液壓與氣壓傳動

1、,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,液壓與氣壓傳動,,Chapter 6 基本回路本章主要內(nèi)容： 6.1 液壓基本回路 6.2 氣動基本回路,第六章 基本回路,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,液壓與氣壓傳動,,目的任務(wù):,重點難點:,第六章 基本回路,掌握液氣基本回路所具有的功能、特點以及回路元件

2、的組成；了解各種功能回路的實現(xiàn)方法、工作原理、控制方式及其典型應(yīng)用。,調(diào)壓回路、卸荷回路、保壓回路；節(jié)流閥節(jié)流調(diào)速及各種調(diào)速回路的調(diào)速原理；順序動作、同步動作、多元件互不干擾等回路。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,基本回路,所謂基本回路是指由若干液壓或氣動元件組成的能完成特定功能的最簡單的通路結(jié)構(gòu)。它是連接元件和系統(tǒng)的橋梁，所有液、

3、氣壓系統(tǒng)都由基本回路單元組成。了解一個基本回路的功能應(yīng)該從該回路所在的系統(tǒng)去進行分析。從本質(zhì)上看，基本回路主要包括壓力控制回路、流量控制回路和方向控制回路三種類型，其他回路一般都是從這三種回路中派生出來的。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,Part 6.1 液壓基本回路,液壓基本回路分為： 壓力控制回路速度控制回路方向控制回

4、路多執(zhí)行元件控制回路高效節(jié)能回路汽車ABS系統(tǒng)液壓回路,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,Part 6.1.1 壓力控制回路,壓力控制回路是利用壓力控制閥來控制系統(tǒng)整體或某一部分的壓力，以滿足液壓執(zhí)行元件對力或轉(zhuǎn)矩要求的回路。,壓力控制回路包括調(diào)壓、減壓、增壓、卸荷和平衡等回路。,,School of Mechanical Engine

5、ering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,圖6-1 調(diào)壓回路a）單級、二級 b）多級 c）比例1、2、3—先導(dǎo)式溢流閥 4—二位二通電磁閥 5—遠程調(diào)壓閥 6—比例電磁溢流閥,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,圖6-2 用變量泵調(diào)壓回路1—變量泵 2—安全閥,,School of Mec

6、hanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,2.減壓回路,圖6-3 減壓回路a）一級 b）二級1—減壓閥 2—溢流閥,減壓回路的功用是使系統(tǒng)中的某一部分油路具有較低的穩(wěn)定壓力。最常見的減壓回路采用定值減壓閥與主油路相連，如圖6-3a所示?；芈分械膯蜗蜷y用于防止主油路壓力低于減壓閥調(diào)整壓力時油液倒流，起短時保壓作用。減壓回路中也可以采用類似兩級或多級調(diào)壓的方式獲

7、得兩級或多級減壓。圖6-3b所示為利用先導(dǎo)式減壓閥1的遠程控制口接一溢流閥2，則可由閥1、閥2各調(diào)得一種低壓。但要注意，閥2的調(diào)定壓力值一定要低于閥1的調(diào)定壓力值。,圖6-4 無級減壓回路1—比例減壓閥 2—溢流閥,為了使減壓回路工作可靠起見，減壓閥的最低調(diào)整壓力應(yīng)不小于0.5MPa，最高調(diào)整壓力至少應(yīng)比系統(tǒng)壓力低0.5MPa。當(dāng)減壓回路中的執(zhí)行元件需要調(diào)速時，調(diào)速元件應(yīng)放在減壓閥的后面，以避免減壓閥泄漏（指由減壓閥泄油口流回油箱

8、的油液）對執(zhí)行元件的速度發(fā)生影響。,也可用比例減壓閥組成減壓回路，如圖6-4所示。調(diào)節(jié)輸入比例減壓閥1的電流，即可使分支油路無級減壓，并易實現(xiàn)遙控。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,3.增壓回路,圖6-5 增壓回路a）單作用增壓缸 b）雙作用增壓缸1、2、3、4—單向閥 5—電磁換向閥,,School of Mechanical

9、Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,用液壓泵增壓回路,本回路多用于起重機的液壓系統(tǒng)。液壓泵2和3由液壓馬達4驅(qū)動，泵1與泵2或泵3串聯(lián)，從而實現(xiàn)增壓，如圖6-6所示。,圖6-6 用液壓泵增壓回路1、2、3—液壓泵 4—液壓馬達,4.卸荷回路,卸荷回路的功用是在液壓泵不停止轉(zhuǎn)動時，使其輸出的流量在壓力很低的情況下流回油箱，以減少功率損耗，降低系統(tǒng)發(fā)熱，延長泵和電動機的壽命。這種卸荷方

10、式稱為壓力卸荷。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,圖6-7 卸荷回路 a）換向閥 b）插裝閥1—溢流閥 2—二位二通電磁閥,常見的壓力卸荷方式有如下幾種：,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,先導(dǎo)式溢流閥卸荷回路,圖6-1a中，若去掉遠程

