液壓傳動與控制-液壓基本回路

第七章液壓基本回路液壓與液力傳動基本概念--1.液壓傳動裝置-液體為介質(zhì)，依靠處在密閉容器內(nèi)的液體壓力來傳遞能量的裝置，稱為液壓傳動裝置。2.液壓系統(tǒng)-整套傳動裝置的系統(tǒng)，稱為液壓傳動系統(tǒng)，簡稱為液壓系統(tǒng)。

液壓系統(tǒng)雖然比較復雜，但是它總不外乎是由一些基本回路所組成。3.基本回路-由若干個液壓元件組成并且能夠完成某些特定功能的典型（簡單）油路。特定功能-能完成調(diào)節(jié)速度、調(diào)整工作壓力、變換運動速度、改變執(zhí)行機構(gòu)的運動方向等工作。4.按作用液壓基本回路分為-壓力控制回路、方向控制回路、速度控制回路。§7-1方向控制回路方向控制回路的作用-用來控制液壓系統(tǒng)各條油路中油流的接通、切斷或改變流向，從而使各執(zhí)行機構(gòu)按照需要相應作出啟動、停止或切換等一系列動作。常用的方向控制回路有:一、換向回路其作用是-變換執(zhí)行機構(gòu)的運動方向。對執(zhí)行機構(gòu)的換向，要求具有良好的平穩(wěn)性和靈敏性。在換向過程中，運動部件的速度變化有三個階段：制動階段—從某種工作速度減至零速；停滯階段—短暫的過渡停頓；起動階段—又從零速反向加速至所需的工作速度。其中制動階段和起動階段所產(chǎn)生的液壓沖擊對換向平穩(wěn)性具有決定的影響，停滯階段主要是閥內(nèi)封油區(qū)和運動慣性所造成的滯后現(xiàn)象，封油長度不足則泄漏過甚，但太長則對換向靈敏性有妨礙。1.利用換向閥組成的換向回路該回路用于開式系統(tǒng)。2.利用雙向變量泵組成的換向回路在閉式系統(tǒng)中，可利用雙向泵供應方式來操縱執(zhí)行機構(gòu)的換向。二、鎖緊回路該回路用于執(zhí)行機構(gòu)停止在某個位置上，并使它較長時間可靠鎖緊在該位置，而不發(fā)生漂移或串動的一種回路。1.利用換向閥滑閥機能為O或M型

-組成的鎖緊回路（見下圖）利用換向閥滑閥機能為O或M型–組成的鎖緊回路2.利用液壓鎖組成的鎖緊三、浮動回路其作用是把執(zhí)行機構(gòu)的進油口與回油口連通，自行循環(huán)，或同時接通油箱，使系統(tǒng)處于無約束的浮動狀態(tài)。

（見附圖或下圖）

§7-2壓力控制回路壓力控制回路作用-借助于各種壓力控制元件來控制液壓系統(tǒng)中各條油路的工作壓力，以求達到能夠滿足各執(zhí)行機構(gòu)所需的力或力矩，能合理使用功率及保證安全等。常見的壓力控制回路有-調(diào)壓回路、限壓回路、卸荷回路、保壓回路、增壓回路、減壓回路、平衡回路、緩沖與補油回路等。一、限壓回路作用-限制液壓系統(tǒng)的額定工作壓力和最高工作壓力，保證系統(tǒng)的安全。二、調(diào)壓回路作用-系統(tǒng)有若干個工作壓力的需要，為滿足系統(tǒng)的需求，則有幾級工作壓力的限制。1.二級調(diào)壓回路

（下頁圖）圖中有兩個溢流閥，各自調(diào)整的壓力不同，但需要與其他閥配合使用。2.三級調(diào)壓回路圖中有三個溢流閥，各自調(diào)整的壓力不同，但需要與其他閥配合使用。

