁油路节流调速回路 节节流流阀阀装装在在与与液液压压缸缸并并联联的的支支路路上上，利利用用节节流流阀阀把把液液压压泵泵供供油油的的一一部部分分排排回回油油箱实现速度调节箱实现速度调节溢溢流流阀阀作作安安全全阀阀用用，液液压压泵泵的的供供油油压压力力P Pp p取决于负载取决于负载。 32（1 1）速度负载特性）速度负载特性 考虑到泵的工作压力随负载变化，泵的输出流量qp应计入泵的泄漏量随压力的变化 ,采用与前述相同的分析方法可得速度表达式为： 式中 qpt泵的理论流量； k泵的泄漏系数，其余符号意义同前。 (8.8)33（2 2）功率特性）功率特性 回路的输入功率 回路的输出功率回路的功率损失 回路效率 旁旁路路节节流流调调速速只只有有节节流流损损失失，无无溢溢流流损损失失，功率损失较小。 注注意意:节流调速回路速度负载特性比较软，变载荷下的运动平稳性比较差。为了克服这个缺点，回路中的节流阀可用调速阀来代替。 用于功率较大且对速度稳定性要求不高的场合345.2.3 5.2.3 5.2.3 5.2.3 容积调速回路容积调速回路容积调速回路容积调速回路 容积调速回路有泵泵- -缸缸式式回回路路和泵泵- -马马达达式式回回路路。这里主要介绍泵-马达式容积调速回路。 5.2.3.1 5.2.3.1 5.2.3.1 5.2.3.1 变变变变量量量量泵泵泵泵- - - -定定定定量量量量马马马马达达达达式容积调速回路式容积调速回路式容积调速回路式容积调速回路 马达为定量,改变泵排量VP可使马达转速nM随之成比例地变化.35 变量泵-定量马达容积调速回路 防止回路过载 补偿泵3和马达5的泄漏 调 定 油 泵 1的供油压力辅辅助助泵泵使使低低压压管管路路始始终终保保持持一一定定压压力力, , 改改善善了了主主泵泵的的吸吸油油条条件件, ,且且可可置置换换部部分分发发热热油油液液, ,降降低低系系统温升。统温升。36 变量泵-定量马达容积调速回路 变量泵-定量马达容积调速回路 工作特性曲线 防止回路过载 补偿泵3和马达5的泄漏 调定油泵1的供油压力37定量泵定量泵定量泵定量泵- - - -变量马达式容积变量马达式容积变量马达式容积变量马达式容积调速回路调速回路调速回路调速回路38 5.2.3.3 5.2.3.3 变量泵变量泵- -变量马达式容积变量马达式容积调速回路调速回路 。 395.2.4 5.2.4 5.2.4 5.2.4 容积节流调速回路容积节流调速回路容积节流调速回路容积节流调速回路 容积调速回路虽然效率高，发热小，但仍存在速容积调速回路虽然效率高，发热小，但仍存在速度负载特性较软的问题（主要由于泄漏所引起）度负载特性较软的问题（主要由于泄漏所引起） 所以在低速、稳定性要求较高的场合（如机床进所以在低速、稳定性要求较高的场合（如机床进给系统中），常采用容积节流调速回路。给系统中），常采用容积节流调速回路。特点：特点： 1 1）q qP P自动与流量阀调节相吻合，无自动与流量阀调节相吻合，无PP溢溢，高。高。 2 2）进入执行元件的）进入执行元件的q qV V与与F F变化无关，且自动补偿变化无关，且自动补偿泄漏，速度稳定性好。泄漏，速度稳定性好。 3 3）因回路有节流损失，所以）因回路有节流损失，所以 容容 4 4）便于实现快进）便于实现快进- -工进工进- -快退工作循环快退工作循环405.2.4.1 5.2.4.1 限压式限压式变量泵和调速阀变量泵和调速阀组成的调速回路组成的调速回路p = pp p1（ 0.5MPa 1MPa） 正常工作，若正常工作，若p过大，过大，P大大易发热，过小，易发热，过小，v稳定性不好。稳定性不好。特点：特点： 若负载变化大时，节流损失大，低速工作时，泄漏量若负载变化大时，节流损失大，低速工作时，泄漏量大，系统效率降低。大，系统效率降低。 用于低速、轻载时间较长且变载的场合时，效率很低用于低速、轻载时间较长且变载的场合时，效率很低故故 本回路多用于机床进给系统中。