11、調(diào)壓閥5，使先導(dǎo)式溢流閥的遠程控制口通過二位二通電磁閥4直接與油箱相連，便構(gòu)成一種用先導(dǎo)式溢流閥的卸荷回路，這種卸荷回路切換時沖擊小。,圖6-1 調(diào)壓回路a）單級、二級 b）多級 c）比例1、2、3—先導(dǎo)式溢流閥 4—二位二通電磁閥 5—遠程調(diào)壓閥 6—比例電磁溢流閥,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,多缸系統(tǒng)卸荷回路,圖6

12、-8 多缸系統(tǒng)卸荷回路,圖6-8所示是由一個液壓泵向兩個以上液壓缸供油的多缸系統(tǒng)的卸荷回路。該回路把四通換向閥和二通換向閥連接在一起動作，當(dāng)各液壓缸的換向閥都在中間位置時，泵就處于無載荷運轉(zhuǎn)狀態(tài)。,必須指出，在限壓式變量泵供油的回路中，當(dāng)執(zhí)行元件不工作而不需要流量輸入時，泵繼續(xù)在轉(zhuǎn)動，輸出壓力最高，但輸出流量接近于零。因功率是流量和壓力的乘積，所以這種情況下，驅(qū)動泵所需的功率也接近于零，就是說系統(tǒng)實現(xiàn)了卸荷。所以，確切地說，所謂卸荷意

13、即為卸功率之荷。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,5.保壓回路,保壓回路：在執(zhí)行元件停止工作或僅有工件變形所產(chǎn)生的微小位移的情況下使系統(tǒng)壓力基本上保持不變。,最簡單的保壓回路：使用密封性能較好的液控單向閥的回路，閥類元件的泄漏使這種回路的保壓時間不能維持太久。,常用的保壓回路有： 利用液壓泵的保壓回路 利用蓄能器的保壓回路 自動補油保

14、壓回路,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,利用液壓泵的保壓回路,在保壓過程中，液壓泵仍以較高的壓力（保壓所需壓力）工作。此時，若采用定量泵則壓力油幾乎全經(jīng)溢流閥流回油箱，系統(tǒng)功率損失大，發(fā)熱嚴重，故只在小功率系統(tǒng)且保壓時間較短的場合下使用。若采用限壓式變量泵，在保壓時泵的壓力雖較高，但輸出流量幾乎等于零。因而，系統(tǒng)的功率損失較小，且能隨泄漏量

15、的變化而自動調(diào)整輸出流量，故其效率也較高。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,利用蓄能器的保壓回路,如圖6-9a所示，當(dāng)三位四通電磁換向閥5左位接入工作時，液壓缸6向右運動，例如壓緊工件后，進油路壓力升高至調(diào)定值，壓力繼電器3發(fā)出信號使二位二通電磁閥7通電，液壓泵1即卸荷，單向閥2自動關(guān)閉，液壓缸則由蓄能器4保壓。缸壓不足時，壓力繼電器復(fù)位使

16、泵重新工作。保壓時間的長短取決于蓄能器容量和壓力繼電器的通斷調(diào)節(jié)區(qū)間，而壓力繼電器的通斷調(diào)節(jié)區(qū)間決定了缸中壓力的最高和最低值。,圖6-9 利用蓄能器的保壓回路a）利用蓄能器 b）多個執(zhí)行元件1—液壓泵 2—單向閥 3—壓力繼電器 4—蓄能器 5—三位四通電磁換向閥 6—液壓缸 7—二位二通電磁閥 8—溢流閥,圖6-9b所示為多個執(zhí)行元件系統(tǒng)中的保壓回路。這種回路的支路需保壓。液壓泵1通過單向閥2向支路輸油，當(dāng)支路

17、壓力升高達到壓力繼電器3的調(diào)定值時，單向閥關(guān)閉，支路由蓄能器4保壓并補償泄漏，與此同時，壓力繼電器發(fā)出信號，控制換向閥（圖中未示），使泵向主油路輸油，另一個執(zhí)行元件開始動作。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,自動補油保壓回路,圖6-10所示為采用液控單向閥和電接點壓力表的自動補油保壓回路，其工作原理為：當(dāng)1YA通電，換向閥右位接入回路，液壓

18、缸上腔壓力上升至電接點壓力表的上限值時，壓力表觸點通電，使電磁鐵1YA斷電，換向閥處于中位，液壓泵卸荷，液壓缸由液控單向閥保壓。,圖6-10 自動補油的保壓回路,當(dāng)液壓缸上腔壓力下降到電接點壓力表調(diào)定的下限值時，壓力表又發(fā)出信號，使1YA通電，液壓泵再次向系統(tǒng)供油，使壓力上升。因此，這一回路能自動地補充壓力油，使液壓缸的壓力能長期保持在所需范圍內(nèi)。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程