（動畫7-1多級調(diào)壓回路.swf）三、卸荷回路作用-當執(zhí)行機構(gòu)在短時間內(nèi)不工作時，一般不宜關(guān)閉原動機，因為頻繁啟動原動機和液壓泵，造成它們的磨損，壽命下降，若將液壓泵輸出的液體在低壓情況經(jīng)元件流回油箱中，可避免高壓下的能量損失，避免油溫升高帶來的影響，故應設計一個卸荷回路。卸荷-是指液壓泵輸出處于無負荷或在非常小的負荷下流回油箱。由功率N=pQ得知，理論上兩者任何一項近似于零，功率的損耗即接近于零。卸荷有流量卸荷方式、壓力卸荷方式兩種。流量卸荷一般用于變量泵系統(tǒng)，當變量泵的工作壓力高與某值時，輸出流量等于零，但這種方法易使泵處于高壓狀態(tài)，系統(tǒng)元件磨損嚴重，流量卸荷使用少。壓力卸荷-現(xiàn)在使用的都是壓力卸荷方式的卸荷回路。1.利用換向閥組成的卸荷回路

（1）用三位四通M型、H型組成的卸荷回路（2）用二位電磁鐵組成的卸荷回路

（附圖）這兩種方法簡單，但換向閥切換時會產(chǎn)生換向沖擊（液壓沖擊），僅適用于低壓、小流量（<40L/min）的系統(tǒng)中。2.電磁溢流閥組成的卸荷回路該回路適用于大流量的液壓系統(tǒng)中，電磁閥與溢流閥共閥體，選擇規(guī)格較大的閥。電磁溢流閥組成的卸荷回路

（動畫7-3先導型溢流閥卸載）回路.swf)3.利用復合泵組成的卸荷回路

（下圖）四、減壓回路在液壓系統(tǒng)中，有些局部機構(gòu)需要的工作壓力小于主油路的工作壓力，為滿足系統(tǒng)的要求，利用減壓閥的功能，組成減壓回路。常見的有-雙向減壓回路、單向減壓回路。1.雙向減壓回路（見下圖）

2.單向減壓回路3.分析減壓回路五、增壓回路使系統(tǒng)的局部油路或某個執(zhí)行元件獲得比液壓泵工作壓力高得多的壓力時,可采用增壓回路。

常用的有

雙向增壓回路、單向增壓回路。1.單向增壓回路

（課本P131圖6-4a）單向增壓回路-F1=p1S1F2=p2S2F1=F2p1S1=p2S2p2=(S1/S2)p2(S1/S2)=K>1

P2>p12.雙向增壓回路

（課本P131圖6-4b）六、緩沖、補油回路當液壓系統(tǒng)中的換向閥迅速換向或關(guān)閉回路時，執(zhí)行機構(gòu)突然停止工作或換向，運動部件和油液在慣性的作用會給系統(tǒng)帶來很大的沖擊。這種作用-一方面，會使局部油路(一腔)壓力急劇升高，超出工作壓力的若干倍，導致系統(tǒng)中的元件和管道發(fā)生噪聲、振動等破壞，危害系統(tǒng)的工作平穩(wěn)和安全。另一方面，由于封閉油路會造成另一腔出現(xiàn)真空，使系統(tǒng)產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象，引起系統(tǒng)噪聲、振動、爬行。為使系統(tǒng)安全、可靠，應考慮設置緩沖補油回路。常用的緩沖補油回路有：1.由兩個過載閥組成的緩沖補油回路

（見附圖）該回路簡單，適用于兩邊流量相等的系統(tǒng)。由兩個過載閥組成的緩沖補油回路-2.由四個單向閥和一個過載閥組成的緩沖補油回路該回路簡單，由于兩邊使用一個過載閥，只能調(diào)定一種壓力，故適用于兩邊油路的過載壓力調(diào)定壓力相同的系統(tǒng)中。

3.由兩個過載閥和兩個補油單向閥組成的緩沖補油回路

這種回路可根據(jù)各自的負載的大小分別調(diào)定過載壓力值，適應性好，應用比較普遍。

4.利用蓄能器組成的緩沖補油回路

蓄能器還可進行吸收泵的脈動，使執(zhí)行機構(gòu)工作更平穩(wěn)，但這種回路使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不緊湊。七、順序回路1.單向順序回路2.雙向順序回路八、平衡回路（見附圖）§7-3速度控制回路液壓系統(tǒng)中，除了必須滿足主機對力或力矩的要求外，還需要通過速度控制回路滿足其對執(zhí)行機構(gòu)運動速度的要求，如：一、調(diào)速回路液壓機械在工作中，經(jīng)常根據(jù)需要改變執(zhí)行機構(gòu)的運動速度，如重載慢速、輕載快速。調(diào)速、限速、制動、快速等。

