第七章 基本回路
7,1 速度控制回路
目的任务
重点难点
提问作业
目的任务
了解速度控制回路的分类、组成、特点
掌握速度控制回路的功用、工作原理
重点难点
节流阀节流调速原理
变 —— 变调速回路
增速回路
换速回路
提问作业
7—— 4
第七章 基本回路
定义
分类
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
方向控制回路
压力控制回路
按功用分 <
速度控制回路
多缸工作控制回路
7,1 速度控制回路
功用
分类
速度控制回路功用
改变执行元件的运动速度
速度控制回路分类
调速 *、换速、增速回路等
7,1,1 调速回路
调速原理
调速方法
对调速回路的要求
调速回路调速原理
液压缸,v = q /A
<
液压马达,n = q /Vm
由上两式知:
∵ 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
调速回路调速方法
节流调速 —— 改变 q
< 容积调速 —— 改变泵和马达的 V
容积节流调速 —— 既可改变 q,又可改变 V
对调速回路的要求
调速范围大
速度稳定性好
效率高
一 节流调速回路
组成
工作原理
分类
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。
节流调速回路分类
节流阀节流调速
按采用流量阀不同 <
调速阀节流调速
进油路
按流量阀安装位臵不同 < 回油路
旁油路
节流阀进口节流调速回路
特征
油路
工作特性分析
节流阀进口节流调速回路特征
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 A节,即可改变 q,从而改变速
度,且必须和溢流阀联合使用。
节流阀进口节流调速回路油路
节流阀 → 液压缸
qp <
溢流阀 → 油箱
动画演示
节流阀进口节流调速回路工作特性分析
1) 速度负载特性
2) 最大承载能力
3) 功率和效率
速度负载特性
液压缸稳定工作时的受力平衡方程
结论
液压缸稳定工作时的受力平衡方程
p1A = F + p2A
∵ p2→ T pp = pS = C
∴ p2 = 0 p1 = F/A
故 节流阀两端的压力差为
△ p = pP-p1 = pP-F/A
经节流阀进入液压缸的流量为:
q1 = CAT△ pφ = CAT( PP- F /A) φ
液压缸的运动速度
v = q1/A = CAT (pP-F/A)φ/A
结论,v∝ AT 改变 AT,即可改变
q1 改变 v。 A T 调定,v随 F
变化而变化。
速度负载特性结论
① AT = C,F↑,v↓
∴ 速度负载特性软,即轻载时刚性好
② F = C,AT越小,v刚性越好,
即低速时刚性好。
最大承载能力
∵ PP = pS = C,
∴ 不论 AT如何变化,其最大承载能力
不变即 Fmax = p P AT
故 称为恒推力调速(或恒转矩调速)
功率和效率
液压泵的输出功率
液压缸的输出功率
回路的功率损失
溢流损失
节流损失
回路的效率
液压泵的输出功率
PP = pPq P = 常数
液压缸的输出功率
P1 = F v = F q1/A = p1q1
回路的功率损失
△ p = pP- p1
= pPqP- p1q1
= pP( q1 + △ q) - (pP-△ p) q1
= pP △ q +△ p q1
△ q = qP- q1
溢流损失
△ pY = pP △ q
节流损失
△ pT = △ p q1
回路的效率
η= p1/p P = Fv/pPqP = p1q1/pPqP
∵ 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
节流阀出口节流调速回路
特征
相同处
比较
不同处
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,pP = pS。 动画演示
与进口节流调速回路相同处
∵ v— F特性基本与进口节流相似
∴ 上述结论都适用于此
与进口节流调速回路不同处
1) 承受负值负载能力
2) 实现压力控制的方便性
3) 最低稳定速度
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 ↑ v稳定性,
而进油路则需在回油路上增加背
压阀方可承受,△ P↑ 。
实现压力控制的方便性
∵ 进油路调速中工作台碰到死挡铁后,
活塞停止,缸进油腔油压上升至 pS
∴ 便于实现压力(升压)控制而回油路