19、學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,6.平衡回路,功用：當(dāng)執(zhí)行機構(gòu)不工作時，不致因受負載重力作用而使執(zhí)行機構(gòu)自行下落。,圖6-11 用順序閥的平衡回路,圖6-11所示為采用單向順序閥的平衡回路。當(dāng)1YA通電后活塞下行時，液壓缸下腔的油液頂開順序閥而回油箱，回油路上存在一定背壓。如果此順序閥調(diào)定的背壓值大于活塞和與之相連的工作部件自重在缸下腔產(chǎn)生的壓力值時，則當(dāng)換向閥處于中位時，活塞及工作部件就能被順序閥鎖住而停止運動。,這種回

20、路在活塞向下快速運動時功率損失大，鎖住時活塞和與之相連的工作部件會因單向順序閥和換向閥的泄漏而緩慢下落，因此它只適用于工作部件自重不大、活塞鎖住時定位要求不高的場合。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,圖6-12 減壓平衡回路,由減壓閥和溢流閥組成減壓平衡回路，如圖6-12所示。進入液壓缸的壓力由減壓閥調(diào)節(jié)，以平衡載荷F；液壓缸的活塞桿跟隨

21、載荷作隨動位移s，當(dāng)活塞桿向上移動時，減壓閥向液壓缸供油；當(dāng)活塞桿向下移動時，溢流閥溢流；保證液壓缸在任何時候都保持對載荷的平衡。溢流閥的調(diào)定壓力要大于減壓閥的調(diào)定壓力。,在工程機械中常常用平衡閥（見圖4-34）直接形成平衡回路。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,液壓系統(tǒng)在保壓過程中，由于油液壓縮性和機械部分產(chǎn)生彈性變形，因而儲存了相當(dāng)?shù)哪?/p>

22、量，若立即換向，則會產(chǎn)生壓力沖擊。因而對容量大的液壓缸和高壓系統(tǒng)（大于7MPa），應(yīng)在保壓與換向之間采取釋壓措施。,７.釋壓回路,圖6-13所示為釋壓回路。,當(dāng)液壓系統(tǒng)工作循環(huán)不頻繁時，也可用手動截止閥釋壓。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,圖6-13 釋壓回路a）用節(jié)流閥 b）采用節(jié)流閥、液控單向閥和換向閥 c）用溢流閥1—三位

23、四通換向閥 2—二位二通電磁閥 3、4—液控單向閥5—二位三通電磁閥 6—溢流閥 7—節(jié)流閥 8—單向閥,圖6-13a為采用節(jié)流閥的釋壓回路。當(dāng)加壓（保壓）結(jié)束后，首先使閥2換向和將閥1切換至中位，缸上腔高壓油經(jīng)節(jié)流閥釋壓。液壓泵短期卸荷后再使閥1換接至左位，并使閥2斷電，左位接入，活塞向上快速回程。,圖6-13所示為釋壓回路。,圖6-13b所示為采用節(jié)流閥、液控單向閥和換向閥的釋壓回路。當(dāng)換向閥1處于中位、換向閥5右位接入

24、時，液控單向閥3打開，缸左腔高壓油經(jīng)節(jié)流閥釋壓；然后將換向閥1切換到右位，同時使閥5斷電復(fù)位，活塞便快速退回。,圖6-13c為用溢流閥釋壓的回路。當(dāng)換向閥處于圖示位置時，溢流閥6的遠程控制口通過節(jié)流閥7和單向閥8回油箱。調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開口大小就可以改變溢流閥的開啟速度，也即調(diào)節(jié)缸上腔高壓油的釋壓速度。溢流閥的調(diào)節(jié)壓力應(yīng)大于系統(tǒng)中調(diào)壓溢流閥（圖中未表示）的壓力，因此溢流閥6也起安全閥的作用。,,School of Mechanical En

25、gineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,８.制動回路,用順序閥制動回路,用順序閥制動回路如圖6-14所示。圖示為回路應(yīng)用于液壓馬達產(chǎn)生負的載荷時的工況。將三位四通換向閥切換到下位，當(dāng)液壓馬達為正載荷時，外控順序閥由于壓力油作用而被打開；但當(dāng)液壓馬達為負的載荷時，液壓馬達入口側(cè)的油壓降低，內(nèi)控順序閥起制動作用。如換向閥處于中位，液壓馬達停止轉(zhuǎn)動。,圖6-14用順序閥制動回路,,School of

26、Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,用溢流閥制動回路,圖6-15用溢流閥制動回路1、2—溢流閥,圖6-15所示為用溢流閥制動回路。它采用一個電磁閥控制兩個溢流閥的遙控口。圖示位置為電磁閥斷電，溢流閥2的遙控口直接通油箱，液壓泵卸荷，而溢流閥1的遙控口堵塞，此時液壓馬達被制動。當(dāng)電磁閥通電，閥1遙控口通油箱，閥2遙控口堵塞，使液壓馬達運轉(zhuǎn)。,,School of M

