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第6章 液压基本回路
本章索引
6.1 速度控制回路
6.2 压力控制回路
6.3 方向控制回路
6.4 多缸工作控制回路
6.5 液压马达制动回路
6.1 速度控制回路
6.1.1 调速回路
调速回路主要有以下三种：
① 节流调速回路：用定量泵供油，用流量阀调节进入执行元件的流量，以实现速度调节。
② 容积调速回路：调节变量泵的供油流量或改变变量马达的排量，以实现速度调节。
③ 容积节流调速回路：用变量泵和流量阀相配合的调速方法，又称联合调速。
1．节流调速回路
（1）进口节流阀式节流调速回路
进口节流阀式节流调速回路如右图所示。节流阀串接在定量泵和液压缸之间的进油路上，调节节流阀开口面积，便可改变进入液压缸的流量，从而调节液压缸的运动速度。泵的多余流量经溢流阀流回油箱。泵的出口压力由溢流阀调定。
① 速度—负载特性。
调速回路的速度—负载特性，也称机械特性。它是在回路中调速元件的调速值不变的情况下，负载变化所引起速度变化的性能。
液压缸在稳定工作时，其受力平衡方程式为
设液压泵的供油压力为pp，则节流阀进出口的压力差为
由小孔流量公式可知，流经节流阀进入液压缸的流量为
故液压缸的运动速度为
由上式可知，液压缸的工作速度υ主要与节流阀通流面积AT和负载F有关。若以υ为纵坐标，F为横坐标，AT为参变量，可由方程（6-3）绘出其负载特性曲线，速度υ随负载F变化的程度称为速度刚性，体现在速度负载特性曲线的斜率上，如下图所示。
② 功率特性。
该调速回路的输入功率，即液压泵输出功率PP=pPqP=常数。该调速回路的输出功率，即液压缸的输入功率P1=P1q1。回路的功率损失
回路效率为
（2）出口节流阀式节流调速回路
出口节流阀式节流调速回路如下图所示。它是将节流阀放置在回油路上，用它来控制从液压缸回油腔流出的流量，进而控制进入液压缸的流量，达到调速的目的。
（3）旁路节流阀式节流调速回路
旁路节流阀式节流调速回路如下图所示。它是将节流阀安放在与执行元件并联的支路上，用它来调节从支路流回油箱的流量，进而控制进入液压缸的流量来达到调速的目的。回路中溢流阀起安全阀作用，泵的工作压力不是恒定的，它随负载发生变化。
① 速度-负载特性
旁路节流调速回路的速度—负载特性方程为
由式（6-6）绘出的速度—负载特性曲线如下图所示。
（4）采用调速阀的节流调速回路
采用节流阀的节流调速回路，节流阀两端的压力差和液压缸速度都随负载的变化而变化，故速度平稳性差。若用调速阀代替节流阀，则由于调速阀本身能在负载变化的条件下保证节流阀进、出油口间压力差基本不变，通过的流量也基本不变，因而回路的速度—负载特性将得到改善。调速阀节流调速回路的速度—负载特性曲线如下图所示，但功率损失将会增大。
2．容积式调速回路
（1）变量泵和定量执行元件组成的容积调速回路
变量泵与液压缸组成的容积调速回路的开式循环回路结构如下图所示。当不考虑管路、液压缸的泄漏时，液压缸的速度为
液压泵的功率为
由前式）可知，活塞运动速度与泵的排量成正比，改变液压泵的排量Vp，便可调节液压缸的运动速度υ。由后式可知，液压缸的输出功率与泵的排量也成正比。
由于泵的最高工作压力由溢流阀调定，因而在调速过程中液压缸的最大推力为定值。回路调速特性如左图所示。由于变量泵有泄漏，液压缸运动速度会随着负载的加大而减小，液压缸的速度负载特性曲线如右图所示。
下图所示为闭式循环的变量泵—定量马达组成的容积调速回路。在不考虑管路压力损失和泄漏时，马达转速为
定量马达输出的转矩为
当回路以最大转矩输出时，定量马达输出的最大功率为
该回路的工作特性曲线（nm-VP，Tm-VP，Pm-VP）如下图所示。
（2）定量泵—变量马达容积调速回路回路
左图所示为定量泵—变量马达容积调速回路。在不考虑泵和马达效率变化的情况下，由于定量泵的最大输出功率不变，因而在改变Vm时，马达的输出功率Pm也不变，故称这种回路为恒功率调速回路（右图所示）。
