液压传动控制回路

哈尔滨应用职业技术学院毕业论文

题目液压同步回路的应用

学生姓名张硕

系部名称机电工程系

专业班级机械一班

指导教师吴君

起止时间

教务处制

毕业论文项目表

填表日期2015年 05月12日迄今已进行周剩余周

学生姓名张硕系部机电工程专业、班级机械一班

指导教师姓名吴君职称

从事

专业

是否外聘□是□否题目名称液压传动速度控制回路

指导教师

意见

指导教师签字：年月日

系意见

系主任签字：年月日

毕业答辩成绩：

年月日小组答辩委员会成员签字：

年月日答辩委员会主任签字：

年月日

摘要

本课题研究主要讲述了液压传动系统在机械工业制造中的应用，全方面的介绍了液压传动系统的各种知识。在液压传动系统中，各机构的运动速度要求各不相同，而液压能源却是共用的，这就要采用速度控制回路来解决各执行元件不同的速度要求。再如飞机上的某些执行收放动作的液压缸，受外负载的影响很大，使得“收”和“放”两方向的速度相差较大，为使“放下"液压缸平稳而均匀地动作，也需要采用速度控制回路来解决。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接换回路。

关键词：减速回路、增速回路、调速回路

(一)减速回路

利用控制流量的减速回路有以下几种。

图6—16所示是歼击机起落架收放系统中常用的一种“进路节流力减速回路，在放下起落架．(活塞杆伸出)的高压进油路上安装节流阀和单向阀，当放起落架时单向阀关闭，液压油只能经节流阀进入液压缸，使液压缸活塞杆伸出动作平稳。这种回路一般用于负载为“正”的场合．(即负载与活塞运动方向相反)。

图6-17所示是一种“回路节流”的减速回路，调速阀和单向阀并联安装在回油路上。这种回路一般用于负载为“负"的场合或负载突然减小的场合。此回路的优点是能形成背压以承受“负抄负载，防止突进，运动较平稳，在机床液压系统中用得较多。此种回路有一个缺点，若泵源是采用溢流阀保持给定压力时，则效率较低。因为泵源的

功率消耗与液压缸的负载和速度无关，低载低速时效率低，系统发热大。

图6—18所示是一种“旁路节流"的减速回路，将调速阀与进油路并联安装，构成旁路回油。此回路的优点是泵源的压力随负载而变，此处溢流阀起安全阀的作用。仅在超出安全压力时才打开，所以系统效率较高。其缺点是速度调节范围比前述两种回路小。

目录

摘要..................................................................................................................................................... I 目录..................................................................................................................................................... I 前言. (1)

第一章调速回路 (2)

1.1概述 (2)

1.2调速回路方法 (2)

1.2.1节流调速 (3)

1.2.2容积调速 (4)

1.2.2容积节流调速 (4)

第二章快速运动回路 (10)

2.1液压缸差动连接的快速运动回路 (13)

2.2双泵供油的快速运动回路 (14)

第三章速度换接回路..................................................................................... 错误！未定义书签。

3.1激动换向阀速度换接回路............................... 错误！未定义书签。

3.2两种工作进给速度的换接回路........................... 错误！未定义书签。

3.3采用两个调速阀并联的速度换接回路..................... 错误！未定义书签。结论. (15)

参考文献 (23)

致谢 (23)

前言

在现代化的社会中，工业制造是支持整个国民经济的根本。制造工业中液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一，世界各国对液压工业的发展都很重视。液压技术具有独特的优点，如：功率重量比大，体积小，频响高，压力、流量可控性好，可柔性传送动力，易实现直线运动等。这种技术还易与微电子、电气技术相结合，形成自动控制系统。据统计，世界液压元件的总销售额为350亿美元，世界各主要国家液压工业销售额占机械工业产值的2%~3.5%，而我国只占1%左右，努力扩大其应用领域，将有广阔的发展前景。

