第6章液压基本回路.ppt
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1、第六章 基本回路,基本回路定义,由有关液压元件组成,并能完成某一特定功能的典型(简单)油路结构。,基本回路分类,按功用分,速度控制回路方向控制回路 压力控制回路 多缸工作控制回路,2023年11月19日12时13分,1,第六章 基本回路,目的任务,1.了解液压基本回路的类型、组成、特点和应用;2.掌握常用液压基本回路的工作原理。,重点难点,1.调速回路的工作原理和速度特性。2.速度换接回路的工作原理。3.调压回路和卸荷回路的工作原理。,2023年11月19日12时13分,2,6.1 速度控制回路,目的任务,1.了解速度控制回路的分类、组成、特点;2.掌握速度控制回路的功用、工作原理。,重点难点
2、,1.节流阀节流调速原理 2.快速回路 3.速度换接回路,2023年11月19日12时13分,3,6.1 速度控制回路,速度控制回路功用:调节和变换执行元件的运动速度。,速度控制回路分类,调速回路快速回路速度换接回路,2023年11月19日12时13分,4,调速回路调速原理,液压缸:v=q/A 液压马达:n=q/VM,改变q、VM、A,皆可改变v或n,一般A是不可改变的。,液压缸:改变q,即可改变v 液压马达:既可改变q,又可改变VM,6.1.1 调速回路,2023年11月19日12时13分,5,调速回路调速方法,节流调速容积调速容积节流调速,对调速回路的要求,调速范围大速度稳定性好效率高,2
3、023年11月19日12时13分,6,一、节流调速回路,节流调速回路组成:定量泵、流量阀、溢流阀、执行元件等。,节流调速回路工作原理:通过改变流量控制阀阀口的通流面积来控制流进或流出执行元件的流量,以调节其运动速度。,2023年11月19日12时13分,7,按采用流量阀不同,节流阀节流调速 调速阀节流调速,按流量阀安装位置不同,进口节流调速 出口节流调速 旁路节流调速,节流调速回路分类,2023年11月19日12时13分,8,1.节流阀进口节流调速回路,节流阀进口节流调速回路将节流阀串联在进入液压缸的油路上,即串联在泵和缸之间,调节AT,即可改变q,从而改变速度,且必须和溢流阀联合使用。,20
4、23年11月19日12时13分,9,1)速度负载特性,液压缸稳定工作时的受力平衡方程,若视p2为零,则,在调速系统中,执行机构的运动速度v随载荷变化的关系称为速度负载特性。,设液压泵的供油压力为pp,则节流阀进出口压差为:,2023年11月19日12时13分,10,通过节流阀的流量为:,故液压缸的运动速度(速度负载特性方程):,结论:vAT,改变 AT,即可改变q1 改变v。A T 调定,v随F变化而变化。,2023年11月19日12时13分,11,速度负载特性结论,当负载恒定时,速度v与AT成正比,调节AT可实现无级调速,且调速范围较大,可达100。,当AT调定时速度随负载增大而减小。速度随
5、负载变化的程度称速度刚度。斜率越小,刚度越大。,2023年11月19日12时13分,12,当AT调定时随着负载的增加速度下降,故节流阀进口节流调速回路的刚度较软;当AT不变时,重载区域的速度刚度比轻载区域的速度刚度差,故不宜用于负载较重的场合。在相同负载下工作时,节流阀通流面积大的速度刚度较差,即速度高时的刚度较差。故不宜用于速度较高的场合。,2023年11月19日12时13分,13,2)最大承载能力,液压缸能产生的最大推力即最大承载能力。不论AT如何变化,其最大承载能力不变即 Fmax=pp A故:称为恒推力调速(或恒转矩调速),2023年11月19日12时13分,14,3)功率和效率,液压
6、泵的输出功率,液压缸的输出功率,回路的功率损失,2023年11月19日12时13分,15,溢流损失,节流损失,回路的效率,存在两部分功率损失 这种调速回路效率较低 故 进油路节流调速回路适用于轻载、低速、负载变化不大和速度稳定性要求不高的小功率液压系统,如磨床液压系统。,2023年11月19日12时13分,16,2.节流阀出口节流调速回路,节流阀出口节流调速回路特征将节流阀串联在液压缸的回油路上,即串联在缸和油箱之间,调节AT,可调节q2以改变速度,仍应和溢流阀联合使用。,2023年11月19日12时13分,17,与进口节流调速回路相比较,vF特性与进口节流调速完全相同。上述结论都适用节流阀出