（3）变量泵和变量马达调速回路
由双向变量泵和双向变量马达组成的容积调速回路如左图所示。其理想情况下的特性曲线如右图所示。这种回路的调速范围很大，等于泵的调速范围和马达调速范围的乘积。这种回路适用于大功率的液压系统。
3．容积节流调速回路
（1）限压式变量泵—调速阀式容积节流调速回路
限压式变量叶片泵和调速阀组成的容积节流调速回路如左图所示。
这种容积节流调速回路的速度刚性、运动平稳性、承载能力及调速范围都和调速阀节流调速回路相同。这种调速回路的调速特性如右图所示。
液压缸工作腔压力的正常工作范围是
当p1=p1max时，调速阀进出口压差Δp=Δpmin；p1越小，节流损失越大。令p2=0，则这种调速回路的效率为
（2）差压式变量泵—节流阀式的容积节流调速回路
差压式变量泵和节流阀组成的容积节流调速回路如右图所示。 这种容积节流调速回路不但没有溢流损失，而且泵的供油压力随负载而变化，回路中的功率损失只有节流阀压降造成的节流损失一项，因此发热少，效率高。这种回路的效率表达式为
6.1.2 快速运动回路
1．液压缸差动连接的快速运动回路
2．采用蓄能器的快速运动回路
3．双泵供油的快速运动回路
6.1.3 速度换接回路
1．快速与慢速的换接回路
左图所示是用二位二通电磁阀与调速阀并联的快慢速换接回路。右图所示是用行程阀切换的速度换接回路。
2．两种进给速度的换接回路
左图所示为两个调速阀串联的二次工进速度换接回路。右图所示为两个调速阀并联的二次工进速度换接回路。
6.2 压力控制回路
6.2.1 调压回路
1．单级调压回路（左图）
2．双向调压回路（右图）
3．多级调压回路
左图所示为二级调压回路。右图所示为采用比例溢流阀的调压回路。
6.2.2 卸荷回路
1．采用电磁溢流阀的卸荷回路
电磁溢流阀是由先导式溢流阀和二位二通电磁换向阀组合而成的复合阀。如下图所示，当二位二通换向阀电磁铁通电时，液压泵处于卸荷状态。
2．采用换向阀的卸荷回路
3．采用顺序阀的卸荷回路
把外控式顺序阀的出油口接通油箱，将外泄改为内泄，即可构成卸荷阀
6.2.3 卸压回路
1．节流阀卸压回路（左图）
2．溢流阀卸压回路（右图）
6.2.4 减压回路
左图所示为用于工件夹紧的减压回路。右图所示为无级减压回路。
6.2.5 增压回路
1．单作用增压缸的增压回路（左图）
2．双作用增压缸的增压回路（右图）
6.2.6 保压回路
1．利用蓄能器保压的回路（左图）
2．利用电接点压力表控制的保压回路（右图）
6.2.7 平衡回路
左图所示为采用单向顺序阀（平衡阀）组成的平衡回路。右图所示为采用液控单向阀的平衡回路。
6.3 方向控制回路
6.3.1 换向回路
采用二位四通、二位五通、三位四通或三位五通换向阀都可以使执行元件换向。
二位阀可以使执行元件正反两个方向运动，但不能在任意位置停止。三位阀有中位，可以使执行元件在其行程中的任意位置停止，利用阀的不同中位机能可使系统获得不同的性能（如差动连接选用P型中位机能，M型中位机能可使执行元件停止和油泵卸荷）。五通阀有两个回油口，执行元件正反向运动时，两回油路上设置不同的背压，可获得不同的速度。
6.3.2 锁紧回路
锁紧回路是使液压缸能在任意位置上停留，且停留后不会在外力作用下移动的回路。如下图所示为采用液控单向阀组成的锁紧回路。
6.4 多缸工作控制回路
6.4.1 顺序动作回路
1．行程控制式顺序动作回路
2．压力控制式顺序动作回路
（1）采用顺序阀控制的顺序动作回路（左图）
（2）用压力继电器的顺序动作回路（右图）
3．时间控制式顺序动作回路
下图所示为采用延时阀的时间控制式顺序动作回路。
6.4.2 多缸同步动作回路
1．节流式同步动作回路（左图）
2．带补偿装置的串联液压缸同步回路 （右图）
6.4.3 多缸快慢速互不干扰回路
双泵供油互不干扰回路如下图所示。回路中各液压缸快进、快退都由大流量泵2供油，且快进时为差动连接；工进则由小流量泵1供油，彼此互不干扰。
6.5 液压马达制动回路
6.5.1 液压制动回路（左图）
