《液压传动与控制技术》课件第8章.pptx
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1、项目八 基本液压回路的分析知识目标知识目标:1.掌握压力控制回路的作用。2.掌握调压、减压、增压、卸荷、保压和平衡等压力控制回路的工作原理及工作过程。3.掌握速度控制回路的类型及作用。4.掌握节流调速回路、容积调速回路、容积节流调速回路的工作原理、工作过程及特性。5.掌握快速运动回路、速度换接回路的工作原理、工作过程及特性。项目八 基本液压回路的分析6.掌握方向控制回路的类型和作用,掌握换向回路及锁紧回路的工作原理、工作过程及特性。7.掌握顺序动作回路、同步回路和互不干扰回路的工作原理及工作过程。8.掌握液压控制回路中液压元件的选择方法。项目八 基本液压回路的分析技能目标技能目标:1.能分析常
2、用的基本液压回路。2.能根据控制要求绘制基本液压回路。3.能根据基本液压回路选择液压元件,对液压回路进行连接、组装与调试。4.在完成上述任务的过程中,能够自觉遵守安全操作规范。项目八 基本液压回路的分析任务一任务一 压力控制回路压力控制回路一、一、调压回路调压回路调压回路的功用是使液压系统整体或部分的压力保持恒定或不超过某个数值。在定量泵系统中,液压泵的供油压力可以通过溢流阀来调节。在变量泵系统中,用安全阀来限定系统的最高压力,防止系统过载。若系统中需要两种以上的压力,则可采用多级调压回路。项目八 基本液压回路的分析1.单级调压回路单级调压回路如图 81(a)所示,通过液压泵 1 和溢流阀 2
3、 的并联连接,即可组成单级调压回路。通过调节溢流阀的压力,可以改变泵的输出压力。当溢流阀的调定压力确定后,液压泵就在溢流阀的调定压力下工作,从而实现了对液压系统进行调压和稳压控制。如果将液压泵 1 改换为变量泵,这时溢流阀将作为安全阀来使用。液压泵的工作压力低于溢流阀的调定压力时,溢流阀不工作;当系统出现故障,液压泵的工作压力上升时,一旦压力达到溢流阀的调定压力,溢流阀将开启,并将液压泵的工作压力限制在溢流阀的调定压力下,使液压系统不致因压力过载而受到破坏,从而保护了液压系统。项目八 基本液压回路的分析2.二级调压回路二级调压回路图 81(b)所示为二级调压回路,该回路可实现两种不同的系统压力
4、控制。分别由先导型溢流阀 2 和直动型溢流阀 4 各调一级,当二位二通电磁阀 3 处于图示位置时系统压力由阀2 调定,当阀 3 得电后处于右位时,系统压力由阀 4 调定,但要注意:阀 4 的调定压力一定要小于阀 2 的调定压力,否则不能实现。当系统压力由阀 4 调定时,先导型溢流阀 2 的先导阀口关闭,但主阀开启,液压泵的溢流流量经主阀回油箱,这时阀 4 亦处于工作状态,并有油液通过。应当指出:若将阀 3 与阀 4 对换位置,则仍可进行二级调压。项目八 基本液压回路的分析3.多级调压回路多级调压回路图 81(c)所示为三级调压回路,三级压力分别由溢流阀 1、2、3 调定。当电磁铁 1YA、2Y
5、A 断电时,系统压力由主溢流阀 1 调定;当 1YA 通电、2YA 断电时,系统压力由溢流阀 2调定;当 2YA 通电、1YA 断电时,系统压力由溢流阀 3 调定。在这种调压回路中,溢流阀 2和溢流阀 3 的调定压力要低于主溢流阀 1 的调定压力,而溢流阀 2 和溢流阀 3 的调定压力之间没有什么一定的关系。当溢流阀 2 或溢流阀 3 工作时,它们相当于主溢流阀 1 上的另一个先导阀。项目八 基本液压回路的分析图 81 调压回路项目八 基本液压回路的分析二、二、减压回路减压回路当泵的输出压力是高压而局部回路或支路要求低压时,可以采用减压回路,如机床液压系统中的定位、夹紧以及液压元件的控制油路等
