車輛液壓傳動與控制技術(shù)課件：液壓基本回路 -

上一頁下一頁【教學(xué)目標】通過本章的學(xué)習(xí)，熟悉三種液壓基本回路，掌握它們的組成結(jié)構(gòu)、工作原理、以及功能作用，做到會分析常用工程液壓回路，并能用本章知識來解決一些實際問題。

液壓基本回路【教學(xué)要求】知識要點能力要求相關(guān)知識壓力控制回路了解壓力控制回路的四種基本形式，掌握它們的功用調(diào)壓回路、增壓和減壓回路、卸荷回路、順序回路各自的組成，功用以及適用場所速度控制回路掌握調(diào)速回路、限回路、制動回路、速度換接回路和同步回路等速度控制回路的組成以及工作特性調(diào)速回路、限速回路、制動回路、速度換接回路和同步回路各自的工作特性及適用范圍方向控制回路熟悉換向回路、鎖緊回路以及浮動回路換向回路、鎖緊回路以及浮動回路導(dǎo)入案例7.1壓力控制回路7.2速度控制回路7.3方向控制回路本章小結(jié)液壓基本回路

圖7.1為液壓元件組合成的簡單液壓系統(tǒng)，用這些元件就可以實現(xiàn)—控制液壓缸的運動方向(方向控制閥)—控制液壓缸的運動速度(流量控制閥)—限制液壓缸的負荷(溢流閥)—防止系統(tǒng)在靜止時通過液壓泵完全卸荷(單向閥)—防止液壓泵停止時,帶載液壓缸的回縮(單向閥）

導(dǎo)入案例

圖7.1液壓系統(tǒng)中的液壓元件1.調(diào)壓回路圖7.2所示為變量泵與溢流閥組成的限壓回路。系統(tǒng)正常工作時溢流閥關(guān)閉，系統(tǒng)壓力由負載決定；當負載壓力超過溢流閥的開啟壓力時，溢流閥打開，這時系統(tǒng)壓力為最大值。此處溢流閥起限壓、安全作用。圖7.2限壓回路7.1壓力控制回路1）限壓回路當液壓系統(tǒng)調(diào)壓范圍較大或工作機構(gòu)需要兩種或兩種以上不同工作壓力時，需要采用多級調(diào)壓回路。

圖7.34多級調(diào)壓回路（a）二級調(diào)壓；（b）三級調(diào)壓2）多級調(diào)壓回路有些執(zhí)行機構(gòu)在某一工作階段需要液壓泵卸荷，或當系統(tǒng)壓力變動時，為保持執(zhí)行機構(gòu)穩(wěn)定的壓力，可在液壓系統(tǒng)中設(shè)置保壓回路。圖7.5自動補油保壓回路1-液壓泵；2-溢流閥；3-換向閥；4-液控單向閥；5-電接點式壓力表；6-液壓缸3）保壓回路2.增壓和減壓回路增壓回路是用來提高液壓系統(tǒng)局部工作壓力以便獲得高于液壓泵供油壓力的回路。圖7.6增壓回路1-液壓泵；2-溢流閥；3-換向閥；4-增壓器；5-油箱；6-單向閥；7-液壓缸1）增壓回路當多執(zhí)行機構(gòu)系統(tǒng)中某一支油路需要穩(wěn)定或低于主油路的壓力時，可在系統(tǒng)中設(shè)置減壓回路。一般在所需的支路上串聯(lián)減壓閥即可得到減壓回路。

圖7.7減壓回路（a）單級減壓；（b）二級減壓1-換向閥；2-單向減壓閥；3、4-液壓缸；5、7-溢流閥；6-減壓閥；8-二位二通換向閥2）減壓回路3.卸荷回路當液壓系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)短時間停止工作或者停止運動時，為了減少損失，應(yīng)使泵在空載(或輸出功率很小)的工況下運行。這種工況稱為卸荷，這樣既能節(jié)省功率損耗，又可延長泵和電機的使用壽命，圖7.8所示為幾種卸荷回路。圖7.8卸荷回路（a）換向閥式卸荷回路；（b）二位二通閥式卸荷回路；（c）先導(dǎo)溢流閥式卸荷回路4.順序回路順序回路是實現(xiàn)多個執(zhí)行機構(gòu)按規(guī)定的順序依次動作的回路，按控制原理可分為壓力控制、行程控制和時間控制三大類。

