液壓與氣動技術(shù)第八章液壓基本傳動

1、12本章提要本章提要本章提要 本章介紹液壓基本回路，這些回路主要包括： 調(diào)速回路(包括節(jié)流調(diào)速回路和容積調(diào)速回路)快速運動回路同步回路順序回路平衡回路和卸荷回路 熟悉和掌握這些基本回路的組成、工作原理及應(yīng)用，是分析、設(shè)計和使用液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)。注意注意3 快速運動回路快速運動回路的功用在于使執(zhí)行元件獲得盡可能大的工作速度，以提高勞動生產(chǎn)率并使功率得到合理的利用。實現(xiàn)快速運動可以有幾種方法。 這里僅介紹液壓缸差動連接的快速運動液壓缸差動連接的快速運動回路回路和雙泵供油的快速運動回路。雙泵供油的快速運動回路。4 換向閥2處于原位時，液壓泵1輸出的液壓油同時與液壓缸3的左右兩腔相通，兩腔壓力相等。由于

2、液壓由于液壓缸無桿腔的有效面積缸無桿腔的有效面積A1A1大大于有桿腔的有效面積于有桿腔的有效面積A2A2，使活塞受到的向右作用力大于向左的作用力，導(dǎo)致活塞向右運動。圖圖8.1 8.1 液壓缸差動連接的快速運動回路液壓缸差動連接的快速運動回路5 于是無桿腔排出的油液與泵1輸出的油液合流進(jìn)入無桿腔，即在不增加泵流量的前提下增加了供給無桿腔的油液量，使活塞快速向右運動。 圖圖8.1 8.1 液壓缸差動連接的快速運動回路液壓缸差動連接的快速運動回路6 這種回路比較簡單也比較經(jīng)濟(jì)，但液壓缸的速度加快有限，差動連接與非差動連接的速度之比為:)(21111AAA 有 時 仍 不 能滿足快速運動的要求，常常要

3、求和其它方法（如限壓式變量泵）聯(lián)合使用。 圖圖8.1 8.1 液壓缸差動連接的快速運動回路液壓缸差動連接的快速運動回路7 當(dāng)換向閥6處于圖示位置，并且由于外負(fù)載很小，使系統(tǒng)壓力低于順序閥3的調(diào)定壓力時，兩個泵同時向系統(tǒng)供油，活塞快速向右運動； 圖圖8.2雙泵供油的快速運動回路雙泵供油的快速運動回路 設(shè)定雙泵供油時設(shè)定雙泵供油時系統(tǒng)的最高工作系統(tǒng)的最高工作壓力壓力低壓大流量泵低壓大流量泵1 1和高壓和高壓小流量泵小流量泵2 2組成的雙聯(lián)組成的雙聯(lián)泵作為系統(tǒng)的動力源。泵作為系統(tǒng)的動力源。 8 換向閥6的電磁鐵通電后, 缸有桿腔經(jīng)節(jié)流閥7回油箱，達(dá)到達(dá)到順序閥順序閥3 3的調(diào)定壓力的調(diào)定壓力后后,

4、,大流量泵大流量泵1 1通過閥通過閥3 3卸荷卸荷, ,單向閥單向閥4 4自動自動關(guān)閉關(guān)閉, ,只有小流量泵只有小流量泵2 2單獨向系統(tǒng)供油單獨向系統(tǒng)供油,活塞慢速向右運動. 設(shè)定小流量泵設(shè)定小流量泵2 2的最高的最高工作壓力工作壓力 注意注意：順序閥：順序閥3 3的的調(diào)定壓力至少應(yīng)比調(diào)定壓力至少應(yīng)比溢流閥溢流閥5 5的調(diào)定壓力的調(diào)定壓力低低10%-20%10%-20%。 9 設(shè)定小流量泵設(shè)定小流量泵2 2的最高的最高工作壓力工作壓力 注意注意：順序閥：順序閥3 3的的調(diào)定壓力至少應(yīng)比調(diào)定壓力至少應(yīng)比溢流閥溢流閥5 5的調(diào)定壓力的調(diào)定壓力低低10%-20%10%-20%。 大流量泵1的卸荷減少

5、了動力消耗，回路效率較高。這種回路常用在執(zhí)行元件快進(jìn)和工進(jìn)速度相差較大的場合，特別是在機床中得到了廣泛的應(yīng)用。10 液壓系統(tǒng)常常需要調(diào)節(jié)的運動速度，以適應(yīng)主機的工作循環(huán)需要。液壓缸的速度為： Aq 液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速: MVqn 式中 q 輸入液壓缸或液壓馬達(dá)的流量； A 液壓缸的有效面積（相當(dāng)于排量）； VM 液壓馬達(dá)的每轉(zhuǎn)排量。 11 由以上兩式可以看出，要控制缸和馬達(dá)的速度，可以通過改變流入流量來實現(xiàn)，也可以通過改變排量來實現(xiàn)。 對于液壓缸來說，通過改變其有效作用面積A（相當(dāng)于排量）來調(diào)速是不現(xiàn)實的，一般只能用改變流量的方法來調(diào)速。 對變量馬達(dá)來說，調(diào)速既可以改變流量，也可改變馬達(dá)排量。12

