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第第1010章章 液压驱动系统液压驱动系统 10.1 液压驱动系统基本原理液压驱动系统基本原理10.2 液压控制元件液压控制元件 10.3 常用液压控制回路原理常用液压控制回路原理10.4 液压驱动系统设计方案液压驱动系统设计方案 10.1 液压驱动系统基本原理液压驱动系统基本原理控制力和控制力矩可以很大。控制力和控制力矩可以很大。能够实现无级调速和无间隙传动。能够实现无级调速和无间隙传动。第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统10.1.1 液压驱动系统的特点液压驱动系统的特点 动作灵敏、响应速度快、惯性小。动作灵敏、响应速度快、惯性小。元件标准化、系列化和通用化。元件标准化、系列化和通用化。l 液体容易泄露，故障不易迅速排除。液体容易泄露，故障不易迅速排除。l 传送效率低，不适于远距离控制。传送效率低，不适于远距离控制。10.1 液压驱动系统基本原理液压驱动系统基本原理1 1、静止流体力学、静止流体力学 10.1.2 液压传动相关理论液压传动相关理论若若A A2 2 A A1 1，则，则F F2 2 F F1 1 忽略自身重力，密闭容器内液体压力处处忽略自身重力，密闭容器内液体压力处处相等。相等。第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统10.1 液压驱动系统基本原理液压驱动系统基本原理2 2、流动液体力学、流动液体力学 10.1.2 液压传动相关理论液压传动相关理论质量守恒质量守恒 理想液体理想液体：没有粘性、不存在内摩擦、没有：没有粘性、不存在内摩擦、没有压缩性。压缩性。流量流量过流截面的面积过流截面的面积平均流速平均流速第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统10.1 液压驱动系统基本原理液压驱动系统基本原理2 2、流动液体力学、流动液体力学 10.1.2 液压传动相关理论液压传动相关理论能量守恒能量守恒伯努利方程伯努利方程密度密度重力加速度重力加速度液面高度液面高度常数常数比压能比压能(压力头压力头)比动能比动能(速度头速度头)比势能比势能(位置头位置头)第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统10.1 液压驱动系统基本原理液压驱动系统基本原理2 2、流动液体力学、流动液体力学 10.1.2 液压传动相关理论液压传动相关理论液体流动时，受到的作用力：液体流动时，受到的作用力：液体对管壁的作用力，与之大小相等，液体对管壁的作用力，与之大小相等，方向相反。方向相反。第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统10.1 液压驱动系统基本原理液压驱动系统基本原理3 3、液体在管路中的流动、液体在管路中的流动 10.1.2 液压传动相关理论液压传动相关理论层流层流：液体质点运动方向与管：液体质点运动方向与管路的轴线方向平行。路的轴线方向平行。紊流紊流：液体质点运动杂乱无章，：液体质点运动杂乱无章，既有与轴线方向平行的运动，也既有与轴线方向平行的运动，也有与轴线方向垂直的运动有与轴线方向垂直的运动。第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统10.1 液压驱动系统基本原理液压驱动系统基本原理3 3、液体在管路中的流动、液体在管路中的流动 10.1.2 液压传动相关理论液压传动相关理论液体的流动状态，一般用雷诺数液体的流动状态，一般用雷诺数ReRe来表示：来表示：液体的运动粘度液体的运动粘度液体的平均流速液体的平均流速圆形管路内径圆形管路内径第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统10.1 液压驱动系统基本原理液压驱动系统基本原理3 3、液体在管路中的流动、液体在管路中的流动 10.1.2 液压传动相关理论液压传动相关理论液体的流动状态，一般用雷诺数液体的流动状态，一般用雷诺数ReRe来表示：来表示：流动液体处于层流与紊流流动液体处于层流与紊流的切换点的雷诺数，称为临界的切换点的雷诺数，称为临界雷诺数，一般用雷诺数，一般用ReRe0 0来表示。当来表示。当ReReReF Fm m，减压口全开。，减压口全开。