第七章液压基本回路（含习题）ppt课件.ppt

Chapter 7 Basic Hydraulic Circuits 液压基本回路,Introductions 引言7.1 Pressure Control Circuits 压力控制回路7.2 Speed Control Circuits 速度控制回路7.3 Directional Control Circuits 方向控制回路 7.4 Other Circuits 其它回路,A hydraulic system consists of some basic hydraulic circuits。 液压系统是由一些基本回路组成。A hydraulic circuit is made up of hydraulic components and pipelines to accomplish special function。 基本回路是由相关液压元件组成，并能完成特定功能的简单油路。Classifications 分类（According to functions）,Introduction 引言,Pressure control circuits 压力控制回路 Control entire or partial operating pressure。 控制整个液压系统或局部的工作压力。 Speed control circuits 速度控制回路 Control and regulate motion speed of actuators。 控制和调节执行元件的运动速度。Directional control circuits 方向控制回路 Control and shift motion directions of actuator 。 控制执行元件的运动方向。Other circuits 其它回路,7.1 Pressure Control Circuits 压力控制回路,压力控制回路是利用压力控制阀来控制液压系统或某一分支系统的压力，以满足执行元件对力（力矩）的要求。有调压、保压、减压、增压、卸荷、平衡等多种回路。,用于控制系统的工作压力，使之保持基本恒定或限定其最高数值，或使工作机构在运动过程的各个阶段中具有不同压力。 Pressure limited circuit 限压回路 Fixed displacement pump system 定量泵系统 调速时溢流阀为常开状态（溢流），系 统压力保持为溢流阀的调定压力。 Variable displacement pump system变量泵系统 正常情况下阀口关闭，溢流阀作安全阀用。,1. Pressure regulated circuit 调压回路,定量泵系统,变量泵系统,限压回路,Pressure regulated from remote port 远程调压回路 Fig. 7-1 a）,Multistage pressure regulated circuit 多级调压回路 Fig. 7-1 b）,主阀（先导式溢流阀）的调定压力应高于远程调压阀（直动式溢流阀）的最高压力值。主溢流阀不起调压作用，泵的工作压力由远程调压阀调节。,2. Pressure-holding circuit 保压回路 Fig. 7-6 使执行元件在行程终端时仍保持工作压力。 单向阀保压回路 锥面密封，密封效果好。 蓄能器保压回路 限压式变量泵保压,单向阀保压回路,蓄能器保压回路,3. Pressure-reducing circuit 减压回路 Fig. 7-3 用来使系统中的某一部分油路具有较低的稳 定压力。 在需要减压的那部分油路前串联一减压阀。 One-stage Pressure-reducing circuit 单级减压回路 Fig. 7-3 a） Two-stage Pressure-reducing circuit 二级减压回路 Fig. 7-3 b）,4. Pressure-increasing circuit 增压回路 Fig. 7-4 使某一油路的压力高于系统压力的回路。 采用增压缸。