1）壓力控制順序回路圖7.9順序閥控制的順序回路1-換向閥；2、4-順序閥；3、5-單向閥；6、7-液壓缸圖7.9為順序閥構(gòu)成的壓力控制順序回路。換向閥1圖示位置時，液壓缸6左腔進油，這時順序閥4關(guān)閉，液壓虹6右行到位后，遂使系統(tǒng)壓力升高，順序閥4開啟，液壓缸7的活塞右行直至到位；當換向閥l電磁鐵通電時，液壓缸7左行到位后，這時系統(tǒng)壓力升高，順序閥2開啟，液壓缸6活塞左行直至到位。這樣完成了從①②③④工序的順序動作。圖7.10為由壓力繼電器控制的壓力順序回路。1DT通電，液壓缸5右行到位后，系統(tǒng)壓力升高，壓力繼電器3發(fā)出信號，使3DT通電，液壓缸活塞右行直至到位；當1DT、3DT斷電，4DT通電時，液壓缸6活塞先左行到位，遂使系統(tǒng)壓力升高，壓力繼電器4發(fā)出信號，使2DT通電，液壓缸5活塞左行直至到位，這樣實現(xiàn)了從①②③④工序的順序動作。為了防止繼電器誤發(fā)信號，一般壓力繼電器的調(diào)定壓力應(yīng)比先一動作最高壓力高出0.3~0.5MPa，且應(yīng)比溢流閥的調(diào)定壓力值至少低0.3~0.5MPa。壓力繼電器控制的順序回路可靠性差，只宜用于負載變化不大的場合，且同一系統(tǒng)中壓力繼電器不宜用得過多。圖7.10壓力繼電器控制的順序回路1、2-換向閥；3、4-壓力繼電器；5、6-液壓缸2）行程控制順序回路圖7.11為行程閥控制的順序回路。當電磁鐵1DT通電時，液壓缸A活塞向右運動，當運動到一定位置時，壓下行程閥閥芯，使液壓缸B活塞問右運動直至到位；當1DT斷電時，液壓缸A活塞向左運動，直至撞塊脫離行程閥閥芯后，行程閥復(fù)位，液壓缸B活塞向左運動，這樣完成了從1234工序的順序功作。這種回路工作可靠，但順序動作一旦確定，再改變較困難。圖7.11行程閥控制的順序回路3）時間控制順序回路時間控制一般由延時閥實現(xiàn)，使一個執(zhí)行機構(gòu)開始動作后，經(jīng)過規(guī)定的時間，另一執(zhí)行機構(gòu)才開始工作。圖7.12所示為延時閥。它由二位三通液動換向閥和單向節(jié)流閥組成。當1腔與壓力油接通，閥芯向右移動，閥芯右端的油液經(jīng)節(jié)流閥排出，使1、2兩腔接通。調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開口度，即可改變接通1、2兩腔所需的時間。圖7.12延時閥圖7.13所示為延時閥控制的順序回路。1DT通電時，液壓缸6左腔進油，液壓缸6活塞向右運動，同時1腔進入壓力油，使延時閥閥芯右移，經(jīng)調(diào)定時間后，1腔與2腔接通，液壓缸7左腔開始進油，其活塞向右運動；當1DT斷電，2DT通電時，液壓缸6、7的活塞同時返回，同時壓力油經(jīng)單向閥推動延時閥閥芯左移，使1、2兩腔斷開，閥芯恢復(fù)到原位。這樣實現(xiàn)了①②的順序動作。這種延時閥的調(diào)定時間易受油溫影響，很少單獨使用，一般多采用行程-時間控制。圖7.13延時閥控制的順序回路1、2、3、4-延時閥的4個油口；5-換向閥；6、7-液壓缸7.2速度控制回路速度控制回路往往是液壓系統(tǒng)中的核心部分，它工作的好壞對液壓系統(tǒng)的性能起著重要的作用。速度控制回路主要包括調(diào)速回路、限速回路、制動回路、速度換接回路和同步回路等。1.調(diào)速回路調(diào)速回路是用來調(diào)節(jié)執(zhí)行元件工作速度的回路。它在很多液壓系統(tǒng)中起決定性的作用。調(diào)速回路主要包括：節(jié)流調(diào)速回路、容積調(diào)速回路。調(diào)速回路應(yīng)滿足如下條件：①調(diào)速范圍滿足執(zhí)行元件對速度的要求，并在該范圍內(nèi)能平穩(wěn)的實現(xiàn)無級調(diào)速。②速度剛度當負載變化時，工作部件的調(diào)定速度不變或變化較小，即速度剛度好。③回路效率回路功率損耗要小，即發(fā)熱少，效率高。1）節(jié)流調(diào)速回路節(jié)流調(diào)速回路是通過改變流量控制閥節(jié)流口的大小，以調(diào)節(jié)通過流量閥的流量，實現(xiàn)對執(zhí)行元件速度的調(diào)節(jié)。它主要由定量泵、溢流閥、流量控制閥和定量式執(zhí)行元件等組成。（1）進油路節(jié)流調(diào)速回路圖7.14進油路節(jié)流調(diào)速回路原理圖（a）原理簡圖；（b）速度負載特性曲線即進入液壓缸左腔的流量為a速度負載特性調(diào)速回路中執(zhí)行元件的工作速度與負載之間的關(guān)系，稱為速度負載特性活塞運動速度受負載影響的大小，可用速度剛度表示。它定義為速度負載特性曲線上某點處斜率的負倒數(shù)，即（7-2）從式（7-3）可看出，當節(jié)流閥開口度調(diào)定后，負載愈小，速度剛度愈大，即速度穩(wěn)定性越好，當負載一定時，節(jié)流閥通流面積AT