第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统液体流动情况液体流动情况10.2 液压控制元件液压控制元件 减压阀减压阀10.2.3 液压阀液压阀2、压力控制阀、压力控制阀 出油压力增大到使导出油压力增大到使导阀开启，阀开启，第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统 主阀上腔迅速主阀上腔迅速泄压，使得泄压，使得F Ft t+F Fs s P2 且且 P1P3 P10.3 常用液压控制回路原理常用液压控制回路原理10.3.1 压力控制回路压力控制回路2、减压回路、减压回路在管路中串联减压阀在管路中串联减压阀第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统下位：下位：P=P2上位：上位：P=P3P2 P3 P1 P10.3 常用液压控制回路原理常用液压控制回路原理10.3.1 压力控制回路压力控制回路3、保压回路、保压回路采用带停止位的换向阀采用带停止位的换向阀第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统自动补油自动补油：当液压缸上腔：当液压缸上腔压力因漏油而减小时，液压力因漏油而减小时，液压表压表6 6输出信号使换向阀回输出信号使换向阀回到右位，压力油经单向阀到右位，压力油经单向阀4 4进入上腔。进入上腔。10.3 常用液压控制回路原理常用液压控制回路原理10.3.1 压力控制回路压力控制回路4、增压回路、增压回路采用增压缸采用增压缸第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统换向阀换向阀3 3右位，液压缸右腔右位，液压缸右腔压力升到溢流阀压力升到溢流阀2 2调定压力调定压力时，顺序阀时，顺序阀6 6打开；高压油打开；高压油进入增压缸进入增压缸7 7上腔，其输出上腔，其输出使液压缸右腔液压再增大使液压缸右腔液压再增大10.3 常用液压控制回路原理常用液压控制回路原理10.3.1 压力控制回路压力控制回路5、卸荷回路、卸荷回路采用进、回油在停止位连通的三位换向阀采用进、回油在停止位连通的三位换向阀第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统作用作用：液压系统短：液压系统短时间停止工作时，时间停止工作时，使液压泵输出的液使液压泵输出的液压油以零压力或较压油以零压力或较低压力流回油箱。低压力流回油箱。10.3 常用液压控制回路原理常用液压控制回路原理10.3.1 压力控制回路压力控制回路6、平衡回路、平衡回路作用作用：抵消负载重力：抵消负载重力第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统中位：液压缸下腔压力中位：液压缸下腔压力由顺序阀设定压力决定由顺序阀设定压力决定左位：顺序阀使液压缸左位：顺序阀使液压缸下腔由一定压力，可起下腔由一定压力，可起到阻尼作用。到阻尼作用。10.3 常用液压控制回路原理常用液压控制回路原理10.3.2 速度控制回路速度控制回路1、调速回路、调速回路 通过调节流入液压缸腔体内液压油流量，通过调节流入液压缸腔体内液压油流量，来控制执行元件的运动速度。来控制执行元件的运动速度。第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统节流调速回路：节流调速回路：只使用节流阀来完成调速任务。只使用节流阀来完成调速任务。串联节流调速：液压缸的进油或回油的油路。串联节流调速：液压缸的进油或回油的油路。旁路节流调速：节流阀与液压缸油路并联。旁路节流调速：节流阀与液压缸油路并联。10.3 常用液压控制回路原理常用液压控制回路原理10.3.2 速度控制回路速度控制回路1、调速回路、调速回路第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统 节流阀的开度一定时，液压执行元件的运动速节流阀的开度一定时，液压执行元件的运动速度，受负载对执行元件作用力影响。度，受负载对执行元件作用力影响。节流调速回路：节流调速回路：结构简单，但效率较低，适结构简单，但效率较低，适用于中低压小流量、负载变化小、对速度稳用于中低压小流量、负载变化小、对速度稳定性要求不高的系统。定性要求不高的系统。10.3 常用液压控制回路原理常用液压控制回路原理10.3.2 速度控制回路速度控制回路1、调速回路、调速回路第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统容积调速回路容积调速回路：采用排量可调的液压泵直接控：采用排量可调的液压泵直接控制液压缸的流量。效率高，发热小，适用于大制液压缸的流量。效率高，发热小，适用于大功率液压系统；但低速运行的稳定性较差。功率液压系统；但低速运行的稳定性较差。容积节流调速回路容积节流调速回路：节流调速和容积调速的综：节流调速和容积调速的综合。适用于负载变化大，速度较低的中、小功合。适用于负载变化大，速度较低的中、小功率液压系统。率液压系统。10.3 常用液压控制回路原理常用液压控制回路原理10.3.2 速度控制回路速度控制回路2、快速运动回路、快速运动回路第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统作用作用：加快液压执行元件空行程的运动速度，：加快液压执行元件空行程的运动速度，以提高工作效率。