1、第 7 章 液压基本回路不论机械设备的液压传动系统如何复杂，都是由一些液压基本回路组成的。所谓基本回路，就是由有关的液压元件组成，用来完成特定功能的典型油路。按其在液压系统中的功用，基本回路可分为：压力控制回路控制整个系统或局部油路的工作压力；速度控制回路控制和调节执行元件的速度；方向控制回路控制执行元件运动方向的变换和锁停；多执行元件控制回路控制多个执行元件相互间的动作。本章讨论的是最常见的液压基本回路，熟悉和掌握它们的组成、工作原理及其应用，是分析、设计和使用液压系统的基础。7.1 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中液体的压力，以满足执行元件对力或转矩的要求。这类回路包括
2、调压、减压、卸荷、保压、平衡、增压等回路。7.1.1 调压回路调压回路的功能在于调定或限制液压系统的最高工作压力，或者使执行机构在工作过程的不同阶段实现多级压力变换。一般是由溢流阀来实现这一功能的。1.单级调压回路图 7.1 所示为单级调压回路，这是液压系统中最为常见的回路。调速阀调节进入液压缸的流量，定量泵提供的多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀起溢流恒压作用，保持系统压力稳定，且不受负载变化的影响。调节溢流阀可调整系统的工作压力。当取消系统中的调速阀时，系统压力随液压缸所受负载而变，溢流阀起安全阀作用，限定系统的最高工作压力。系统过载时，安全阀开启，定量泵泵出的压力油经安全阀流回油箱。2.多
3、级调压回路图 7.2 所示为二级调压回路。先导式溢流阀 1 的外控口串接二位二通换向阀 2 和远程调压阀 3，构成二级调压回路。当两个压力阀的调定压力为 p3p 1 时，系统可通过换向阀的左位和右位分别获得 p3 和 p1 两种压力。如果在溢流阀的外控口，通过多位换向阀的不同通油口，并联多个调压阀，即可构成多级调压回路。图 7.3 为三级调压回路。主溢流阀 1 的遥控口通过三位四通换向阀 4 分别接具有不同调定压力的远程调压阀 2 和 3，当换向阀左位时，压力由阀 2 调定；换向阀右图 7.1 单级调压回路位时，压力由阀 3 调定；换向阀中位时，由主溢流阀 1 来调定系统最高的压力。调压阀的调
4、定压力值必须小于主溢流阀 1 的调定压力值。图 7.3 三级调压回路3.无级调压回路图 7.4 所示为无级调压回路，根据执行元件工作过程各个阶段的不同要求，可通过改变比例溢流阀的输入电流来实现无级调压，这种调压方式容易实现远距离控制和计算机控制，而且压力切换平稳。7.1.2 卸荷回路卸荷回路是在系统执行元件短时间不工作时，不频繁启停驱动泵的原动机，而使泵在很小的输出功率下运转的回路。所谓卸荷就是使液压泵在输出压力接近为零的状态下工作。因为泵的输出功率等于压力和流量的乘积，因此卸荷的方法有两种，一种是将泵的出口直接接回油箱，泵在零压或接近零压下工作；一种是使泵在图 7.2 二级调压回路图 7.4
5、 无级调压回路零流量或接近零流量下工作。前者称为压力卸荷，后者称为流量卸荷。流量卸荷仅适用于变量泵。1.利用换向阀中位机能的卸荷回路定量泵利用三位换向阀的 M 型、H 型、K 型等中位机能，可构成卸荷回路。图 7.5 a）为采用 M 型中位机能电磁换向阀的卸荷回路。当执行元件停止工作时，使换向阀处于中位，液压泵与油箱连通实现卸荷。这种卸荷回路的卸荷效果较好，一般用于液压泵流量小于 63L/min 的系统。但选用换向阀的规格应与泵的额定流量相适应。图 7.5 b）为采用M 型中位机能电液换向阀的卸荷回路。该回路中，在泵的出口处设置了一个单向阀，其作用是在泵卸荷时仍能提供一定的控制油压（0.5MP
6、a 左右） ，以保证电液换向阀能够正常进行换向。2.用先导式溢流阀的卸荷回路图 7.6 为最常用的采用先导式溢流阀的卸荷回路。图中，先导式溢流阀的外控口处接一个二位二通常闭型电磁换向阀（用二位四通阀堵塞两个油口构成） 。当电磁阀通电时，溢流阀的外控口与油箱相通，即先导式溢流阀主阀上腔直通油箱，液压泵输出的液压油将以很低的压力开启溢流阀的溢流口而流回油箱，实现卸荷，此时溢流阀处于全开状态（也可以采用二位二通常通阀实现失电卸荷） 。卸荷压力的高低取决于溢流阀主阀弹簧刚度的大小。通过换向阀的流量只是溢流阀控制油路中的流量，只需采用小流量阀来进行控制。因此当停止卸荷，使系统重新开始工作时，作时，不会产