,单作用增压缸,双作用增压缸,Fig. 7-4 b）,5. Pressure-venting circuit 卸荷回路 Fig. 7-2,使油泵在很小的输出功率下运转。 二位二通换向阀卸荷回路 卸荷彻底，但冲击大。 换向阀中位机能卸荷回路 Fig. 7-2 a） 利用M、H、K型换向滑阀处于中位时卸荷。 结构简单，但在压力较高、流量较大的回路中将产生换向阀换切的冲击。,二位二通换向阀卸荷回路,M型中位机能换向阀的卸荷回路,电磁溢流阀卸荷回路 Fig. 7-2 b） 冲击小，广泛采用。但卸荷不彻底。 双泵供油卸荷阀卸荷 工进时低压大流量泵卸荷。 蓄能器卸荷 Fig. 7-2 d） 采用卸荷溢流阀 限压式变量泵卸荷回路 Fig. 7-2 c） 流量卸荷，输出流量只补充系统的泄漏。,双泵供油卸荷阀卸荷回路,电磁溢流阀卸荷回路,卸荷溢流阀,限压式变量泵卸荷回路,防止立式执行机构因自重而自行下落，或在其下行时避免出现失控超速的回路。 内控式平衡阀平衡回路 Fig.7-5 a） 用于物重变化不大的场合。 外控式平衡阀平衡回路 Fig.7-5 c） 液控单向阀平衡回路 Fig.7-5 b） 锁紧性能好。单向节流阀用于控制下行时的流量，防止活塞下行时的冲击，提高运动平稳性。,6. Pressure counter-balance circuit 平衡回路 Fig.7-5,外控平衡阀平衡回路,液控单向阀平衡回路,内控平衡阀平衡回路,液压系统中为什么要设置背压回路？背压回路与平衡 回路有何区别？答：液压系统中设置背压回路，是为了提高执行元件的运动平稳性或减少爬行现象。这就要在回油路上设置背压阀，以形成一定的回油阻力，一般背压为0.30.8MPa，背压阀可以是装有硬弹簧的单向阀、顺序阀，也可以是溢流阀、节流阀等。 无论是平衡回路，还是背压回路，在回油管路上都存在背压，故都需要提高供油压力。但这两种基本回路的区别在于功用和背压的大小不同。背压回路主要用于提高进给系统的稳定性，提高加工精度，所具有的背压不大。平衡回路通常是用于立式液压缸或起重液压马达平衡运动部件的自重，以防运动部件自行下滑发生事故，其背压应根据运动部件的重量而定。,7.2 Speed Control Circuits 速度控制回路,速度控制回路研究的是液压系统的速度调节和速度变换问题，分为调速回路、增速回路和速度换接回路三种。 1. Speed-regulating circuit 调速回路 用于调节执行元件的工作运动速度。 常用的调速方法有节流调速、容积调速和联合调速（容积节流调速）。,采用定量泵供油，通过调节流量阀的阀口开 度来调节流量，进而调节执行元件的运动速度。 进油路节流调速回路 Fig. 7-7 a） 回油路节流调速回路 Fig. 7-7 b） 旁油路节流调速回路 Fig. 7-9,Throttle speed-regulating circuit 节流调速回路,【课堂练习】图示调速回路，节流阀处于节流调速工 况，两压力表a、b分别测量液压缸两腔的压力。不 计系统泄漏及溢流阀的调压偏差，当负载 F 增大时：,1 压力表 a 的读数（ ），b 的读数（ ）。 A. 增大 B. 减小 C. 基本不变 D. 可能增大也可能减小,答案：C、B,2 活塞杆运动速度v（ ），泵输入功率（ ）。 A. 增大 B. 减小 C. 基本不变 D. 可能增大也可能减小,答案：B、C,Volume speed-regulating circuit 容积调速回路 容积调速靠改变泵或马达的排量来调节速度。 变量泵定量马达调速回路 Fig. 7-11 变量泵液压缸调速回路 定量泵变量马达调速回路 变量泵变量马达调速回路 Fig. 7-12,变量泵控制定量液动机,nm = qpvm/Vm = npVpvpvm/VmT =p Vmmm/(2),v = qp /A = npVpvp/AF = p Am,特点：速度 v (nm)随变量泵排量Vp的改变而变化，受负载变化的影响小；输出恒定扭矩（或恒力）；无溢流损失和节流损失，效率高。 这种回路主要用于负载扭矩变化不大，调速范围较大的传动装置中。