6、,它们往往要求比主油路较低的压力。减压回路较为简单,一般是在所需低压的支路上串接减压阀。采用减压回路虽能方便地获得某支路稳定的低压,但压力油经减压阀口时要产生压力损失,这是它的缺点。项目八 基本液压回路的分析1.单级减压回路单级减压回路图 82(a)所示是最常见的单级减压回路。通过定值减压阀与主油路相连使支路获得一个稳定的低压,回路中的单向阀供主油路压力降低(低于减压阀调整压力)时防止油液倒流,起短时保压作用。2.多级减压回路多级减压回路减压回路中也可以采用类似两级或多级调压的方法获得两级或多级减压。图 82(b)所示为利用先导型减压阀 1 的远控口接一远控溢流阀 2,则可由阀 1、阀 2 各
7、调得一种低压。但要注意,阀 2 的调定压力值一定要低于阀 1 的调定压力值。项目八 基本液压回路的分析图 82 减压回路项目八 基本液压回路的分析三、三、增压回路增压回路1.单作用增压缸的增压回路单作用增压缸的增压回路图 83(a)所示为利用增压缸的单作用增压回路。当系统在图示位置工作时,系统的供油压力 p 1 进入增压缸的大活塞腔,此时在小活塞腔即可得到所需较高压力 p 2;当二位四通电磁换向阀右位接入系统时,增压返回,辅助油箱中的油液经单向阀补入小活塞腔。该回路只能间歇增压,所以称之为单作用增压回路。项目八 基本液压回路的分析图 83 增压回路项目八 基本液压回路的分析2.双作用增压缸增压
8、回路双作用增压缸增压回路图 83(b)所示为采用双作用增压缸的增压回路,能连续输出高压油。双作用增压缸中有大活塞一个,小活塞两个,并由一根活塞杆连接在一起。在图示位置,液压泵输出的压力油经换向阀 5 和单向阀 1 进入增压缸左端大、小活塞腔,右端大活塞腔的回油通油箱,右端的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。当增压缸活塞移到右端时,换向阀通电换向,增压缸活塞向左移动。同理,左端小活塞腔输出的高压油经单向阀 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油,从而实现了连续增压。项目八 基本液压回路的分析四、四、卸荷回路卸荷回路当液压系统的执行元件在工
9、作循环过程中短时间停止工作时,为了节省功耗,减少发热量,减轻油泵和电机的负荷及延长寿命,一般采用电机不停、油泵在接近零油压状态下工作的方式。通常电机功率在 3kW 以内的液压系统都应该设有卸荷回路。卸荷回路有两大类,即压力卸荷回路(泵的全部或绝大部分流量在接近于零压下流回油箱)和流量卸荷回路(泵维持原有压力,而流量在近于零的情况下运转)。项目八 基本液压回路的分析1.不需要保压的卸荷回路不需要保压的卸荷回路不需要保压的卸荷回路一般直接采用液压元件实现卸荷,具有 M、H、K 型中位机能的三位换向阀都能实现卸荷功能。图 84 为采用 H 型中位机能的三位换向阀的卸荷回路。当换向阀处于中位时,工作部
10、件停止运动,液压泵输出的油液通过三位换向阀的中位通道直接流回油箱,泵的出口压力仅为油液流经管路和换向阀所产生的压力损失。这种回路适应于小流量的液压系统。项目八 基本液压回路的分析图 84 H 型中位机能的三位换向阀的卸荷回路项目八 基本液压回路的分析图 85 为二位二通电磁换向阀和溢流阀并联组成的卸荷回路。卸荷时,二位二通电磁换向阀通电,液压泵输出的油液通过电磁换向阀直接流回油箱,二位二通电磁换向阀的规格要和泵的排量相适应。这种回路不适应于大流量的液压系统。项目八 基本液压回路的分析图 85 二位二通电磁换向阀卸荷回路项目八 基本液压回路的分析图 86 为采用二位二通电磁换向阀串接在先导型溢流
