第二章液压系统基本组成

1、第二章第二章 液压系统基本组成液压系统基本组成 液压系统基本组成液压系统基本组成n流体力学基础及能量分析流体力学基础及能量分析n基本回路基本回路n控制系统控制系统n操控手段操控手段一、粘性一、粘性 随温度和压力变化而变化，影响效率和动态响应特随温度和压力变化而变化，影响效率和动态响应特性等。性等。温度升高，粘度降低。压力降低，粘度降低温度升高，粘度降低。压力降低，粘度降低。二、三大方程二、三大方程 1 1、伯努利方程、伯努利方程- -能量守恒与能量转化，解决速度变化与能量守恒与能量转化，解决速度变化与压力变化的关系；空穴现象。压力变化的关系；空穴现象。 2 2、连续性方程、连续性方程- -质量

2、守恒，获取速度。质量守恒，获取速度。 3 3、动量方程、动量方程- -流体与固体作用力与反作用力，冲击等。流体与固体作用力与反作用力，冲击等。 流体力学基础流体力学基础n三、液压传动重要方程三、液压传动重要方程1 1、泵流量：、泵流量：2 2、阀口流量：、阀口流量：3 3、效率：、效率： 流体力学基础流体力学基础pknVqqpAcqxd2mmnpmvppqq 液压系统基本回路液压系统基本回路n压力控制回路压力控制回路n方向控制回路方向控制回路n速度控制回路速度控制回路n多缸动作回路多缸动作回路n闭式回路闭式回路 压力控制回路压力控制回路 调压回路调压回路 减压回路减压回路 平衡回路平衡回路 保

3、压泄压回路保压泄压回路 缓冲制动回路缓冲制动回路 卸荷回路卸荷回路 压力控制回路压力控制回路 调压回路调压回路单级调压单级调压二级调压二级调压三级调压三级调压 压力控制回路压力控制回路 平衡回路平衡回路 动态平衡阀回路动态平衡阀回路双平衡阀的平衡回路双平衡阀的平衡回路 压力控制回路压力控制回路 FDFD平衡阀平衡回路平衡阀平衡回路 FDFD平衡阀原理图平衡阀原理图 压力控制回路压力控制回路 减压回路减压回路一级减压回路一级减压回路二级减压回路二级减压回路 压力控制回路压力控制回路 卸荷回路卸荷回路阀中位卸荷阀中位卸荷溢流阀溢流阀+ +顺序阀卸荷顺序阀卸荷溢流阀远控卸荷溢流阀远控卸荷 压力控制回

4、路压力控制回路 保压泄压回路保压泄压回路蓄能器保压回路蓄能器保压回路蓄能器卸压回路蓄能器卸压回路 压力控制回路压力控制回路 缓冲补油回路缓冲补油回路 方向控制回路方向控制回路换换向向回回路路方向控制回路方向控制回路锁锁紧紧回回路路 方向控制回路方向控制回路 换向回路换向回路电磁换向阀换向回路电磁换向阀换向回路电液换向阀换向回路电液换向阀换向回路比例换向阀换向回路比例换向阀换向回路 方向控制回路方向控制回路 换向回路换向回路 方向控制回路方向控制回路 锁紧回路锁紧回路单向锁紧回路单向锁紧回路制动器锁紧回路制动器锁紧回路液压锁回路液压锁回路 速度控制回路速度控制回路 节流调速回路节流调速回路 容积

5、调速回路容积调速回路 快速运动回路快速运动回路 速度换接回路速度换接回路 速度速度控制控制回路回路 速度控制回路速度控制回路 节流调速回路节流调速回路进口节流调速进口节流调速 出口节流调速出口节流调速 旁路节流调速旁路节流调速 速度控制回路速度控制回路 容积调速回路容积调速回路变量泵变量泵- -定量马达定量马达定量泵定量泵- -变量马达变量马达 速度控制回路速度控制回路 变量泵变量泵- -变量马达变量马达 速度控制回路速度控制回路快速运动回路快速运动回路1 1、液压缸差动连接快速运动回路、液压缸差动连接快速运动回路 速度控制回路速度控制回路 2 2、通过双泵供油来实现快速运动的回路、通过双泵供