27、echanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,Part 6.1.2 速度控制回路,在液壓傳動系統(tǒng)中的速度控制回路包括：調(diào)節(jié)液壓執(zhí)行元件的速度的調(diào)速回路使之獲得快速運動的快速運動回路工作進給速度以及工作進給速度之間的速度換接回路,調(diào)速目的：滿足液壓執(zhí)行元件對工作速度的要求。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章

28、 基本回路,液壓與氣壓傳動,,不考慮液壓油的壓縮性和泄漏的情況下，液壓缸的運動速度為：,（6-1）,液壓馬達的轉(zhuǎn)速為：,（6-2）,式中: q——輸入液壓執(zhí)行元件的流量；A——液壓缸的有效面積；Vm——液壓馬達的排量。,實際中，用改變進入液壓執(zhí)行元件的流量或改變變量液壓馬達排量的方法來調(diào)速 。,節(jié)流調(diào)速 ：采用定量泵和流量控制閥并改變通過流量閥流量。 容積調(diào)速：采用改變變量泵或變量馬達排量。容積節(jié)流調(diào)速：同時用變量泵和流量閥

29、。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,1. 節(jié)流調(diào)速回路,工作原理：通過改變回路中流量控制元件（節(jié)流閥或調(diào)速閥）通流截面積的大小來控制流入執(zhí)行元件或自執(zhí)行元件流出的流量，以調(diào)節(jié)其運動速度。,根據(jù)流量閥在回路中的位置不同，分為：進油節(jié)流調(diào)速回路、回油節(jié)流調(diào)速回路和旁路節(jié)流調(diào)速回路。,前兩種調(diào)速回路由于在工作中回路的供油壓力不隨負載變化而變化，故

30、又稱為定壓式節(jié)流調(diào)速回路；而旁路節(jié)流調(diào)速回路中，由于回路的供油壓力隨負載的變化而變化，故又稱為變壓式節(jié)流調(diào)速回路。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,進油節(jié)流調(diào)速回路,圖6-16 進油節(jié)流調(diào)速回路a）回路圖 b）速度負載特性,如圖6-16a所示，節(jié)流閥串聯(lián)在液壓泵和液壓缸之間。液壓泵輸出的油液一部分經(jīng)節(jié)流閥進入液壓缸工作腔，推動活塞運動

31、，多余的油液經(jīng)溢流閥流回油箱。,有溢流是這種調(diào)速回路能夠正常工作的必要條件。,由于溢流閥有溢流，泵的出口壓力pp就是溢流閥的調(diào)整壓力并基本保持恒定。調(diào)節(jié)節(jié)流閥的通流面積，即可調(diào)節(jié)通過節(jié)流閥的流量，從而調(diào)節(jié)液壓缸的運動速度。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,速度負載特性,缸在穩(wěn)定工作時，其受力平衡方程式為 　p1A1=F+p2A2,因為液壓泵

32、的供油壓力pp為定值，故節(jié)流閥兩端的壓力差為,式中 p1、p2——分別為液壓缸進油腔和回油腔的壓力，由于回 油腔通油箱，p2≈0； F——液壓缸的負載； A1、A2——分別為液壓缸無桿腔和有桿腔的有效面積。,所以,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,

33、,經(jīng)節(jié)流閥進入液壓缸的流量為,式中 K——常數(shù)；　　 AT——節(jié)流閥的通流面積；　　 m——指數(shù)，0.5≤m≤1。,故液壓缸的運動速度為,（6-3）,式（6-3）即為進油節(jié)流調(diào)速回路的速度負載特性方程。由該式可知，液壓缸的運動速度v和節(jié)流閥通流面積AT成正比。調(diào)節(jié)AT可實現(xiàn)無級調(diào)速，這種回路的調(diào)速范圍較大（速比最高可達100）。當(dāng)AT調(diào)定后，速度隨負載的增大而減小，故這種調(diào)速回路的速度負載特性較軟。,,School of Mec

34、hanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,若按式（6-3）選用不同的AT值作v-F坐標(biāo)曲線圖，可得一組曲線，即為該回路的速度負載特性曲線，如圖6-16b所示。這組曲線表示液壓缸運動速度隨負載變化的規(guī)律，曲線越陡，說明負載變化對速度的影響越大，即速度剛性越差。由式（6-3）和圖6-16b還可看出，當(dāng)AT一定時，重載區(qū)域比輕載區(qū)域的速度剛性差；在相同負載條件下，AT大時，亦即速度高

35、時速度剛性差。所以這種調(diào)速回路適用于低速輕載的場合。,（6-3）,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,功率和效率,,（6-4）,回路的效率為：,在節(jié)流閥進油節(jié)流調(diào)速回路中，液壓泵的輸出的功率為pp=ppqp=常量；而液壓缸的輸出功率為,由上式可知，這種調(diào)速回路的功率損失由兩部分組成，即溢流損失ΔPy=ppqy和節(jié)流損失ΔPT=Δpq1 ，故這種