本回路多用于机床进给系统中。 425.2.4.2 5.2.4.2 差压式变量差压式变量泵和节流阀调速回路泵和节流阀调速回路 p pP P随负载变化而变化，随负载变化而变化，p p1 1也也变化。变化。 称变压式容积节流调速回路，称变压式容积节流调速回路，且且qqP P小小高高 因采用了固定阻尼孔，可防因采用了固定阻尼孔，可防止定子因移动过快而发生振动。止定子因移动过快而发生振动。 适用于负载变化大、速度较适用于负载变化大、速度较低的中小功率系统。低的中小功率系统。435.2.5 5.2.5 5.2.5 5.2.5 快速运动回路快速运动回路快速运动回路快速运动回路双泵供油增速双泵供油增速蓄能器供油增速蓄能器供油增速变量泵供油增速变量泵供油增速液压缸差动连接增速液压缸差动连接增速增速缸增速缸445.2.6 5.2.6 5.2.6 5.2.6 速度换接回路速度换接回路速度换接回路速度换接回路快速与慢速的换接回路快速与慢速的换接回路两种慢速的换接回路两种慢速的换接回路455.3 顺序回路顺序回路 顺序动作回路，根据其控制方式的不同，分为行行程程控控制制、压压力力控控制制和时时间间控控制制三类，这里只对前两种进行介绍。 46 5.4 同步回路 同步运动包括速度同步和位置同步两类。速度同步是指各执行元件的运动速度相同；而位置同步是指各执行元件在运动中或停止时都保持相同的位移量。 5.4.1 5.4.1 液液液液压压压压缸缸缸缸机机机机械械械械联联联联结结结结的的的的同同同同步回路步回路步回路步回路用机械联结的同步回路 47用机械联结的同步回路 由于机械零件在制造，安装上的误差，同步精度不高。同时，两个液压缸的负载差异不宜过大，否则会造成卡死现象。 这这种种同同步步回回路路是是用用刚刚性性梁梁齿齿轮轮齿齿条条等等机机械械零零件件在在两两个个液液压压缸缸的的活活塞塞杆杆间间实实现现刚刚性性联联结结以便来实现位移的同步。以便来实现位移的同步。 485.4.2 5.4.2 采采采采用用用用调调调调速速速速阀阀阀阀的的的的同步回路同步回路同步回路同步回路 这这种种同同步步回回路路结结构构简简单单，但但是是两两个个调调速速阀阀的的调调节节比比较较麻麻烦烦, ,而而且且还还受受油油温温 泄泄漏漏等等的的影影响响故故同同步步精精度度不不高高, ,不不宜宜用用在在偏偏载载或或负负载变化频繁的场合。载变化频繁的场合。 用调速阀的同步回路 49 5.4.3 5.4.3 用串联液压缸的同步回路用串联液压缸的同步回路用串联液压缸的同步回路用串联液压缸的同步回路用串联液压缸的同步回路 当当两两缸缸同同时时下下行行时时, ,若若缸缸5 5活活塞塞先先到到达达行行程程端端点点, ,则则挡挡块块压压下下行行程程开开关关1S1S，电电磁磁铁铁3YA3YA得得电电, ,换换向向阀阀3 3左左位位投投入入工工作作, ,压压力力油油经经换换向向阀阀3 3和和液液控控单单向向阀阀4 4进进入入缸缸6 6上上腔腔, ,进进行行补补油油, ,使使其其活活塞塞继继续续下下行行到到达达行行程程端端点点，从而消除累积误差。从而消除累积误差。 这种回路同步精度较高,回路效率也较高.注意:回路中泵的供油压力至少 是两个液压缸工作压力之和。505.4.4 5.4.4 5.4.4 5.4.4 用同步马达的同步回路用同步马达的同步回路用同步马达的同步回路用同步马达的同步回路用同步马达的同步回路 两两个个马马达达轴轴刚刚性性连连接接，把把等等量量的的油油分分别别输输入入两两个个尺尺寸寸相相同同的的液液压压油油缸缸中中，使使两两液压缸实现同步液压缸实现同步。消除行程端点两缸的位置误差小小 结结 本章所介绍的是一些比较典型和比较常用的基本回路。对于其他一些基本回路，感兴趣的读者可以根据书后所列的参考文献查阅。学习基本回路的目的，就是要掌握它的基本原理、特点，并能将它们有机的组合应用于复杂液压系统的设计当中，以满足所设计系统特定的工作要求。