7、口节流调速。但也存在区别:,液压缸的工作速度为:,出口节流调速有承受负值负载能力。,进口节流调速实现压力控制更方便。,进口节流调速最低稳定速度更低。,2023年11月19日12时13分,18,承受负值负载能力:,回油路节流阀使缸有一定背压 能承受负值负载,并提高了速度稳定性,而进油路则需在回油路上增加背压阀方可承受负值负载,但会增加功率损耗P。,2023年11月19日12时13分,19,实现压力控制的方便性,进油节流调速回路,当工作台碰到死挡铁后,活塞停止,缸进油腔油压上升至溢流阀调定压力,利用这个压力变化值,可实现压力继电器发出信号,便于实现压力控制。而回油路调速在上述工况时,进油腔压力变化
8、很小,不易实现压力控制。,2023年11月19日12时13分,20,最低稳定速度,若回路使用单杆缸,无杆腔进油量大于有杆腔回油流量。在缸径、缸速相同情况下,进油节流调速回路流量阀开口较大,低速时不易堵塞。故进油节流调速回路能获得更低稳定速度,为了提高回路综合性能,实践中常采用进油节流调速回路,并在回油路加背压阀(用溢流阀、顺序阀或装有硬弹簧的单向阀串接于回油路),因而兼有两回路优点。,2023年11月19日12时13分,21,3.节流阀旁路节流调速回路,节流阀旁路节流调速回路特征将节流阀装在与执行元件并联的支路上,即与缸并联,溢流阀做安全阀,pp取决于负载,回路中溢流阀起安全阀作用。,2023
9、年11月19日12时13分,22,1)速度负载特性,节流阀两端的压差为,通过节流阀的流量为,应考虑泵的泄漏量影响,设泄漏的流量为,2023年11月19日12时13分,23,则进入液压缸的流量为,速度负载特性方程为,2023年11月19日12时13分,24,2)最大承载能力,旁路节流调速回路的最大承载能力随节流阀开口面积AT的增大而减小,即该回路低速时承载能力很差,调速范围也小,同时其最大承载能力还受溢流阀的安全压力值的限制。,3)功率和效率,旁路节流调速回路只有节流损失而无溢流阀的溢流损失,故效率较高。,2023年11月19日12时13分,25,开大节流阀开口,活塞运动速度减小;关小节流阀开口
10、,活塞运动速度增加。节流阀开口调定后,负载增加时活塞运动速度减小,其刚性比进口节流调速、出口节流调速更软。当节流阀开口较大时,所能承受的最大负载较小;当载荷较大,节流阀开口较小时,速度随负载的变化较小。故适用于高速大负载,且对速度平稳性要求不高的场合。效率较高,发热量小。,2023年11月19日12时13分,26,节流阀旁路节流调速回路应用,一般用于高速、重载、对速度平稳性要求很低的较大功率场合。如:牛头刨床主运动系统、输送机械液压系统、大型拉床液压系统、龙门刨床液压系统等。节流阀节流调速回路速度的稳定性均随负载的变化而变化,对于一些负载变化较大,对速度稳定性要求较高的液压系统,可采用调速阀来
11、改善其速度负载特性。,2023年11月19日12时13分,27,采用调速阀的节流调速回路,按调速阀安装位置,进油路 回油路旁油路,2023年11月19日12时13分,28,调速阀的节流调速回路特点,在负载变化较大,v稳定性要求较高的场合,用调速阀替代节流阀,当p pmin,q、v不随p而变化,所以速度刚性明显优于节流阀调速。虽解决了速度稳定性问题,但因既有溢流损耗,又有节流损耗,还有减压阀功率损耗,所以,功率损失更大,一般用于功率较小,但负载变化较大而速度稳定性要求较高的场合。,2023年11月19日12时13分,29,*二、容积调速回路,容积调速回路是通过改变液压泵或液压马达的排量来实现调速
12、的。,容积调速回路特点,节流调速回路因效率低、发热大,只适用于小功率场合。容积调速回路,因无节流损失或溢流损失故效率高,发热小,一般用于大功率场合。,2023年11月19日12时13分,30,容积调速回路分类,按油路循环方式不同,开式回路闭式回路,按组成分三种基本形式:,变量泵和定量液动机的容积调速回路。定量泵和变量马达的容积调速回路。变量泵和变量马达的容积调速回路。,2023年11月19日12时13分,31,开式回路中,泵从油箱吸油,执行机构的回油直接回到油箱,油箱容积大,油液能得到较充分冷却,但空气和脏物易进入回路。闭式回路中,液压泵将油输出进入执行机构的进油腔,又从执行机构的回油腔吸油。