7、生压力冲击现象。这种卸荷方式适用于高压大流量系统。但电磁阀连接溢流阀的外控口后，溢流阀上腔的控制容积增大，使溢流阀的动态性能下降，易出现不稳定现象。图 7.5 采用换向阀的卸荷回路为此，需要在两阀间的连接油路上设置阻尼装置，以改善溢流阀的动态性能。选用这种卸荷回路时，可以 直接选用电磁溢流阀。 图 7.6 用先导式溢流阀的卸荷回路7.1.3 减压回路减压回路的作用是使系统中的某一部分油路或某个执行元件获得比系统压力低的稳定压力，机床的工件夹紧、导轨润滑及液压系统的控制油路常需要减压回路。如图 7.7 所示的为液压系统中的减压回路。最常见的减压回路是在所需低压的支路上串接定值减压阀，如图 7.7
8、a）所示。回路中的单向阀 3 用于当主油路压力低于减压阀 2 的调定值时，防止液压缸 4 的压力受其干扰，起短时保压作用。图 7.7b）是二级减压回路。在先导型减压阀 2 的遥控口上接入远程调压阀 3，当二位二通换向阀处于图示位置时，液压缸 4 的压力由减压阀 2 的调定压力决定；当二位二通换向阀处于右位时，缸 4 的压力由远程调压阀 3 的调定压力决定，阀 3 的调定压力必须低于阀 2。液压泵的最大工作压力由溢流阀 1 调定。减压回路也可以采用比例减压阀来实现无级减压。为了保证减压回路的工作可靠性，减压阀的最低调整压力不应小于 0.5MPa，最高调整压力至少比系统调整压力小 0.5MPa。由
9、于减压阀工作时存在阀口的压力损失和泄漏口泄漏造成的容积损失，故这种回路不宜用在压力降或流量较大的场合。必须指出的是，负载在减压阀出口处所产生的压力应不低于减压阀的调定压力，否则减压阀不可能起到减压、稳压作用。图 7.7 减压回路7.1.4 增压回路增压回路用来使系统中某一支路获得较系统压力高且流量不大的油液供应。利用增压回路，液压系统可以采用压力较低的液压泵，甚至压缩空气动力源来获得较高压力的压力油。增压回路中实现油液压力放大的主要元件是增压器，其增压比为增压器大小活塞的面积之比。1.单作用增压器的增压回路图 7.8a）所示的为单作用增压器的增压回路，它适用于单向作用力大、行程小、作业时间短的
10、场合，如制动器、离合器等。当压力为 p1 的油液进入增压器的大活塞腔时，在小活塞腔即可得到压力为 p2 的高压油液，增压的倍数等于增压器大小活塞的工作面积之比。当二位四通电磁换向阀右位接入系统时，增压器的活塞返回，补油箱中的油液经单向阀补入小活塞腔。这种回路只能间断增压。2.双作用增压器的增压回路图 7.8b）所示为采用双作用增压器的增压回路，它能连续输出高压油，适用于增压行程要求较长的场合。泵输出的压力油经换向阀 5左位和单向阀 1 进入增压器左端大、小活塞腔，右端大活塞腔的回油通油箱，右端小活塞腔增压后的高压油经单向阀 4 输出，此时单向阀2、3 被关闭；当活塞移到右端时，换向阀 5 得电
11、换向，活塞向左移动，左端小活塞腔输出的高压液体经单向阀 3 输出。这样增压缸的活塞不断往复运动，两端便交替输出高压液体，实现了连续增压。7.1.5 保压回路保压回路的功用是，在执行元件工作循环中的某一阶段，保持系统中规定的压力。1.利用蓄能器的保压回路图 7.9a)所示为用蓄能器保压的回路。系统工作时，电磁换向阀 6 的左位通电，主换向阀左位接入系统，液压泵向蓄能器和液压缸左腔供油，并推动活塞右移，压紧工件后，进油路压力升高，升至压力继电器调定值时，压力继电器发讯使二通阀 3 通电，通过先导式溢流阀使泵卸荷，单向阀自动关闭，液压缸则由蓄能器保压。蓄能器的压力不足时，压力继电器复位使泵重新工作。
12、保压时间的长短取决于蓄能器的容量，调节压力继电器的通断区间即可调节缸中压力的最大值和最小值。这种回路既能满足保压工作需要，又能节省功率、减少系统发热。图 7.8 增压回路图 7.9 利用蓄能器的保压回路1液压泵；2先导型溢流阀；3二位二通电磁阀；4压力继电器；5蓄能器；6三位四通电磁换向阀；7液压缸；8单向阀图 7.9b)所示为多缸系统一缸保压回路。进给缸快进时，泵压下降，但单向阀 8 关闭，把夹紧油路和进给油路隔开。蓄能器 5 用来给夹紧缸保压并补充泄漏，压力继电器 4 的作用是夹紧缸压力达到预定值时发出讯号，使进给缸动作。2.利用液压泵的保压回路如图 7.10 所示，在回路中增设一台小流量