實現(xiàn)機械速度調(diào)節(jié)的液壓回路稱調(diào)速回路。調(diào)速-是指原動機轉(zhuǎn)速或功率保持不變的條件下的調(diào)速。液壓缸的運動速度液壓馬達的轉(zhuǎn)速→→→↓從上兩式中得知，調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)的運動速度有兩種方法：（1）改變輸入執(zhí)行機構(gòu)工作腔的流量Q：①

改變液壓泵的供油量-采用變量泵或幾個定量泵組合；②利用定量泵與調(diào)節(jié)節(jié)流裝置來改變輸入的流量。（2）改變液壓馬達的排量q。調(diào)速回路有-節(jié)流調(diào)速回路有：容積調(diào)速回路有：進油節(jié)流調(diào)速、回油節(jié)流調(diào)速、旁路節(jié)流調(diào)速。有級調(diào)速回路無級調(diào)速回路（一）節(jié)流調(diào)速回路這種回路用于定量泵與定量執(zhí)行機構(gòu)組成的液壓系中。它是利用節(jié)流方法來調(diào)節(jié)主油路和旁油路（通油箱）的這兩條并聯(lián)油路的相對油阻，使一部分壓力油從旁路或溢流閥流回油箱中，從而減少進入執(zhí)行機構(gòu)的流量，實現(xiàn)調(diào)速。節(jié)流調(diào)速回路的特點：①結(jié)構(gòu)簡單，操作方便；②能獲得較低的運動速度；③壓力油通過節(jié)流口和旁路流回油箱有能量損失，導致系統(tǒng)發(fā)熱和效率降低；④適用于功率較小、非經(jīng)常性調(diào)速的液壓系統(tǒng)。該回路中用的調(diào)速元件為節(jié)流閥、調(diào)速閥。按調(diào)節(jié)元件的安裝位置有以下三種方式1.進油節(jié)流調(diào)速回路-利用節(jié)流閥的調(diào)速回路節(jié)流閥串聯(lián)在液壓泵和液壓缸之間,從液壓泵來的油經(jīng)過節(jié)流閥進入液壓缸工作腔。調(diào)節(jié)節(jié)流閥通流截面積，即可調(diào)節(jié)輸入液壓缸的流量，從而調(diào)節(jié)工作機構(gòu)的運動速度。多余的液壓油經(jīng)溢流閥流回油箱。

特點-工作過程中①泵的流量Q和泵供油壓力pB是不變的，帶動泵的電動機功率也是不變的；②流量Q和油壓pB

，卻按最高速度和最大負載來選擇；③當系統(tǒng)在低速、輕載下工作時，有相當大的一部分功率被損耗掉，損失的功率變成熱能使系統(tǒng)油溫升高；④由于液壓缸回油腔沒有背壓，所以運動平穩(wěn)性較差；⑤壓力油通過節(jié)流閥再進入液壓缸，油溫較高，泄漏較大，也會影響運動速度；⑥采用進口節(jié)流調(diào)速回路時，為了提高液壓缸活塞運動的平穩(wěn)性，常在回油中裝一個壓力為0.2~0.3MPa的背壓閥；⑦這種調(diào)速回路，調(diào)速范圍較大，但穩(wěn)定性較差，功率損失較大；⑧一般應用在功率較小，負載變化不大的機械裝置中。

