第7章 容积调速回路(液压传动)
液压传动
第七章液压传动本章重点掌握液压传动的原理及系统的组成与功用；掌握柱塞泵、齿轮泵、叶片泵的组成、工作原理、应用特点及泵的图形符号；掌握活塞式液压缸的结构、工作原理及有关计算和应用特点以及密封、缓冲和排气；掌握单向阀、换向阀、溢流阀的工作原理，会识别其图形符号；会识别减压阀、顺序阀、节流阀、调速阀的图形符号；掌握液压基本回路的工作原理。
本章内容提要(一) 1、液压传动特点与机械传动，电气传动等传动相比，液压传动具有结构紧凑、传动力大、定位精确、运动平稳、易于实现自动控制，机件润滑良好，寿命长等优点，因此，液压传动广泛应用于机械工业、冶金工业、石油工业、工程建筑，船舶、航空、军事、宇航等工业部门。
其不足之处在于传动效率较低，不宜作远距离传递，不宜于高温或低温条件下工作，以及液压元件精度要求高，成本高等缺点。
（二）液压传动的工作原理及液压系统的组成1、液压系统的组成任何一个简单而完整的液压系统，均由以下四个部分组成：(1）动力元件（油泵）：其作用是向液压系统提供压力油，是系统的动力源。
（2）执行元件（油缸或马达）：其作用是在压力油的作用下，完成对外作功。
（3）控制元件：如溢流阀、节流阀、换向阀等，分别控制系统的压力、流量和流向，以满足执行元件对力，速度和运动方向的要求。
（4）辅助元件：如油箱、油管、管接头、滤油器、蓄能器等。
2、液压传动的基本原理：液压传动是以油液为工作介质，通过密封容积的变化来传递运动，通过油液内部的压力来传递动力的一种传动方式3、液压传动的应用特点1) 易于获得很大的力和力矩2) 调速范围大，易实现无级调速3) 质量轻，体积小，动作灵敏4) 传动平稳，易于频繁换向5) 易于实现过载保护6) 便于采用电液联合控制以实现自动化7) 液压元件能够自动润滑，元件的使用寿命长8) 液压元件易于实现系列化、标准化、通用化9) 传动效率较低10) 液压系统产生故障时，不易找到原因，维修困难11) 为减少泄漏，液压元件的制造精度要求较高5、静压传递原理（帕斯卡原理）：静止油液中任意一点所受到的各个方向的压力都相等，这个压力称为静压力，油液静压力的作用方向总是垂直指向承压表面。
7液压系统基本回路
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2、减压回路
减压回路是使系统中某一部分通路具有较低
的稳定压力。
用于两级或多级的减压回路。
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调定压力比系统压力至少小0.5MPa
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3、增压回路 增压回路是使系统中某一部分通路具有较高的 稳定压力。它能使局部压力远远高于泵的压力。
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②转矩与功率特性：
液压马达的输出转矩：Tm=Vm(pB-p0)/2π
液压马达的输出功率：Pm=nmTm=qB(pB-p0)
上式表明：马达的输出转矩 Tm与其排量Vm成正比；而马达的输出功率
Pm与其排量Vm无关，若进油压力pB与回油压力p0不变时，Pm=C，故此种 回路属恒功率调速。
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3、双泵供油快速回路
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五、 速度换接回路
速度换接回路主要是用于使执行元件
在一个工作循环中，从一种运动速度变换
到另一种运动速度。
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1、快速与慢速的换接回路
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2、两种不同速度间的换接回路
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两个调速阀并联式速度换接回路 。
(3)进油节流阀调速回路能获得更低的稳定速度；
(4)在负载为零时，对回油节流调速的密封不利；
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总之： 与进油节流阀调速回路一样，适用于轻