,定量泵变量马达调速回路,nm = qpvm/Vm = npVpvpvm/Vm Tm =pVmmm/(2) Pom= 2nmTm= p qpom,特点： 输出转速 nm 随马达排量 Vm 而变化； 马达输出功率恒定； 无溢流损失和节流损失，效率高； 当 Vm0 时，nm，故不宜用变量马达来 反向。 适用于具有恒功率负载特性且调速范围不大的液压传动系统。,变量泵变量马达调速回路,nm =qpvm/Vm=npvpvm Vp/Vm Tm = p Vmmm/（2） Pom = 2nmTm=p qpom,特点： 调速范围大； 有较高的工作效率； 能实现低速时大扭矩，高速时输出较大的功率。 变量泵变量马达调速回路满足一般机械的负载要求，因此应用广泛，特别适合于大功率场合。 容积调速回路无溢流损失和节流损失，因此效率高，发热少，缺点是变量泵和变量马达的结构复杂，价格较高。适用于大功率设备的液压系统中。,Volume -throttle speed-regulating circuit 联合调速回路 Fig. 7-13 采用变量泵供油，流量阀控制流入或流出 液动机的流量，以实现工作速度的调节，并使 泵的供油量与液动机所需流量相适应。 限压式变量泵与调速阀组成的联合调速回路,限压式变量泵与调速阀组成的联合调速回路,工作原理 泵的输出油液经调速阀进入液压缸，回油经背压阀流回油箱，缸速v由调速阀中节流口的开度控制。由于调速阀中节流口的压差保持不变，只要阀口面积调定，则通过的流量 q1一定，而泵会自动调节其输出流量 qp。 特点 回路效率比节流调速高，发热少，缸速由调速阀调节，可保证速度不受负载变化的影响，运动平稳性好（不受泵的泄漏影响）。,【课堂练习】在限压式变量泵与调速阀组成的容积节 流调速回路中，若负载从 F1 降到 F2 而调速 阀开口不变时，泵的工作压力（ ）；若负 载保持定值而调速阀开口变小时，泵工作压 力（ ）。 A. 增加 B. 减少 C. 不变 D. 无法判断,答案：C、A,2. Repid motion circuit 增速回路,增速回路用来获得快速空行程，以提高系统的工作效率。 差动连接增速回路 Fig. 7-15 双泵供油增速回路 Fig. 7-16 增速液压缸增速回路 Fig. 7-17 变量泵增速回路 蓄能器增速回路 Fig. 7-18,差动连接增速回路,双泵供油增速回路,增速液压缸增速回路,蓄能器增速回路,变量泵增速回路,3. Speed shift circuit 速度换接回路,用于实现不同工作速度间的平稳换接 。 Speed shift between fast and slow 快、慢速度间的换接回路 利用压力变化实现的速度换接 行程控制实现的速度换接 Fig. 7-19 a）,利用压力变化实现速度换接,行程控制实现速度换接,Speed shift of two slow speeds 两种慢速运动间的换接回路 Fig. 7-20,利用调速阀并联回路实现速度换接 Fig. 7-20 b） 两调速阀的流量可单独调，互不影响。,利用调速阀串联回路实现速度换接 Fig. 7-20 a） 阀 B 的调定流量应比阀 A 的小。,调速阀串联实现速度换接,调速阀并联实现速度换接,思 考 题（Ex. 7-9）,若采用调速阀串联回路实现两档慢速运动的速度换接，为什么要求阀B的调定流量比阀A的小？油液经由两调速阀流入执行元件时，调速阀A是否正常工作？,7.3 Directional Control Circuits 方向控制回路,用于控制执行元件的启动、停止或变换运动方向。有换向回路和锁紧回路等。 1. Directional circuit 换向回路 用于改变油液的流动方向 ，从而控制执行元件的运动方向。 换向阀换向回路 双向泵换向回路,2. Lock circuit 锁紧回路 Fig. 7-23 使执行元件能停留于任何位置，且停留后不会 在外力作用下移动位置。 利用O或M型换向阀中位机能的锁紧回路 锁紧精度差。 液控单向阀的锁紧回路 锁紧精度较高。注意： 回路中换向阀应采用 H 型或 Y 型中位机能。Ex. 7-8,利用M型中位机能换向阀的锁紧回路,1. Sequence action circuit 顺序回路,用于实现多个执行元件依次动作的液压回路。 