6、目前常用的調(diào)速回路主要有以下幾種： (1)(1)節(jié)流調(diào)速回路節(jié)流調(diào)速回路 采用定量泵供油，通過改變回路中節(jié)流面積的大小來控制流量，以調(diào)節(jié)其速度。 (2)(2)容積調(diào)速回路容積調(diào)速回路 通過改變回路中變量泵或變量馬達(dá)的排量來調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的運動速度。 (3)容積節(jié)流調(diào)速回路（聯(lián)合調(diào)速）容積節(jié)流調(diào)速回路（聯(lián)合調(diào)速） 下面主要討論節(jié)流調(diào)速回路節(jié)流調(diào)速回路和容積調(diào)速回路容積調(diào)速回路。 節(jié)流調(diào)速回路有，旁路節(jié)流調(diào)速旁路節(jié)流調(diào)速三種基本形式。13V圖8.3進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路 進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路正常工作的條件:泵的出口壓力為溢流閥的調(diào)定壓力并保持定值。注注意意 節(jié)流閥串聯(lián)在泵和缸之間14（1 1）速度負(fù)載特性）

7、速度負(fù)載特性 當(dāng)不考慮泄漏和壓縮時，活塞運動速度為： 11Aq(8.1) 活塞受力方程為： 11AFp 缸的流量方程為： mTTpCAq)(1mpTppCAq)(11 =mpTAFpCA)(1p2 液壓缸回油腔壓力，p20。 F 外負(fù)載力； 式中：15 于是 mpmTFApACAAq)(11111(8.4)式中C 與油液種類等有關(guān)的系數(shù)；AT 節(jié)流閥的開口面積；Tp1ppppT節(jié)流閥前后的壓強差，m 為節(jié)流閥的指數(shù)；當(dāng)為薄壁孔口時，m =0.5。16mpmTFApACAAq)(11111(8.4) 式 (8.4)為進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路的速度負(fù)載特性方程。以v為縱坐標(biāo),FL為橫坐標(biāo)，將式(8.4)

8、按不同節(jié)流閥通流面積AT作圖，可得一組拋物線，稱為進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路的速度負(fù)載特性曲線。17mpmTFApACAAq)(11111圖8.4 進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路速度負(fù)載特性曲線 100minmaxmaxcR18（2 2）功率特性）功率特性 圖8.3中，液壓泵輸出功率即為該回路的輸入功率為： pppqpPFFP11111qpAq 回路的功率損失為： 111qpqpPPPppp11)()(qppqqpTpp=1qpqpTp=而缸的輸出功率為： 19 式中 溢流閥的溢流量, 。 q1qqqp 進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路的功率損失由兩部分組成：溢流功率損失 和節(jié)流功率損失 qpPp112qpPT1qpqpPTp

9、pqpqpPPPppp11(8.6)V20 圖8.5回油路節(jié)流調(diào)速回路采用同樣的分析方采用同樣的分析方法可以得到與進(jìn)油法可以得到與進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路相路節(jié)流調(diào)速回路相似的速度負(fù)載特性似的速度負(fù)載特性.mpmFApACAT)(112 節(jié)流閥串聯(lián)在節(jié)流閥串聯(lián)在液壓缸的回油路上液壓缸的回油路上，21進(jìn)油路和回油路節(jié)流調(diào)速的比較進(jìn)油路和回油路節(jié)流調(diào)速的比較 回油節(jié)流調(diào)速能承受一定的負(fù)值負(fù)載 回油節(jié)流調(diào)速回路運動平穩(wěn)性好。 進(jìn)油節(jié)流調(diào)速的油液發(fā)熱會使缸的內(nèi)外泄漏增加； 回油節(jié)流調(diào)速回路中重新啟動時背壓不能立即建立，會引起瞬間工作機構(gòu)的前沖現(xiàn)象。 進(jìn)油路、回油路節(jié)流調(diào)速回路結(jié)構(gòu)簡單，但效率較低，只宜用在負(fù)