2.出口（回油）節(jié)流調(diào)速回路-利用節(jié)流閥的調(diào)速回路節(jié)流閥接在回油路上的調(diào)速回路。泵供油壓力pB由溢流閥調(diào)節(jié)，調(diào)定后基本上保持不變。如不考慮泵到油缸一段油路上的壓力損失，可以認為進入液壓缸壓力與泵供油壓力相等。節(jié)流閥在回油路上形成局部液阻，因而在液壓缸回油腔產(chǎn)生背壓，其值決定于負載。p2也就是節(jié)流閥的進口油壓，節(jié)流閥的出口油壓為零。調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開口，即可調(diào)節(jié)從液壓缸流回油箱的流量，從而調(diào)節(jié)液壓缸的運動速度。泵輸出的多余油液從溢流閥溢回油箱。調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開口，即可調(diào)節(jié)從液壓缸流回油箱的流量，從而調(diào)節(jié)液壓缸的運動速度。泵輸出的多余油液從溢流閥溢回油箱。特點-進口節(jié)流調(diào)速的工作，情況和負載速度特性，完全適用于出口節(jié)流調(diào)速。由于液壓缸回油腔排出的油要經(jīng)過節(jié)流閥才回到油箱，節(jié)流閥的阻力給回油腔造成一反壓力。因此外界負載變化時可起緩沖作用，運動比較平穩(wěn)，且可防止突進。不管外界的工作負載和速度多么小，泵的輸出功率都是一樣的。因此效率不高，特別是小流量、輕載時效率更低。出口節(jié)流調(diào)速范圍大，運動較平穩(wěn)，但效率較低，它廣泛用于功率不大、有負值負載和負載變化較大，或要求運動平穩(wěn)性較高的液壓系統(tǒng)。3．旁路節(jié)流調(diào)速回路-利用節(jié)流閥的調(diào)速回路節(jié)流閥裝在旁路上，液壓泵輸出的油，分成兩路：一路進入液壓缸，另一路經(jīng)節(jié)流閥流回油箱。節(jié)流閥在這里起溢流作用。在正常情況下溢流閥不打開，沒有油經(jīng)溢流閥流向油箱。只有當系統(tǒng)過載時，溢流閥才打開，起安全保護作用。泵輸出壓力

pB

是不定值，它隨負載變化而變化，這是和上述兩種方法不同的。特點－

①節(jié)流閥開口為零時，液壓缸速度最大。隨著節(jié)流閥開口的增大，液壓缸速度逐漸減??；②當節(jié)流閥開口增大后液阻很小，液壓泵壓力就不會高，系統(tǒng)的承載能力將顯著減??；③這種回路，節(jié)流閥的開度不能過大，只能在小流量范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍小。從調(diào)速范圍、小流量穩(wěn)定性及承受負負載力等方面來看出口節(jié)流調(diào)速性能最好，進口節(jié)流調(diào)速次之，旁路式最差。節(jié)流調(diào)速的共同優(yōu)點是液壓系統(tǒng)簡單能在較大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速。共同缺點速度隨負載而變化，節(jié)流閥調(diào)速只能應用于負載變化不大的傳動系統(tǒng)中。低速、輕載時效率低，故節(jié)流調(diào)速回路限于用在功率不大，發(fā)熱限制不嚴的系統(tǒng)中。4.利用調(diào)速閥組成的調(diào)速回路（動畫7-7調(diào)速閥串聯(lián)速度換接回路.swf）（動畫7-8調(diào)速閥并聯(lián)速度換接回路.swf）5.利用換向閥的調(diào)速回路（二）容積調(diào)速回路容積調(diào)速回路是依靠改變液壓泵（或泵組）排量或液壓馬達（或馬達組）的有效排量來調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)的運動速度。由于容積調(diào)速方法沒有功率損失，系統(tǒng)傳動效率高，油液發(fā)熱少，溫升慢，調(diào)速范圍較大。

根據(jù)調(diào)速特性分有-有級容積調(diào)速回路、無級容積調(diào)速回路。1.有級容積調(diào)速回路特點-將若干個流量相等或不等的定量泵，或者排量相等或不等的液壓馬達，按需要適當?shù)募右越M合，即實現(xiàn)有級調(diào)速。（1）改變泵組聯(lián)接的有級容積調(diào)速A.應用順序閥改變泵組聯(lián)接組成的有級容積調(diào)速該系統(tǒng)是雙泵系統(tǒng)規(guī)格相同，通過回路壓力的大小自動變換兩泵的聯(lián)接狀態(tài)。低壓狀態(tài)（負載?。?，遠控順序閥關(guān)閉，泵1、2并聯(lián)，同時向系統(tǒng)供油，流量為兩泵之和。高壓狀態(tài)（負載大）時，回路壓力高，順序閥開啟，液壓泵2出口與泵1的進油口接通，向系統(tǒng)供油量減少（一半）系統(tǒng)低速工作。單向閥4、5是防止油液倒流。（見圖）應用順序閥改變泵組聯(lián)接組成的有級容積調(diào)速-B.應用合流閥改變泵組聯(lián)接的有級容積調(diào)速回路圖中閥3在此稱合流閥。當合流閥接通左位時，泵1和2單獨工作，分別經(jīng)各自的換向閥向各自的執(zhí)行機構(gòu)供油。此時各系統(tǒng)均為低速狀態(tài)。當合流閥接通右位時，則其中一個執(zhí)行機構(gòu)不工作，另一個執(zhí)行機構(gòu)快速工作，使泵1、2同時向一個機構(gòu)供油，調(diào)速范圍視兩泵流量而定。

