第七章液压基本回路 任何一个液压系统,无论它所要完成的动作有多么复杂,总是由一些基本回路组成的 所谓基本回路,就是由一些液压元件组成,用来完成特定功能的油路结构。熟悉和掌握这些 基本回路的组成、工作原理及应用,是分析、设计和使用液压系统的基础 第一节速度控制回路 速度控制回路是研究液压系统的速度调节和变换问题,常用的速度控制回路有调速回 路、快速回路、速度换接回路等,本节中分别对上述三种回路进行介绍。 调速回路 调速回路的基本原理从液压马达的工作原理可知,液压马达的转速n由输入流量和 液压马达的排量V决定,即n=q/n,液压缸的运动速度v由输入流量和液压缸的有效作用 面积A决定,即v=q/A 通过上面的关系可以知道,要想调节液压马达的转速n或液压缸的运动速度v,可通 过改变输入流量q、改变液压马达的排量V,和改变缸的有效作用面积A等方法来实现。由 于液压缸的有效面积A是定值,只有改变流量q的大小来调速,而改变输入流量q,可以通 过采用流量阀或变量泵来实现,改变液压马达的排量V,可通过采用变量液压马达来实现 因此,调速回路主要有以下三种方式 1)节流调速回路:由定量泵供油,用流量阀调节进入或流岀执行机构的流量来实现调速 2)容积调速回路:用调节变量泵或变量马达的排量来调速; 3)容积节流调速回路:用限压变量泵供油,由流量阀调节进入执行机构的流量,并使变 量泵的流量与调节阀的调节流量相适应来实现调速。此外还可采用几个定量泵并联,按不同 速度需要,启动一个泵或几个泵供油实现分级调速。 1、节流调速回路 节流调速原理。节流调速回路是通过调节流量阀的通流截面积大小来改变进入执行机 构的流量,从而实现运动速度的调节 如图7一1所示,如果调节回路里只有节流阀,则液压泵输出的油液全部经节流阀流进 液压缸。改变节流阀节流口的大小,只能改变油液流经节流阀速度的大小,而总的流量不会 改变,在这种情况下节流阀不能起调节流量的作用,液压缸的速度不会改变。 1)进油节流调速回路 进油调速回路是将节流阀装在执行机构的进油路上,起调速原理如图7-2所示
第七章 液压基本回路 任何一个液压系统，无论它所要完成的动作有多么复杂，总是由一些基本回路组成的。 所谓基本回路，就是由一些液压元件组成，用来完成特定功能的油路结构。熟悉和掌握这些 基本回路的组成、工作原理及应用，是分析、设计和使用液压系统的基础。 第一节 速度控制回路 速度控制回路是研究液压系统的速度调节和变换问题，常用的速度控制回路有调速回 路、快速回路、速度换接回路等，本节中分别对上述三种回路进行介绍。 一、调速回路 调速回路的基本原理 从液压马达的工作原理可知，液压马达的转速 nm 由输入流量和 液压马达的排量 Vm 决定，即 nm=q/V m，液压缸的运动速度 v 由输入流量和液压缸的有效作用 面积 A 决定，即 v=q/A。 通过上面的关系可以知道，要想调节液压马达的转速 n m 或液压缸的运动速度 v，可通 过改变输入流量 q、改变液压马达的排量 V m 和改变缸的有效作用面积 A 等方法来实现。由 于液压缸的有效面积 A 是定值，只有改变流量 q 的大小来调速，而改变输入流量 q，可以通 过采用流量阀或变量泵来实现，改变液压马达的排量 V m，可通过采用变量液压马达来实现， 因此，调速回路主要有以下三种方式： 1）节流调速回路：由定量泵供油，用流量阀调节进入或流出执行机构的流量来实现调速； 2）容积调速回路：用调节变量泵或变量马达的排量来调速； 3）容积节流调速回路：用限压变量泵供油，由流量阀调节进入执行机构的流量，并使变 量泵的流量与调节阀的调节流量相适应来实现调速。此外还可采用几个定量泵并联，按不同 速度需要，启动一个泵或几个泵供油实现分级调速。 1、节流调速回路 图 7—1 节流调速原理。 节流调速回路是通过调节流量阀的通流截面积大小来改变进入执行机 构的流量，从而实现运动速度的调节。 如图 7—1 所示，如果调节回路里只有节流阀，则液压泵输出的油液全部经节流阀流进 液压缸。改变节流阀节流口的大小，只能改变油液流经节流阀速度的大小，而总的流量不会 改变，在这种情况下节流阀不能起调节流量的作用，液压缸的速度不会改变。 1)进油节流调速回路 进油调速回路是将节流阀装在执行机构的进油路上，起调速原理如图 7-2 所示
