1、第六章 液压基本回路,机械工作部件都以一定的形式完成其工作任务。驱动工作部件的液压系统应满足：能克服一定的阻力（扭矩），速度大小能变化，运动方向能变化，能实现预定的工作循环要求。各种液压系统由能实现上述要求的基本回路组成。所谓基本回路，就是由相关液压元件组成的用来完成特定功能的典型管路结构。它是液压系统的基本单元。一个液压与气压传动系统由若干个基本回路组成。 类型：方向控制回路、压力控制回路、调速回路、多缸运动回路和液压马达控制回路等。 熟悉和掌握液压基本回路组成的组成结构、工作原理及其性能特点，对分析、掌握和设计液压传动系统是非常必要的。,6.1 方向控制阀,作用：利用各种方向阀来控制流体的
2、通断和变向，以便使执行元件启动、停止和换向。一、一般方向控制回路 只需在动力元件与执行元件之间采用普通换向阀。图6-1为双作用油缸换向回路。讲原理二、复杂方向控制回路当需要频繁连续动作，且对换向过程有很多附加要求时，需采用复杂方向回路。1.时间控制制式换向回路图6-2 主油路只受换向阀3控制，图示状态，液压缸活塞向右运动；换向时拨块拨动先导阀左移，控制油路经I2进换向阀右端，L处的锥面控制回油量J1控制控制油路的回油时间。 2.行程控制制式换向回路图6-3,6-1 双作用油缸的换向回路,第六章 液压基本回路,图 6-2 时间控制制动式换向阀 1-节流； 2-（二位四通）先导阀；3-换向阀；4-
3、溢流阀,图 6-3 行程控制制动式换向阀 1-节流阀；2-（二位七通）先导阀3-换向阀；4-溢流阀,第六章 液压基本回路,6.2 压力控制回路,压力控制回路是利用压力控制阀来控制系统或控制某一部分的压力。类型：调压回路、增压回路、减压回路、保压回路、卸荷回路、平衡回路和释压回路等。一、调压回路 使系统整体或某一部分的压力保持恒定或不超过某一个值。1.压力调定回路 由溢流阀来调整系统的压力，将多余的油液通过溢流阀回油箱。油泵始终在溢流阀调整的压力下工作，阀调定的压力就是系统的压力。（图6-4）2. 压力限定回路（过载安全回路）仅当外界负载变化，超过阀的调定压力，阀口开启，起保护作用。一般比系统的
4、压力大815%，泵后有一个最高压力。如变量泵回路和旁路节流调速回路。（图6-5）,图 6-4 压力调定回路,图 6-5 压力限定回路（变量泵）,第六章 液压基本回路,3.双压力回路利用两个溢流阀分别控制系统两个不同的压力。举例：当液压缸上升到达终点位置时，低压溢流阀使系统处于仅保持支撑活塞、连杆自重的较低压力；当活塞下行到压缩工作时，系统所需的高压由高压溢流阀控制。这种回路适应工作行程和非工作行程两个阶段中系统压力差别很大的要求，因而节省动力消耗，减少油液发热。4. 远程调压回路,图6-6 旁路节流调速回路,图6-7 双压力回路,第六章 液压基本回路,4. 远程调压回路它是用远程调压阀或小流量
5、溢流阀接在先导式溢流阀的遥控口上进行远程控制回路。能供给系统三种压力。给系统的压力由先导式溢流阀调定压力决定；当电磁换向阀2通电时溢流阀1的遥控口和远程调压阀4相通，这时油泵的供油压力由远程调压阀4的调定压力决定；2和3通电，由5决定。利用电磁换向阀是否与先导式溢流阀遥控口相同，进行远程遥控。注意，远程调压阀的调定压力应小于先导式溢流阀所调定压力。 要求负载和泵后压力基本一致，减少系统的功率消耗。,图6-8 远程调压回路,第六章 液压基本回路,二、减压回路,减压回路是使系统中某一部分具有较低的稳定压力。图中油缸5的工作压力比油缸4的工作压力高，为使油缸4能正常工作在回路中并连一个减压阀2，使油