越小，速度剛度也越大，另外，提高溢流閥的調(diào)定壓力，增大液壓缸的有效工作面積A1或減小節(jié)流閥指數(shù)m，都能提高速度剛度但這些參數(shù)受到閥的結(jié)構(gòu)、負載工作要求的限制。由式（7-1）、（7-2）得（7-3）回路功率損失為b功率特性和回路效率液壓泵的輸出功率為若忽略執(zhí)行元件的泄漏、摩擦及管路壓力損失，其有效功率為=有效功率N1和節(jié)流損失隨速度線性v增加，而溢流損失隨線性v減小。當執(zhí)行機構(gòu)的負載不變時，則其功率速度曲線如圖7.15所示。

圖7.15節(jié)流閥進油路節(jié)流調(diào)速回路在負載恒定時的功率速度曲線上式說明越大，效率越高；越大，效率也越高。一般0.2~0.3MPa，節(jié)流閥才能正常工作?；芈沸蕿椋?-7）（2)回油路節(jié)流調(diào)速回路圖7.17回油路節(jié)流調(diào)速回路原理圖活塞的運動速度為回路速度剛度為（7-9）（7-10）泵的輸出功率為

回油路節(jié)流調(diào)速回路能承受“負方向”的負載（即與活塞運動方向相同的負裁），而進油路節(jié)流調(diào)速回路不能承受“負方向”的負載。在回油路節(jié)流調(diào)速回路中，液壓缸回油腔的背壓是一種阻尼力，此力不但有限速作用，且對運動部件的振動有抑調(diào)作用，有利于提高執(zhí)行元件的運動平穩(wěn)性。另外，回油路節(jié)流調(diào)通回路中，通過節(jié)流閥的油液流回油箱，有利于系統(tǒng)散熱。執(zhí)行元件的有效功率功率損失（7-11）（7-12）（7-13）（3)旁路節(jié)流調(diào)速回路圖7.18旁路節(jié)流調(diào)速回路原理圖活塞的運動速度為當負載F不變時，節(jié)流閥通流面積AT越小，速度剛度越好；當AT調(diào)定后，負載F越大，速度剛度越好。另外，增大活塞承壓面積A1，減小節(jié)流閥指數(shù)m，或減小流量系數(shù)C都能提高速度剛度。圖7.19旁路節(jié)流調(diào)速回路的速度負載特性曲線其速度剛度為

a速度負載特性和速度剛度液壓泵的輸出功率Np隨負載變化而變化，即b功率特性和回路效率功率損失顯然只有節(jié)流損失執(zhí)行元件的有效功率則回路效率為調(diào)速閥進油節(jié)流調(diào)速回路:

其中溢流閥的調(diào)定壓力是根據(jù)最大負載、管路和其它閥的壓力損失、調(diào)速閥所必需的最小壓差來調(diào)節(jié)的。由于定差減壓閥的調(diào)節(jié)作用，當負載在一定范圍內(nèi)變化時，使節(jié)流閥節(jié)流口兩端的壓差為恒值，不隨負載的變化而變化，所以Q1基本不變，活塞的運動速度v

不受負載變化的影響保持不變，共速度負載特性如圖b所示。（4)采用調(diào)速閥的節(jié)流調(diào)速回路2）容積調(diào)速回路容積調(diào)速回路主要由變量泵或變量馬達和安全閥等組成，它通過改變變量泵或變量馬達的排量來實現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)。容積調(diào)速回路具有效率高(因為既無節(jié)流損失又無溢流損失)，溫升小的特點，可以組成閉式回路。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，一般用于功率較大或?qū)Πl(fā)熱有嚴格要求的系統(tǒng)。容積調(diào)速回路通常有三種基本形式：變量泵和定量執(zhí)行元件組成的容積調(diào)速回路，定量泵和變量馬達組成的容積調(diào)速回路，變量泵和變量馬達組成的容積調(diào)速回路。（1)變量泵和定量執(zhí)行元件組成的調(diào)速回路a變量泵和液壓缸組成的容積調(diào)速回路圖7.22泵—缸組成的開式容積調(diào)速回路原理圖若不計液壓泵以外元件的泄漏，活塞的運動速度為