6、油来实现快速运动的回路 1 1、大流量泵、大流量泵2 2、卸荷阀、卸荷阀3 3、单向阀、单向阀4 4、换向阀、换向阀5 5、节流阀、节流阀6 6、溢流阀、溢流阀 7 7、小流量泵、小流量泵 速度控制回路速度控制回路3 3、通过增速缸来实现快速运动的回路、通过增速缸来实现快速运动的回路1 1、溢流阀、溢流阀2 2、换向阀、换向阀3 3、换向阀、换向阀4 4、副油箱、副油箱5 5、液控单向阀、液控单向阀6 6、柱塞式增速缸、柱塞式增速缸7 7、活塞缸、活塞缸 速度控制回路速度控制回路4 4、通过使用蓄能器来实现快速运动的回路、通过使用蓄能器来实现快速运动的回路1 1、卸荷阀、卸荷阀2 2、单向阀、

7、单向阀3 3、蓄能器、蓄能器4 4、换向阀、换向阀5 5、柱塞、柱塞6 6、导阀、导阀7 7、调节螺钉、调节螺钉8 8、导阀弹簧、导阀弹簧9 9、主阀弹簧、主阀弹簧1010、主阀、主阀1111、中心孔、中心孔1212、阻尼孔、阻尼孔a)a)回路图回路图b)b)卸荷阀结构图卸荷阀结构图 速度控制回路速度控制回路 速度换接回路速度换接回路 1 1、用行程阀（或电磁阀）来实现快慢速换接回路：、用行程阀（或电磁阀）来实现快慢速换接回路：1 1、换向阀、换向阀2 2、行程阀、行程阀3 3、节流阀、节流阀4 4、单向阀、单向阀5 5、溢流阀、溢流阀 速度控制回路速度控制回路2 2、用两个调速阀来实现不同工

8、进速度的换接回路、用两个调速阀来实现不同工进速度的换接回路1 1、溢流阀、溢流阀 2 2、调速阀、调速阀 3 3、调速阀、调速阀 4 4、换向阀、换向阀并联并联串联串联 多执行器动作回路多执行器动作回路 顺序动作回路顺序动作回路 同步动作回路同步动作回路 多执行器动作回路多执行器动作回路顺序阀控制顺序动作回路顺序阀控制顺序动作回路顺序动作回路：顺序动作回路：a a、压力控制顺序动作回路、压力控制顺序动作回路b b、行程控制顺序动作回路、行程控制顺序动作回路c c、时间控制顺序动作回路、时间控制顺序动作回路 多执行器动作回路多执行器动作回路 采用同步液压马达的同步动作回路采用同步液压马达的同步动

9、作回路 3241 同步动作回路同步动作回路机械联接同步回路机械联接同步回路采用同步液压缸的同步动作回路采用同步液压缸的同步动作回路采用流量控制阀控制的同步动作回路采用流量控制阀控制的同步动作回路 闭式液压系统闭式液压系统n闭式液压系统闭式液压系统 工作介质（液压油或其他）从执行机构直接回到泵工作介质（液压油或其他）从执行机构直接回到泵 闭式液压系统闭式液压系统液压系统都需要安全保护元件液压系统都需要安全保护元件安全阀安全阀n任何液压泵和马达工作时都有漏损任何液压泵和马达工作时都有漏损（散热，润滑）（散热，润滑）增加泄油管路增加泄油管路 闭式液压系统闭式液压系统n因为漏损且为保证执行机构连续平稳

10、运转，因为漏损且为保证执行机构连续平稳运转，系统需要补油系统需要补油增加补油泵和补油阀增加补油泵和补油阀 闭式液压系统闭式液压系统n增加变量机构以实现泵的排量和输出方向的变化增加变量机构以实现泵的排量和输出方向的变化增加变量控制阀及变量活塞增加变量控制阀及变量活塞 闭式液压系统闭式液压系统n闭式系统易发热，故对于大排量泵和马达构成的闭式系统，闭式系统易发热，故对于大排量泵和马达构成的闭式系统，常常会增加冲洗油路以加速热交换常常会增加冲洗油路以加速热交换增加冲洗阀增加冲洗阀 闭式液压系统闭式液压系统 闭式液压系统闭式液压系统n方向控制阀：方向控制阀： 规格小规格小= = 仅进行先导控制；仅进行先

