大學(xué)液壓與氣動(dòng)技術(shù)第七章復(fù)習(xí)重點(diǎn)

1、第七章液壓基本回路.所謂液壓基本回路是指由有關(guān)液壓元件和管道組合而成用以實(shí)現(xiàn)某種特定功能的典型油路。.按其在液壓系統(tǒng)中的功用，液壓基本回路可分為以下幾類：，速度控制回路，壓力控制回路.方向控制回路Q多缸工作控制回路 第一節(jié)調(diào)速回路.一、調(diào)速原理和調(diào)速回路的分類.（一）調(diào)速原理:在不考慮油液壓縮性和泄漏的情況下，液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度為v=Q/A液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速為n=Q/qM.（二）常用的調(diào)速回路：節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速和容積節(jié)流調(diào)速。二、節(jié)流調(diào)速回路節(jié)流調(diào)速：在定量泵系統(tǒng)中，通過改變回路中流量控制元件通流截面面積的大小來控制輸入或流出執(zhí)行元 件的流量，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的一種方法。分為三種：根據(jù)流量控制閥在回路

2、中安裝位置的不同可分為進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路、出口節(jié)流調(diào)速回路和旁路 節(jié)流調(diào)速回路。PlP2AiA（一）進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路1.工作原理P，活塞運(yùn)動(dòng)的工作速度為Q 1v =AiQo =+ Q22.速度一負(fù)載特性R Ai = P2 A2 + R活塞以穩(wěn)定速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞受力平衡方程式為式中：Ri液壓缸進(jìn)油腔壓力；R2液壓缸回油腔壓力，圖中液壓缸回油腔直接與油箱相通，可以 近似地認(rèn)為R2為零，即 R2=0 ；A2 液壓缸回油腔有效工作面積；R 液壓缸工作負(fù)載（包括摩擦力）；所以AiPiQ廠 KA PRQi =KA Po- <Ai JKAv 二KAv=Ar(poA-R)m進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路速度一負(fù)載特性曲

3、線（1）其它條件不變時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)速度與節(jié)流閥通流截面積成正比，即改變通流截面積可以調(diào)節(jié)速度，通流 面積越大，進(jìn)入液壓缸的，即使通流面積不變，活塞運(yùn)動(dòng)速度也將隨之變化。.（3）液壓缸所能產(chǎn)生的最大推力為 FMax=P°Al ,在P0已由溢流閥調(diào)定的情況下，最大推力不會(huì)隨速度的調(diào)節(jié)而改變，即拋物線的頂點(diǎn)不改變。進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路的速度剛度負(fù)載R 對(duì)速度V 的微分稱為回路的速度剛度，一般用下式表示T£R1T 二一CVtg«式中：負(fù)號(hào)表示負(fù)載增加時(shí)，速度是下降的?；芈匪俣葎偠鹊膸缀我饬x是速度一負(fù)載特性曲線上某一點(diǎn)切 線斜率的倒數(shù)。斜率越小，速度剛度就越大，液壓缸工作的速度受

4、負(fù)載的影響越小。:R.:vAm1KAm1 _m(P0A1 - R)進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路的速度-負(fù)載特性對(duì)同一節(jié)流閥，在小通流面積下工作，回路速度剛性較好，速度受負(fù)載的影響較小。（2） m沒是由節(jié)流閥節(jié)流口形狀決定的參數(shù)，m越小，則剛度越大，故節(jié)流閥常采用薄壁小孔形狀（m=0.5 ）。適當(dāng)增加液壓缸有效工作面積A1和液壓泵的工作壓力 po ，可以提高速度剛度。（4）當(dāng)節(jié)流閥開度一定時(shí)（即對(duì)同一條特性曲線而言），負(fù)載 R愈小，速度剛度愈高。由上面的分析可知，進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路在液壓缸低速（V 較?。?、輕載（R 較小）時(shí)有較高的速度剛度，抗負(fù)載能力較強(qiáng)，但在該種工況下工作，系統(tǒng)的功率損失較大，回路效率較低