6、缸4得到一个稳定的、比溢流阀调定压力低的压力。为使减压回路工作可靠。减压阀的最低调定压力不应低于0.5MP，最高调定压力至少比系统压力低0.5MP。控制油路用油也需装减压阀。,图6-9 减压回路,第六章 液压基本回路,三、增压回路,增压回路是使系统中某一部分具有较高的稳定压力。它能使系统中的局部压力原高于液压泵的输出压力。在某些机械的液压系统中，有时需要使局部油路或某个液压缸获得比油泵供给压力高得多，但流量不大的压力油时，就可采用增压回路。增压器利用有杆腔的油压高,即:图6-10所示，原理：在图示位置，油泵输出的低压油进入增压器大缸的左腔，推动活塞右移，使增压器小缸右腔输出高压油，进入工作液压
7、缸。换向后，换向阀的阀心移到右端，油泵输出的压力油进入增压器大缸的活塞杆腔，使活塞右移推回，工作液压缸的活塞在弹簧的作用下返回。油箱中的油液可通过单向阀进入增压器小缸右腔，以补充这部分管路的泄露。,图6-10 增压回路,第六章 液压基本回路,四、卸荷回路,卸荷回路主要是指油泵的卸荷。所谓油泵的卸荷是指它输出的油液全部或绝大部分直接返回油箱，使油泵处于很小输出功率的状态。油泵卸荷有两种情况：当液压系统的工作部件短时间停止工作而不需要油泵供给压力油时，油泵可卸荷；或者当工作部件在某段时间内需要保持很大的压力，但运动速度极慢，甚至不动时（如压力机对工件加压），只需要油泵供给很少的压力油这时油泵也应卸
8、荷。后一种卸荷又称保压卸荷.图6-11为用换向阀的卸荷回路；图6-12用溢流阀的卸荷回路：图6-13用二位二通阀旁路的卸荷回路.,图6-11 换向阀的卸荷回路,图6-12 溢流阀的卸荷回路,图6-13 二位二通阀旁路的卸荷回路,第六章 液压基本回路,五、保压回路,用蓄能器保持系统中油液的压力，油泵实现卸荷。在图614所示的回路中油泵输出的油液经过单向阀进入系统，同时也进入蓄能器，但系统的压力达到所需要的数值时通过压力继电器（A图）或者顺序阀（B图）等元件控制二位二通阀，于是油泵输出的油液就在低压下经过二位二通阀或溢流阀流回油箱，使油泵卸荷。这时蓄能器使系统继续保持一定的压力并使单向阀关闭。系统
9、中油液的泄露由蓄能器放出的压力油进行补偿。当系统中的压力过低时，压力继电器或顺序阀使二位二通阀切断油泵油液直接回油箱的管路，于是油泵输出的油压迅速升高，当其大于蓄能器中的压力时便推开单向阀又向系统和蓄能器输送压力油，直到系统的压力达到需要的数值时，油泵又卸荷。如此作用下去，便可保持系统的压力在某个数值附近，而油泵又处于卸荷状态。,图6-14 保压回路,(A),(B),第六章 液压基本回路,六、平衡回路 为了防止垂直油缸及其工作部件因自重自行下落，或下行运动中因自重造成失控、失速，常设平衡阀。如图为单向顺序阀组成的平衡回路，只有当液压泵向油缸上腔供油对活塞施加压力，使油缸下腔产生的油压高于顺序阀
10、设定的压力时，油缸才能下行。,七、释压回路为使高压大容量液压缸中存储的能量缓慢释放，以免在突然释放时产生很大的液压冲击，可采用释压回路。一般在液压缸的直径较大、压力较高时，其高压油缸在排油前就需释压，如压力机液压系统。左图为使用节流阀的释压回路。由图可见，液压缸上腔的高压油在换向阀处于中立时通过节流阀、单向阀和换向阀释压，释压快慢由节流阀调节。当上腔的压力降至压力继电器的调定压力时，换向阀切换至左位，液控单向阀打开，使液压缸上腔的液体通过该阀排到液压缸顶部的副油箱。,图6-15 平衡回路,图6-16 释压回路,第六章 液压基本回路,6.3 速度控制回路,在液压传动系统中，调速回路占有重要的地位
