第九章 液壓回路的計算與分析

.,第九章液壓回路的計算與分析（HydraulicCircuitDesignandAnalysis）9.1概述（INTRODUCTION）液壓回路是將一組像油泵、執(zhí)行元件、控制閥和管道這樣的元件進行排列以完成所需要的工作。當分析或計算液壓回路時，以下三個重要的因素必須得到重視：使用的安全性；所需部件的性能；使用的經(jīng)濟性。了解元件的工作過程以及在回路中如何進行應用這對于從事液壓傳動的技術人員或設計者是非常重要的。液壓回路是通過使用所有元件的職能（圖形）符號來表現(xiàn)的。在了解液壓回路之前，掌握這些符號是必要的。,.,9.2壓力控制回路（PRESSURECONTROLCIRCUIT）一、調(diào)壓、限壓回路1.定量泵調(diào)壓限壓回路調(diào)壓回路：限壓回路：閥的調(diào)定壓力一般高于系統(tǒng)最高工作壓力0.60.8MPa。2.變量泵限壓回路,.,3.限制系統(tǒng)最低壓力回路也可用開啟壓力較高的單向閥或順序閥代替溢流閥。4.多級調(diào)壓回路要求：p1p2，溢流閥1作安全閥用。,.,調(diào)整時應使pApC，pBpC以保證三級調(diào)壓。,.,5.多泵壓力調(diào)節(jié)回路,.,二、卸荷回路1.用三位換向閥的卸荷回路2.用二位換向閥的卸荷回路3.用溢流閥的卸荷回路4.變量泵的卸荷回路,.,5.用壓力繼電器的卸荷回路6.用多路換向閥的卸荷回路,.,三、減壓回路,.,四、增壓回路1.用增壓缸的增壓回路2.用增壓器的增壓回路,.,五、保壓回路1.變量泵保壓回路2.用蓄能器的保壓回路3.用液控單向閥的保壓回路,.,六、卸壓回路1.用節(jié)流閥卸壓的回路2.用二級液控單向閥卸壓的回路,.,七、平衡限速與閉鎖回路1.平衡限速回路采用單向順序閥（自控平衡閥）的平衡回路采用液控順序閥（遠控平衡閥）的平衡回路2.閉鎖回路用單向液壓鎖的閉鎖回路用雙向液壓鎖的閉鎖回路,.,八、液壓缸自動往復運動回路,.,9.3速度控制回路（SPEEDCONTROLCIRCUIT）一、調(diào)速方法和要求1.調(diào)速方法在不考慮泄漏時，液壓缸和馬達運動速度分別為：（91）（92）式中Q進入液動機（執(zhí)行元件）的流量；v液壓缸的運動速度；A液壓缸的面積；qM液壓馬達的排量?？梢姼淖僎、qM均可改變液動機速度。改變Q的方,.,法包括：改變泵的排量，改變泵的轉(zhuǎn)速（用變頻技術）而改變泵的輸出流量；用節(jié)流閥限制進入液動機的流量大小；也可用改變qM（即變量馬達）來改變馬達的轉(zhuǎn)速。2.調(diào)速要求滿足工作部件調(diào)速范圍R：負載變化引起的工作部件速度變化應在允許范圍內(nèi)，即要求一定的速度剛度。效率要高。滿足工作部件要求的承載能力，并有裕度。在穩(wěn)定工作狀態(tài)下無振動，運動平穩(wěn)。有關動態(tài)特性方面的各種要求。,.,二、節(jié)流調(diào)速回路1.采用節(jié)流閥的調(diào)速回路進口節(jié)流調(diào)速速度負載特性活塞的運動速度：（93）根據(jù)連續(xù)性方程，進入液壓缸的流量Q1就等于通過節(jié)流閥的流量，而通過節(jié)流閥的流量可由節(jié)流閥的流量特性方程決定。即：（94）,.,式中a節(jié)流閥節(jié)流口通流面積；pP液壓泵出口壓力；p1液壓缸進油腔壓力；p節(jié)流閥兩端壓差；K常數(shù)。對于薄壁小孔，。當活塞以穩(wěn)定的速度運行時，作用在活塞上的力平衡方程為：p1A1p2A2+F（95）式中F負載力；p2液壓缸回油腔壓力，此處p20。所以將其代入式（94）得：,.,（96）（97）式（97）即為進口節(jié)流調(diào)速回路的速度負載特性方程，它反映了速度v和負載F的關系。右圖為進口節(jié)流調(diào)速回路的速度負載特性曲線。由式（97）和右圖可看出，當其它條件不變時，活塞的運動速度v與節(jié)流閥通流面積a成正比。故調(diào)節(jié)節(jié)流閥通流面積就能調(diào)節(jié)執(zhí)行元,.,件的運動速度。由式（97）和右圖還可看出，當節(jié)流閥通流面積一定時，隨著負載F的增加，節(jié)流閥兩端壓差減小，活塞運動速度按拋物線規(guī)律下降。當Fp1A1時，節(jié)流閥兩端差為零，活塞停止運動，液壓泵的流量全部經(jīng)溢流閥回油箱。通常用速度剛度kv來表示負載變化對速度的影響程度。（98）由于隨著負載的增加，速度下降。為使剛度kv保持,.,正值，在式中加一負號。由式（97）可得：（99）由上式可以看到：當節(jié)流閥通流面積a一定時，負載F越小，速度剛度kv越大。當負載F一定時，節(jié)流閥通流面積a越小，速度剛度kv越大。適當增大液壓缸有效面積和提高液壓泵供油壓力pP，可提高速度剛度。,.,最大承載能力從式（97）和圖中都可看出，在pP已調(diào)定的情況下，不論節(jié)流閥通流面積怎樣變化，其最大承載能力都不變，即FmaxpPA1。