5、。3進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路的功率特性為分析問題簡(jiǎn)便，設(shè)液壓泵、液壓缸及管道功率損失忽略不計(jì)，液壓泵的輸出功率No為No=PoQo-液壓缸輸出的有效功率N1為N1=RV=P1Q1-所以，回路的功率損失Qo = Q1Q2N 為 N = N° - N廠 PoQ。- P1Q1P =Po - P故.：N=Q2)QPo-：p)二P0Q2PQj N溢 N節(jié)3進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路的功率特性進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路的功率損失包括兩部分：一部分是溢流閥的溢流損失，它是流量在壓力下流經(jīng)溢流閥所 造成的功率損失；另一部分是節(jié)流閥處的節(jié)流損失，它是流量在壓差作用下通過節(jié)流閥時(shí)造成的功率損失 兩部分功率一般均轉(zhuǎn)化成熱能，使回路中

6、油液溫度升高。進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路的回路效率回路效率_ Ni _ PiQiN oPoQ o由于進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路不可避免的存在著兩種損失，因此回路效率較低，尤其是在執(zhí)行元件處于低速、小 負(fù)載工況時(shí)，效率更低。（二）出口節(jié)流調(diào)速回路.1工作原理.2速度一負(fù)載特性 液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度為QiQ 3v =Q3 = KA PmP = P2 卩3PiP2P3 oP P2P3A2Q3 二 KAPoA -RQ3 _A2 一KA (PoA-R)m|Q=yrm 1A2A1A2出口節(jié)流調(diào)速回路的速度剛度為速度剛度T為:m 1A2PoA-Rg.進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路與出口節(jié)流調(diào)速回路的速度一一負(fù)載特性及速度剛度基本相仿。3功率特性

7、液壓泵輸出的功率為 液壓缸輸出的功率為 回路的功率損失為No = PoQo弘=Rv 二(PqAi - P，A2)vN = No _N1 =Po(Qo-Q1)P2Q3二PoQ2P2Q3= RQ2PQ3 =：N溢N節(jié)（三）進(jìn)出口節(jié)流調(diào)速回路的比較（1）承受負(fù)性負(fù)載的能力所謂負(fù)性負(fù)載是指負(fù)載的作用方向與活塞的運(yùn)動(dòng)方向相同，如提升機(jī)械在重物下落工況時(shí)屬負(fù)性負(fù)載。出口節(jié)流調(diào)速回路中，節(jié)流閥使液壓缸回油腔產(chǎn)生可變阻尼力，從而使液 壓缸的運(yùn)動(dòng)速度受到限制而不致于產(chǎn)生失控。(2) 低速平穩(wěn)性能出口節(jié)流調(diào)速回路中，由于節(jié)流閥產(chǎn)生背壓的阻尼作用，對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的振動(dòng)有一定的抑制作用，從而有利于提高運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性

8、(3) 油液溫升出口節(jié)流調(diào)速回路油液經(jīng)節(jié)流閥產(chǎn)生的能量損失最終使油液發(fā)熱，然后進(jìn)入油箱，散熱冷卻后重新進(jìn)入系統(tǒng)，而進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路經(jīng)節(jié)流閥發(fā)熱的油液直接進(jìn)入執(zhí)行元件，無法進(jìn)行有效的 散熱冷卻，導(dǎo)致執(zhí)行元件內(nèi)液溫升高，泄漏增加，影響執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度的穩(wěn)定性。起動(dòng)時(shí)的前沖出口節(jié)流調(diào)速回路在系統(tǒng)做較長(zhǎng)時(shí)間停止時(shí)，液壓缸回油腔油液部分地泄漏回油箱，形成空隙。重新啟動(dòng)后，液壓泵的油液全部進(jìn)入液壓缸，由于空隙而使回油腔阻尼作用消失，導(dǎo)致活 塞以較快速度前沖一段距離，直到消除空隙形成背壓阻尼為止。而進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路由于節(jié)流閥的存在， 重新啟動(dòng)時(shí)，避免了液壓泵油液全部涌入執(zhí)行元件，從而消除了前沖現(xiàn)象(5)回油腔壓