11、。例如在机床的液压传动中，用于主运动和进给运动的调速回路对机床的加工质量有着重要的影响。类型：调速回路、增速回路和速度变换回路等。一、 调速回路,图6-17 进口节流阀调速回路,调速回路按调速基本原理可分为节流调速、容积调速和联合调速；节流调速回路是由定量泵和流量阀组成的调速回路，可以通过调节流量阀通流截面积的大小来控制流入或流出执行元件的流量，以此来调节执行元件的运动速度。节流调速按流量阀在回路中的位置不同可分为进口节流调速、出口节流调速和回口节流调速。 一）节流调速 1. 进口节流阀调速回路,第六章 液压基本回路,图6-18为面积、速度关系图。速度负载特性曲线：当负载为零时，缸的速度有最大
12、值；当负载等于P0A1时，缸的速度有最小值，即进口节流调速回路缸的速度随负载的变化而变化。这是其缺点。图6-19为速度负载特性曲线,图6-18面积、速度关系,图6-19 速度、速度关系,第六章 液压基本回路,速度刚性:液压缸运动速度受负载影响的程度可用回路速度刚性K来评定；K=R/V=1/tg,物理意义：引起单位速度变化时负载力的变化量.它是速度负载特性曲线上某点处斜率的倒数。在特性曲线上某处斜率越小（机械特性硬），速度刚性越大，液压缸运动速度受负载波动的影响就越小，运动平稳性好；反之会使运动平稳性变坏。优点：无杆腔面积大，P大，速度慢；P2为零液压缸回油腔和回油管中压力低。使用在启动要求冲击
13、小（节流阀作用），负载变动小的小功率液压系统中。原因：节流阀的面积一定时，负载变化大，则速度变化大，当负载达到P0A1时，停止运动。当用调速阀换节流阀时，速度负载特性曲线为下图：当P大于Pmin时，调速阀的流量不变，速度不变。,图6-20 压力-流量特性,图6-21 速度-负载特性,第六章 液压基本回路,2. 回油路节流调速,将节流阀串联在液压缸和油箱之间未回油路节流调速。,图6-22 回油路节流调速,当R=0，V回最大；当R=P0A1，V回=0 由回路图可以看出：当从液压缸的无杆腔进油，而负载又很小时；由于回油腔的有效工作面积较小，P2腔的压力可能超过油泵的供油压力，这样就提高了回油腔和回油
14、路的强度及防止泄露的要求。节流阀在回油路上可以产生背压，相对进口节流调速而言，运动较平稳，因此常用在负载变化较大，要求运动平稳的液压系统中。,第六章 液压基本回路,3.旁油路节流调速,速度随力也变化。但这种回路当力减小时，P0也减小（因调速阀此时起到溢流阀的作用，溢流阀起安全阀的作用），与1和2相比能量利用合理。随着力增加，速度变化。在重载高速时，速度刚性好，因f小时速度变化较慢，主要用在高速重载对速度要求不高的较大功率的系统，如牛头刨床。,将节流阀并联在液压缸进油路与回油路之间 P=P1，P2=0。力和流量平衡方程为,图6-23 旁油路节流调速回路,图6-24 旁油路节流调速回路速度负载特性
15、,第六章 液压基本回路,4.调速阀式节流调速回路,在上述的几种回路中，当负载变化时，要引起节流阀前后工作压差的变化。对于开口量一定的节流阀来说，当工作压力变化时，通过其流量必然变化，这就导致了液压执行元件运动速度的变化。因此可以说，上述三种回路速度平稳性差的原因是采用了节流阀。如果在上述回路中，用调速阀代替节流阀，便构成了进口、出口和旁路调速阀式节流调速回路，其速度平稳性大为改善。因为只要调速阀的工作压差超过它的最小压差值，一般为0.40.5MP，则通过调速阀的流量便不随压差而变化。图6-25和6-26分别为由调速阀组成的进口节流调速回路和出口节流调速回路的速度-负载特性曲线,图6-25 进、