压力控制顺序回路 Fig. 7-24 利用油路自身压力的变化使执行元件依次动作。 用压力控制的顺序回路由于管路中的压力冲击，会产生后一行程的液动机先动现象。,7.4 Other Circuits 其它回路,压 力 控 制 顺 序 回 路,行程控制顺序回路 Fig. 7-25,2. Synchronization circuit 同步回路 用于实现多个液压执行元件的同步运动。 调速阀同步回路 Fig. 7-26分流阀同步回路串联控制同步回路 Fig. 7-27机械同步,调速阀同步回路,串 联 控 制 同 步 回 路,机 械 同 步,3. Hands-off circuit 多缸互不干扰回路 Fig. 7-30,Fig. 7-30 双泵供油快慢速互不干扰回路,4. Shock eliminating and oil charging circuit 马达缓冲补油回路,5. Open circuit 开式回路,液压泵从油箱吸油，经执行元件后将油排回油箱。 特点：回路简单，散热好，杂质可沉淀于油箱 中。但油箱体积大，油易污染，空气易 侵入，使运动不平稳。,6. Closed circuit 闭式回路,油液从执行元件排出后直接进入泵的进油口。 特点：减少了空气入侵，运动较平稳，油不易 污染。但结构复杂，散热差，对油液过 滤精度要求较高。,采用节流调速回路的液压系统，应选用开式 回路还是闭式回路？,例 题,【例1】如图所示回路，已知活塞在其往复运动中受到 的阻力 F 大小相等，方向与运动方向相反。不 计系统泄漏和溢流阀的调压偏差，试比较活塞 向左和向右的运动速度哪个大？,解：设液压缸大腔的有效面积为A1，压力 p1；小腔 有效面积为A2，压力 p2；油泵出口压力为 pp， 流经节流阀的流量为qt。 当活塞向左运动时： 此时 p20，活塞的受力平衡方程式为： p1A1F 即 p1F /A1 节流阀口两端的压差 p1ppp1ppF /A1,活塞向右运动时： 活塞受力平衡方程式为： p1A1F p2A2 由于 p2pp，故有：p1( ppA2F )/A1 节流口两端的压差 p2p10( ppA2F )/A1 液压缸向左或向右运动的过程中，系统分别为进油路和回油路节流调速回路，因此溢流阀处于稳压分流的状态，泵工作压力即为溢流阀的溢流压力。在不考虑溢流阀调压偏差的情况下，可认为 pp 恒定不变。,比较p1与p2的大小： 即有p1 p2。因此，活塞左行时流过节流阀的流量大于其右行时的流量。 活塞运动速度 v = qt /A1，故活塞向左运动时的速度将大于向右的速度。,【例2】下图所示两液压系统中，已知液压缸无杆腔面 积皆为A1=40 cm2，有杆腔面积皆为A2=20 cm2； 两缸负载不同，F1= 8000 N，F2= 12000 N（均 为阻力负载）；溢流阀调定压力 py= 3.5 MPa， 液压泵流量 qp= 32 L/min。节流阀的流量为 其中Cd = 0.62，A = 0.05 cm2，= 900 kg/m3， 求各液压缸活塞运动速度。,解： 1）图（a）回路中： 系统为进油路节流调速回路，两液压缸无杆腔 的压力由负载决定。 缸1的工作压力： p1=F1/A1= 8000(4010-4)= 2 (MPa) 缸2的工作压力： p2=F2/A1= 12000(4010-4)= 3 (MPa) 因此两缸的动作顺序为：缸1先动，缸2后动。,缸1动作时，流过节流阀的流量 缸1的运动速度,缸1到达终端停止运动后，缸2才开始动作。此时，流过节流阀的流量 缸2的运动速度,2）图（b）回路中： 采用回油路节流调速回路，两液压缸进油腔 压力始终保持为溢流阀的调定值。 活塞受力平衡方程为： pYA1 = F + pbA2 因此，平衡状态下小负载的缸1运动产生的背 压力高，该背压力又作用在大负载缸2的有杆腔， 使缸2活塞不能运动，直至缸1到达终点，背压力 减小，缸2才开始动作。,缸1先动，缸2不动，此时节流阀上的压降流过节流阀的流量,缸1的运动速度 缸1运动到终端后，缸2才开始运动。此时，节流阀上的压降,流过节流阀的流量 故缸2的运动速度,【例3】在如图所示的回路中，液压缸 B 进退所需压力 均为 2 MPa，各阀调定压力如图所示。