9、力在相同的條件下，出口節(jié)流調(diào)速回路中， 液壓缸進(jìn)油腔和回油腔壓力均比進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路高，特別是回油路壓力在輕載時(shí)往往高出系統(tǒng)供油壓力許多，以致于造成管道和密封元件的使用壽(四)旁路節(jié)流調(diào)速回路1工作原理(溢流閥用作安全閥)2速度一負(fù)載特性QiQo - Q2當(dāng)活塞穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，其運(yùn)動(dòng)速度為v -AA根據(jù)節(jié)流閥特性，通過它的流量為Qo =QiQ2Q2 = KA pm2P =巴_ P命下降，系統(tǒng)的泄漏量增加，實(shí)際回路效率下降。A A圖9-4當(dāng)活塞穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，活塞受力平衡方程為PiAi=P2A2+R由于液壓缸回油直接回油箱， 故液壓缸背壓-因此-所以QoV = 一AmKA根據(jù)上式繪制出該調(diào)速回路的速度一

10、負(fù)載特性曲線旁路節(jié)流回路速度剛度速度剛度為R A"T = Rcv KAm以Pi二RAi或AP =Ai1V¥業(yè)A>A>A xAA 7AiR(1) 當(dāng)負(fù)載 R不變時(shí)，改變節(jié)流閥通流面積 A ，即可調(diào)整執(zhí)行元件的工作速度 V 。當(dāng)A 增 加時(shí)V 減小，該種性質(zhì)與進(jìn)、出口節(jié)流調(diào)速回路恰好相反。(2) 當(dāng)節(jié)流閥通流面積 A 一定時(shí)，負(fù)載 R 的變化將引起執(zhí)行元件工作速度V 的改變。當(dāng)負(fù)載以，液壓泵輸出的流量將全部進(jìn)人液壓缸，使液壓缸的工作速度達(dá)到最大值Qovm a 尸-Ai。且無論節(jié).為何值，其最大速度都相同，也即特性曲線中各曲線的起點(diǎn)為同一點(diǎn)。(3)由式Q二ka&quo

11、t;知，當(dāng)負(fù)載 R 增加時(shí)，節(jié)流閥前后的壓力差2 g丿增加，故經(jīng)節(jié)流閥回油箱流閥開度R =A 仝：A增加時(shí)，最大承載能的流量增活塞運(yùn)動(dòng)速度V 減小。當(dāng)KA 時(shí)，V=0。節(jié)流閥通流面積力將下降。也就是說，執(zhí)行元件低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，承受負(fù)載能力較小，容易引起執(zhí)行元件工作速度不穩(wěn)定。因 此該種回路的調(diào)速范圍比進(jìn)、出油口節(jié)流調(diào)速回路要小。此外，該回路的速度剛度也比進(jìn)、出口節(jié)流調(diào)速 時(shí)小，抵抗負(fù)載變化的能力最差，尤其在低速、輕載時(shí)更為嚴(yán)重。(4) 液壓泵的工作壓力 p0隨負(fù)載的變化而變化，因此液壓泵的輸出功率隨負(fù)載變化而變化，故該油路的回路效率較高，發(fā)熱量較小。3功率特性0 液壓泵輸出功率為NouPoQohP

12、rQo液壓缸輸出功率為Nj = RQj = R(Q0-Q2)0 回路的功率損失為 AN =N0 Nj =RQ2=N節(jié).由此可見，旁油路節(jié)流調(diào)速回路僅存在節(jié)流損失，而無溢流損失，效率較高。-綜合前面分析可以看出：旁路節(jié)流調(diào)速回路適用于負(fù)載變化小，對(duì)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性要求低的高速、大功 率場(chǎng)合。同時(shí)這種調(diào)速回路也不能用來承受負(fù)性負(fù)載。(五)節(jié)流調(diào)速回路工作性能的改進(jìn)三種節(jié)流調(diào)速回路的共同優(yōu)點(diǎn)是回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以在較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，因而得到廣泛的應(yīng)用。-但其工作速度隨負(fù)載變化，其主要原因是負(fù)載變化引起節(jié)流閥前后壓力差的變化。為此，可以用調(diào) 速閥來取代節(jié)流閥，以增強(qiáng)回路的抗負(fù)載能力。在使用中必須注意：采