16、出口回路速度-负载特性,图6-26 旁路速度-负载特性,第六章 液压基本回路,二）容积调速回路,通过改变泵或马达的排量来进行调速的方法称为容积调速。主要优点：没有节流损失和溢流损失，效率高、系统温升小，适用于高速大功率调速系统。容积调速回路根据油液的循环方式的不同有开式和闭式回路。开式：液压油由油箱到油泵 执行元件 回油箱。可冷却油，但结构复杂。闭式：执行元件的回油直接到油泵的吸油腔。结构紧奏只需很小的补油箱，空气和赃物不易混入，但散热差，需设补油泵。1.变量泵和定量马达组成的回路这种方式组成的容积调速回路系统，正常工作时溢流阀关闭。,第六章 液压基本回路,调节变量泵的排量可改变马达或缸的运动
17、速度；液压马达的扭矩 ，液压缸的推力 。若不计损失且负载一定，则M2和P为定值，这种系统为恒扭系统。变量油泵的输出功率 ，调速时 q1 变化，N变化。,N,W2,M2,q1,M W2 N,第六章 液压基本回路,图6-28 具有变量泵和定量液压马达时的调速性能,图 6-27 变量泵和定量马达或缸 组成的调速回路,总结：变量泵和定量马达组成的容积调速回路，通过改变油泵的排量可使液压马达（或缸的活塞）得到各种速度；在一定负载和各种速度时，液压马达的扭矩（或活塞的推力）保持恒定；随着速度的不同，油泵的输出功率也不同，速度越高，油泵输出的功率越高；反之，油泵的输出功率下降。这种调速系统具有较大的调速范围
18、，在采用双向变量泵时，可使液压马达在正反向之间实现连续无级调速。当工作部件要求恒扭矩（或恒推力）调速时，采用这种方式比较适宜。,第六章 液压基本回路,2.定量泵和变量液压马达,调q2可改变马达的转速，且成正比；在调速过程中，当压力为常数，改变q2，将使液压马达在各种转速时的扭矩M2不同；因泵的排量不变，流量不变，功率N不变，故这种系统称恒功率系统。因系统的最高压力已调定，最大输出功率不变,图 6-29 定量泵和变量液压马达调速回路,图 6-30 定量泵和变量液压马达调速特性,第六章 液压基本回路,1. 变量泵和变量马达优点：泵和马达的排量均可调，扩大了调速范围，扩大了对液压马达扭矩和功率输出特
19、性选择的可能性，使工作部件对扭矩、功率和转速的每一种要求都能通过泵和马达的排量适当的调节步骤来实现。,6-31,图6-32 变量泵和变量马达时的调速特性,第六章 液压基本回路,分两步：将马达的转速由低到高调 调到 ，固定在这个值上， 由小到达逐渐增加，这时 由小到达增加马达的扭矩为常数，油泵的输出功率逐渐增加，此时为恒扭矩调速过程，其范围为将 调定，调液压马达的排量使其从原来的 逐渐下降，这时马达的转速就从 逐渐增加，直到马达的排量最小，马达能允许的最高 为止。恒功率调速过程。由上面的讨论知，当泵的排量为零时，马达的转速为零；泵的排量为 ，马达的排量为零时，马达的转速为无穷大，易造成飞车，但实
20、际上因负载作用及摩损的存在，同时马达的排量太小时M2约为零，车会停止。在实际调速时泵和马达的排量不能小于某个最小值 。,第六章 液压基本回路,三）联合调速（容积节流调速）,采用节流调速虽然结构简单，但运动受负载变化的影响大，油温升大，效率低。采用纯容积调速尽管具有效率高，温升小，但是还有负载增加时速度变小的趋势，低速时更明显。容积节流调速回路的工作原理：用变量泵供油，用流量控制阀（节流阀）调定进入缸或由缸流出的流量来调节活塞运动速度，使液压泵输出的流量自动地与液压缸所需的流量相适应。这种调速回路没有溢流损失，效率高，速度的稳定性与前几种相比要好。1. 限压式变量泵和调速阀组成的调速回路组成：见
21、图工作原理：调节2的通流面积，改变进入油缸的流量Q，如果泵的流量Q1大于缸所需流量Q2，因无溢流阀，将使泵的出口压力增加，引起变量泵的流量自动减小，直到Q1= Q2，因输出和所需相适应，系统发热减小，又因使用调速阀，速度稳定性好。调节特性曲线：这种系统的速度负载特性曲线由调速阀的流量负载特性曲线和限压式变量泵的流量负载特性曲线相交组成,第六章 液压基本回路,快速运动时通；工进时滑阀断，压力继电器控制滑阀的开启。,图6-33 限压式变量泵和调速阀组成的 容积节流调速回路,6-34,第六章 液压基本回路,第六章 液压基本回路,2. 稳流量泵和节流阀组成的容积式节流调速回路,6-35,四）快速回路（