10、載變化不大，低速、小功率場合，如某些機床的進(jìn)給系統(tǒng)中。 22 圖8.6 旁油路節(jié)流調(diào)速回路 節(jié)流閥裝在與節(jié)流閥裝在與液壓缸并聯(lián)的支液壓缸并聯(lián)的支路上，利用節(jié)流路上，利用節(jié)流閥把液壓泵供油閥把液壓泵供油的一部分排回油的一部分排回油箱實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)箱實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)溢流閥作安全閥用，溢流閥作安全閥用，液壓泵的供油壓力液壓泵的供油壓力P Pp p取決于負(fù)載取決于負(fù)載。 23（1 1）速度負(fù)載特性）速度負(fù)載特性 考慮到泵的工作壓力隨負(fù)載變化，泵的輸出流量qp應(yīng)計入泵的泄漏量隨壓力的變化 ,采用與前述相同的分析方法可得速度表達(dá)式為： pq式中 qpt泵的理論流量； k泵的泄漏系數(shù)，其余符號意義同前。 1)()

11、(11111AAFCAAFkqvAqqqAqvmTptptp(8.8)24（2 2）功率特性）功率特性 回路的輸入功率ppqpP1 回路的輸出功率11111qpApFP回路的功率損失 qpqpqpPPPpp11111回路效率 ppqqqpqpPPp11111旁路節(jié)流調(diào)速只有節(jié)旁路節(jié)流調(diào)速只有節(jié)流損失，無溢流損失流損失，無溢流損失，功率損失較小。 注意注意:節(jié)流調(diào)速回路速度負(fù)載特性比較軟，變載荷下的運動平穩(wěn)性比較差。為了克服這個缺點，回路中的節(jié)流閥可用調(diào)速閥來代替。 用于功率較大且對速度穩(wěn)定性要求不高的場合25 容積調(diào)速回路有泵泵- -缸式回路缸式回路和泵泵- -馬達(dá)式回馬達(dá)式回路路。這里主要介

12、紹泵-馬達(dá)式容積調(diào)速回路。 馬達(dá)為定量,改變泵排量VP可使馬達(dá)轉(zhuǎn)速nM隨之成比例地變化.26 圖8.7變量泵-定量馬達(dá)容積調(diào)速回路 防止回路過載 補償泵3和馬達(dá)5的泄漏 調(diào) 定 油 泵 1的供油壓力輔助泵使低壓輔助泵使低壓管路始終保持管路始終保持一定壓力一定壓力, , 改改善了主泵的吸善了主泵的吸油條件油條件, ,且可且可置換部分發(fā)熱置換部分發(fā)熱油液油液, ,降低系降低系統(tǒng)溫升。統(tǒng)溫升。27 圖8.7變量泵-定量馬達(dá)容積調(diào)速回路 圖8.8變量泵-定量馬達(dá)容積調(diào)速回路 工作特性曲線 防止 回路過載 補償泵3和馬達(dá)5的泄漏 調(diào) 定 油 泵 1的供油壓力2829 。 53874630 同步運動包括速

13、度同步和位置同步兩類。速度同步是指各執(zhí)行元件的運動速度相同；而位置同步是指各執(zhí)行元件在運動中或停止時都保持相同的位移量。 圖8.13用機械聯(lián)結(jié)的同步回路 31 圖8.13用機械聯(lián)結(jié)的同步回路 由于機械零件在制造，安裝上的誤差，同步精度不高。同時，兩個液壓缸的負(fù)載差異不宜過大，否則會造成卡死現(xiàn)象。 這種同步回路是用剛性梁這種同步回路是用剛性梁齒輪齒輪齒條等機械零件在兩個液齒條等機械零件在兩個液壓缸的活塞桿間實現(xiàn)剛性聯(lián)結(jié)壓缸的活塞桿間實現(xiàn)剛性聯(lián)結(jié)以便來實現(xiàn)位移的同步。以便來實現(xiàn)位移的同步。 32 這種同步回路結(jié)這種同步回路結(jié)構(gòu)簡單，但是兩個調(diào)構(gòu)簡單，但是兩個調(diào)速閥的調(diào)節(jié)比較麻煩速閥的調(diào)節(jié)比較麻煩,

14、 ,而且還受油溫而且還受油溫 泄漏等泄漏等的影響故同步精度不的影響故同步精度不高高, ,不宜用在偏載或負(fù)不宜用在偏載或負(fù)載變化頻繁的場合。載變化頻繁的場合。 圖8.14 用調(diào)速閥的同步回路 33 圖8.15用串聯(lián)液壓缸的同步回路 當(dāng)兩缸同時下行時當(dāng)兩缸同時下行時, ,若缸若缸5 5活塞先到達(dá)行程端點活塞先到達(dá)行程端點, ,則擋塊則擋塊壓下行程開關(guān)壓下行程開關(guān)1S1S，電磁鐵，電磁鐵3YA3YA得電得電, ,換向閥換向閥3 3左位投入工作左位投入工作, ,壓力油經(jīng)換向閥壓力油經(jīng)換向閥3 3和液控單向和液控單向閥閥4 4進(jìn)入缸進(jìn)入缸6 6上腔上腔, ,進(jìn)行補油進(jìn)行補油, ,使使其活塞繼續(xù)下行到達(dá)行