13、用調(diào)速閥的三種節(jié)流調(diào)速回路，為確保調(diào)速閥工作性能良好，調(diào)速閥前后的 壓力差最少為 0.5MPa ，高壓調(diào)速閥則需1MPa 。三、容積調(diào)速回路容積調(diào)速回路采用變量泵或變量液壓馬達(dá)，用改變變量泵或變量液壓馬達(dá)的排量來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。該種調(diào)速方法，液壓泵的油液始終全部進(jìn)入執(zhí)行元件中，與節(jié)流調(diào)速相比，既沒有節(jié)流損失，也沒有溢流 損失，回路效率僅取決于液壓泵和執(zhí)行元件的效率，回路效率高，這是容積調(diào)速回路最突出的特點(diǎn)。當(dāng)然， 由于容積調(diào)速回路需采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高的變量泵或變量液壓馬達(dá)，使制造、維修的費(fèi)用增大，但該 回路效率高，節(jié)省動(dòng)力，故近些年來容積調(diào)速回路得到了廣泛的應(yīng)用。圖9-6變量泵與液壓缸組成容積調(diào)

14、速回路的類型1泵缸式容積調(diào)速回路2泵馬達(dá)式容積調(diào)速回路(1) 變量泵-定量液壓馬達(dá)容積調(diào)速回路(2) 定量泵-變量液壓馬達(dá)容積調(diào)速回路(3) 變量泵-變量液壓馬達(dá)容積調(diào)速回路 (一)泵缸式容積調(diào)速回路泵缸式容積調(diào)速回路-1調(diào)速特性v二qBnB2力特性F二PbAA1.變量泵和液壓缸組成的容積調(diào)速回路的輸出特性 Q特性曲線-橫坐標(biāo)qB.1調(diào)速特性v =qBB2力特性F = pBA1A3變量泵輸出功率特性 Nb =PbQb nB3變量泵輸出功率特性N b = PbQb nB1.變量泵和定量馬達(dá) 達(dá)組成的容積調(diào)速回路qB2.定量泵和變量馬組成的容積調(diào)速回路3變量泵和變量液壓馬達(dá)組成的容積調(diào)速回路圖9-

15、12 變量泵（二）泵馬達(dá)式容積調(diào)速回路4、容積一節(jié)流調(diào)速回路采用調(diào)速閥的節(jié)流調(diào)速回路，由于存在較大的壓力損失，回路效率低，油液發(fā)熱溫升大；采用容積調(diào) 速回路時(shí)，由于泄漏的影響，導(dǎo)致執(zhí)行元件的速度隨負(fù)載的變化而變化，尤其在執(zhí)行元件低速運(yùn)行時(shí)，速 度穩(wěn)定性更差。因此，在某些要求傳動(dòng)效率高，低速穩(wěn)定性好，如組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)等機(jī)械的液壓系統(tǒng)中, 上面兩種調(diào)速方式均不可取，此時(shí)宜采用容積節(jié)流調(diào)速。容積節(jié)流調(diào)速回路是采用壓力補(bǔ)償型變量泵供油，通過改變調(diào)速元件的通流面積，來控制液壓泵的輸 出流量與執(zhí)行元件的要求流量相匹配，消除溢流損失，并用調(diào)速元件保證執(zhí)行元件低速的平穩(wěn)性。 常見的容積節(jié)流調(diào)速回路有下面兩種