11、阀的外控油路上组成的卸荷回路。卸荷时二位二通电磁换向阀得电,溢流阀导通卸荷,液压泵输出的油液通过溢流阀直接流回油箱。二位二通电磁换向阀用在控制油路上,所以只需要较小通径的电磁阀。卸荷时溢流阀处于全开状态,其通径规格应与液压泵的排量相适应。这种回路适应于高压、大流量的液压系统。项目八 基本液压回路的分析图 86 先导型溢流阀卸荷回路项目八 基本液压回路的分析2.需要保压的卸荷回路需要保压的卸荷回路有些液压系统在执行元件短时间停止工作时,整个系统或部分系统(如控制系统)的压力不允许为零,这时可以采用能够保压的卸荷回路。图 87 为采用蓄能器保压的卸荷回路。开始时液压泵 1 向蓄能器 5 和液压缸
12、6 供油,液压缸 6 的活塞杆压头接触工件后,系统压力升高达到卸荷阀 2 的设定值时,卸荷阀 2 动作,液压泵 1 卸荷。然后蓄能器 5 维持液压缸 6 的工作压力,保压时间由蓄能器 5 的容量和系统的泄漏等因素决定。当压力降低到一定数值后,卸荷阀 2 关闭,液压泵 1 继续向系统供油。项目八 基本液压回路的分析图 87 蓄能器保压的卸荷回路项目八 基本液压回路的分析图 88 为采用限压式变量泵保压的卸荷回路,利用限压式变量泵的输出压力来控制泵输出流量的原理进行卸荷。当液压缸 4 活塞杆压头快速运动趋向工件时,限压式变量泵 1 的输出压力很低但流量最大,压头接触工件后,系统压力随负荷的增大而增
13、大。当压力超过预先设定值后,限压式变量泵 1 的流量自动减少,最后泵的输出流量少到只需要维持泄漏为止。这时液压缸 4 上腔的压力由限压式变量泵 1 保持基本不变,系统进入了保压状态。项目八 基本液压回路的分析图 88 限压式变量泵保压的卸荷回路项目八 基本液压回路的分析五、五、保压回路保压回路图 89 所示为蓄能器保压回路,由进给回路和夹紧回路组成。当泵卸荷或进给执行件快速运动时,单向阀把夹紧回路与进给回路隔开,蓄能器中的压力油用于补偿夹紧回路中油液的泄漏,使其压力基本保持不变。蓄能器的容量取决于油路的泄漏程度和所要求的保压时间长短。项目八 基本液压回路的分析图 89 蓄能器保压回路项目八 基
14、本液压回路的分析图 8 10 所示为限压式变量泵的保压回路。当系统进入保压状态时,由限压式变量泵向系统供油,维持系统压力稳定。由于只需补充保压回路的泄漏量,所以配备的限压式变量泵输出的流量很小,因此功率消耗也非常小。项目八 基本液压回路的分析图 810 限压式变量泵的保压回路项目八 基本液压回路的分析图 811 所示为压力机液压系统的自动补油保压回路。其工作原理是当三位四通电磁换向阀 3 的左位工作时,液压泵 1 向液压缸 7 上腔供油,活塞前进,当接触工件后,液压缸 7 上腔压力上升。当达到设定压力位时,电接触点压力表 6 发出信号,使三位四通电磁换向阀 3切换到中位,这时液压泵 1 卸荷,
15、系统进入保压状态。当液压缸 7 上腔压力降到某一压力值时,电接触点压力表 6 就发出信号,使三位四通电磁换向阀 3 又切换到左位,液压泵 1 重新向液压缸 7 上腔供油,使压力上升。如此反复,实现自动补油保压。当三位四通电磁换向阀 3的右位工作时,活塞便快速退回原位。这种回路的保压时间长,压力稳定性好,适合于保压性能要求高的高压系统,如液压机等。项目八 基本液压回路的分析图 811 自动补油保压回路项目八 基本液压回路的分析六、六、平衡回路平衡回路为了防止立式液压缸或垂直运动的工作部件由于自重而自行下滑,可在液压系统中设置平衡回路,即在立式液压缸或垂直运动的工作部件的下行回路上设置适当的阻力,