15、程端點，其活塞繼續(xù)下行到達(dá)行程端點，從而消除累積誤差。從而消除累積誤差。 這種回路同步精度較高,回路效率也較高.注意:回路中泵的供油壓力至少 是兩個液壓缸工作壓力之和。34圖8.16 用同步馬達(dá)的同步回路 兩個馬達(dá)軸剛性連接，兩個馬達(dá)軸剛性連接，把等量的油分別輸入兩個尺把等量的油分別輸入兩個尺寸相同的液壓油缸中，使兩寸相同的液壓油缸中，使兩液壓缸實現(xiàn)同步液壓缸實現(xiàn)同步。消除行程端點兩缸的位置誤差35 順序動作回路，根據(jù)其控制方式的不同，分為、和三類，這里只對前兩種進(jìn)行介紹。 36圖8.17 用行程開關(guān)和電磁閥配合的順序回路 首先按動啟動按鈕，使電磁鐵1YA得電，壓力油進(jìn)入油缸3的左腔, 使活塞

16、按箭頭1所示方向向右運動。 動作動作137 活塞桿上的擋塊壓下行程開關(guān)6S后,通過電氣上的連鎖使1YA斷電，3YA得電.油缸3的活塞停止運動，壓力油進(jìn)入油缸4的左腔,使其按箭頭2所示的方向向右運動; 動作動作238當(dāng)活塞桿上的擋塊壓下行程開關(guān)8S,使 3 Y A 斷電,2YA得電，壓力油進(jìn)入缸3的右腔,使其活塞按箭頭3所示的方向向左運動； 動作動作339 當(dāng)活塞桿上的擋塊壓下行程開關(guān)5,使2YA斷電,4YA得電,壓力油進(jìn)入油缸4右腔,使其活塞按箭頭4的方向返回. 當(dāng)擋塊壓下行程開關(guān)7S時,4YA斷電,活塞停止運動,至此完成一個工作循環(huán)。 40按啟動按鈕，1YA得電，閥1左位工作，液壓缸7的活塞

17、向右移動，實現(xiàn)動作順序1;動作動作141到右端后，缸7左腔壓力上升，達(dá)到壓力繼電器3的調(diào)定壓力時發(fā)訊，1YA 斷電，3YA得電，閥2左位工作，壓力油進(jìn)入缸8的左腔，其活塞右移，實現(xiàn)動作順序2；動作動作242 到 行 程 端點后，缸8左腔壓力上升，達(dá)到壓力繼電器5的調(diào)定壓力時發(fā)訊，3YA斷電，4YA得電, 閥2右位工作，壓力油進(jìn)入缸8的右腔，其活塞左移，實現(xiàn)動作順序3; 動作動作343到行程端點后，缸8右腔壓力上升，達(dá)到壓力繼電器6的調(diào)定壓力時發(fā)訊，4YA斷電，2YA得電,閥1右位工作，缸7的活塞向左退回，實現(xiàn)動作順序4。動作動作444到左端后，缸7右端壓力上升，達(dá)到壓力繼電器4的調(diào)定壓力時發(fā)訊

18、，2YA斷電，1YA得電，閥1左位工作，壓力油進(jìn)入缸7左腔，自動重復(fù)上述動作循環(huán)，直到按下停止按鈕為止。循環(huán)至動作循環(huán)至動作145 為了防止立式液壓缸與垂直運動的工作部件由于自重而自行下落造成事故或沖擊，可以采用平衡回路。 圖8.19 用單向順序閥的平衡回路 146 調(diào)節(jié)單向順序閥1的開啟壓力,使其稍大于立式液壓缸下腔的背壓.活塞下行時,由于回路上存在一定背壓支承重力負(fù)載,活塞將平穩(wěn)下落;換向閥處于中位時,活塞停止運動. 圖8.19 用單向順序閥的平衡回路 1 此處的單向順序閥又稱為平衡閥4748 當(dāng)系統(tǒng)中執(zhí)行元件短時間工作時,常使液壓泵在很小的功率下作空運轉(zhuǎn).這種卸荷可以減少液壓泵磨損，降低功率消耗，減小溫升。卸荷的方式有兩類，一類是執(zhí)行元件不需要保持壓力另一類是執(zhí)行元件需要保持壓力