13、高压补油泵 5，组成双泵供油系统。当液压缸加压完毕要求保压时，由压力继电器 4 发讯，换向阀 2 处于中位，主泵 1 卸载，同时二位二通换向阀 8 处于左位，由高压补油泵 5 向封闭的保压系统 a 点供油，维持系统压力稳定。由于高压补油泵只需补偿系统的泄漏量，可选用小流量泵，功率损失小。压力稳定性取决于溢流阀 7 的稳压精度。3.利用液控单向阀的保压回路图 7.11 所示为采用液控单向阀和电接触式压力表的自动补油式保压回路，当 1YA 通电时，换向阀右位接入回路，液压缸上腔压力升至电接触式压力表上触点调定的压力值时，上触点接通，1YA 断电，换向阀切换成中位，泵卸荷，液压缸由液控单向阀保压。当
14、缸上腔压力下降至下触头调定的压力值时，压力表又发出信号，使 1YA 通电，换向阀右位接入回路，泵向液压缸上腔补油使压力上升，直至上触点调定值。这种回路用于保压精度要求不高的场合。图 7.10 用高压补油泵的保压回路图 7.11 采用液控单向阀的保压回路7.1.6 平衡回路平衡回路的功能在于使执行元件的回油路上保持一定的背压值，以平衡重力负载，使之不会因自重而自行下落。1.采用单向顺序阀的平衡回路图 7.12a）是采用单向顺序阀的平衡回路。调整顺序阀的开启压力，使液压缸向上的液压作用力稍大于垂直运动部件的重力，即可防止活塞部件因自重而下滑。活塞下行时，由于回油路上存在背压支撑重力负载，因此运动平
15、稳。当工作负载变小时，系统的功率损失将增大。由于顺序阀存在泄漏，液压缸不能长时间停留在某一位置上，活塞会缓慢下降。若在单向顺序阀和液压缸之间增加一个液控单向阀，由于液控单向阀密封性很好，可防止活塞因单向顺序阀泄漏而下降。2.单向液控单向阀的平衡回路图 7.12 c）是采用液控单向阀的平衡回路。由于液控单向阀是锥面密封，泄漏量小，故其闭锁性能好，活塞能够较长时间停止不动。回油路上串联单向节流阀，以保证下行运动的平稳。如果回油路上没有节流阀，活塞下行时液控单向阀被进油路上的控制油打开，回油腔没有背压，运动部件因自重而加速下降，造成液压缸上腔供油不足而失压，液控单向阀因控制油路失压而关闭。液控单向阀
16、关闭后控制油路又建立起压力，该阀再次被打开。液控单向阀时开时闭，使活塞在向下运动过程中时走时停，从而会导致系统产生振动和冲击。图 7.12 平衡回路3.采用遥控平衡阀的平衡回路图 7.12 b）所示为采用遥控平衡阀的平衡回路。在背压不太高的情况下，活塞因自重负载而加速下降，活塞上腔因供油不足，压力下降，平衡阀的控制压力下降，阀口就关小，回油的背压相应上升，起支撑和平衡重力负载的作用增强，从而使阀口的大小能自动适应不同负载对背压的要求，保证了活塞下降速度的稳定性。当换向阀处于中位时，泵卸荷，平衡阀遥控口压力为零，阀口自动关闭，由于这种平衡阀的阀芯有很好的密封性，故能起到长时间对活塞进行闭锁和定位
17、作用。这种遥控平衡阀又称为限速阀。必须指出，无论是平衡回路，还是背压回路，在回油管路上都存在背压力，故都需要提高供油压力。但这两种基本回路也有区别，主要表现在功用和背压力的大小上。背压回路主要用于提高进给系统的稳定性，提高加工精度，所具有的背压力不大。平衡回路通常是在立式液压缸情况下用以平衡运动部件的自重，以防下滑发生事故，其背压力应根据运动部件的重力而定。7.2 调速回路在液压传动系统中，调速是为了满足执行元件对工作速度的要求，因此是系统的核心问题。调速回路不仅对系统的工作性能起着决定性的影响，而且对其他基本回路的选择也起着决定性的作用，因此在液压系统中占有极其重要的地位。7.2.1 调速回
18、路概述1.调速回路的基本原理在液压传动系统中，执行元件主要是液压缸和液压马达。在不考虑液压油的压缩性和元件泄漏的情况下，液压缸的运动速度 v 取决于流入或流出液压缸的流量及相应的有效工作面积，即（7.1）Aq式中 q流入（或流出）液压缸的流量；A液压缸进油腔（或回油腔）的有效工作面积。由上式可知，要调节液压缸的工作速度，可以改变输入执行元件的流量，也可以改变执行元件的有效工作面积。对于确定的液压缸来说，改变其有效工作面积是比较困难的，因此，通常用改变液压缸的输入流量 q液压马达的转速 nM 由进入马达的流量 q 和马达的排量 VM 决定，即（7.2）MV由上式可知，可以改变输入液压马达的流量，