13、闭式回路结构紧凑,只需很小的补油箱,但冷却条件差。为了补偿工作中油液的泄漏,一般设补油泵,补油泵的流量为主泵流量的10%15%,压力调节为310510105Pa。,2023年11月19日12时13分,32,1.变量泵和定量马达容积调速回路(恒转矩),开式回路,闭式回路,安全阀,背压阀,安全阀,溢流阀,马达的排量VM是不变的,当变量泵的转速nP不变,则马达的转速nM与变量泵的排量成正比,是一条通过坐标原点的直线。实际上回路的泄漏是不可避免的,在一定负载下,需要一定流量才能启动和带动负载。所以其实际的nM与VP的关系如图中实线所示。这种回路在低速下承载能力差,速度不稳定。,速度特性:当不考虑回路的
14、容积效率时,执行机构的速度nM与变量泵的排量VP的关系为:,转矩特性、功率特性:当不考虑回路的损失时,液压马达的输出转矩TM为,泵的输出压力pp和吸油路压力p0不变,马达的输出转矩TM理论上是恒定的,与变量泵的Vp无关。但实际上由于泄漏和机械摩擦等的影响,也存在一个“死区”。马达的输出功率PM随变量泵的排量Vp的增减而线性地增减。,2023年11月19日12时13分,35,工作特性,液压泵的转速nP和液压马达的排量VM都是恒量,改变液压泵排量VP可使液压马达转速nM和输出功率PM随Vp成正比变化,而马达的输出转矩TM是由负载决定的,不因调,速而发生变化,故称恒转矩调速,其调速范围很大,一般可达
15、:,2023年11月19日12时13分,36,变量泵和定量液动机所组成的容积调速回路为恒转矩输出,可正反向实现无级调速,调速范围较大。适用于调速范围较大,要求恒扭矩输出的场合,如大型机床的主运动或进给系统中。,结论:,2023年11月19日12时13分,37,2.定量泵变量马达式容积调速回路(恒功率),开式回路,闭式回路,安全阀,安全阀,溢流阀,2023年11月19日12时13分,38,工作特性,速度特性:当不考虑回路的容积效率时,执行机构的速度,qp为定量泵的输出流量。可见变量马达的转速nM与其排量,VM成反比,当排量VM最小时,马达的转速nM最高。这种回路用调节变量马达的排量来调速,但不宜
16、用变量马达来实现平稳换向。,2023年11月19日12时13分,39,转矩与功率特性:液压马达的输出转矩:,马达的输出转矩TM与其排量VM成正比;而马达的输出功率PM与其排量VM无关,若进,油压力pp与回油压力p0不变时,PM=C,故此种回路属恒功率调速。,2023年11月19日12时13分,40,定量泵变量马达容积调速回路,由于不能用改变马达的排量来实现平稳换向,调速范围比较小(一般为34),尤其是由于液压泵和液压马达的泄漏损失和摩擦损失,当VM很小时,nM、TM和PM的实际值都等于零,以致无力带动负载,造成液压马达停止转动的“自锁”现象。因而较少单独应用。,2023年11月19日12时13
17、分,41,3.变量泵变量马达式容积调速回路,组成:由双向变量泵2和双向变量马达10等组成闭式容积调速回路。,安全阀,安全阀,溢流阀,背压阀,主泵,补油泵,2023年11月19日12时13分,42,工作原理,调节变量泵2的排量Vp和变量马达10的排量VM,都可调节马达的转速nM。,分两段调节,第一段:先将VM调至最大并固定,然后将VP由小大,nM从0上升到nM(变定),第二段:将VP固定至最大,VM由大小,nM从nM上升到nMmax(定变),调速范围大,可达100。,2023年11月19日12时13分,43,变量泵变量马达式容积调速回路特点,nM低时TM大 nM高时TM小 正好符合大部分机械要求
18、。故多用于机床主运动、纺织机械、矿山机械。,2023年11月19日12时13分,44,*三、容积节流调速回路,容积调速回路虽然效率高,发热小,但仍存在速度负载特性较软的问题。在低速、稳定性要求较高的场合(如机床进给系统中),常采用容积节流调速回路。容积节流调速回路的基本工作原理是采用压力补偿式变量泵供油、调速阀(或节流阀)调节进入液压缸的流量并使泵的输出流量自动地与液压缸所需流量相适应。,2023年11月19日12时13分,45,容积节流调速回路特点,1.qp自动与流量阀调节相吻合,无P溢,效率高;2.进入执行元件的q与F变化无关,且自动补偿泄漏,速度稳定性好;3.因回路有节流损失,所以效率低
19、于容积调速回路;4.便于实现快进工进快退工作循环。,2023年11月19日12时13分,46,1.限压式变量泵和调速阀调速回路,变量泵输出的液压油经调速阀进入液压缸工作腔,回油经背压阀返回油箱。活塞运动速度由调速阀中节流阀的通流截面面积调定。,2023年11月19日12时13分,47,限压式变量泵和调速阀调速回路工作原理,泵的压力小于限定压力pa时,泵的流量接近于最大流量qmax(只有一部分内泄漏损失),可以使工作部件实现快进。工作行程时,工作速度由调速阀调节。变量泵的输出流量qp和液压缸所需流量q1相适应。当qpq1时,泵的供油压力上升,使限压式变量泵的流量自动减小到qpq1;当qpq1时,