（7-20）泵—缸式開式容積調(diào)速回路（7-21）速度剛度圖7.23泵—缸式容積調(diào)速回路的速度負載特性當泵的理論流量較小時，會出現(xiàn)活塞停止運動的現(xiàn)象，這是由于泵的理論流量等于泵的泄漏量的緣故，所以這種回路的低速承載能力差。圖7.24變量泵和定量馬達組成的調(diào)速回路1-補油泵；2-單向閥；3-變量泵；4-安全閥；5-定量馬達；6-低壓溢流閥指馬達的輸出轉(zhuǎn)速隨變量泵排量變化的關(guān)系曲線。忽略回路中的泄漏損失，馬達的轉(zhuǎn)速為

（7-22）速度特性扭矩特性和功率特性指液壓馬達的輸出扭矩和功率分別與變量泵排量之間的關(guān)系。若不考慮回路的各種損失，并設(shè)低壓溢流閥6的調(diào)定壓力為，則馬達的輸出扭矩為

（7-23）

回路中液壓馬達的輸出功率為（7-24）（2)定量泵和變量馬達組成的容積調(diào)速回路圖7.26定量泵變量馬達容積調(diào)速回路1-定量泵；2-變量馬達；3-安全閥；4-補油泵；5-溢流閥a.速度特性若忽略回路中的泄漏和摩擦損失，變量馬達的轉(zhuǎn)速為（7-25）b.扭矩和功率特性忽略回路中的泄漏和摩擦損失液壓馬達的輸出扭矩為（7-26）（7-27）輸出功率為（3)變量泵和變量馬達組成的容積調(diào)速回路圖7.28變量泵變量馬達容積調(diào)速回路1-變量泵；2-變量馬達；3-安全閥；4-補油泵；5-低壓溢流閥6、7、8、9-單向閥變量泵和變量馬達容積調(diào)速回路實際上是上述兩種調(diào)速回路的組合。由于泵和馬達的排雖均可改變，所以擴大了調(diào)速范圍，增加了液壓馬達輸出功率和扭矩的選擇余地。下面介紹變量泵變量馬達容積調(diào)速回路的常用調(diào)節(jié)方法。2.限速回路限速回路也稱平衡回路。當工作機構(gòu)的運動方向和負載重力方向一致（如起重機吊物下放和挖掘機下坡）時，為了控制執(zhí)行機構(gòu)的速度大小，可設(shè)置限速回路。圖7.31所示為外控平衡閥限速回路。當左路進入壓力油時，油液經(jīng)單向閥進入液壓缸的無桿腔，活塞上升，有桿腔回油流回油箱；當右路進入壓力油時，只有當進油壓力達到平衡閥的調(diào)定壓力時，活塞才能下降，無桿腔回油經(jīng)平衡閥的節(jié)流口流回油箱。若下降速度超過了設(shè)計速度，則有桿腔由于泵供油不足而壓力下降，這時平衡閥閥芯在彈簧力的作用下，自動關(guān)小節(jié)流口，以增大回油阻力，消除超速現(xiàn)象。此處的平衡閥還具有使活塞在任一位置鎖緊的功能。圖7.31外控平衡閥限速回路圖7.32所示為挖掘機行走機構(gòu)和起重機回轉(zhuǎn)機構(gòu)上應(yīng)用的一種限速回路。它是通過兩個外控單向節(jié)流閥來限速的。在圖示位置時，壓力油經(jīng)左路單向閥供給液壓馬達，當機器下坡或重物下放時，馬達轉(zhuǎn)速有增大的可能。這時左邊進油路壓力下降，控制油路自動調(diào)小右邊節(jié)流閥的通流面積，從而達到限速的目的。同理可知，當右路進入壓力油時，回路也可限速。圖7.32外控單向節(jié)流閥限速回路3.制動回路圖7.33所示為用背壓閥制動的回路。當換向閥3左位工作時，馬達正常工作，系統(tǒng)工作壓力由溢流閥1調(diào)定，而馬達回油經(jīng)卸荷閥2流回油箱，（此時背壓閥2的遠控口接油箱，閥2作卸菏閥用）；當換向閥3右位工作時，由于溢流閥1的遠控口接油箱，所以泵卸荷，背壓閥2遠控口堵死，這時背壓閥2對馬達施加背壓，即對馬達進行制動。其制動力大小由背壓閥2調(diào)節(jié)。圖7.33用背壓閥制動的回路1-溢流閥；2-背壓閥；3-換向閥圖7.34所示為有補油裝置的制動回路。當換向閥從左位換到中位時，由于液壓馬達運動的慣性，它不會立即停止運動，由此通過單向閥c吸油。馬達右腔回油壓力達到一定值時，經(jīng)單向閥b、溢流閥1流回油箱。溢流閥1是制動溢流閥，調(diào)節(jié)其壓力的大小，即可調(diào)節(jié)制動時間。要注意的是，為了使液壓馬達正常工作，溢流閥1的調(diào)定壓力至少要比溢流閥2的調(diào)定壓力高5%~10%。對于負載大的液壓缸，上述回路也同樣適用，它常用于冶金輔助設(shè)備的液壓系統(tǒng)中。圖7.34帶有補油裝置的制動回路1、2-溢流閥；a、b、c、d-單向閥4.速度換接回路圖7.35所示為用行程閥實現(xiàn)速度換接的回路。在圖示位置時，液壓缸右腔回油經(jīng)行程閥3流回油箱，活塞快速向右運動；當?shù)竭_預(yù)定位置時，活塞上的擋塊壓下行程閥3，使液壓缸右腔回油必須通過節(jié)流閥2流回油箱，活塞慢速向右運動。當換向閥換至左位工作時，壓力油經(jīng)單向閥1進入液壓缸右腔。活塞向左運動；當活塞擋塊脫離行程閥3后，壓力油經(jīng)行程閥3進入液壓缸右腔，活塞快速向左運動。