11、导控制； （开式系统中的规格大）（开式系统中的规格大）n过滤器和散热器：规格小过滤器和散热器：规格小= = 只需与补油泵的流量匹配；只需与补油泵的流量匹配；n液压油箱：小尺寸液压油箱：小尺寸= = 只需与补油泵流量匹配；只需与补油泵流量匹配；n运转速度：补油泵限制运转速度：补油泵限制n安装位置：任意位置安装位置：任意位置n驱动：可逆的驱动：可逆的= = 泵马达工况可逆，可实现静压制动泵马达工况可逆，可实现静压制动 闭式液压系统闭式液压系统液压传动系统液压传动系统- -传递动力为主，传递信息为辅，多为开环控制传递动力为主，传递信息为辅，多为开环控制 液压控制系统液压控制系统- -传递信息为主，传

12、递动力为辅，采用伺服阀传递信息为主，传递动力为辅，采用伺服阀等控制阀，多为闭环控制。等控制阀，多为闭环控制。液压泵液压泵手柄手柄流量控制阀流量控制阀换向阀换向阀液压缸液压缸工作台工作台液压泵液压泵手柄手柄伺服阀伺服阀液压缸液压缸工作台工作台检测反馈元件检测反馈元件+-传动与控制系统的主要功能是控传动与控制系统的主要功能是控制系统的制系统的在液压系统中相对应参数是：在液压系统中相对应参数是：位置位置 PositionPosition速度速度 VelocityVelocity加减速度加减速度 Acceleration / Acceleration / decelerationdeceleratio

13、n加减速度的变化加减速度的变化 JerkJerk输出力输出力 ForceForceu位置位置位置位置和和位位移移u速度速度流量流量FlowFlow和结构尺寸和结构尺寸u加、减速度加、减速度阀门开启速度阀门开启速度RampRampu加、减速度的变化加、减速度的变化Jerk Jerk 阀门开启速度的变化阀门开启速度的变化u输出力输出力Force Force 压力压力PressurePressuren在选择电液控制系统时，先要确定液压系统中需要控在选择电液控制系统时，先要确定液压系统中需要控制什麽参数制什麽参数流量流量q q 到驱动元件的流量到驱动元件的流量, ,并不考虑驱动元件的运并不考虑驱动元件

14、的运动方向，流量动方向，流量q = Cq = Cd d* *A A* *P压力压力p p 用以设定系统中不同驱动元件的工作压力用以设定系统中不同驱动元件的工作压力速度速度v v 可控制驱动元件的运动方向及速度可控制驱动元件的运动方向及速度位置位置S S 控制驱动元件的停止位置控制驱动元件的停止位置加速度加速度a a 加速度的控制一般用于模拟器或试验台加速度的控制一般用于模拟器或试验台n按精确度及反应的要求来决定是否采用闭环系统按精确度及反应的要求来决定是否采用闭环系统n液压比例控制系统液压比例控制系统 以比例控制元件完成动力与运动方向以比例控制元件完成动力与运动方向控制，分为比例压力阀、比例流

15、量阀、比控制，分为比例压力阀、比例流量阀、比例方向阀及比例方向流量阀，可为模拟量例方向阀及比例方向流量阀，可为模拟量输入或数字量输入，视是否带反馈分为开输入或数字量输入，视是否带反馈分为开环控制与闭环控制，一般获得频率不是很环控制与闭环控制，一般获得频率不是很高（高（10HZ10HZ）以内，高频响阀可实现较高频）以内，高频响阀可实现较高频率。率。n若精度要求不高可考虑使用电液比例控制系统，若精度要求不高可考虑使用电液比例控制系统，一般电液比例控制系统可达至以下精度一般电液比例控制系统可达至以下精度位置精度位置精度 3 mm 3 mm速度精度带压力补偿器速度精度带压力补偿器 3% 3%加减速斜坡

16、时间加减速斜坡时间 0.5 0.5 秒秒压力带位移传感器的产品压力带位移传感器的产品 比例压力阀最高设比例压力阀最高设定的定的0.3%0.3%（如最高压力设定为（如最高压力设定为200bar200bar，精度可达，精度可达0.6 bar0.6 bar）n一般的多驱动器液压系统皆要求一般的多驱动器液压系统皆要求流量流量及及压力压力控制控制, , 提供提供比例压力及流量控制系统比例压力及流量控制系统n开环式比例压力及流量控制可用于定量泵及变量泵系统开环式比例压力及流量控制可用于定量泵及变量泵系统 定量泵系统定量泵系统 变量泵系统变量泵系统n速度和流量比例控制的分别是：速度和流量比例控制的分别是：