第一章

1.1概述

行走驱动系统是工程机械的重要组成部分。与工作系统相比，行走驱动系统不仅需要传输更大的功率，要求器件具有更高的效率和更长的寿命，还希望在变速调速、差速、改变输出轴旋转方向及反向传输动力等方面具有良好的能力。于是，采用何种传动方式，如何更好地满足各种工程机械行走驱动的需要，一直是工程机械行业所要面对的课题。尤其是近年来，随着我国交通、能源等基础设施建设进程的快速发展，建筑施工和资源开发规模不断扩大，工程机械在市场需求大大增强的同时，更面临着作业环境更为苛刻、工况条件更为复杂等所带来的挑战，也进一步推动着对其行走驱动系统的深入研究。这里试图从技术构成及性能特征等角度对液压传动技术在工程机械行走驱动系统的发展及其规律进行探讨。

1.2 调速方法

调速方法概述

不考虑液压油的压缩性和泄漏性，

液压缸的运动速度 V=Q/A ;

液压马达的转速为 n=Q/qm。

改变Q或A，可以改变速度。

对于特定的液压缸，一般用改变Q的办法变速。对于液压马达，用改变输入流量也可用改变马达排量的方法来变速。

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

概括起来，调速方法可分以下几种：

1、节流调速。即用定量泵供油，采用节流元件调节输入执行元件的流量Q来实现调速；改变q

2、容积调速。即改变变量泵的供油量Q和改变变量液压马达的排量qm来实现调速；改变泵和马达的V

3、容积节流调速。用自动改变流量的变量泵及节流元件联合进行调速。既可改变q，又可改变V

本章介绍以节流元件为基础的各种流量控制阀的结构、原理以及节流调速回路的性能。

1.2.1 节流调速

1795年英国约瑟夫?布拉曼，在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。1905年将工作介质水改为油,又进一步得到改善。

对调速回路的要求：调速范围大,速度稳定性好,效率高

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执行元件的流量，以调节其运动速度。根据节流阀在油路中的位置的不同，调速回路有以下三种基本形式：

进口节流调速。节流阀串联在进入液压缸的油路上。

出口节流调速。节流阀串联在液压缸的回油路上。旁路节流调速。节流阀装在与执行元件并联的支路上。

节流调速回路分类

节流阀节流调速

按采用流量阀不同节流阀节流调速〈调速阀节流调速

按流量阀安装位置不同回油路〈旁油路

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。

油路：节流阀→液压缸

qp <

溢流阀→油箱

节流阀进口节流调速回路工作特性分析

从图中可看出，活塞运动速度取决于进入液压缸的流量Q1和液压缸进油腔的有效面积A1，既：

V=Q1/A1

根据连续性方程，进入液压缸的流量等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

Q1=Ka(P1)1/2=Ka(Ps-P1) 式中 Ps-液压泵出口压力。

图8-7 进油路节流调速

回路

容积调速当活塞以稳定的速度运动时，作用在活塞上的力平衡方程为： p1A1=p2+FL

式中 FL—负载力；p2—液压缸回油腔压力。所以P1=FL/A1=PL,PL为克服负载所需的压力，称为负载压力。再将P1代入前式得：

Q=K.a(Ps-FL/A1)1/2=(Ka/A11/2).(PsA1+PL)

V=Q1/A1=（K.a/A13/2).(Ps.A-FL)1/2

进油路节流调速回路的速度-负载特性方程

若活塞运动速度为v为纵坐标，负载为横坐标，将上式按不同节流阀通流面积a作图，可得一组抛物线，称为进油节流调速回路的速度负载特性曲线。

回路的速度负载特性

其它条件不变时，速度v与通流面积a成正比

薄壁小孔节流阀最小稳定流量很小，稳定速度。调速范围大

当节流阀通流面积a一定时,

随着负载FL 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。图8-8 进油路节流调速回路的速度负载特性

当FL=psA时，压差为零，活塞停止，液压泵的流量全部经溢流阀流回油箱。

这种调速回路的速度负载特性较软。通常用速度刚度T表示负载变化对速度的影响程度。

T=-dFL/dv=ctg

再由前式可得出：

-dFL/dv=(2A13/2/K.a)(Ps-A1-FL) =2(Ps-A1-FL)/v

由上式可以看出：

（1）当节流阀通流面积一定时，负载越小，速度刚度T越大。（2）当负载一定时，节流阀通流面积越小，速度刚度T越大。（3）适当增大液压缸有效面积和提高液压泵供油压力可提高速度刚度。