19、或改变变量马达排量 VM 来控制液压马达的转速。为了改变进入执行元件的流量，可采用定量泵和溢流阀构成的恒压源与流量控制阀的方法，也可以采用变量泵供油的方法。目前，调速回路主要有以下的三种调速方式：节流调速 采用定量泵供油，通过改变流量控制阀通流面积的大小，来调节流入或流出执行元件的流量实现调速，多余的流量由溢流阀溢流回油箱。容积调速 通过改变变量泵或改变变量马达的排量来实现调速。容积节流调速，综合利用流量阀及变量泵来共同调节执行机构的速度。2.调速回路的基本特性调速回路的调速特性、机械特性和功率特性，实际上就是系统的静态特性，它们基本上决定了系统的性能、特点和用途。调速特性回路的调速特性用回路
20、的调速范围来表征。所谓调速范围是指执行元件在某负载下可能得到的最高工作速度与最低工作速度之比：（7.3）minaxvR各种调速回路可能的调速范围是不同的，人们希望能在较大的范围内调节执行元件的速度，在调速范围内能灵敏、平稳地实现无级调速。机械特性机械特性即速度负载特性，它是调速回路中执行元件运动速度随负载而变化的性能。一般地，执行元件运动速度随负载增大而降低。如图7.14 所示为某调速回路中执行元件的速度负载特性曲线。速度受负载影响的程度，常用速度刚度来描述。速度刚度定义为负载对速度的变化率的负值，即（7.4） tgvFkv1速度刚度的物理意义是：负载变化时，调速回路抵抗速度变化的能力，亦即引
21、起单位速度变化时负载力的变化量。从图 7.13 可知，速度刚度是速度负载特性曲线上某点处斜率的倒数。在特性曲线上某处的斜率越小，速度刚度就越大，亦即机械特性就硬，执行元件工作速度受负载变化的影响就越小，运动平稳性越好。功率特性调速回路的功率特性包括回路的输入、输出功率、功率损失和回路效率，一般不考虑执行元件和管路中的功率损失。这样，便于从理论上对各种调速回路进行比较。功率特性好，即能量损失小，效率高，油液发热少。7.2.2 节流调速回路节流调速回路是通过在液压回路上采用流量控制阀（节流阀或调速阀）来实现调速的一种回路，一般根据流量控制阀在回路中的位置不同分为进油节流调速、回油节流调速及旁路节流
22、调速三种。1.进油节流调速回路图 7.13 速度负载特性曲线图 7.14 所示为节流阀进油节流调速回路。将节流阀串联在液压缸的进油路上，用定量泵供油，且在泵的出口处并联一个溢流阀。泵输出的油液一部分经节流阀进入液压缸的工作腔，推动活塞运动，多余的油液经溢流阀流回油箱。由于溢流阀处于溢流状态，因此泵的出口压力保持恒定。调节节流阀的通流面积，即可调节通过节流阀的流量，从而调节液压缸的工作速度。（1）速度负载特性进油节流调速回路的工作原理如下： 图 7.14 进油节流调速回路液压缸要克服负载 F 而运动，其工作腔的油液必须具有一定的工作压力，即稳定工作时活塞的受力平衡方程为（7.5）Ap21式中 F
23、液压缸的负载；A1、A 2分别为液压缸无杆腔和有杆腔的有效面积；p1、p 2 分别为液压缸进油腔、回油腔的压力。当回油腔直接通油箱时，可设 p20 ，故液压缸无杆腔压力为（7.6）1AF这说明液压缸工作压力 p1 取决于负载，随负载变化。为了保证油液通过节流阀进入执行元件，节流阀上必须存在一个压力差 p，即泵的出口压力 pp 必须大于液压缸工作压力 p1，即p调节通过节流阀的流量 q1，才能调节液压缸的工作速度。因此定量泵多余的油液qy 必须经溢流阀流回油箱。必须指出，溢流阀溢流是该回路能调速的必要条件。注意，如果溢流阀不能溢流，定量泵的流量 qp 只能全部进入液压缸，而不能实现调速功能。根据
24、连续性方程，有常数yp1进入液压缸的流量 q1 越小，液压缸的工作速度就越低，溢流量 qy 也就越大。溢流阀工作在溢流状态，因此泵的出口压力 pp 保持恒定。经节流阀进入液压缸的流量 q1 为（7.7）mPTmTAFKpA)(11 式中 A T节流阀的通流面积；p节流阀两端的压力差， ；1pPK节流阀的流量系数，对薄壁孔 ，对细长孔 Kd 2(32 L)，/2dCK其中，C d 为流量系数； 、 分别为液体密度和动力粘度；d、L 为细长孔直径和长度；m节流指数，0.5m1，对薄壁孔 m0.5，对细长孔 m1。调节节流阀通流面积 AT，即可改变通过节流阀的流量 q1，从而调节液压缸的工作速度。根