调 速在上述工况时,进油腔压力变化
很小,无法控压,而回油腔 p↓ 0,
可降压发讯,但电路复杂。
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。
节流阀旁路节流调速回路
特征
油路
工作特性分析
应用
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,
pP = p1=△ p = F/A
动画演示
节流阀旁路节流调速回路油路
缸( q1)
q <
节流阀 → T
节流阀旁路节流调速回路工作特性分析
( 1) 速度负载特性
( 2) 最大承载能力
( 3) 功率和效率
节流阀旁路节流调速回路速度负载特性
重复进油路节流调速回路的推导步骤,可得本回路的速度负
载特性方程,但应考虑泵的泄漏量影响。
q1= qP- qT = (qtP- △ qP)- qT
= (qtP- kLpP)-CAT△ pφ
= qtp-kL(F /A)-CAT(F/A)φ
故 液压缸的工作速度为:
v = q1/A =[ qtp-kL(F /A)-CAT(F/A)φ]/A
结论:① AT=C,F↑, v↓,F↓, v↑,即 v— F特性更软
② F=C,↑ AT,v↓ ; ↓ AT↑ v,即速度随 AT而变化
节流阀旁路节流调速回路最大承载能力
AT↑,阻力 ↓, Fmax↓,即低速承载能力小,
AT至一定值时,即使 F很小,qp → 节 → T,
V=0,所以 Fmax既与 AT有关,又受安全阀调
定压力的限制。
节流阀旁路节流调速回路功率和效率
∵ pP随 F变化而变化,
只有△ P节,而无△ P溢
∴ η高,发热少。
节流阀旁路节流调速回路应用
∵ v— F特性较软,低速承载能力差。
∴ 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。
采用调速阀的节流调速回路
按调速阀安装位臵
特点
按调速阀安装位臵
*进油路
< 回油路
旁油路
动画演示
调速阀的节流调速回路特点
1 在负载变化较大,v稳定性要求较高的场合,则用
调速阀替代节流阀,当△ P > △ P min,qV不随
△ P而变化,所以速度刚性明显优于节流阀调速。
2 虽解决了速度稳定性问题,但因既有△ P溢,又有
△ P节,还有△ P减,所以,△ P更大,一般用于 P
较小,但 F变化较大而 v稳定性要求较高的场合。
二 容积调速回路
特点
分类
容积调速回路特点
∵ 节流调速回路效率低、发热大,只适用于小
功率场合。
∴ 而容积调速回路,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。
容积调速回路分类
开式
按油路循环方式 <
闭式
泵 — 缸式
按所用执行元件不同 < 变 — 定
泵 — 马达式 < 定 — 变
变 — 变
变量泵和定量马达容积调速回路 (恒转矩)
组成
工作特性
变量泵和定量马达容积调速回路组成
动画演示
变量泵和定量马达容积调速回路工作特性
① nM = qP/VM
∵ VM = 定值
∴ 调节 qP即可改变 nM
② 若不计损失,在调速范围内,
T = pPVM/2π=C
∴ 称 恒转矩容积调速
定量泵 — 变量马达式容积调速回路 (恒功率
工作特性
特点
定量泵 — 变量马达式容积调速回路工作特性
nM = qP/VM
∵ qP = 定值
∴ 调节 VM即可改变 nM
定量泵 — 变量马达式容积调速回路特点
∵ nM与 VM成反比
TM与 VM成正比
∴ VM↑, nM↓, TM↑ ;
VM↓, nM↑, TM↓,
以致带不动负载,
使马达, 自锁, 。
故 这种回路很少单独使用
变量泵 —— 变量马达式容积调速回路
工作原理
特点
动画演示
变量泵 — 变量马达式容积调速回路工作原理
第一段:先将 VM调至最大并固定,
然后将 VP由小 → 大,
分两段调节 nM从 0 ↑ nM’ (变 — 定)
第二段:将 VP固定至最大,
VM由大 → 小,
nM从 nM’↑ nMmax(定 — 变)
∴ 调速范围大,λ可达 100。
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
故 多用于机床主运动、纺织机械、矿山机械
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
(主要由于泄漏所引起)。
∴ 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。