22、增速回路）,工作机构在一个循环过程中，空行程的速度一般较高，常在不同的工作阶段要求不同的运动速度和承受不同的负载。因此在液压系统中常根据工作阶段要求的运动速度和承受的负载来决定液压泵的流量和压力，然后在不增加功率消耗的情况下，采用快速回路来提高工作机构的空行程速度，快速回路的特点是负载小，流量大。,图6-35 液压缸差速增速回路,图6-36 液压蓄能器增速回路1,第六章 液压基本回路,1.差动连接的增速回路图6-342.液压蓄能器辅助供油快速回路图7- 35所示为用液压蓄能器辅助供油的快速回路。这种回路是采用一个大容量的液压蓄能器使油缸快速运动。当换向阀处于左位或右位时，液压泵和液压蓄能同时向
23、油缸供油，实现快速运动。当换向阀处于中位时，油缸停止工作，液压泵经单向阀向液压蓄能器充液，随着液压蓄能器内油量的增加，液压蓄能器的压力升高到液控顺序阀的调定压力时，液压泵卸荷。图6-36蓄能器增速回路的工作原理：当两位四通电磁换向阀处于图示位置时，活塞靠弹力和自重下降，不需供油，此时油泵推开液孔单向阀向蓄能器供油，直到蓄能器中油液的压力达到卸荷阀的调定压力数值时（阀的调定压力应小于溢流阀的调定压力）使油泵卸荷，而由单向阀保持蓄能器内的压力。当电磁铁通电后，换向阀右位接通，液压缸下腔得到压力油，活塞上升，油压升高并使单向阀打开，这是不但油泵向液压缸供油，原来储存在蓄能器中的压力油也向液压缸供油，
24、因此活塞便以较快的速度上升，可达到增速的目的。这种回路适用于短时间内需要大流量的场合，并可用小流量的液压泵使油缸获得较大的运动速度直度。需注意的是在油缸的一个下作循环内须有足够的停歇时间使液压蓄能器充液。,第六章 液压基本回路,图6-36 用蓄能器增速回路21.溢流阀；2.液控单向阀；3.蓄能器；4.卸荷阀；5.二位四通电磁换向法,3.双液压泵供油快速回路图7-37所示为双液压泵供油的快速回路。图中的低压大流量液压泵1和高压小流量液压泵2并联它们同时向系统供油时可实现液压缸的快速运动；进人工作行程时，系统压力升高液控顺序阀(卸荷阀)打开使大流量液压泵卸荷，仅由小流量液压泵向系统供油，油缸的运动
25、变为慢进工作行程。4.快速与慢速换接回路图7-38所示为用行程阀控制的快慢速换接回路。在图示状态时，油缸活塞快进；当活塞杆上的挡块压下行程阀时，油缸右腔的油液经节流阀回油箱，活塞转为慢速工进；当换向阀左位接入回路时，活塞快速返回。此换接过程比较平稳，换接点的位置精 度高，但行程阀的安装位置不能任意布置.,第六章 液压基本回路,5. 速度换接回路速度换接回路主要是用于使执行元件在个工作循环中，从一种速度变换到另一种速度，如两种进给速度换接回路。6-39所示为用两个调速阀并联来实现两种进给速度的换接回路。两个凋速阀由二位三通换向阀换接。它们各自独立调节流量，互不影响，一个工作时，另一个没有油液通过
26、。在换接过程中，由于原来没工作的调速阀中的减压阀处于最大开口位置，速度换接时大量油液通过该阀，将使执行元件突然前冲，一般用于速度预选的场合。图6-40所示为用两个调速阀串联来实现两种进给速度的换接回路，第二个调速阀的开口比第一个调速阀的开口小，电磁阀断电，回路速度由1调定，电磁阀通电，回路速度由2调定。,6-37,图6-38 行程阀控制的快慢速换向回路,第六章 液压基本回路,6.4 多缸运动控制回路在液压缸和气压传动中，用一个能源向两个和多个缸（或马达）提供液压油和压缩空气，按各缸之间的运动关系要求进行控制，完成预定功能的回路，称为多缸运动回路。一般多缸运动回路可分为顺序运动回路、同步运动回路