1.2.2 容积调速回路

∵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。

容积调速回路分析

容积调速回路通过改变液压泵和液压马达的排量来调节执行元件的速度。由于没有节流损失和溢流损失，回路效率高，系统温升小，适用于高速、大功率调速系统。

变量泵—定量马达闭式调速回路安全阀4防止回路过载，辅助泵1补充主泵和马达的泄漏，改善主泵的吸油条件，置换部分发热油液以降低系统温升。

泵的转速 np 和马达排量VM 视为常数，改变泵的排量Vp可使马达转速 nM 和输出功率 PM 随之成比例的变化。马达的输出转矩 TM 和回路的工作压力Δp 取决于负载转矩，不会因调速而发生变化，所以这种回路常称为恒转矩调速回路。

回路的速度刚性受负载变化影响的原

因随着负载增加，因泵和马达的

泄漏增加，致使马达输出转速下降。

回路的调速范围 Re≈40。

变量泵—变量马达闭式调速回路回路中元件对称布置，变换泵的供油方向，即可实现马达正反向旋转。单向阀4、5 用于辅助泵3 双向补油，单向阀6、7 使溢流阀8 在两个方向都起过载保护作用。

在低速段，先将马达排量调至最大，用变量泵调速，当泵的排量由小变大，直至最大，马达转速随之升高，输出功率也随之线性增加。此时因马达排量最大，马达能获得最大输出转矩，且处于恒转矩状态（恒转矩调节）。

高速段，泵为最大排量，用变量马达调速，将马达排量由大调小，马达转速继续升高，输出转矩随之降低。此时因泵处于最大输出功率状态不变，故马达处于恒功率状态（恒功率调节）。

由于泵和马达的排量都可调，

扩大了回路的调速范围，一

般Re≤100 。

容积节流调速回路用压力补偿泵供油，用流量控制阀调定进入或流出液压缸的流量来调节液压缸的速度；并使变量泵的供油量始终随流量控制阀调定流量作相应的变化。这种回路无溢流损失，效率较高，速度稳定性比容积调速回路好。

曲线ABC是限压式变量泵的压力－流

量特性，曲线CDE是调速阀在某一开

度时的压差－流量特性，点F是泵的

工作点。这种回路无溢流损失，但有

节流损失，其大小与液压缸的工作压

力有关。回路效率ηp1q1/ppqp=p1/pp 差压式变量泵和节流阀的调速回路

这种回路不但变量泵的流量与节流阀确定的液压缸所需流量相适应，而且泵的工作压力能自动跟随负载的增减而增减。

由于节流阀两端的压差基本由作用

在变量泵控制活塞上的弹簧力来确

定，因此输入液压缸的流量不受负

载变化的影响。此外回路能补偿负

载变化引起泵的泄漏变化，故回路

具有良好的稳速性能。

回路效率η＝p1q1/ppqp＝p1/(p1+Ft/A0)

式中A0、Ft为变量泵控制活塞的作用面积和弹簧力。

容积调速回路

容积调速回路有泵-缸式回路和泵-马达式回路。这里主要介绍泵-马达式容积调速回路。

变量泵-定量马达式容积调速回路

马达为定量,改变泵排量VP可使马达转速nM随之成比例地变化.

变量泵-定量马达容积

调速回路工作特性曲线

1.2.3 容积节流调速回路

容积节流调速回路采用压力补偿型变量泵供油，用流量调节阀进入或流出液压缸的流量来实现调速，同时使泵的输油量自动地与液压缸的需油量相适应。这种调速回路无溢流损失，效率较高，速度稳定性也较好，常用在速度范围大、中小功率场合，如组合机床的进给系统等。

图4—29(a)所示为由限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速回路。该回路由限压式变量泵1供油，由调速阀2控制液压缸3的运动速度。在稳态工作时，泵的流量与缸的流量相等，当在关小调速阀的一瞬间，而泵的输油量还未来得及改变，这时泵的出口压力升高，因而限压式变量泵输出流量自动减小，直至泵、缸流量相等；反之亦然。可见，调速阀不仅使进入液压缸的流量稳定，而且还使泵的流量自动与缸所需流量相适应。图4—29(b)所示为该回路的调速特性，由图可见，回路虽无溢流损失，但仍有节流损失，其大小与液压缸工作腔压力P，有关。这种回路中的调速阀也可装在回油路上，它的承载能力、运动平稳性、速度刚性等与相应采用调速阀的节流调速回路相同。