图7—2(a)进油节流调速回路 A.回路的特点 因为是定量泵供油,流量恒定,溢流阀调定压力为p,泵的供油压力p,进入液压缸的 流量q由节流阀的调节开口面积a确定,压力作用在活塞A上,克服负载F,推动活塞以速 度v=q1/A向右运动。因为定量泵供油,q小于,所以po=溢流阀调定供油压力 Pe-cons 活塞受力平衡方程 pi A1= F +p2 A2 进入油缸的流量 =Ka vp Vp= pb-F/A q1=Ka(pb-F/A) B进油节流调速回路的速度一负载特性方程为 F (7-1) A A 式中:k为与节流口形式、液流状态、油液性质等有关的节流阀的系数:a为节流口的通流面积:m为节流 阀口指数(薄壁小孔,m=0.5) 由式(7-1)可知,当F增大,a一定时,速度v减小 C进油节流调速回路的速度一负载特性曲线 图7-2(c)速度负载特性 D.进油节流调遠回路的优点是:液压缸回油腔和回油管中压力较低,当采用单杆活塞杆液 压缸,使油液进入无杆腔中,其有效工作面积较大,可以得到较大的推力和较低的运动速度 这种回路多用于要求冲击小、负载变动小的液压系统中。 E回路效率 m=Fv/gepo qBpo= poqltpoqY p1q1+Vp g1 +pogr 如图
图 7—2 (a)进油节流调速回路 A.回路的特点 因为是定量泵供油，流量恒定，溢流阀调定压力为 pt，泵的供油压力 p0，进入液压缸的 流量 q1 由节流阀的调节开口面积 a 确定,压力作用在活塞 A1 上，克服负载 F，推动活塞以速 度 v=q1/A1 向右运动。因为定量泵供油， q1 小于 qB ，所以 p0=溢流阀调定供油压力 pt=const 活塞受力平衡方程： p1 A1 = F +p2 A2 进入油缸的流量 q1=Ka▽pm ▽p= pb-F/A1 q1=Ka (pb -F/A1) m B.进油节流调速回路的速度-负载特性方程为 m b A F p A ka A q v ( ) 1 1 1 1 = = − （7-1） 式中：k 为与节流口形式、液流状态、油液性质等有关的节流阀的系数；a 为节流口的通流面积；m 为节流 阀口指数（薄壁小孔，m=0.5）。 由式（7-1）可知，当 F 增大,a 一定时，速度 v 减小。 C.进油节流调速回路的速度-负载特性曲线 图 7-2(c)速度负载特性 D.进油节流调速回路的优点是：液压缸回油腔和回油管中压力较低，当采用单杆活塞杆液 压缸，使油液进入无杆腔中，其有效工作面积较大，可以得到较大的推力和较低的运动速度， 这种回路多用于要求冲击小、负载变动小的液压系统中。 E.回路效率 η=FV/qBp0 qBp0= p0q1+p0qY = p1 q1+▽p q1 +p0qY 如图：
VvVvYVVVvv冒 9, bD DI( 9 pq1=FV有用功率 节流损失 pbgc 溢流损失 所以在20%左右 2)回油节流调速回路: 回油节流调速回路将节流阀安装在液压缸的回油路上,其调速原理如图7-2(b)所示。 A2 图7-2(b)回油节 A.回路的特点 因为是定量泵供油,流量恒定,溢流阀调定压力为p,泵的供油压力p,进入液压缸的 流量q,液压缸输出的流量q,q由节流阀的调节开口面积a确定,压力p作用在活塞A上, 压力p2作用在活塞A2上,推动活塞以速度v=q/A向右运动,克服负载F做功。 因v=q/A1=q2/A2 q1=g2A1/A q1小于qB.所以p=溢流阀调定供油压力 pr-const=p1 活塞受力平衡方程 p1 A1=F+p2 Az p2=(p1A1-F)/A2 F=0时p2=p1A1/A2>p1 g2=Ka Vp Vp=p2=(plA1-F)/A2 q2=Ka[ (p1Al-F)/A2]
p1 q1= FV 有用功率 ▽p q1 节流损失 pb qY 溢流损失 所以在 20%左右 2)回油节流调速回路： 回油节流调速回路将节流阀安装在液压缸的回油路上，其调速原理如图 7-2（b）所示。 图 7-2（b）回油节 A.回路的特点 因为是定量泵供油，流量恒定，溢流阀调定压力为 pt，泵的供油压力 p0，进入液压缸的 流量 q1，液压缸输出的流量 q2，q2 由节流阀的调节开口面积 a 确定,压力 p1 作用在活塞 A1 上， 压力 p２作用在活塞 A２上，推动活塞以速度 v=q1/A1 向右运动，克服负载 F 做功。 因ｖ＝q１／A１＝q２／A２ q1＝q２A１／A２ q1小于 qB， 所以 p0=溢流阀调定供油压力 pt=const＝p1 活塞受力平衡方程： p1 A1= F +p2 A2 p2 =（p1 A1 –F）/ A2 F=0 时 p2 =p1 A1 / A2＞p1 q２=Ka▽pm ▽p＝p２= （p1A1－F）/ A２ q２=Ka[（p1A1－F）/ A２] m