36、調(diào)速回路的效率較低。,所以該回路的功率損失為,式中 qy——通過溢流閥的溢流量，qy=qp-q1。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,回油節(jié)流調(diào)速回路,圖6-17 回油節(jié)流調(diào)速回路,圖6-17所示為把節(jié)流閥串聯(lián)在液壓缸的回油路上，利用節(jié)流閥控制液壓缸的排油量q2來實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)。由于進入液壓缸的流量q1受到回油路上q2的限制。因此調(diào)節(jié)q2，

37、也就調(diào)節(jié)了進油量q1，定量泵輸出的多余油液仍經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥調(diào)整壓力（pp）基本保持穩(wěn)定。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,速度負載特性,（6-5）,比較式（6-5）和式（6-3）可以發(fā)現(xiàn)，回油節(jié)流調(diào)速和進油節(jié)流調(diào)速的速度負載特性以及速度剛性基本相同，若液壓缸兩腔有效面積相同（雙出桿液壓缸），那么兩種節(jié)流調(diào)速回路的速度負載特性和速度

38、剛度就完全一樣。因此對進油節(jié)流調(diào)速回路的一些分析完全適用于回油節(jié)流調(diào)速回路。,式中符號意義同上。,類似于式（6-3）的推導(dǎo)過程，由液壓缸的力平衡方程（p2≠0）和流量閥的流量方程(Δp=p2)，進而可得液壓缸的速度負載特性為：,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,最大承載能力,回油節(jié)流調(diào)速的最大承載能力與進油節(jié)流調(diào)速相同，即 ：Fmax=ppA

39、1。,功率和效率,液壓泵的輸出功率與進油節(jié)流調(diào)速相同，即Pp=ppqp，且等于常數(shù)；液壓缸的輸出功率為P1=Fv=(ppA1-p2A2)v=ppq1-p2q2；該回路的功率損失為：,,式中，ppqy為溢流損失功率，而Δpq2為節(jié)流損失功率。所以它與進油節(jié)流調(diào)速回路的功率損失相似。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,（6-6）,回路的效率為：

40、,當(dāng)使用同一個液壓缸和同一個節(jié)流閥，且負載F和活塞運動速度v相同時，則式（6-6）和式（6-4）是相同的，因此可以認為進、回油節(jié)流調(diào)速回路的效率是相同的。但是，應(yīng)當(dāng)指出，在回油節(jié)流調(diào)速回路中，液壓缸工作腔和回油腔的壓力都比進油節(jié)流調(diào)速回路的高，特別是負載變化大，尤其是當(dāng)F接近于零時，回油腔的背壓有可能比液壓泵的供油壓力還要高，這樣會使節(jié)流功率損失大大提高，且加大泄漏，因而其效率實際上比進油節(jié)流調(diào)速回路的要低。,,School of M

41、echanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,進、回油節(jié)流調(diào)速回路之間有許多相同之處，但是，它們也有如下不同：,1）承受負值負載的能力 回油節(jié)流調(diào)速回路的節(jié)流閥使液壓缸回油腔形成一定的背壓，在負值負載時，背壓能阻止工作部件的前沖，即能在負值負載下工作，而進油節(jié)流調(diào)速由于回油腔沒有背壓力，因而不能在負值負載下工作。2）停車后的起動性能 長期停車后液壓缸油腔內(nèi)的油液會流回油箱

42、，當(dāng)液壓泵重新向液壓缸供油時，在回油節(jié)流調(diào)速回路中，由于進油路上沒有節(jié)流閥控制流量，即使回油路上節(jié)流閥關(guān)得很小，也會使活塞前沖；而在進油節(jié)流調(diào)速回路中，由于進油路上有節(jié)流閥控制流量，故活塞前沖很小，甚至沒有前沖。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,3）實現(xiàn)壓力控制的方便性 進油節(jié)流調(diào)速回路中，進油腔的壓力將隨負載而變化，當(dāng)工作部件碰到死擋

43、塊而停止后，其壓力將升到溢流閥的調(diào)定壓力，利用這一壓力變化來實現(xiàn)壓力控制是很方便的。但在回油節(jié)流調(diào)速回路中，只有回油腔的壓力才會隨負載變化，當(dāng)工作部件碰到死擋塊后，其壓力將降至零，利用這一壓力變化來實現(xiàn)壓力控制比較麻煩，故一般較少采用。4）發(fā)熱及泄漏的影響 在進油節(jié)流調(diào)速回路中，經(jīng)過節(jié)流閥發(fā)熱后的液壓油直接進入液壓缸的進油腔；而在回油節(jié)流調(diào)速回路中，經(jīng)過節(jié)流閥發(fā)熱后的液壓油流回油箱冷卻。因此，發(fā)熱和泄漏對進油節(jié)流調(diào)速的影響均大于