C.泵組并聯(lián)調(diào)速系統(tǒng)（2）改變馬達組聯(lián)接的有級容積調(diào)速回路通過換接閥3改變馬達的聯(lián)接關(guān)系，泵是定量的。使雙馬達串并聯(lián)的有級調(diào)速回路2.無級容積調(diào)速回路特點：利用變量泵或變量馬達來進行速度調(diào)節(jié)。根據(jù)組成方式的不同分有三種：變量泵——定量馬達組合；定量泵——變量馬達組合；變量泵——變量馬達組合。（1）變量泵——定量馬達組合依靠改變變量泵1的輸出流量來調(diào)節(jié)定量液壓馬達或液壓缸2的運動速度。3是安全閥，只在系統(tǒng)過載時才打開。回路為閉式并通過單向閥4從副油箱補油。在這種調(diào)速回路中，變量泵的流量是根據(jù)執(zhí)行元件的運動速度要求需要多少流量就供給多少流量，沒有多余流量從溢流閥溢走。當不考慮管路損失時，泵的供油壓力等于執(zhí)行元件的工作壓力并由負載決定，隨負載的增減而增減，允許最大工作壓力由安全閥調(diào)定（2）定量泵——變量馬達組合如圖所示，定量泵1輸油量不變，改變變量液壓馬達2的排量qm，就可改變液壓馬達的轉(zhuǎn)速。3是安全閥，4是輔助泵，用以向系統(tǒng)補油。5為輔助泵的溢流閥，其壓力調(diào)得較低，使主泵吸油腔保持一定的壓力，防止空氣侵入，改善吸油特性。（3）變量泵——變量馬達組合該回路是由前兩個回路組成的，工作時是分段進行的：第一階段-先將液壓馬達的排量將其調(diào)定在至最大值，之后逐漸調(diào)整液壓泵的流量至最大值，此時液壓馬達轉(zhuǎn)速從最小逐漸上升到一值-稱其為過渡值；第二階段-將液壓泵的流量固定在最大值上，然后逐漸調(diào)小馬達的排量至最小，其速度由過渡值上升到最大值。

二、限速回路在一些機械工作時,為防止載荷或自重的重力作用下,在不加控制時,出現(xiàn)超速現(xiàn)象;在液壓馬達驅(qū)動的行走機構(gòu)下坡行駛時,由于機械本身自重的作用下,出現(xiàn)超速行駛,這樣易出現(xiàn)安全事故,故必須采取措施防止,應用限速回路來實現(xiàn).利用平衡閥的限速回路利用平衡閥的限速回路-三、制動回路為使運動著的工作機構(gòu)在任意需要的位置上停止下來，并防止其在停止后因外界影響而發(fā)生竄動，可采用制動回路。最簡單的方法是利用換向閥進行制動，如滑閥機能為M型或0型的換向閥，在它回復中位時，可切斷執(zhí)行元件的進回油路，使執(zhí)行元件迅速停止運動。大型裝卸機械工作機構(gòu)，如起重機吊鉤和裝載機動臂等常裝有自動限位器。

裝載機動臂油缸采用限位器制動的回路動臂在將鏟斗升舉到最高位置和下降至最低放平位置時，能自動限位制動。圖中的四位換向閥系靠鋼珠定位，當鏟斗移至限位點時碰觸開關(guān)，二位電磁閥換向接入壓縮空氣，將定位鋼珠壓回槽內(nèi)，四位換向閥便在彈簧作用下回復中位，切斷動臂油缸的回油路，于是動臂連同鏟斗一起被限位制動。起重機起升機構(gòu)所采用的常閉式液壓制動

四、順序（速度換接）回路1.利用順序閥組成的速度換接回路（動畫7-7