16、使其回油腔产生一定的背压,以平衡其自重和负载并提高液压缸或垂直运动工作部件的运动稳定性。项目八 基本液压回路的分析1.用单向顺序阀的平衡回路用单向顺序阀的平衡回路图 812 所示为由单向顺序阀组成的平衡回路,顺序阀 4 的调整压力应该稍微大于工作部件的重量在液压缸 5 下腔形成的压力。当换向阀 3 处于中位时,液压缸 5 就停止运动,但由于顺序阀 4 和换向阀 3 的泄漏,运动部件仍然会缓慢下降。这种回路适合工作载荷固定但位置精度要求不高的场合。项目八 基本液压回路的分析图 812 单向顺序阀平衡回路项目八 基本液压回路的分析2.用液控单向阀的平衡回路用液控单向阀的平衡回路图 813 所示为由
17、液控单向阀组成的平衡回路,是将图 8 12 中的单向顺序阀换成液控单向阀。当换向阀左位动作时,压力油进入液压缸上腔,同时打开液控单向阀,活塞和工作部件向下运动。当换向阀处于中位时,液压缸上腔失压,关闭液控单向阀,活塞和工作部件停止运动。液控单向阀的密封性好,可以很好地防止活塞和工作部件因泄漏而造成的缓慢下降。在活塞和工作部件向下运动时,回油油路的背压小,因此功率损耗小。项目八 基本液压回路的分析图 813 液控单向阀平衡回路项目八 基本液压回路的分析如图 814 所示,在图 812 中的单向顺序阀 4 的后面再串联一个液控单向阀组成单向顺序阀加液控单向阀的平衡回路。液控单向阀可以防止因为单向顺
18、序阀的泄漏而造成的工作部件缓慢下滑,而单向顺序阀可以提高回油腔的背压和油路的工作压力,使液控单向阀在工作部件下行时始终处于开启状态,提高工作部件的运动平稳性。另外还有采用单向节流阀和液控单向阀组成的平衡回路。项目八 基本液压回路的分析图 814 单向顺序阀加液控单向阀的平衡回路项目八 基本液压回路的分析任务二任务二 速度控制回路速度控制回路液压传动系统中速度控制回路包括调节液压执行元件的速度的调速回路、使之获得快速运动的快速运动回路、快速运动和工作进给速度以及工作进给速度之间的速度换接回路。项目八 基本液压回路的分析一、一、调速回路调速回路调速是为了满足液压执行元件对工作速度的要求,在不考虑液
19、压油的压缩性和泄漏的情况下,液压缸的运动速度为液压马达的转速为式中 q 为输入液压执行元件的流量;A 为液压缸的有效面积;V M 为液压马达的排量。项目八 基本液压回路的分析1.节流调速回路节流调速回路节流调速回路的工作原理是通过改变回路中流量控制元件(节流阀和调速阀)通流截面积的大小来控制流入执行元件或自执行元件流出的流量,以调节其运动速度。根据流量阀在回路中的位置不同,分为进油路节流调速、回油路节流调速和旁油路节流调速三种回路。前两种调速回路由于在工作中回路的供油压力不随负载变化而变化,又被称为定压式节流调速回路,而旁油路节流调速回路由于回路的供油压力随负载的变化而变化,又被称为变压式节流
20、调速回路。项目八 基本液压回路的分析1)进油路节流调速回路如图 815(a)所示,节流阀串联在液压泵和液压缸之间。液压泵输出的油液一部分经节流阀进入液压缸工作腔,推动活塞运动,液压泵多余的油液经溢流阀排回油箱,这是这种调速回路能够正常工作的必要条件。由于溢流阀有溢流,泵的出口压力 p p 就是溢流阀的调整压力并基本保持恒定(定压)。调节节流阀的流通面积,即可调节通过节流阀的流量,从而调节液压缸的运动速度。项目八 基本液压回路的分析图 815 进油路节流调速回路项目八 基本液压回路的分析(1)速度负载特性。缸在稳定工作时,其受力平衡方程式为式中,p 1 为进油腔压力;p 2 为出油腔压力,由于回