27、和互不干扰回路等。一、顺序运动回路缸严格地按给定顺序运动的回路称为顺序运动回路。这种回路在机械制造等行业应用普遍。如组合机床回转工作台的抬起和转位，加紧机构的定位和加紧等，都必须按固定的顺序运动。1.行程控制顺序动作回路图6-41组成和原理,图6-39 两调速阀并联速度换节回路,图6-40 两调速阀串联速度换节回路,第六章 液压基本回路,图6-42所示是用行程开关和电磁换向阀控制的顺序动作回路。左电磁换向阀的电磁铁通电后，左液压缸按箭头的方向右行。当它行到预定位置时，档快压下行程开关2，发出信号使右电磁换向阀的电磁铁通电，则右液压缸按箭图的方向右行。当它运行到预定位置时，档快压下行程开关4，发
28、出信号使左电磁换向阀断电，则左液压缸按箭图的方向左行。当他左行到原位时，档快压下行程开关1，使右电磁换向阀的电磁铁断电，则右液压缸按箭图的方向左行，当它左行到原位时，档快压下行程开关3，图发出信号表明工作压力时，两油缸按3和4的方向返回。,图6-41 行程阀控制顺序动作回路,图6-42 行程开关和电磁阀控制顺序动作回路,第六章 液压基本回路,3.时间控制顺序动作回路 时间控制顺序动作回路是在一个执行元件运动后，经过预先设定的时间后，另一个执行元件再开始运动的回路。时间控制可利用时间继电器、延时继电器和延时阀等实现。组成：原理: 1YA接电右缸向右。同时，液压油进入液动换向阀的左腔，推动阀心右移
29、，该阀右端腔的液压油经节流阀回油箱。这样经过一定时间后，使延时阀中的两位三通换向阀左位接通。压力油经该阀左位进入左液压缸的左腔，使其右移。右缸和左缸向右移动的时间间隔可右延时阀中的节流阀调节。2YA接通右、左缸同时复位。同时压力油进入延时阀右腔，延时阀复位。,图6-43 延时阀控制顺序运动回路,第六章 液压基本回路,4.5运动互不干扰回路在多缸运动的过程中，各液压缸运动时的负载压力是不相等的。这样，在负载在压力小的液压缸运动期间，负载压力大的液压缸就不能运动。例如，组合机床，一个液压泵供油，当一个液压缸快速前进是，因负载小，其他液压缸就不能工作进给（压力大）。下图为双泵供油的快慢速互不干扰回路
30、。5为小流量液压泵，在缸1和2工进时用（工作压力大）；泵6为大流量泵快进时用。两缸的输出油路由两位5通的换向阀间隔，互不相通，从而避免因压力不同引起的运动干扰。,电磁铁动作表（+通电、断电）,第六章 液压基本回路,6.5 液压马达的控制回路一、液压马达的制动回路要使液压马达停止运转，即使切断液压泵向液压马达供油，但由于本身的惯性力和负载惯性力的存在，液压马达仍要继续运转。要使这种旋转马上停止，需要给液压马达以反扭矩的制动设施。1. 溢流阀实现制动的回路1位，马达转速由调速阀调节；2位油泵卸荷，马达因机械摩擦而停止；3位，溢流阀建立背压，作为制动阻力。,图 6-44 双泵供油的开慢速互不干扰回路,第六章 液压基本回路,图 6-45 溢流阀实现制动回路,图 6-46 补油回路,二、压马达的补油回路图6- 46 为开式回路。液压马达是双向的，单向阀1和2起补油作用。当三位四通电磁换向阀的1YA断电时，液压马达的回油推开单向阀5经溢流阀流入油箱，液压马达此时的进油腔通过单向阀1直接从油箱吸油补充。当电磁阀的2YA断电时，液压马达此时推开单向阀4，经溢流阀流入油箱，液压马达此时的进油腔通过单向阀2吸油补充。此回路中用了一个制动用的溢流阀，故液压马达两个旋转方向的制动液压力相同。,第六章 液压基本回路,