载，低速，负载变化不大的和对速度稳定性
要求不高的小功率场合。
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3、旁路节流调速回路
节流阀接在进口的分支路 ① ② 压力随负载变化; 溢流阀为安全阀;
2）与容积调速比
度稳定性好。
第7章液压基本回路(r)解读
第7章液压基本回路不论机械设备的液压传动系统如何复杂，都是由一些液压基本回路组成的。
所谓基本回路，就是由有关的液压元件组成，用来完成特定功能的典型油路。
按其在液压系统中的功用，基本回路可分为：压力控制回路——控制整个系统或局部油路的工作压力；速度控制回路——控制和调节执行元件的速度；方向控制回路——控制执行元件运动方向的变换和锁停；多执行元件控制回路——控制多个执行元件相互间的动作。
本章讨论的是最常见的液压基本回路，熟悉和掌握它们的组成、工作原理及其应用，是分析、设计和使用液压系统的基础。
7.1 压力控制回路压力控制回路是利用压力控制阀来控制系统中液体的压力，以满足执行元件对力或转矩的要求。
这类回路包括调压、减压、卸荷、保压、平衡、增压等回路。
7.1.1调压回路调压回路的功能在于调定或限制液压系统的最高工作压力，或者使执行机构在工作过程的不同阶段实现多级压力变换。
一般是由溢流阀来实现这一功能的。
1.单级调压回路图7.1所示为单级调压回路，这是液压系统中最为常见的回路。
调速阀调节进入液压缸的流量，定量泵提供的多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀起溢流恒压作用，保持系统压力稳定，且不受负载变化的影响。
调节溢流阀可调整系统的工作压力。
当取消系统中的调速阀时，系统压力随液压缸所受负载而变，溢流阀起安全阀作用，限定系统的最高工作压力。
系统过载时，安全阀开启，定量泵泵出的压力油经安全阀流回油箱。
2.多级调压回路图7.2所示为二级调压回路。
先导式溢流阀1的外控口串接二位二通换向阀2和远程调压阀3，构成二级调压回路。
当两个压力阀的调定压力为p3＜p1时，系统可通过图7.1单级调压回路换向阀的左位和右位分别获得p3和p1两种压力。
如果在溢流阀的外控口，通过多位换向阀的不同通油口，并联多个调压阀，即可构成多级调压回路。
图7.3为三级调压回路。
主溢流阀1的遥控口通过三位四通换向阀4分别接具有不同调定压力的远程调压阀2和3，当换向阀左位时，压力由阀2调定；换向阀右位时，压力由阀3调定；换向阀中位时，由主溢流阀1来调定系统最高的压力。
液压传动-第7章液压基本回路
第7章液压基本回路•液压基本回路是为了实现特定的功能把有关的液压元件组合起来的典型油路结构；•液压基本回路是组成液压系统的基础。
液压基本回路包括：*压力控制回路*速度控制回路*方向控制回路*多执行元件回路7.1 压力控制回路功能：控制液压系统整体或局部的压力，主要包括：▪调压回路▪减压回路▪增压回路▪卸荷回路▪平衡回路▪保压回路1、调压回路•功能：调定和限制液压系统的压力恒定或不超过某个数值。
•一般用溢流阀来实现这一功能。
•调压回路的分类：•单级调压回路•多级调压回路•无级调压回路先导式溢流阀电液比例溢流阀2、减压回路•功能：使液压系统中某一部分油路的压力低于主油路的压力设定值。
•一般用减压阀来实现这一功能。
•减压回路的分类：•单级减压回路•多级减压回路•无级减压回路3、增压回路•功能：提高系统中局部油路中的压力，使局部压力远高于系统油源的压力。
•单作用增压回路：只能间歇增压。
4、卸荷回路•功能：在执行元件短时间不工作时，不需要频繁启、停原动机，而是使泵源在很小的输出功率下运转。
•卸荷的实质：使液压泵的输出流量或者压力接近于零，分别称为流量卸荷与压力卸荷。
•卸荷方式：•用换向阀中位机能的卸荷回路（压力卸荷）•用先导型溢流阀的卸荷回路（压力卸荷）•限压式变量泵的卸荷回路（流量卸荷）•采用蓄能器的保压卸荷回路换向阀M、H、K型中位机能均可实现压力卸荷限压式变量泵可实现保压卸荷用先导型溢流阀实现的压力卸荷卸荷时采用蓄能器补充泄漏保持液压缸大腔的压力限压式变量泵工作原理及特性曲线5、平衡回路•功能：使承受重力作用的执行元件的回油路保持一定背压，以防止运动部件在悬空停止期间因自重而自行下落，或因自重而超速失控。
采用单向顺序阀不可长时间定位采用液控单向阀定位可靠单向节流阀用于平稳下行6、保压回路•功能：使系统在执行元件不动或仅有微小位移的工况下保持稳定的压力。