44、回油節(jié)流調(diào)速。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,為了提高回路的綜合性能，一般常采用進油節(jié)流調(diào)速，并在回油路上加背壓閥的回路，使其兼?zhèn)鋬烧叩膬?yōu)點。,5）運動平穩(wěn)性 在回油節(jié)流調(diào)速回路中，由于回油路上節(jié)流閥小孔對缸的運動有阻尼作用，同時空氣也不易滲入，可獲得更為穩(wěn)定的運動。而在進油節(jié)流調(diào)速回路中，回油路的油液沒有節(jié)流閥阻尼作用，因此，運動平

45、穩(wěn)性稍差。但是，在使用單桿液壓缸的場合，無桿腔的進油量大于有桿腔的回油量，故在缸徑、缸速相同的情況下，若節(jié)流閥的最小穩(wěn)定流量相同，則進油節(jié)流調(diào)速回路能獲得更低的穩(wěn)定速度。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,旁路節(jié)流調(diào)速回路,圖6-18旁路節(jié)流調(diào)路回路a）回路圖 b）速度負載特性,圖6-18a采用節(jié)流閥的旁路節(jié)流調(diào)速回路。節(jié)流閥調(diào)節(jié)液壓泵

46、溢回油箱的流量，從而控制了進入液壓缸的流量。改變節(jié)流閥的通流面積，即可實現(xiàn)調(diào)速。由于溢流已由節(jié)流閥承擔(dān)，故溢流閥實際上是安全閥，常態(tài)時關(guān)閉，過載時打開，其調(diào)定壓力為最大工作壓力的1.1~1.2倍。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,速度負載特性,按照式（6-3）的推導(dǎo)過程，可得到旁路節(jié)流調(diào)速的速度負載特性方程。與前述不同之處主要是進入液壓缸的

47、流量q1為泵的流量qp與節(jié)流閥溢走的流量qT之差。由于在回路中泵的工作壓力隨負載而變化，正比于壓力的泄漏量也是變量（前兩回路中為常量），對速度產(chǎn)生了附加影響，因而泵的流量中要計入泵的泄漏流量Δqp,所以有：,式中 qt—液壓泵的理論流量； K1—液壓泵的泄漏系數(shù)； 其他符號意義同前。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓

48、與氣壓傳動,,所以，液壓缸的速度負載特性為,（6-7）,式中: qt—液壓泵的理論流量；K1—液壓泵的泄漏系數(shù)；其他符號意義同前,根據(jù)式（6-7），選取不同的AT值可作出一組速度負載特性曲線，如圖6-18b所示，由曲線可見，當(dāng)AT一定而負載增加時，速度顯著下降，即特性很軟；當(dāng)AT一定時，負載越大，速度剛度越大；當(dāng)負載一定時，AT越小（即活塞運動速度越高），速度剛度越大。,,School of Mechanical Engin

49、eering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,最大承載能力,由圖6-18b可知，速度負載特性曲線在橫坐標(biāo)上并不匯交，其最大承載能力隨AT的增大而減小，即旁路節(jié)流調(diào)速回路的低速承載能力很差，調(diào)速范圍也小。,功率和效率,旁路節(jié)流調(diào)速回路只有節(jié)流損失而無溢流損失，液壓泵的輸出壓力隨負載而變化，即節(jié)流損失和輸入功率隨負載而變化，所以比前兩種調(diào)速回路效率高。,由于旁路節(jié)流調(diào)速回路負載特性很軟，低速承載能力又差，故其應(yīng)

50、用比前兩種回路少，只用于高速、負載變化較小、對速度平穩(wěn)性要求不高而要求功率損失較小的系統(tǒng)中。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,如圖6-16b和圖6-18b所示。旁路節(jié)流調(diào)速回路的承載能力亦不因活塞速度降低而減小，在負載增加時，液壓泵的泄漏使活塞速度有小量的降低。但所有性能上的改進都是以加大流量控制閥的工作壓差，也即增加液壓泵的壓力為代價的，

51、調(diào)速閥的工作壓差一般最小需0.5MPa，高壓調(diào)速閥則需1.0MPa左右。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,2.容積調(diào)速回路,容積調(diào)速回路是用改變液壓泵或液壓馬達的排量來實現(xiàn)調(diào)速的。,優(yōu)點：沒有節(jié)流損失和溢流損失，因而效率高，油液溫升小，適用于高速、大功率調(diào)速系統(tǒng)。,缺點：變量泵和變量馬達的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高。,根據(jù)油路的循環(huán)方式，容積調(diào)速

52、回路分為開式回路或閉式回路。,開式回路：液壓泵從油箱吸油，執(zhí)行元件的回油直接回油箱。 ——結(jié)構(gòu)簡單，油液在油箱中能得到充分冷卻，但油箱體積較大，空氣和臟物易進入回路。,閉式回路：執(zhí)行元件的回油直接與泵的吸油腔相連。 ——結(jié)構(gòu)緊湊，只需很小的補油箱，空氣和臟物不易進入回路，但油液的冷卻條件差，需附設(shè)輔助泵補油、冷卻和換油。補油泵的流量一般為主泵流量的10%~15%，壓力通常為0.3~1.0MPa左右。,