容积节流调速回路特点
1 qP自动与流量阀调节相吻合,无△ P溢, η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 η<η容
4 便于实现快进 — 工进 — 快退工作循环
限压式变量泵和调速阀的容积节流调速回路
组成
工作原理
特点
限压式变量泵和调速阀调速回路组成
限压式变量泵和调速阀调速回路工作原理
联合调速,v由调速阀调定,qP与 q1自动适应。
qP > q1,pP↑,通过反馈,qp↓ qP= q1
< > v=c
q P < q1,pP↓, e↑,qP↑ qP= q1
0,5Mpa(中低压 )
△ pmin = pP - p1= < 调速阀正常工作,△ P最小
过大,△ P大易发热 1 Mpa(高压)
若△ P <
过小,v稳定性不好
限压式变量泵和调速阀调速回路特点
∵ 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 本回路多用于机床进给系统中。
差压式变量泵和节流阀的容积节流调速回路
组成
工作原理
特点
应用
差压式变量泵和节流阀调速回路组成
动画演示
差压式变量泵和节流阀调速回路工作原理
工进时,节流阀调节 q1,qP与之适应。
qP > q1时,pP↑,定子右移,e↓, qP↓
<
qP < q1时,pP↓,定子左移,e↑, qP↑
直至 qP = q1,v=c。
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
pPA1+pP(A2-A1)=p1A2+FS
∴ △ p = pP-p1=FS/A2=c
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 η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。
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。
7,1,2 快速回路
功用
分类
快速回路功用
使执行元件获得必要的高速,
以提高效率,充分利用功率。
快速回路 分类
双泵供油增速
蓄能器供油增速
变量泵供油增速
液压缸差动连接增速 *
一 液压缸差动连接快速回路
组成
工作原理
特点
液压缸差动连接快速回路组成
动画演示
液压缸差动连接快速回路工作原理
电磁铁动作顺序表
电磁铁
动作顺序
1YA 2YA 3YA
快进 + - -
工进 + - +
快退 - + +
原位停止 - - -
液压缸差动连接快速回路 特点
实质 ↓ A以 ↑ v,简单易行,
应用广泛,但因差动时部分
qV↑,管道及阀均应大规格。
二、双泵供油快速回路
组成
工作原理
特点
动画演示
三、增速缸快速回路
动画演示
四、用蓄能器的快速回路
动画演示
7,1,5 速度换接回路
功用
分类
速度换接回路功用
完成系统中执行元件依次实现几种速
度的换接。实质上是一种分级(或有
级)调速回路,但速度是根据需要事
先调好,这是和调速回路的不同之处。
速度换接回路分类
快速与慢速的换接
<
两种慢速的换接
一 快速与慢速的换接回路
速度换接方法
举例
速度换接方法
各种增速回路
< 电磁阀的换接回路
行程阀的换接回路 *
快速与慢速的换接回路举例
1 二位二通电磁阀与调速阀
电磁铁顺序动作表
特点 动画演示
电磁铁顺序动作表
电磁铁
动作顺序
1YA 2YA 3YA YJ
快进 + - + -
工进 + - - -
止挡块停留 + - - +
快退 - + + -
原位停止 - - - -
电磁阀与调速阀换接回路特点
安装连接比较方便,易于实现
自动控制,但速度换接平稳性
和可靠性以及换接精度都较差。
2 采用行程阀的快慢速换接回路
组成
工作原理
特点
行程阀的快慢速换接回路组成
动画演示
行程阀的快慢速换接回路工作原理
图示,液压缸快进
压下行程阀,液压缸工进
24S左位,液压缸快退
行程阀的快慢速换接回路特点
速度换接平稳,动作可靠,换接精度较
好,但行程阀必须安装在液压缸附近。
二 两种进给速度的换接回路
1 调速阀串联的换接回路
2 调速阀并联的换接回路
调速阀串联的换接回路
组成:
动画演示
工作原理,
特点,v1 > v2,否则 2不起作用
调速阀并联的换接回路
组成
工作原理
特点
动画演示
调速阀并联的换接回路特点
v1,v2互不影响,但因 A,B任
意一个工作时,另一个减压阀
阀口最大,一旦换接易前冲。
所以改为下图所示,可避免前
冲,但△ P↑ 。
动画演示