•保压性能有两个指标：保压时间和压力稳定性。
电接触式压力表4监视预设压力的上下限值，控制换向阀2动作，液控单向阀3实现保压蓄能器保压卸荷回路7.2 速度控制回路控制与调节液压执行元件的速度。
液压与气动传动第七章液压基本回路
图7-13b 调速特性曲线
q1
当进入液压缸的工作流量为 、泵的供油
q q 流量应为
，供油压力p为 ，1 此时
p 液压缸工作腔压力的p正常工作范围是
p2
A2 16）
回路的效率为 ：
c
(p1
p2 AA12)q1 ppqp
p1 p2 pp
A2 A1
（7-17）
（2）差压式变量泵和节流阀的调速回路
图7-6a 采用电接触式压力表控制的保压回路
2. 采用蓄能器的保压回路 图7-6b 采用蓄能器的保压回路
3.采用辅助泵的保压回路 图7-6c 采用辅助泵的保压回路
7.2 速度控制回路
7.2.1 速度调节与控制原理 7.2.2 定量泵节流调速回路 7.2.3 容积调速回路 7.2.4 快速运动回路
7.1.5 平衡回路 平衡回路的作用： 1.采用单向顺序阀的平衡回路
图7-5a 采用单向顺序阀的平衡回路
2.采用液控单向阀的平衡回路 图7-5b 采用液控单向阀的平衡回路
3.采用远控平衡阀的平衡口路 图7-5c 采用远控平衡阀的平衡回路
7.1.6 保压回路 保压回路的功能： 1．采用电接触式压力表控制的保压回路
（3）三种调速回路的刚度比较。根据式（7-12），可得速度负载 特性曲线，如图7-9b所示。
（4）三种调速回路功率损失的比较。旁路节流调速回路只有节流 损失，而无溢流损失，因而功率损失比进油和回油两种节流阀调 速回路小，效率高。
（5）停机后的启动性能。长期停机后，当液压泵重新启动时，回 油节流阀调速回路背压不能立即建立会引起瞬间工作机构的前冲 现象。而在进油节流调速回路中，因为进油路上有节流阀控制流 量，只要在开车时关小节流阀即可避免启动冲击。
第七章液压基本回路(速度回路)
3）变量泵-变量马达的 容积调速
3．容积节流调速(联合调速)
容积节流调速回路是采用压力补偿型变
量泵供油，通过对节流元件的调整来改 变流入或流出液压执行元件的流量来调 节其速度；而液压泵输出的流量自动地 与液压执行元件所需流量相适应。这种 回路虽然有节流损失，但没有溢流损失， 其效率虽不如容积调速回路，但比节流 调速回路高。其运动平稳性与调速阀调 速回路相同，比容积调速回路好
1）进油路节流调速回路 (进口节流)
回路结构如图 所示，节流阀 串联在泵与执 行元件之间的 进油路上。它 由定量泵、溢 流阀、节流阀 及液压缸（或 液压马达）组 成。
通过改变节流阀的开口量（即通流截面
积AT）的大小，来调节进入液压缸的流 量，进而改变液压缸的运动速度。 定量泵输出的多余流量由溢流阀溢流回 油箱。为完成调速功能，不仅节流阀的 开口量能够调节，而且必须使溢流阀始 终处于溢流状态。 在该调速回路中，溢流阀的作用一是 调整并基本恒定系统压力；二是将泵输 出的多余流量溢流回油箱。
出口节流调速回路的速度—负载特性：
与进口节流调速回路基本相同
•进口与出口节流阀调速回路比较
（1）出口节流阀调速回路： 液压缸回油腔形成一定背压，能承受负值负载 （与液压缸运动方向相同的负载力）。 流经节流阀而发热的油液，直接流回油箱冷却。 （2） 进口节流阀调速回路： 液压缸回油路上设置背压阀后，才能承受负值负 载。故增加节流调速回路的功率损失。 流经节流阀而发热的油液，还要进入液压缸，对 热变形有严格要求的精密设备会产生不利影响。 对同一个节流阀可使液压缸得到比出口节流阀调 速回路更低的速度。
调速回路按改变流量的方法不同可分
为三类： 节流调速回流 容积调速回路 容积节流调速回路
《液压与气压传动》(第3版)习题答案刘建明
《液压与气压传动》教材(第3版)习题参考答案第1章习题P4 小节习题：（1）机械能、液压能。
（2）动力元件、执行元件、控制调节元件、辅助元件和工作介质。
（3）动力元件。
（4）机械能、机械能。
（5）压力、流量和流动方向。
（6）1．液压传动的优点１）能方便地实现无级调速，且调速范围大。
２）容易实现较大的力和转矩的传递。
液压传动装置的体积小、重量轻、运动惯性小。
３）液压传动装置工作平稳，反应速度快，换向冲击小，便于实现频繁换向。
４）易于实现过载保护，而且工作油液能实现自行润滑，从而提高元件的使用寿命。
５）操作简单，易于实现自动化。
６）液压元件易于实现标准化、系列化和通用化。
