液压回路的计算与分析

1、第九章 液压回路的计算与分析（Hydraulic Circuit Design and Analysis） 9.1概述（INTRODUCTION） 液压回路是将一组像油泵、执行元件、控制阀和管道这样的元件进行排列以完成所需要的工作。当分析或计算液压回路时，以下三个重要的因素必须得到重视： 使用的安全性； 所需部件的性能； 使用的经济性。 了解元件的工作过程以及在回路中如何进行应用这对于从事液压传动的技术人员或设计者是非常重要的。液压回路是通过使用所有元件的职能（图形）符号来表现的。在了解液压回路之前，掌握这些符号是必要的,9.2 压力控制回路（PRESSURE CONTROL CIRCUIT）

2、 一、调压、限压回路 1.定量泵调压限压回路 调压回路： 限压回路： 阀的调定压力一般高于系统最高工作压力0.60.8MPa。 2.变量泵限压回路,3.限制系统最低压力回路 也可用开启压力较高的单向阀或 顺序阀代替溢流阀。 4.多级调压回路 要求：p1p2，溢流阀1作安全 阀用,调整时应使 pApC，pBpC以 保证三级调压,5.多泵压力调节回路,二、卸荷回路 1.用三位换向阀的卸 荷回路 2.用二位换向阀的卸 荷回路 3.用溢流阀的卸荷回 路 4.变量泵的卸荷回路,5.用压力继电器的卸荷回路 6.用多路换向阀的卸荷回路,三、减压回路,四、增压回路 1.用增压缸的增压回路 2.用增压器的增压回

3、路,五、保压回路 1.变量泵保压回路 2.用蓄能器的保压回路 3.用液控单向阀的保压回路,六、卸压回路 1.用节流阀卸压的回路 2.用二级液控单向阀卸压的回路,七、平衡限速与闭锁回路 1.平衡限速回路 采用单向顺序阀（自控平衡阀）的平衡回路 采用液控顺序阀（远控平衡阀）的平衡回路 2.闭锁回路 用单向液压锁的闭锁回路 用双向液压锁的闭锁回路,八、液压缸自动往复运动回路,9.3 速度控制回路（SPEED CONTROL CIRCUIT） 一、调速方法和要求 1.调速方法 在不考虑泄漏时，液压缸和马达运动速度分别为： （91） （92） 式中Q进入液动机（执行元件）的流量；v液压缸的运动速度；A液

4、压缸的面积；qM液压马达的排量。 可见改变Q、qM均可改变液动机速度。改变Q的方,法包括：改变泵的排量，改变泵的转速（用变频技术）而改变泵的输出流量；用节流阀限制进入液动机的流量大小；也可用改变qM（即变量马达）来改变马达的转速。 2.调速要求 满足工作部件调速范围R： 负载变化引起的工作部件速度变化应在允许范围内，即要求一定的速度刚度。 效率要高。 满足工作部件要求的承载能力，并有裕度。 在稳定工作状态下无振动，运动平稳。 有关动态特性方面的各种要求,二、节流调速回路 1.采用节流阀的调速回路 进口节流调速 速度负载特性 活塞的运动速度： （93） 根据连续性方程，进入液 压缸的流量Q1就等

5、于通过节流 阀的流量，而通过节流阀的流量可由节流阀的流量特性方程决定。即： （94,式中a节流阀节流口通流面积； pP液压泵出口压力； p1液压缸进油腔压力； p节流阀两端压差； K常数。对于薄壁小孔， 。 当活塞以稳定的速度运行时，作用在活塞上的力平衡方程为： p1A1p2A2+F （95） 式中F负载力； p2液压缸回油腔压力，此处p20。 所以 将其代入式（94）得,96） （97） 式（97）即为进口节流调速回路的速度负载特性方程，它反映了速度v和负载 F的关系。右图为进口节流调 速回路的速度负载特性曲线。 由式（97）和右图可 看出，当其它条件不变时， 活塞的运动速度v与节流阀通 流

6、面积a成正比。故调节节流 阀通流面积就能调节执行元,件的运动速度。 由式（97）和右图还 可看出，当节流阀通流面积 一定时，随着负载F的增加， 节流阀两端压差减小，活塞 运动速度按抛物线规律下降。 当Fp1A1时，节流阀两端 差为零，活塞停止运动，液 压泵的流量全部经溢流阀回 油箱。通常用速度刚度kv来表示负载变化对速度的影响程度。 （98） 由于随着负载的增加，速度下降。为使刚度kv保持,正值，在式中加一负号。 由式（97）可得： （99） 由上式可以看到： 当节流阀通流面积a一定时，负载F越小，速度刚度kv越大。 当负载F一定时，节流阀 通流面积a越小，速度刚度kv 越大。 适当增大液压缸