圖7.35用行程閥實現(xiàn)速度換接回路1-單向閥；2-節(jié)流閥；3-行程閥圖7.36為兩調(diào)速閥串聯(lián)兩工作速度換接回路，通過控制電磁換向閥實現(xiàn)速度的換接。當1DT通電，活塞向右快進；當3DT通電為一工進，調(diào)速閥A控制速度；當4DT同時也通電時，為二工進，調(diào)速閥B控制速度。該回路中調(diào)速閥B的通流面積必須小于調(diào)速閥A。當一工進換接為二工進時，因調(diào)速閥B中始終有壓力油通過，定差減壓閥處于工作狀態(tài)，故執(zhí)行機構(gòu)的速度換接平穩(wěn)性較好。圖7.36兩調(diào)速閥串聯(lián)兩工進速度換接回路A、B-調(diào)速閥5.同步回路使兩個或兩個以上的液壓缸（或液壓馬達）實現(xiàn)同步動作的回路稱為同步回路。圖7.37所示為用串聯(lián)液壓缸同步的回路。這種回路要求液壓缸有較高的制造精度和密封性，否則同步精度難以保證。該回路中泵的供油壓力較高，為兩液壓缸負載壓力之和。圖7.37用串聯(lián)缸同步的回路1、2-液壓缸由于液壓缸泄漏的存在，所以常用帶有補油裝置的串聯(lián)同步回路，如圖7.38所示。在活塞每一向下行程中，如果其一液壓缸的活塞先到達底部，限位開關(guān)動作，使電磁鐵1DT或2DT通電，另一液壓缸的活塞可完成全行程。例如，在4DT通電時，若液壓缸1的活塞先下行到達底部，則1DT通電，使液壓缸2的活塞下行到位；若液壓缸2的活塞先下行到達底部，則2DT通電，使液壓缸1的活塞下行到位。圖7.38帶有補油裝置的串聯(lián)同步回路1、2-液壓缸7.3方向控制回路在液壓系統(tǒng)中，執(zhí)行元件的啟動、停止、改變運動方向是通過控制元件對液流實行通、斷、改變流向來實現(xiàn)的。這些回路稱為方向控制回路，常用的有換向回路、鎖緊回路和浮動回路等。1.換向回路

如圖7.39所示回路，用二位二通換向閥控制液流的通與斷，以控制執(zhí)行機構(gòu)的運動與停止。圖示位置時，油路接通；當電磁鐵通電時，油路斷開，泵的排油經(jīng)溢流閥流回油箱。同樣，采用O型、Y型、M型等換向閥也可實現(xiàn)油路的通與斷。圖7.39啟?；芈穲D7.40所示為換向閥換向回路。當三位四通換向閥左位工作時，液壓缸活塞向右運動；當換向閥中位工作時，活塞停止運動；當換向閥右位工作時，活塞向左運動。圖7.40換向閥換向回路圖7.41所示為差