6.5.2 机械制动回路（右图）
例题6-1 如下图所示液压回路，已知泵的流量qp=8 L/min，A1=50 cm2，A2=25 cm2，溢流阀的调整压力为py=2.4 MPa，负载F=10 000 N，节流阀孔口为薄壁孔，流量系数Cq=0.62，节流阀通流面积AT=0.06 cm2，油液密度ρ=900 kg/m3。试计算活塞的运动速度和液压泵的工作压力。
解：上图所示为进口节流调速回路，列液压缸活塞的受力平衡方程有
所以
设液压泵出口压力为溢流阀调整压力py，则节流阀进、出口压力差为
通过节流阀的流量为
所以假设成立，液压缸的运动速度为：
液压泵的工作压力为
例题6-2 如下图所示，溢流阀和两个减压阀的调定压力分别为：pj2=20×105 Pa，py=45×105 Pa，pj1=35×105 Pa，负载FL=1 200 N，活塞有效工作面积A1=15 cm2；减压阀的局部损失及管路损失略去不计。试确定活塞在运动中和到达终点位置时a、b、c点处的压力。当负载加大到FL=4 200 N时，这些压力有何变化？
解：（1）FL=1 200 N
① 液压缸运动时，液压缸的工作压力为
因p1＜pj2=20×105 Pa，p1＜pj1=35×105 Pa，故两减压阀均不工作，其阀口常开，相当于通道。又因p1＜py=45×105 Pa，溢流阀关闭，亦处非工作状态。故此时a、b、c三点压力相等，且都等于液压缸工作压力，即pc=pb=pa=p1=8×105 Pa。
② pb=pj1=35×105 Pa ，pa=py=45×105 Pa
（2）FL=4 200 N
当液压缸运动时，其工作压力p1为
pb=pj1=35×105 Pa，pa=py=45×105 Pa
例题6-3 如下图所示的液压系统，两液压缸的有效作用面积为A1=A2=100 cm2，缸I的负载FL=35 000 N，缸II运动时负载为零。不计摩擦阻力、惯性力和管路损失。溢流阀、顺序阀和减压阀的调整压力分别为py=4 MPa，px=3 MPa和pj=2 MPa。求下列三种情况下A、B、C三点的压力。
① 液压泵启动后，两换
向阀处于中位。
② 1YA得电，液压缸的
活塞移动时及活塞运动到终
点时。
③ 1YA断电，2YA通电，
液压缸的活塞运动时及活塞
杆碰到固定挡铁时。
解：① 液压泵启动后，两换向阀处中位。
液压泵启动后，油液首先经减压阀进入减压阀出口管路，因该管路堵塞（不通），故油压很快升高，当达到减压阀的调定压力时，该阀动作，使其出口油压C点油压定在减压阀的调定压力2 MPa上，之后随着泵的油液不断输出，A点压力很快升高，并在达到顺序阀的调定压力时，顺序阀开启，但因该阀油路亦不通，因而A点压力继续升高，一直达到溢流阀调定压力时（4 MPa）时，溢流阀开启、溢流、定压，于是使A点、B点压力皆为溢流阀的调定值此时
② 1YA通电，液压缸I活塞移动时及活塞运动到终点时。
当液压缸I活塞移动时，缸Ⅰ无杆腔油压（B点油压）为
此压力大于顺序阀自身的调整压力3 MPa，故此时顺序阀出、入口压力相等（忽略顺序阀的过流压力损失），等于3.4 MPa，压力pc同上，即
缸I活塞运动到终点时，此时液压泵出口油压升高到溢流阀的调定压力（4 MPa）、泵的全部流量（不含减压阀、顺序阀的泄漏量）经溢流阀流回油箱，故此时A点压力为溢流阀的调定值，B点压力与A点相等，C点压力同前，即
③ 1YA断电、2YA通电，液压缸II活塞运动时及活塞碰到固定挡块时。
运动时：此时液压缸Ⅱ无负载，减压阀出口压力为零（或很低，小于减压阀调定压力），减压阀不工作，其口常开，减压阀入口压力近似等于其出口压力，即此时
碰到固定挡块时，减压阀负载相当无穷大，减压阀阀芯抬（顶）起，使C点压力为其调定值；而A点压力及顺序阀打开后的B点压力将很快升高到溢流阀的调定值，使溢流阀溢流（基本溢流泵的全部流量）、定压，故此时压力为

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