7、有效面 积和提高液压泵供油压力pP， 可提高速度刚度,最大承载能力 从式（97）和图中都可看出，在pP已调定的情况下，不论节流阀通流面积怎样变化，其最大承载能力都不变，即FmaxpPA1。故称这种调速回路为恒推力调速（执行元件为液压马达时为恒转矩调速。） 功率特性 液压泵提供的功率为： PPpPQP常量 式中QP定量泵的输出流量。 液压缸输出的有效功率为： 式中Q1称为负载流量，即进入液压缸的流量。 回路的功率损失为,PPPP1pPQPp1Q1（Q1+Q）pPQ1（pPp）pPQ+ pQ1 （910） 式中Q溢流阀的溢流量，QQPQ1。 由式（910）可知，这种调速回路的功率损失由两部分组成：

8、即溢流损失（P1pPQ）和节流损失（P2pQ1）。从式中还可看出，溢流阀调定压力不宜太高，一方面它使溢流损失增加，同时也由于节流阀两端压差增加使节流损失增加。通常溢流阀调定压力以使节流阀两端压差p0.20.3MPa为宜（最大负载下。 回路效率为： （911） 由于两种损失存在，故进口节流调速回路效率较,低，特别是当负载小、速度低时效率更低。 出口节流调速 用节流阀控制液压缸的排 油量Q2，也就控制了进入液压 缸的流量Q1，这是因为它们之 间存在着固定的比例关系， （912） 液压缸的运动速度为： （913） 液压缸排出的流量等于通过节流阀的流量，即： （914,p2可由活塞受力平衡方程式求得，

9、即： p1A1p2A2+F 这里p1pP，所以 ，代入式（9 13），（914），经整理得： （915） 同理可求得出口节流调速回路得速度刚度为： （916） 进口节流调速回路与出口节流调速回路的速度负载特性和刚度基本相同,旁路节流调速 速度负载特性 活塞的运动速度为： （917） 通过节流阀的流量： （918） 将上式代入式（917），得旁路节流调速回路的速度负载特性方程式为,919） 速度刚度为： （920） 旁路节流调速回路的速度 负载特性曲线如图所示。 由此图和式（919）、式 （920）可看出： 当节流阀通流面积一定而负 载增加时，速度显著下降。 当节流阀通流面积一定时,负载越大速度

10、刚度越大。 当负载一定时，节流阀通流面积a越小，速度刚度越大。 增大活塞面积A1可以提高速度。 最大承载能力 从特性曲线图中可以看出，旁路节流调速回路能够承受的最大负载随着节流阀通流面积a的增加而减小。 由式（919），当 时，液压缸速度为零。 功率特性 液压泵提供的功率PPpPQP，由于泵的压力随负载 F而变化，即 ，故：PPp1QP,液压缸输出功率为： P1Fvp1A1vp1Q1 功率损失： PPPP1p1QPp1Q1p1Q （921） 回路效率： （922） 由式（921）、（922）可看出，旁路节流调速回路只有流量损失而无压力损失，故比前两种调速回路功率损失小，效率较高,三、容积调速回

11、路 节流调速回路简单，低速稳定性好，但效率低，发热大。因此，仅用于功率小，发热限制不大的低速低载系统中。对大功率系统则宜采用效率较高的容积调速回路。 在图示的回路中，设液压泵的排量为qP，转速为nP，液压马达的排量为qM，转速为nM，如果忽略所有泄漏，泵的流量全部进入马达，则有qPnPqMnM。欲改变马达的转速，既可改变泵的排量qP，也可改变马达的排量qM。这种通过改变液 压泵或（和）马达的排量来 调节马达（或液压缸）速度 的回路称容积调速回路,1.变量泵定量执行元件（液动机）容积调速回路 输出特性,速度负载特性 2.定量泵变量执行元件容积调速回路 输出特性 3.变量泵 变量执行元 件容积调速

12、 回路 输出特性,四、增速回路 液压缸差动连接的快速回路 双泵供油的快速回路 用辅助缸的快速回路,靠重力作用的增速回路 用蓄能器的增速回路,五、速度换接回路 多泵供油的速度换接回路 二位二通阀速度换接回路 用顺序阀的速度换接回路 调速阀串联的速度换接回路 调速阀并联的速度换接回路,用行程阀和行程开关的速度换接回路,9.4 换向回路 单作用液压缸换向回路 双作用液压缸换向回路 二位三通阀换向回路 电液换向阀控制的换向回路,9.5 多缸工作控制回路 一、多缸同步动作控制回路 1.串联液压缸同步回路 串联液压缸同步回路 带补油 装置的串联 液压缸同步 回路 2.并联液压缸同步回路 用机械连接实现的并联液压缸同步回路,并联液压缸同步回路,二、多缸顺序动作控制回路 1.行程控制实现顺序动作的回路 用行程换向阀控制的顺