B.回油节流调速回路的速度负载特性方程为: q2 ka pA -Fy A2A242 式中:k为与节流口形式、液流状态、油液性质等有关的节流阀的系数:a为节流口的通流面积:m为节流 阀口指数(薄壁小孔,m=0.5) 由式(7-1)可知,当F增大,a一定时,速度v减小。 C.回油节流调速回路的速度一负载特性曲线如图7-2 图7-2(c)速度负载特性 D.回油节流调速回路的优点 节流阀在回油路上可以产生背压,相对进油调速而言,运动比较平稳,常用于负载 变化较大,要求运动平稳的液压系统中。而且在a一定时,速度v随负载F增加而减小 E.回路效率 n=FV/gsp b qBpb= pbq1tppqr qI(FtA2 P2)/A1+vp q +psgr ⅴF+十q2p2+pbqy 如图: a P p1q1=FV 有用功率 qzpz=Vpqx节流损失 Pbg 流损失 所以在20%左右 如图7—2(a)、(b)所示,将节流阀串联在回路中,节流阀和溢流阀相当于并联的两 个液阻,定量泵输岀的流量qε不变,经节流阀流入液压缸的流量q:和经溢流阀流回油箱 的流量Δq的大小,由节流阀和溢流阀液阻的相对大小决定。节流阀通过改变节流口的通流 截面,可以在较大范围内改变其液阻,从而改变进入液压缸的流量,调节液压缸的速度
B. 回油节流调速回路的速度-负载特性方程为： m A p A F A ka A q v ( ) 2 1 1 2 2 2 − = = (7—2) 式中：k 为与节流口形式、液流状态、油液性质等有关的节流阀的系数；a 为节流口的通流面积；m 为节流 阀口指数（薄壁小孔，m=0.5）。 由式（7-1）可知，当 F 增大,a 一定时，速度 v 减小。 C.回油节流调速回路的速度-负载特性曲线如图 7—2c 图 7-2(c)速度负载特性 D.回油节流调速回路的优点： 节流阀在回油路上可以产生背压，相对进油调速而言，运动比较平稳，常用于负载 变化较大，要求运动平稳的液压系统中。而且在 a 一定时，速度 v 随负载 F 增加而减小。 E.回路效率 η=FV/qBpb qBpb= pbq1+pbqY = q1（Ｆ＋A２ p２）／Ａ１+▽p q1 +pbqY ＝ｖＦ＋ｑ２ｐ２＋ｐｂｑｙ 如图： p1 q1= FV 有用功率 ｑ２ｐ２＝▽p q２ 节流损失 pb qY 溢流损失 所以在 20%左右 如图 7—2（a）、（b）所示，将节流阀串联在回路中，节流阀和溢流阀相当于并联的两 个液阻，定量泵输出的流量 q B 不变，经节流阀流入液压缸的流量 q 1 和经溢流阀流回油箱 的流量 q 的大小，由节流阀和溢流阀液阻的相对大小决定。节流阀通过改变节流口的通流 截面，可以在较大范围内改变其液阻，从而改变进入液压缸的流量，调节液压缸的速度
3)旁路节流调速回路 这种回路由定量泵、安全阀、液压缸和节流阀组成,节流阀安装在与液压缸并联的旁油 路上,其调速原理如图7-3所示 图7—3旁路节流调速回路 a)回路简图(b)速度负载特性 定油泵输出的流量qs,一部分(q)进入液压缸,一部分(q2)通过节流阀流回油箱。 溢流阀在这里起安全作用,回路正常工作时,溢流阀不打开,当供油压力超过正常工作压力 时,溢流阀才打开,以防过载。溢流阀的调节压力应大于回路正常工作压力,在这种回路中 缸的进油压力p等于泵的供油压力ps,溢流阀的调节压力一般为缸克服最大负载所需的工 作压力的pa1.11.3倍。 4)采用调遠阀的节流调速回路 前面介绍的三种基本回路其速度的稳定性均随负载的变化而变化,对于一些负载变化较 大,对速度稳定性要求较高的液压系统,可采用调速阀来改善起速度-负载特性 图7—4调速阀进油节流调速回路
3)旁路节流调速回路 这种回路由定量泵、安全阀、液压缸和节流阀组成，节流阀安装在与液压缸并联的旁油 路上，其调速原理如图 7-3 所示。 图 7—3 旁路节流调速回路 (a)回路简图 (b)速度负载特性 定油泵输出的流量 q B，一部分（q1） 进入液压缸，一部分（q2）通过节流阀流回油箱。 溢流阀在这里起安全作用，回路正常工作时，溢流阀不打开，当供油压力超过正常工作压力 时，溢流阀才打开，以防过载。溢流阀的调节压力应大于回路正常工作压力，在这种回路中， 缸的进油压力 p1 等于泵的供油压力 p B，溢流阀的调节压力一般为缸克服最大负载所需的工 作压力的 p1max1.1~1.3 倍。 4）采用调速阀的节流调速回路 前面介绍的三种基本回路其速度的稳定性均随负载的变化而变化，对于一些负载变化较 大，对速度稳定性要求较高的液压系统，可采用调速阀来改善起速度-负载特性。 图 7—4 调速阀进油节流调速回路