故稱這種調(diào)速回路為恒推力調(diào)速（執(zhí)行元件為液壓馬達時為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。）功率特性液壓泵提供的功率為：PPpPQP常量式中QP定量泵的輸出流量。液壓缸輸出的有效功率為：式中Q1稱為負載流量，即進入液壓缸的流量?；芈返墓β蕮p失為：,.,PPPP1pPQPp1Q1（Q1+Q）pPQ1（pPp）pPQ+pQ1（910）式中Q溢流閥的溢流量，QQPQ1。由式（910）可知，這種調(diào)速回路的功率損失由兩部分組成：即溢流損失（P1pPQ）和節(jié)流損失（P2pQ1）。從式中還可看出，溢流閥調(diào)定壓力不宜太高，一方面它使溢流損失增加，同時也由于節(jié)流閥兩端壓差增加使節(jié)流損失增加。通常溢流閥調(diào)定壓力以使節(jié)流閥兩端壓差p0.20.3MPa為宜（最大負載下?；芈沸蕿椋海?11）由于兩種損失存在，故進口節(jié)流調(diào)速回路效率較,.,低，特別是當負載小、速度低時效率更低。出口節(jié)流調(diào)速用節(jié)流閥控制液壓缸的排油量Q2，也就控制了進入液壓缸的流量Q1，這是因為它們之間存在著固定的比例關系，（912）液壓缸的運動速度為：（913）液壓缸排出的流量等于通過節(jié)流閥的流量，即：（914）,.,p2可由活塞受力平衡方程式求得，即：p1A1p2A2+F這里p1pP，所以，代入式（913），（914），經(jīng)整理得：（915）同理可求得出口節(jié)流調(diào)速回路得速度剛度為：（916）進口節(jié)流調(diào)速回路與出口節(jié)流調(diào)速回路的速度負載特性和剛度基本相同。,.,旁路節(jié)流調(diào)速速度負載特性活塞的運動速度為：（917）通過節(jié)流閥的流量：（918）將上式代入式（917），得旁路節(jié)流調(diào)速回路的速度負載特性方程式為：,.,（919）速度剛度為：（920）旁路節(jié)流調(diào)速回路的速度負載特性曲線如圖所示。由此圖和式（919）、式（920）可看出：當節(jié)流閥通流面積一定而負載增加時，速度顯著下降。當節(jié)流閥通流面積一定時，,.,負載越大速度剛度越大。當負載一定時，節(jié)流閥通流面積a越小，速度剛度越大。增大活塞面積A1可以提高速度。最大承載能力從特性曲線圖中可以看出，旁路節(jié)流調(diào)速回路能夠承受的最大負載隨著節(jié)流閥通流面積a的增加而減小。由式（919），當時，液壓缸速度為零。功率特性液壓泵提供的功率PPpPQP，由于泵的壓力隨負載F而變化，即，故：PPp1QP。,.,液壓缸輸出功率為：P1Fvp1A1vp1Q1功率損失：PPPP1p1QPp1Q1p1Q（921）回路效率：（922）由式（921）、（922）可看出，旁路節(jié)流調(diào)速回路只有流量損失而無壓力損失，故比前兩種調(diào)速回路功率損失小，效率較高。,.,三、容積調(diào)速回路節(jié)流調(diào)速回路簡單，低速穩(wěn)定性好，但效率低，發(fā)熱大。因此，僅用于功率小，發(fā)熱限制不大的低速低載系統(tǒng)中。對大功率系統(tǒng)則宜采用效率較高的容積調(diào)速回路。在圖示的回路中，設液壓泵的排量為qP，轉(zhuǎn)速為nP，液壓馬達的排量為qM，轉(zhuǎn)速為nM，如果忽略所有泄漏，泵的流量全部進入馬達，則有qPnPqMnM。欲改變馬達的轉(zhuǎn)速，既可改變泵的排量qP，也可改變馬達的排量qM。這種通過改變液壓泵或（和）馬達的排量來調(diào)節(jié)馬達（或液壓缸）速度的回路稱容積調(diào)速回路。,.,1.變量泵定量執(zhí)行元件（液動機）容積調(diào)速回路輸出特性,.,速度負載特性2.定量泵變量執(zhí)行元件容積調(diào)速回路輸出特性3.變量泵變量執(zhí)行元件容積調(diào)速回路輸出特性,.,四、增速回路液壓缸差動連接的快速回路雙泵供油的快速回路用輔助缸的快速回路,.,靠重力作用的增速回路用蓄能器的增速回路,.,五、速度換接回路多泵供油的速度換接回路二位二通閥速度換接回路用順序閥的速度換接回路調(diào)速閥串聯(lián)的速度換接回路調(diào)速閥并聯(lián)的速度換接回路,.,用行程閥和行程開關的速度換接回路,.,9.4換向回路單作用液壓缸換向回路雙作用液壓缸換向回路二位三通閥換向回路電液換向閥控制的換向回路,.,9.5多缸工作控制回路一、多缸同步動作控制回路1.串聯(lián)液壓缸同步回路串聯(lián)液壓缸同步回路帶補油裝置的串聯(lián)液壓缸同步回路2.并聯(lián)液壓缸同步回路用機械連接實現(xiàn)的并聯(lián)液壓缸同步回路,.,并聯(lián)液壓缸同步回路,.,二、多缸順序動作控制回路1.行程控制實現(xiàn)順序動作的回路用行程換向閥控制的順序回路