25、据上述讨论，液压缸的运动速度为（7.8） mPTFpKqv)(11式(7.8)称为进油节流调速回路的速度负载特性方程。由此式可知，液压缸的工作速度是节流阀通流面积 AT 和液压缸负载 F 的函数，当 AT 不变时，活塞的运动速度 v 受负载 F 变化影响；液压缸的运动速度 v 与节流阀的通流面积 AT 成正比，调节 AT 就可调节液压缸的速度。这种回路调速范围比较大，最高速度比可达 100 左右。图 7.15 所示为进油节流调速回路的速度负载特性曲线，它是根据进油节流调速回路在节流阀的不同开口情况绘制出来的。这组曲线表示液压缸运动速度随负载变化的规律，曲线越陡，说明负载变化对速度的影响越大，即
26、速度刚度越差。从图中可以看出：当节流阀通流面积 AT 一定时，负载 F 大的区域，曲线陡，速度刚度差，而负载 F 越小，曲线越平缓，速度刚度越好；在相同负载下工作时，A T 越大，速度刚度越小，即速度高时速度刚度差；特性曲线交汇于横坐标轴上的一点，该点对应的 F 值为最大负载，这说明速度调节不会改变回路的最大承载能力 Fmax。因最大负载时缸停止运动(p0，v0)，由式(7.8)可知，该回路的最大承载能力为 Fmaxp pA1。进油节流调速回路的速度刚性为：（7.9） vmFmKvk ppT111)(由式（7.9）可知，提高系统压力、增大液压缸工作面积均可提高速度刚度。由式（7.9）还可知，小
27、负载、低速时，速度刚性大，速度稳定性好。（2）功率特性进油节流调速回路中，泵的供油压力 pp 由溢流阀确定，所以液压泵的输出功率，即回路输入功率为一常值，即（7.10）constqP回路输出功率，即液压缸输出的有效功率为图 7.15 进油节流调速回路速度负载特性曲线（7.11）11qpAFvP回路的功率损失 P 为（7.12）111()()yPypqpq这种调速回路的功率损失由溢流损失 pPqy 和节流损失 pq 1 两部分组成。溢流损失是在泵的输出压力 pP 下，流量 qy 流经溢流阀产生的功率损失，而节流损失是流量 q1 在压差p 下流经节流阀产生的功率损失。回路效率为（7.13）PPCq
28、pFv11由于回路中存在溢流损失和节流损失这样两种功率损失，所以回路效率比较低，特别是在低速、轻载场合，效率更低。为了提高效率，实际工作中应尽量使液压泵的流量 qp 接近液压缸的流量 q1。特别是当液压缸需要快速和慢速两种运动时，应采用双泵供油。进油节流调速回路适用于轻载、低速、负载变化不大和对速度稳定性要求不高的小功率场合。2.回油节流调速回路图 7.16 所示为回油节流调速回路，这种调速回路是将节流阀串接在液压缸的回油路上，定量泵的供油压力由溢流阀调定并基本上保持恒定不变。该回路的调节原理是：借助节流阀控制液压缸的回油量 q2，实现速度的调节。或 21Avq21（7.14）由上式可知，用节
29、流阀调节流出液压缸的流量q2，也就调节了流入液压缸的流量 q1。定量泵多余的油液经溢流阀流回油箱。溢流阀处于溢流状态，泵的出口压力 pP 保持恒定，且 p1p P。稳定工作时，活塞的受力平衡方程为：（7.15）FAp21由于节流阀两端存在压差，因此在液压缸有杆腔中形成背压 p2，由式(7.15)可知，负载 F 越小，背压 p2 越大，当负载 F0 时， （7.16） pA21 图 7.16 回油节流调速回路液压缸的运动速度，亦即速度负载特性方程为：（7.17）mpTAFKAqv)(212式中 A2液压缸有杆腔的有效面积；q2通过节流阀的流量；其它符号意义与式(7.5)相同。比较式(7.8)和(
30、7.17)可以发现，回油节流阀调速与进油节流阀调速的速度负载特性基本相同，若缸两腔有效面积相同，则两种节流阀调速回路的速度负载特性就完全一样了。因此，前面对进油节流阀调速回路的分析和结论都适用于本回路。进油节流调速回路与回油节流调速回路虽然流量特性与功率特性基本相同，但也在某些方面有不同之处，主要有以下几点：承受负负载的能力不同 回油节流调速回路的节流阀使液压缸的回油腔形成一定的背压( p20) ，因而能承受负负载（负负载是与活塞运动方向相同的负载） ，并提高了液压缸的速度平稳性。而进油节流调速回路则要在回油路上设置背压阀后，才能承受负负载，但是需要提高调定压力，功率损失大。实现压力控制的难易
31、程度不同 进油节流调速回路容易实现压力控制。当工作部件在行程终点碰到死挡铁后，缸的进油腔压力会上升到等于泵的供油压力，利用这个压力变化，可使并联于此处的压力继电器发出信号，实现对系统的动作控制。回油节流调速时，液压缸进油腔压力没有变化，难以实现压力控制。虽然工作部件碰到死挡铁后，缸的回油腔压力下降为零，可利用这个变化值使压力继电器失压复位，对系统的下步动作实现控制，但可靠性差，一般不采用。调速性能不同 若回路使用单杆缸，无杆腔进油流量大于有杆腔回油流量。故在缸径、缸速相同的情况下，进油节流调速回路的节流阀开口较大，低速时不易堵塞。因此，进油节流调速回路能获得更低的稳定速度。停车后的启动性能不同