53、,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,變量泵和定量液壓執(zhí)行元件容積調(diào)速回路,圖6-19所示為變量泵和定量液壓執(zhí)行元件組成的容積調(diào)速回路，其中圖6-19a的執(zhí)行元件為液壓缸。圖6-19b的執(zhí)行元件為液壓馬達，且是閉式回路。兩圖中的溢流閥2起安全作用，用以防止系統(tǒng)過載。圖6-19b中，為了補充泵和馬達的泄漏，增加了補油泵4，同時置換部分已發(fā)熱的油液，

54、降低系統(tǒng)的溫升。溢流閥5用來調(diào)節(jié)補油泵的壓力。,圖6-19 變量泵定量執(zhí)行元件容積調(diào)速回路a）變量泵-缸 b）變量泵-定量馬達1—變量泵 2—安全閥 3—定量執(zhí)行元件4—補油泵 5—溢流閥,圖6-19a改變變量泵的排量即可調(diào)節(jié)活塞的運動速度v。若不考慮液壓泵以外的元件和管道的泄漏，這種回路的活塞運動速度為 ：,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,

55、液壓與氣壓傳動,,圖6-19 變量泵定量執(zhí)行元件容積調(diào)速回路a）變量泵-缸 b）變量泵-定量馬達1—變量泵 2—安全閥 3—定量執(zhí)行元件4—補油泵 5—溢流閥,（6-8）,式中: qt——變量泵的理論流量；k1——變量泵的泄漏系數(shù)；其他符號意義同前。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,圖6-20 變量泵定量執(zhí)行元件

56、調(diào)速特性a）變量泵-缸 b）變量泵-定量馬達,如圖6-20a所示為圖6-19a回路的調(diào)速特性。由圖可見，由于變量泵有泄漏，活塞運動速度會隨負載F的加大而減小。F增大至某值時，在低速下會出現(xiàn)活塞停止運動的現(xiàn)象（圖中F＇點），這時變量泵的理論流量等于其泄漏量?？梢娺@種回路在低速下的承載能力是很差的。,在圖6-19b所示的變量泵-定量液壓馬達的調(diào)速回路中，若不計損失，馬達的轉(zhuǎn)速nM=qp/VM。因液壓馬達排量為定值，故調(diào)節(jié)變量泵的流量qp

57、，即可對馬達的轉(zhuǎn)速nM進行調(diào)節(jié)。當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩恒定時，馬達的輸出轉(zhuǎn)矩（T=ΔpMVM/2π ）和回路工作壓力p都恒定不變，馬達的輸出功率（P=ΔpMVMnM ）與轉(zhuǎn)速nM成正比，故本回路的調(diào)速方式又稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。,回路的調(diào)速特性見圖6-20b。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,定量泵和變量馬達容積調(diào)速回路,圖6-21定量泵變量馬達容積調(diào)速回路

58、a）回路圖b）調(diào)速特性1—定量泵2—安全閥3—變量馬達4—補油泵5—溢流閥,圖6-21a所示為由定量泵和變量馬達組成的容積調(diào)速回路。定量泵1輸出流量不變，改變變量馬達3的排量VM就可以改變液壓馬達的轉(zhuǎn)速。2是安全閥，4是補油泵，5為調(diào)節(jié)補油壓力的溢流閥。在這種調(diào)速回路中，由于液壓泵的轉(zhuǎn)速和排量為常值，當(dāng)負載功率恒定時，馬達輸出功率PM和回路工作壓力p都恒定不變，而馬達的輸出轉(zhuǎn)矩與VM成正比，輸出轉(zhuǎn)速與VM成反比。所以這種回路稱為恒

59、功率調(diào)速回路，其調(diào)速特性如圖6-12b所示。,此回路調(diào)速范圍很小，且不能用來使馬達實現(xiàn)平穩(wěn)的反向。所以這種回路很少單獨使用。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,變量泵和變量馬達容積調(diào)速回路,圖6-22a為采用雙向變量泵和雙向變量馬達的容積調(diào)速回路。,一般工作部件都在低速時要求有較大的轉(zhuǎn)矩，因此，這種系統(tǒng)在低速范圍內(nèi)調(diào)速時，先將液壓馬達的排量調(diào)

60、得最大，使馬達獲得最大輸出轉(zhuǎn)矩，由小到大改變泵的排量，直至達到最大值，液壓馬達轉(zhuǎn)速隨之升高，輸出功率線性增加，此時液壓回路處于恒轉(zhuǎn)矩輸出狀態(tài)；若要進一步加大液壓馬達轉(zhuǎn)速，則可改變變量馬達的排量由大到小，此時輸出轉(zhuǎn)矩隨之降低，而泵則處于最大功率輸出狀態(tài)不變，這時液壓回路處于恒功率輸出狀態(tài)。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,3.容積節(jié)流調(diào)速回路