17、流量控制只控制供油量流量控制只控制供油量, ,并不控制驱动元并不控制驱动元件的运动方向；件的运动方向； 若系统负载及变速要求高若系统负载及变速要求高, , 则要使用速则要使用速度控制系统。度控制系统。n速度比例控制多用于自动化控制、注塑机、速度比例控制多用于自动化控制、注塑机、压力机等压力机等 使用闭环的主要原因：使用闭环的主要原因：u保持设定值不受外来干扰所影响保持设定值不受外来干扰所影响在不同的工作压力下保持稳定的速度在不同的工作压力下保持稳定的速度在不同的输出力下保证相同位置在不同的输出力下保证相同位置在带偏载的情况下作同步移动在带偏载的情况下作同步移动u提高精度要求提高精度要求位置误差

18、低于位置误差低于1 mm1 mm压力误差低于压力误差低于1 bar1 bar需要控制加减速度需要控制加减速度u高动态要求的系统高动态要求的系统模拟应用模拟应用测验应用测验应用机械式液压闭环控制机械式液压闭环控制 电控式液压闭环控制电控式液压闭环控制 阀有三个可选的特牲阀有三个可选的特牲: : 阀口的流量压降阀口的流量压降 阀芯的反应时间阀芯的反应时间 阀芯的功能阀芯的功能 阀的选择受系统需要、成本预算等影响阀的选择受系统需要、成本预算等影响n使用蓄能器来改善动态响应使用蓄能器来改善动态响应 注意：在回油管中的注意：在回油管中的液压油的质量液压油的质量对系统对系统 的动态性能是有的动态性能是有很

19、大影响很大影响的。的。n液压伺服控制系统液压伺服控制系统 以伺服控制元件完成动力与运动方以伺服控制元件完成动力与运动方向控制，综合压力、流量、方向控制为向控制，综合压力、流量、方向控制为一体，利用偏差控制进行纠偏，以满足一体，利用偏差控制进行纠偏，以满足精度控制需要，必须为闭环控制，可实精度控制需要，必须为闭环控制，可实现较高频率（现较高频率（100HZ100HZ以上），有滑阀式、以上），有滑阀式、喷嘴挡板式、射流管式等，常采用机械喷嘴挡板式、射流管式等，常采用机械伺服、电液伺服、气液伺服。伺服、电液伺服、气液伺服。1 1齿条；齿条；2 2齿轮；齿轮；3 3测速发电机；测速发电机；4 4给定电

20、位计；给定电位计；5 5放大器；放大器；6 6电液伺服阀；电液伺服阀；7 7液压缸液压缸 阀控油缸闭环控制系统原理图阀控油缸闭环控制系统原理图n速度伺服系统速度伺服系统速度伺服系统职能方框图速度伺服系统职能方框图 液压伺服系统分类：液压伺服系统分类： （1 1）按输入的信号变化规律分类：定值控制系统、程序控制系）按输入的信号变化规律分类：定值控制系统、程序控制系统和伺服系统三类。统和伺服系统三类。 当系统当系统输入信号为定值输入信号为定值时，称为时，称为定值控制系统定值控制系统，其基本任务是，其基本任务是提高系统的抗干扰能力。当系统的输入信号按提高系统的抗干扰能力。当系统的输入信号按预先给定的规律变化预先给定的规律变化时，称为时，称为程序控制系统程序控制系统。伺服系统也称为随动系统，其输入信号是伺服系统也称为随动系统，其输入信号是时间的未知函数，输出量能够准确、迅速地复现输入量的变化规律时间的未知函数，输出量能够准确、迅速地复现输入量的变化规律。 （2 2）按输入信号的不同分类：机液伺服系统、电液伺服系统、）按输入信号的不同分类：机液伺服系统、电液伺服系统、气液伺服系统等。气液伺服系统等。 （3 3）按输出的物理量分类：位置伺服系统、速度伺服系统、力）按输出的物理量分类：位置伺服系统、速度伺服系统、力（或压力）伺服系统等。（或压力）伺服系统等。 （4 4）按控制元