32、 长期停车后液压缸内的油液会流回油箱，当液压泵重新向缸供油时，在回油节流阀调速回路中，由于进油路上没有节流阀控制流量，活塞会出现前冲现象；而在进油节流阀调速回路中，活塞前冲很小，甚至没有前冲。为了提高回路的综合性能，一般常采用进油节流阀调速，并在回油路上加背压阀；使其兼有二者的优点。3.旁路节流调速回路图 7.17 旁路节流调速回路如图 7.17 所示，这种回路把节流阀接在与执行元件并联的旁油路上。定量泵输出的流量一部分通过节流阀溢回油箱，一部分进入液压缸，使活塞获得一定的运动速度。通过调节节流阀的通流面积 AT，就可调节进入液压缸的流量，即可实现调速。溢流阀作安全阀用，正常工作时关闭，过载时
33、才打开，其调定压力为最大工作压力的 1.11.2 倍。在工作过程中，定量泵的压力随负载而变化。设泵的理论流量为 qt，泵的泄漏系数为 kl，其它符号意义同前，则缸的运动速度为（7.18）11AFKkqvmTlt 按式(7.18)选取不同的 AT 值可作出一组速度负载特性曲线，如图 7.17b)所示。由曲线可知，当节流阀通流面积一定而负载增加时，速度下降较前两种回路更为严重，即特性很软，速度稳定性很差；在重载高速时，速度刚度较好，这与前两种回路恰好相反。其最大承载能力随节流口 AT 的增加而减小，即旁路节流调速回路的低速承载能力很差，调速范围也小。这种回路只有节流损失而无溢流损失；泵压随负载的变
34、化而变化，节流损失和输入功率也随负载变化而变化。因此，本回路比前两种回路效率高。由于本回路的速度负载特性很软，低速承载能力差，故其应用比前两种回路少，只用于高速、重载、对速度平稳性要求不高的较大功率的系统，如牛头刨床主运动系统、输送机械液压系统等。7.2.3 容积调速回路节流调速回路由于有节流损失和溢流损失，所以只适用于小功率系统。容积调速回路主要是利用改变变量泵的排量或改变变量马达的排量来实现调速的，其主要优点是没有节流损失和溢流损失，因而效率高，系统温升小，适用于大功率系统。容积调速回路根据油液的循环方式有开式回路和闭式回路两种。在开式回路中，液压泵从油箱吸油，执行元件的回油直接回油箱，油
35、液能得到较好的冷却，便于沉淀杂质和析出气体，但油箱体积大，空气和污染物侵入油液的机会增加，侵入后影响系统正常工作。在闭式回路中，执行元件的回油直接与泵的吸油腔相连，结构紧凑，只需较小的补油箱，空气和脏物不易混入回路，但油液的散热条件差，为了补偿回路中的泄漏、并进行换油冷却，需附设补油泵。容积调速回路按照动力元件与执行元件的不同组合可以分为变量泵和定量执行元件的容积调速回路，定量泵和变量马达的容积调速回路以及变量泵和变量马达的容积调速回路三种基本形式。1.变量泵和定量执行元件组成的容积调速回路图 7.18 所示是变量泵和定量执行元件组成的容积调速回路。其中图中(a)所示为变量泵和液压缸组成的开式
36、回路。图中(b)所示为变量泵和定量马达组成的闭式回路。显然，改变变量泵的排量即可调节液压缸的运动速度和液压马达的转速。两图中的溢流阀 2 均起安全阀作用，用于防止系统过载；单向阀 3 用来防止停机时油液倒流入油箱和空气进入系统。这里重点讨论变量泵和定量马达容积调速回路。在图 7.18(b)中，为了补偿泵 1 和马达 7 的泄漏，增加了补油泵 8。补油泵 8 将冷油送入回路，而从溢流阀 9 溢出回路中多余的热油，进入油箱冷却。补油泵的工作压力由溢流阀 9 来调节。补油泵的流量为主泵的1015，工作压力为 0.51.4MPa。速度负载特性在图 7.18(b)回路中，引入泵和马达的泄漏系数，不考虑管
37、道的泄漏和压力损失时，可得此回路的速度负载特性方程为（7.19）MpMppMVTknVknqn211相应的速度刚度为（7.20）12knTkMv式中 k1泵和马达的泄漏系数之和；np变量泵的转速；pp泵的工作压力，亦即液压马达的工作压力；Vp、V M变量泵、马达的排量；图 7.18 变量泵和定量执行元件的容积调速回路1变量泵；2，9溢流阀；3单向阀；4换向阀；5液压缸；6背压阀；7定量马达；8补油液压泵nM、 TM马达的输出转速、输出转矩。此回路的速度负载特性曲线如图 7.19(a)所示。由图可见，由于变量泵、马达有泄漏，马达的输出转速 nM 会随负载 TM 的加大而减小，即速度刚性要受负载变