61、,容積節(jié)流調(diào)速回路采用壓力補償型變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)進入或流出液壓缸的流量來調(diào)節(jié)其運動速度，并使變量泵的輸油量自動地與液壓缸所需流量相適應(yīng)。,特點：沒有溢流損失，效率較高，速度穩(wěn)定性比容積調(diào)速回路好。,應(yīng)用：常用在速度范圍大、中小功率的場合，例如組合機床的進給系統(tǒng)等。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,限壓式變量泵和調(diào)速閥的調(diào)速回路,

62、圖6-23a所示為由限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速回路。該回路由限壓式變量泵1供油，壓力油經(jīng)調(diào)速閥2進入液壓缸3工作腔，回油經(jīng)背壓閥4返回油箱。,圖6-23 限壓式變量泵和調(diào)速閥的容積節(jié)流調(diào)速回路a）回路圖 b）調(diào)速特性1—變量泵 2—調(diào)速閥 3—液壓缸 4—背壓閥 5—壓力繼電器 6—安全閥,液壓缸運動速度由調(diào)速閥中的節(jié)流閥來控制。設(shè)泵的流量為qp,則穩(wěn)態(tài)工作時qp=q1?？墒窃陉P(guān)小調(diào)速閥的一瞬間，q1減小

63、，而此時液壓泵的輸油量還未來得及改變，于是qp>q1，因回路中閥6為安全閥，沒有溢流，故這時泵的出口壓力升高，因而限壓式變量泵輸出流量自動減小，直至qp=q1；反之亦然。,由此可見，調(diào)速閥不僅能保證進入液壓缸的流量穩(wěn)定，而且可以使泵的流量自動地和液壓缸所需的流量相適應(yīng)，因而也可使泵的供油壓力基本恒定（該調(diào)速回路也稱定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路）。 這種回路中的調(diào)速閥也可裝在回油路上，它的承載能力、運動平穩(wěn)性、速度剛性等與相應(yīng)采用調(diào)速閥的

64、節(jié)流調(diào)速回路相同。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,圖6-23 限壓變量泵和調(diào)速閥的容積節(jié)流調(diào)速回路 b）調(diào)速特性,圖6-23b所示為這種回路的調(diào)速特性，由圖可見，回路雖無溢流損失，但仍有節(jié)流損失，其大小與液壓缸工作腔壓力p1有關(guān)。液壓缸工作腔壓力的正常工作范圍是：,（6-9）,式中，Δp為保持調(diào)速閥正常工作所需的壓差，一般應(yīng)0.5MP

65、a以上；其他符號意義同前。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,（6-10）,在速度低、負載小的場合，這種調(diào)速回路的效率很低。,當(dāng)p1=p1max時，回路中的節(jié)流損失為最?。ㄒ妶D6-23b）此時泵的工作點為a，液壓缸的工作點為b；若p1減?。╞點向左移動），節(jié)流損失加大。這種調(diào)速回路的效率為,式中沒有考慮泵的泄漏損失，當(dāng)限壓式變量泵達到最高壓力

66、時，其泄漏量為8%左右。泵的輸出流量越小，泵的壓力pp就越高；負載越小，則式（6-10）中的壓力p1便越小。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,差壓式變量泵和節(jié)流閥的調(diào)速回路,圖6-24 差壓式變量泵和節(jié)流閥的容積節(jié)流調(diào)速回路1—變量泵 2—節(jié)流閥 3—液壓缸4—背壓閥 5—安全閥,圖6-24所示為差壓式變量泵和節(jié)流閥組成的容積節(jié)

67、流調(diào)流回路，該回路的工作原理與上述回路基本相似。節(jié)流閥2控制進入液壓缸3的流量q1，并使變量泵1輸出流量qp自動和q1相適應(yīng)。當(dāng)qp>q1時，泵的供油壓力上升，泵內(nèi)左、右兩個控制柱塞便進一步壓縮彈簧，推動定子向右移動，減小泵的偏心，使泵的流量減小到qp=q1。反之亦然。,,School of Mechanical Engineering,,東南大學(xué)機械工程學(xué)院,第六章 基本回路,液壓與氣壓傳動,,在這種調(diào)速回路中，作用在液壓泵定

68、子上力的平衡方程 ：,（6-11）,式中 A、A1——分別為控制缸無柱塞腔的面積和柱塞的面積； pp、p1——分別為液壓泵供油壓力和液壓缸工作腔壓力； Fs——控制缸中的彈簧力。,由式（6-11）可知，節(jié)流閥前后壓差Δp=pp-p1基本上由作用在泵控制柱塞上的彈簧力來確定。由于彈簧剛度小，工作中伸縮量也很小，所以Fs基本恒定，則Δp也近似為常數(shù)。因此通過節(jié)流閥的流量就不會隨負載而變