2．液压传动的缺点1）液体的泄漏和可压缩性使液压传动难以保证严格的传动比。
2）在工作过程中能量损失较大，传动效率较低。
3）对油温变化比较敏感，不宜在很高或很低的温度下工作。
4）液压传动出现故障时，不易诊断。
P7 小节习题：（1）由于液体内磨擦力的作用，而产生阻止液层间的相对滑动。
（2）动力黏度、运动黏度、相对黏度。
（3）运动黏度，υ，m2/s，mm2/s。
（4）黏度较低。
（5） 40℃运动黏度，mm2/s。
（6）石油型、乳化型和合成型。
（7）水分、空气、微小固体颗粒、胶质状生成物。
（8）a.堵塞过滤器，使液压泵吸油困难，产生噪声，堵塞阀类元件小孔或缝隙，使阀动作失灵。
微小固体颗粒还会加剧零件磨损，擦伤密封件，使泄漏增加。
b.水分和空气混入会降低液压油的润滑能力，加速氧化变质，产生气蚀；还会使液压液压系统出现振动、爬行等现象。
（9）a.严格清洗元件和系统。
b.尽量减少外来污染物。
c.控制液压油的温度。
d.定期检查、清洗和更换滤芯。
e.定期检查和更换液压油。
本章习题 1.填空题（1）法向力， N/㎡ 即 pa 。
（2）压力 和 流量 。
（3）绝对压力 和 相对压力，相对压力 。
（4）输入流量。
（5）沿程压力损失 和局部压力损失 。
7.3液压速度控制回路——【液压传动与气动技术】
液压缸
变量泵
安全阀 定量液压马达
安全阀
背压阀
变量泵
开式回路
辅助泵
溢流阀
闭式回路
容积调速回路
（定量泵+变量液压马达）
变量液压马达
安全阀
定量泵
容积调速回路
（变量泵+变量液压马达）
变量泵
变量马达
溢流阀
安全阀 辅助泵
容积调速回路的特点及应用
特点：无节流损失和溢流损失,效率高，发热少，成本高，平稳性差。 应用：大功率，对速度稳定性要求不高的液压系统。
容积节流调速回路
流量阀 变量泵
q泵=q阀
特点：无溢流损失,效率高，发热少，用调速阀速度稳定性好。 应用：较大功率，对速度稳定性要求较高的液压系统。
调速回路选用
回油路加背压阀
运
动
平
稳
采用调速阀
性
高
①小功率，速度稳定性高 ②大功率，速度稳定性要求不高 ③大功率，速度稳定性高
2. 快速运动回路
目的：采用快速回路，可以在尽量减少液压泵流量损 失的情况下使执行元件获得快速，以提高生产率。
节流调速回路
• 核心元件：定量泵+流量阀（节流阀或调速阀）。
进油路节流调速回路 回油路节流调速回路 旁油路节流调速回路
进油路节流调速回路 节流开口
p2≈0 v
p 1 q1
q2
A
F负
载
背压阀
A0
p2≠0
改为调速阀 p泵，q泵
v q1 KA0 Δp AA
结构简单，使用方便
可获得较大推力和较低速度
v
v q
A
A
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6/15/2020 9:34 PM
例题
6/15/2020 9:34 PM
变量泵和变量执行元件调速回路
变量过程：
1、马达的排量固定在最大值，泵的排量由最 小到最大。
2、泵的排量固定在最大值，马达的排量由最
大到最小。
M 2 pq2
2
Q q2
q1 q2
1
6/15/2020 9:34 PM N pq1 1
开式系统和闭式系统
开式系统特点：液压泵直接从油箱吸取油液，经控制元件送 入执行元件，执行元件的回路经换向阀返回油箱，循环油路 在油箱中断开。 闭式系统特点：液压泵输出的油液直接进入执行元件，执行 元件的回油与液压泵的吸油管直接相连，工作液体在系统的 管路中进行封闭循环。
特点：恒转矩。
使用场合：收割机驱动系统。
6/15/2020 9:34 PM
p 2q2
1q1
定量泵和变量执行元件调速回路
不计泵和马达的损失和泄漏，则有：
马达的输出转速
2
Q q2
q1 q2
1
马达的输出转矩
M 2 pq2
p
2q2
1q1
液压泵的输出功率 N pQ pq11
特点：恒功率。 应用较少。
6/15/2020 9:34 PM
东北农业大学—液压传动
例题
6/15/2020 9:34 PM
东北农业大学—液压传动
2、分类
变量泵和定量执行元件调速回路 定量泵和变量执行元件调速回路 变量泵和变量执行元件调速回路
6/15/2020 9:34 PM
变量泵和定量执行元件调速回路
不计泵和马达的损失和泄漏，则有：
马达的输出转速
2
Q q2
q1 q2
1
马达的输出转矩
M 2 pq2
负载一定， p 一定，转矩 M 2一定
液压泵的输出功率 N pQ pq11