38、化的影响。负载增大到某值时，马达停止运动( 见图 7. 19 (a)中的 )，表明这种回路在低速下的承载能MT力很差。所以在确定回路的最低速度时，应将这一速度排除在调速范围之外。马达的排量是定值，因此改变泵的排量，即可改变泵的输出流量，马达的转速也随之改变。转速特性在图 7.18(b)中，若采用容积效率、机械效率表示液压泵和马达的损失和泄漏，则马达的输出转速 nM 与变量泵排量 Vp 的关系为（7.21）MVPpMnqn式中 、 泵、马达的容积效率。PVM马达的排量是定值，因此改变泵的排量，即可改变泵的输出流量，马达的转速也随之改变。式（7.21）也称为容积调速公式，此式表明，或改变泵的排量
39、Vp，或改变马达的排量 VM，或既改变泵的排量 Vp 又改变马达的排量 VM 都可以调节马达的输出转速 nM。转矩特性马达的输出转矩 TM 与马达排量 VM 的关系为（7.22）m2式中 pM液压马达进出口的压差；Mm马达的机械效率。上式表明，马达的输出转矩 TM 与泵的排量 Vp 无关，不会因调速而发生变化。若系统的负载转矩恒定，则回路的工作压力 p 恒定不变(即 p M 不变) ，此时马达的输出转矩 TM恒定，故此回路又称为“等转矩调速回路” 。功率特性马达的输出功率 PM 与变量泵排量 Vp 的关系为（7.23）MMnnT2图 7.19 变量泵定量马达调速回路特性(a)速度负载特性曲线
40、(b) 调速回路特性曲线或者 （7.24）MmVPpMn上式表明，马达的输出功率 PM 与马达的转速成正比，亦即与泵的排量 Vp 成正比。上述的三个特性曲线如图 7.19(b)所示。必须指出，由于泵和马达存在泄漏，所以当Vp 还未调到零值时，n M、T M 和 PM 已都为零值。这种回路调速范围大，可持续实现无级调速，一般用于如机床上作直线运动的主运动（刨床、拉床等） 。2.定量泵和变量马达组成的容积调速回路图 7.20 所示为定量泵和变量马达组成的容积调速回路，在这种容积调速回路中，泵的排量 Vp 和转速 np 均为常数，输出流量不变，补油泵 4，溢流阀 3、5 的作用同变量泵一定量马达调速
41、回路中的一样。该回路通过改变变量马达的排量 VM 来改变马达的输出转速nM。当负载恒定时，回路的工作压力 p 和马达输出功率 PM 都恒定不变，而马达的输出转矩 TM 与马达的排量 VM 成正比变化，马达的转速 nM 与其排量 VM 成反比（按双曲线规律）变化，其调速特性如图 7.20(b)所示。从图中可知，输出功率 PM 不变，故此回路又称“恒功率调速回路” 。当马达排量 VM 减小到一定程度，输出转矩 TM 不足以克服负载时，马达便停止转动，这样不仅不能在运转过程中使马达通过 VM0 点的方法来实现平稳的反向，而且其调速范围也很小，这种回路很少单独使用。3.变量泵和变量马达组成的容积调速回
42、路图 7.21 所示为采用双向变量泵和双向变量马达的容积调速回路。改变双向变量泵 1的供油方向，可使双向变量马达 2 正转或反转。在图(a) 中，回路左侧的两个单向阀 6 和8 用于使辅助泵 4 能双向补油，补油压力由溢流阀 5 调定。右侧两个单向阀 7 和 9 使安全阀 3 在双向变量马达 2 的正反两个方向都能起过载保护作用。这种调速回路实际上是上述两种容积调速回路的组合。由于泵和马达的排量均可改变，故增大了调速范围，其调速特性曲线如图 7.21(b)所示。在工程中，一般都要求执行元件在启动时有低转速和大的输出转矩，而在正常工作时都希望有较高的转速和较小的输出转(a)定量泵变量马达容积调速
43、回路图 (b)调速回路特性曲线图 7.20 定量泵变量马达调速回路1定量泵；2变量马达；3安全阀；4辅助泵；5溢流阀矩。因此，这种回路在使用时，在低速段，将双向变量马达的排量调到最大，使双向变量马达能够获得最大的输出转矩，然后通过调节双向变量泵的输出流量来调节双向变量马达的转速。随着转速升高，双向变量马达的输出功率也随之增加。在此过程中，双向变量马达的转矩不变，这一段是变量泵和定量马达容积调速方式。在高速段，使双向变量泵处于最大排量状态，然后调节双向变量马达的排量来调节双向变量马达转速，随着双向变量马达转速的升高，输出转矩随之降低，双向变量马达的输出功率保持不变，这一段是定量泵和变量马达容积调