试确定 在下列工况时 C 缸的工作压力： 1）在图示状况下，C 缸压力是（ ）。 2）在图示状况下，当 B 缸活塞顶上死挡块 时，C 缸压力是（ ）。 3）当阀 A 通电后，B 缸活塞退回过程中，C 缸压力是（ ）。 A . 1.5MPa B. 3MPa C. 5MPa D. 4MPa,解：1）在图示状况下，C缸压力是（5 MPa）。,2）在图示状况下，当B缸活塞顶上死挡块 时，C缸 压力是（1.5MPa）。,3）当阀A通电后，B缸活塞退回过程中，C缸压力 是（4 MPa）。,【例4】如图所示液压系统，两液压缸有效面积为 Al = A2 = 10010-4 m2，缸I的负载 Fl =3. 5104 N，缸II 运动时的负载为零，溢流阀、顺序阀和减压阀的 调整压力分别为 4MPa、3MPa、2MPa。不计摩 擦阻力、惯性力和管路损失，试问在下列三种情 况下 A、B 和 C 点压力各为多少？ 1）液压泵启动后，两换向阀处于中位； 2）1YA通电，液压缸I活塞移动时及活塞运动到 终点时； 3）1YA断电，2YA通电，液压缸II活塞运动时及 活塞杆碰到固定挡铁时。 （Ex. 72）,解：1）液压泵启动后，两换向阀处于中位时： 泵输出的油液全部通过溢流阀溢流回油 箱，此时有 pA = pB = 4 MPa，减压阀正常减 压，因此 pC = 2 MPa。 2）1YA通电，液压缸I活塞移动时： 缸I大腔的压力,顺序阀的出口压力大于其调整压力，因此阀 口全开，故 pA= pB= p = 3.5 MPa。减压阀正常减 压，pC= 2 MPa。 活塞运动终点时： 溢流阀溢流，pA= pB= 4 MPa，pC= 2 MPa。 3）1YA断电，2YA通电，液压缸II活塞运动时： 由于负载为零，因此 pA= pB= pC= 0。 活塞杆碰到固定挡铁时： 溢流阀溢流，pA = pB = 4 MPa，pC = 2 MPa。,【例5】某简易起重机的工作机构以两油缸实现重物的起 吊装卸，一液压马达驱动转台回转，机构原理如 下图所示。请按下述要求设计液压系统，画出系 统原理图： 1.系统采用单泵定量油泵供油； 2.采用串联油路控制，使各执行元件既能单独动 作又能同时动作; 3.采用手动换向阀控制换向； 4.重物能悬挂在空中任意位置，而且能限速下降；,5.转台起动制动时平稳无冲击；6.工作机构不动作时油泵卸荷；7.限制系统最高工作压力以实现安全保护；8.保证进入系统的油液清洁无杂质。,解：系统原理图如下：,作 业,1 Ex. 74；2 图示液压系统，已知各压力阀的调整压力分别为： pY1 = 6 MPa，pY2 = 5 MPa，pY3 = 2 MPa， pY4 = 1.5 MPa，pJ = 2.5 MPa，图中活塞已顶在工件上。 忽略管道和换向阀的压力损失，试问当电磁铁处于 不同工况时，A、B点的压力值各为多少？,3 Ex. 76；4 如图所示为变量液压泵和定量液压马达组成的闭式系 统。已知低压辅助液压泵输出压力pY=0.4 MPa；变量 泵的最大排量Vpmax=100 mL/r，转速np=1000 r/min， 容积效率vp= 0.9，机械效率mp= 0.85；马达的相应 参数为Vm= 50 mL/r，容积效率vm= 0.95，机械效率 mm= 0.9，安全阀的调定压力为 7 MPa。不计管道的 压力损失，当马达的输出转矩为Tm= 40 Nm、转速为 nm= 160 r/min时，试求：,1）变量泵的输出流量 qp；2）变量泵的排量 Vp；3）变量泵的工作压力 pp；4）变量泵的输入功率 P i。,5 Ex. 712；6 试设计一个液压系统原理图，该系统有两只液压缸和一个液压马达作为执行机构，要求： 1）采用串联控制，以便使各执行元件既能单独动 作又能同时动作； 2）当换向阀处于中位时，各执行元件在负载作用 下不会动作； 3）系统有卸荷装置和过载保护装置； 4）两液压缸均垂直安装，要保证在重力负载的作 用下不会失速下落； 5）要考虑马达的缓冲补油问题，以便使马达换向 时平稳无冲击。,思考题,1 Ex. 73；2 Ex. 78；3 Ex. 711；,