16、。（一）定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路（二）變壓式容積節(jié)流調(diào)速回路一）定壓式容積節(jié)流調(diào)速回路（二）變壓式容積節(jié)流調(diào)速回路5、三類調(diào)速回路的比較（節(jié)流調(diào)速回路）圖9-16 變壓式容積節(jié)流調(diào)速節(jié)流調(diào)速回路的優(yōu)點(diǎn)是回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以在較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，因而得到廣泛的應(yīng)用。但其 工作速度隨負(fù)載變化，其主要原因是負(fù)載變化引起節(jié)流閥前后壓力差的變化。為此，可以用調(diào)速閥或溢流 節(jié)流閥來取代節(jié)流閥，以增強(qiáng)回路的抗負(fù)載能力。在使用中必須注意：采用調(diào)速閥的三種節(jié)流調(diào)速回路， 為確保調(diào)速閥工作性能良好，調(diào)速閥前后的壓力差最少為，高壓調(diào)速閥則需；溢流節(jié)流閥僅能用于進(jìn)口節(jié) 流調(diào)速回路容積調(diào)速回路在系統(tǒng)正常工作階段均無節(jié)流

17、損失和溢流損失，回路效率高，油液發(fā)熱溫升小，調(diào)速經(jīng) 濟(jì)性好，可實(shí)現(xiàn)較大范圍的無級(jí)變速；低速工況時(shí)，由于受液壓泵和液壓馬達(dá)排量及兩者內(nèi)泄漏的影響， 低速穩(wěn)定性較差，馬達(dá)的輸出扭矩也受到較大的影響；容積調(diào)速回路較適合于閉式液壓系統(tǒng)。所謂閉式液 壓系統(tǒng)是指液壓泵和液壓馬達(dá)的進(jìn)、出油口通過管道首尾相接，油液不需流經(jīng)油箱。閉式液壓系統(tǒng)若采用 雙向變量泵時(shí)，不需換向閥也可方便地?fù)Q向，換向平穩(wěn)，換向沖擊小，但換向時(shí)間較長(zhǎng)。容積調(diào)速回路結(jié) 構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格高、維護(hù)較困難。容積節(jié)流調(diào)速回路沒有溢流損失但存在節(jié)流損失，回路效率較高；速度穩(wěn)定性比單純的容積調(diào)速回路 好。該種回路是以增加壓力損失為代價(jià)來?yè)Q取執(zhí)行元件低速穩(wěn)

18、定性。常用在速度范圍大，中、小功率液壓 機(jī)械的液壓系統(tǒng)，例如組合機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)等。第二節(jié)快速運(yùn)動(dòng)和速度換接回路一、快速運(yùn)動(dòng)回路（一）液壓缸差動(dòng)連接快速運(yùn)動(dòng)回路（二）雙泵供油快速運(yùn)動(dòng)回路二、速度換接回路（一）快速、慢速換接回路 1用行程閥（電磁閥）的速度換接回路（二）兩種慢速的換接回路一、快速運(yùn)動(dòng)回路（一）液壓缸差動(dòng)連接快速運(yùn)動(dòng)回路（二）雙泵供油快速運(yùn)動(dòng)回路A A第三節(jié)壓力控制回路!x_L-圖9-17液壓缸差動(dòng)連接快速運(yùn)動(dòng)回路圖9-18雙泵供油快速運(yùn)一、調(diào)壓回路（一）壓力調(diào)定回路（二）限壓回路（即過載安全保護(hù)回路）（四）遠(yuǎn)程調(diào)壓回路G1DTSTdi-2-3二、減壓回路減壓回路圖9-25壓力限定回路圖9-24壓力調(diào)定回路圖 9-307.液壓油缸單向減壓回路5.單向閥6.減壓閥4.閥位二通電磁換向閥5 .遠(yuǎn)程調(diào)壓閥三、卸荷回路液壓系統(tǒng) 常在某工作階段要求執(zhí)行元件短時(shí)間停止運(yùn)動(dòng)，不傳遞能量，或者要求執(zhí)行元 件不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)但仍維持較高的工作壓力。若此時(shí)液壓泵仍以原來的壓力和流量供