图4—30所示为差压式变量泵和节流阀构成的容积节流调速回路，该回路的调速方式与上述回路基本相似。节流阀2控制进入液压缸3的流量，并使变量泵1输出流量自动与液压缸流量相适应。当q。>q。时，泵的供油压力上升，泵内左、右两个控制柱塞便进一步压缩弹簧，推动定子向右移动，减小泵的偏心，使泵的流量减小到q。一q。。反之亦然。

由于节流阀两端的压差由泵控制柱塞上的弹簧力确定，而弹簧刚度较小，工作中其压缩量又很小，所以弹簧力基本恒定，节流阀两端的压差也基本恒定，流过节流阀的流量就不会随负载而变，从而持液压缸速度基本恒定。该回路的调速范围只受节流阀调节范围的限制，而且还能补偿由负载变化引起的泵的泄漏变化，因此它在低速小流量的场合使用性能尤佳。在该回路中，不仅没有溢流损失，而且泵的供油压力也随负载而变化，因而它的效率较前一种调速回路高。这种回路宜用在负载变化大，速度较低的中、小功率场合。

第二章 快速运动回路

快速运动回路的功用在于使执行元件获得尽可能大的工作速度，以提高劳动生产率并使功率得到合理的利用。实现快速运动可以有几种方法。

这里仅介绍液压缸差动连接的快速运动回路和双泵供油的快速运动回路。

2.1 液压缸差动连接的快速运动回路

换向阀2处于原位时，液压泵1输出 的液压油同时与液压缸3的左右两腔 相通，两腔压力相等。由于液压缸无 杆腔的有效面积A1大于有杆腔的有 效面积A2，使活塞受到的向右作用 力大于向左的作用力，导致活塞向 右运动。

于是无杆腔排出的油液与泵1输出的油液合流进入无杆腔，即在不增加泵流量的前提下增加了供给无杆腔的油液量，使活塞快速向右运动。

这种回路比较简单也比较经济，但液压缸的速度加快有限，差动连接与非差动连接的速度之比为:

)

(2111

'1A A A -=

υυ

图8.1 液压缸差动连接的快速运动回路

有时仍不能满足快速运动的要求， 常常要求和其它方法（如限压式 变量泵）联合使用。

2.2 双泵供油的快速运动回路

换向阀6处图示位置，并且由于外负载

很小，使系统压力低于顺序阀3的调定 压力时，两个泵同时向系统供油，活塞 快速向右运动；

换向阀6的电磁铁通电后, 缸有杆腔经节流阀7回油箱，系统压力升高，达到顺序阀3的调定压力后,大流量泵1通过阀3卸荷,单向阀4自动关闭,只有小流量泵2单独向系统供油,活塞慢速向右运动.

大流量泵1的卸荷减少了动力消耗，回路效率较高。这种回路常用在执行元件快进和工进速度相差较大的场合，特别是在机床中得到了广泛的应用。

图8.1 液压缸差动连接的快速运动回路

图8.2双泵供油的快速运动回路

双泵供油快速回路是利用低压大流量泵1和高

压小流量泵7并联为系统供油。

1-低压大流量泵

2-泄荷阀

3-单向阀

4-换向阀

5-节流阀

6-溢流阀

7-高压小流量泵

第三章速度换接回路

速度换接回路的功用是使液压执行机构在一个工作循环中从一种运动速度换到另一种运动速度，因而这个转换不仅包括快速转慢速的换接，而且也包括两个慢速之间的换接。实现这些功能的回路应该具有较高的速度换接平稳性。这个原理和液压系统中的流量调节阀控制的流量调节回路有些类似。 1．快速运动转慢速运动的换接回路

图4—34所示为用行程阀来实现快慢速换接的回路。在图示状态下，液压缸7快。当活塞所连接的挡块压下行程阀6时，行程阀关闭，液压缸回油经节流阀5回油箱，活塞运动转变为慢速工进。液噩缸反向运动时，压力油同时经单向阀4和节流阀5进液压缸右腔，活塞快速向右返回。该回路快慢速换接过程比较平稳，换接点的位置比较准确，不过行程阀安装位置不能任意布置。将行程阀改为电磁阀，也可实现快、慢速