20、泵的供油压力下降,泵又自动使qpq1。,2023年11月19日12时13分,48,调速阀的作用不仅是使进入液压缸的流量保持恒定,而且还使泵的供油量和供油压力基本保持不变,使变量泵流量和进入液压缸的流量匹配。容积节流调速回路的运动稳定性、速度负载特性、承载能力和调速范围均与采用调速阀的节流调速回路相同。,2023年11月19日12时13分,49,液压缸工作腔压力的正常工作范围,pT是保持调速阀正常工作所需的压差,一般在0.5MPa以上。当p1=p1min时,调速阀进出口压差p=pminP1越小,节流损失越大。令p2=0,则其效率为:,2023年11月19日12时13分,50,限压式变量泵和调速阀
21、调速回路特点,本回路的pp为一定值。称定压式容积节流调速回路。又 若负载变化大时,节流损失大,低速工作时,泄漏量大,系统效率降低。用于低速、轻载时间较长且变载的场合时,效率很低。故 本回路多用于负载变化不大的中、小功率组合机床的液压系统中,如机床进给系统。,2023年11月19日12时13分,51,2、差压式变量泵和节流阀的容积节流调速回路,节流阀控制进入液压缸的流量q1,并使变量泵的输出流量qp自动适应q1。当qpq1时,泵的供油压力上升,定子在左右两侧控制柱塞的作用下向右移动,减小泵的偏心量,使液压泵的输出流量减小,到qp=q1。当qpq1时,泵的供油压力下降,加大泵的偏心量,使泵的输出流
22、量增大到qp=q1。,2023年11月19日12时13分,52,差压式变量泵和节流阀调速回路特点,虽用了节流阀,但具有调速阀的性能,即q1不受负载变化影响 定子受力平衡方程,又 pp随负载变化而变化,p1也变化。称变压式容积节流调速回路,且qp小,效率高。因采用了固定阻尼孔,可防止定子因移动过快而发生振动。,2023年11月19日12时13分,53,差压式变量泵和节流阀调速回路应用,适用于负载变化大、速度较低的中小功率系统。,2023年11月19日12时13分,54,6.1.2 快速回路,快速回路功用加快工作机构空载运动时的速度,以提高系统的工作效率。常见的快速回路包括:液压缸差动联接快速回路
23、双泵供油快速回路增速缸快速回路用蓄能器的快速回路,2023年11月19日12时13分,55,一、液压缸差动连接快速回路,图示,通过二位三通换向阀形成差动连接。1.快进:无杆腔、有杆腔进油实现差动连接。2.工进:无杆腔进油。3.快退:有杆腔进油。,通电,通电,通电,2023年11月19日12时13分,56,2023年11月19日12时13分,57,电磁铁动作顺序表,2023年11月19日12时13分,58,液压缸差动连接快速回路特点,采用差动连接的快速回路方法简单,较经济,但快、慢速度的换接不够平稳。必须注意,差动油路的换向阀和油管通道应按差动时的流量选择,不然流动液阻过大,会使液压泵的部分油从
24、溢流阀流回油箱,速度减慢,甚至不起差动作用。,2023年11月19日12时13分,59,二、双泵供油快速回路,低压大流量泵,高压小流量泵,外控顺序阀,溢流阀,通电,通电,1.快进:由于负载小,系统压力低于顺序阀3的开启压力,泵1、2的流量汇合进入液压缸左腔。2.工进:由于负载大,系统压力升高顺序阀3开启,泵1卸荷,系统由泵2供油。,2023年11月19日12时13分,60,通电,通电,3.快退系统压力低,顺序阀3关闭,泵1、2的流量汇合进入液压缸有杆腔,无杆腔经换向阀4流回油箱。注意:外控顺序阀3的开启压力应比快速运动时所需压力大0.81.0MPa。,2023年11月19日12时13分,61,
25、2023年11月19日12时13分,62,电磁铁动作顺序表,2023年11月19日12时13分,63,三、增速缸快速回路,增速缸实质是一种复合液压缸。1.快进:液压油经柱塞内孔进入工作面积很小的柱塞缸腔内,使活塞快进,增速缸腔内出现真空,通过单向阀6补油。,通电,2023年11月19日12时13分,64,通电,通电,2.工进:油液同时进入增速缸、腔,因工作面积增大,获得大推力低速运动。此时,液控单向阀6关闭。3.快退:液压油进入工作面积很小的腔,并打开液控单向阀6回油。,通电,2023年11月19日12时13分,65,2023年11月19日12时13分,66,电磁铁动作顺序表,2023年11月
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