21、油腔通油箱,p 2 0;F 为液压缸的负载;A 1 为液压缸无杆腔有效面积;A 2 为液压缸有杆腔有效面积。项目八 基本液压回路的分析因为液压泵的供油压力 p p 为定值,则节流阀两端的压差为经节流阀进入液压缸的流量为故液压缸的运动速度为项目八 基本液压回路的分析式(83)即为进油路节流调速回路的负载特性方程。由该式可知,液压缸的运动速度 v和节流阀通流面积 A T 成正比。调节 A T 可实现无级调速,这种调速回路的调速范围较大(速比最高可达 100)。当 A T 调定后,速度随着负载的增大而减小,故这种调速回路的速度负载特性较“软”。项目八 基本液压回路的分析(2)最大承载能力。由式(83
22、)可知,无论节流阀的通流面积 A T 为何值,当 F=p p A时,节流阀两端压差 p 为零,活塞运动也就停止,此时液泵输出的流量全部经溢流阀流回油箱。所以该点的 F 值即为该回路的最大承载值,即 F max=p p A 1。项目八 基本液压回路的分析(3)功率和效率。在节流阀进油路节流调速回路中,液压泵的输出功率为 P p=p p q p=常量,而液压缸的输出功率为所以该回路的功率损失为式中,q y 为通过溢流阀的溢流量,q y=q p-q 1。项目八 基本液压回路的分析由上式可知,这种调速回路的功率损失由两部分组成,即溢流损失功率 p y=p p q y 和节流损失功率 p T=pq 1。
23、回路效率为项目八 基本液压回路的分析2)回油路节流调速回路图 816 所示的节流阀串联在液压缸的回油路上,借助于节流阀控制液压缸的排油量 q 2来实现速度调节。由于进入液压缸的流量 q 1 受到回油路上排油量 q 2 的限制,因此用节流阀来调节液压缸的排油量 q 2 也就调节了进油量 q 1,定量泵多余的油液仍经溢流阀流回油箱,溢流阀调整压力(p p)基本稳定。项目八 基本液压回路的分析图 816 回油路节流调速回路项目八 基本液压回路的分析(1)速度负载特性。回油路节流调速和进油路节流调速的负载特性以及负载的刚性基本相同,若液压缸两腔有效面积相同(双出杆液压缸),那么两种节流调速的速度负载特
24、性和速度刚性就完全一样。因此对进油路节流调速回路的一些分析对回油路节流调速回路完全适用。(2)最大承载能力。回油路节流调速的最大承载能力与进油路节流调速相同,即 F max=p p A 1。项目八 基本液压回路的分析(3)功率和效率。液压泵的输出功率与进油路节流调速相同,即 P p=p p q p,且等于常数;液压缸的输出功率与进油路节流调速回路的功率相同,进油节流调速回路的效率和回油节流调速回路的效率相同。但是,应当指出,在回油节流调速回路中,液压缸工作腔和回油腔的压力都比进油节流调速回路高,特别是负载变化大,尤其是当 F=0 时,回油腔的背压有可能比液压泵的供油压力还高,这样会使节流功率损
25、失大大提高,且加大泄漏,因而其效率实际上比进油调速回路要低。项目八 基本液压回路的分析从以上分析可知,进油路节流调速回路与回油路节流调速回路有许多相同之处,但是,它们也有不同之处:(1)承受负值负载的能力。回油节流调速回路的节流阀使液压缸回油腔形成一定的背压,在负值负载时,背压能阻止工作部件的前冲,即能在负值负载下工作,而进油节流调速回路由于回油腔没有背压力,因而不能在负值负载下工作。(2)停车后的启动性能。长期停车后液压缸回油腔内的油液会流回油箱,当液压泵重新向液压缸供油时,在回油节流调速回路中,由于进油路上没有节流阀控制流量,会使流量前冲;而在进油节流调速回路中,由于进油路上有节流阀控制流
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