44、速方式。7.2.4 容积节流调速回路容积节流调速回路的工作原理是用压力补偿变量泵供油，用流量控制阀调定进入或流出液压缸的流量来调节液压缸的运动速度，并使变量泵的输出流量自动与液压缸所需流量相适应。这种调速回路，没有溢流损失，效率较高，速度稳定性也比单纯的容积调速回路好。常见的容积节流调速回路主要有以下两种。1.限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速回路图 7.22 所示为限压式变量泵和调速阀组成的容积调速回路。在这种回路中，由限压式变量泵 1 供油，为获得更低的稳定速度，一般将调速阀 2 安装在进油路中，回油路中装有背压阀 6。空载时泵以最大流量进入液压缸使其快进，进入工作进给(简称工进) 时
45、，电磁阀 3 通电使其所在油路断开，压力油经调速阀 2 流入缸内。工进结束后，压力继电器 5发出讯号，使阀 3 和阀 4 换向，调速阀被短接，液压缸快退，油液经背压阀 6 返回油箱，调速阀 2 也可放在回油路上，但对单杆缸，为获得更低的稳定速度，应放在进油路上。当回路处于工进阶段时，液压缸的运动速度由调速阀中节流阀的通流面积 AT 来控制。变量泵的输出流量 qp 和供油压力 pp 自动保持相应的恒定值。由于这种回路中泵的供油压力基本恒定，因此也称之为定压式容积节流调速回路。图 7.22(b)为回路的调速特性曲线。由图可见，限压式变量泵压力流量特性曲线上的点 a 是泵的工作点，泵的供油压力为 p
46、p，流量为 q1。调速阀在某一开度下的压力流图 7.21 变量泵变量马达容积调速回路(a)变量泵变量马达容积调速回路 (b)调速回路特性曲线量特性曲线上的点 b 是调速阀(液压缸)的工作点，压力为 p1，流量为 q1。当改变调速阀的开口量，使调速阀压力流量特性曲线上下移动时，回路的工作状态便相应改变。限压式变量泵的供油压力应调节为（7.24）min1TPp其中， 是保证调速阀正常工作的最小压差，一般应在 0.5MPa 左右。系统最大min1TPp工作压力应为（7.25）minmax1TPpp一般地，限压式变量泵的压力流量曲线在调定后是不会改变的，因此，当负载 F变化，使 p1 发生变化时，调速
47、阀的自动调节作用使调速阀内节流阀上的压差 p 保持不变，流过此节流阀的流量 q1 也不变，从而使泵的输出压力 pp 和流量 qp 也不变，回路就能保持在原工作状态下工作，速度稳定性好。如果不考虑泵、缸和管路的损失，回路效率为（7.26）PPpAqpA)()( 12112如果背压 p20，则（7.27）PTPT1从上式可知，如果负载较小时，p 1 减小，使调速阀的压差 p T 增大，造成节流损失图 7.22 限压式变量泵与调速阀式联合调速回路(a)调速回路结构 (b)特性曲线增大。低速时，泵的供油流量较小，而对应的供油压力很大，泄漏增加，回路效率严重下降。因此，这种回路不宜用在低速、变载且轻载的
48、场合，适用于负载变化不大的中、小功率场合，如组合机床的进给系统等。2.差压式变量泵和节流阀组成的调速回路这种调速回路采用压差式变量泵供油，用节流阀控制进入液压缸或从液压缸流出的流量。图 7.23 所示是节流阀安装在进油路上调速回路，其中阀 7 为背压阀，阀 9 为安全阀。泵的配油盘上的吸排油窗口对称于垂直轴，变量机构由定子两侧的控制缸 1、2 组成，节流阀前的压力 pp 反馈作用在控制缸 2 的有杆腔和控制柱塞1 上，节流阀后的压力 p1 反馈作用在控制缸 2 的无杆腔，柱塞 1 的直径与缸 2 的活塞杆直径相等，亦即节流阀两端压差作用在定子两侧的作用面积相等。定子的移动（即偏心量的调节）靠控制缸两腔的液压作用力之差与弹簧力 Fs 的平衡来实现。压力差增大时，偏心量减小，供油量减小。压力差一定时，供油量也一定。调节节流阀的开口量，即改变其两端压力差，也改变了泵的偏心量，使其输油量与通过节流阀进入液压缸的流量相适应。阻尼孔 8 用以增加变量泵定子移动阻尼，改善动态特性，避免定子发生振荡。系统在图示位置时，泵排出的油液经阀 4 进入缸 6，故 ppp 1，泵的定子两侧的液压作用力相等，定子仅受 Fs 的作用，从而使定子与转子间的偏心距 e 为最大，泵的流量最大，缸 5 实现快进。快进结束，lYA 通电，阀 4 关闭，