以提高工作效率。差动液压缸差动液压缸：在空行程：在空行程时，液压缸回油补充进时，液压缸回油补充进油。最多可使运动速度油。最多可使运动速度提高提高1 1倍。倍。10.3 常用液压控制回路原理常用液压控制回路原理10.3.2 速度控制回路速度控制回路2、快速运动回路、快速运动回路第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统双泵供油双泵供油：在空：在空行程时，高压泵行程时，高压泵1 1和低压泵和低压泵2 2同时供同时供油，加快运动速油，加快运动速度；工作行程高度；工作行程高压泵供油，保证压泵供油，保证进油压力。进油压力。空行程空行程10.3 常用液压控制回路原理常用液压控制回路原理第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统行程阀速度换接回路行程阀速度换接回路：减小液压缸在运动方向：减小液压缸在运动方向循环切换时，正向快速循环切换时，正向快速-停转停转-反向快速的速度反向快速的速度变化过程中的冲击，以保证速度变化和切换的变化过程中的冲击，以保证速度变化和切换的平稳性。平稳性。调速阀速度换接回路调速阀速度换接回路：保证同一运动方向、不：保证同一运动方向、不同速度变化和切换的平稳性。同速度变化和切换的平稳性。分类及作用分类及作用10.3.2 速度控制回路速度控制回路3、速度换接回路、速度换接回路10.3 常用液压控制回路原理常用液压控制回路原理 行程阀速度换接回路行程阀速度换接回路第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统换向阀左位，行程阀下位换向阀左位，行程阀下位：液压缸活塞快速向右运动。液压缸活塞快速向右运动。10.3.2 速度控制回路速度控制回路10.3 常用液压控制回路原理常用液压控制回路原理第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统换向阀左位，行程阀下位换向阀左位，行程阀下位：液压缸活塞快速向右运动。液压缸活塞快速向右运动。换向阀左位，行程阀上位换向阀左位，行程阀上位：液压缸活塞向右运动减速。液压缸活塞向右运动减速。行程阀速度换接回路行程阀速度换接回路10.3.2 速度控制回路速度控制回路10.3 常用液压控制回路原理常用液压控制回路原理第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统换向阀左位，行程阀下位换向阀左位，行程阀下位：液压缸活塞快速向右运动。液压缸活塞快速向右运动。换向阀左位，行程阀上位换向阀左位，行程阀上位：液压缸活塞向右运动减速。液压缸活塞向右运动减速。换向阀右位，行程阀上位换向阀右位，行程阀上位：液压缸活塞快速向左运动。液压缸活塞快速向左运动。行程阀速度换接回路行程阀速度换接回路10.3.2 速度控制回路速度控制回路10.3 常用液压控制回路原理常用液压控制回路原理 调速阀并联速度换接回路调速阀并联速度换接回路第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统换向阀换向阀3 3左位，换向阀左位，换向阀6 6左位左位：向右运动速度由调速阀向右运动速度由调速阀4 4决定。决定。10.3.2 速度控制回路速度控制回路10.3 常用液压控制回路原理常用液压控制回路原理第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统换向阀换向阀3 3左位，换向阀左位，换向阀6 6左位左位：向右运动速度由调速阀向右运动速度由调速阀4 4决定。决定。换向阀换向阀3 3左位，换向阀左位，换向阀6 6右位右位：向右运动速度由调速阀向右运动速度由调速阀5 5决定。决定。调速阀并联速度换接回路调速阀并联速度换接回路10.3.2 速度控制回路速度控制回路10.3 常用液压控制回路原理常用液压控制回路原理第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统换向阀换向阀3 3左位，换向阀左位，换向阀6 6左位左位：向右运动速度由调速阀向右运动速度由调速阀4 4决定。决定。换向阀换向阀3 3左位，换向阀左位，换向阀6 6右位右位：向右运动速度由调速阀向右运动速度由调速阀5 5决定。决定。换向阀换向阀3 3右位右位：液压缸活塞快速向左运动。液压缸活塞快速向左运动。调速阀并联速度换接回路调速阀并联速度换接回路10.3.2 速度控制回路速度控制回路10.3 常用液压控制回路原理常用液压控制回路原理第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统换向阀换向阀6 6左位：调速阀左位：调速阀5 5短接，短接，向右运动速度由调速阀向右运动速度由调速阀4 4决定。决定。调速阀串联速度换接回路调速阀串联速度换接回路10.3.2 速度控制回路速度控制回路10.3 常用液压控制回路原理常用液压控制回路原理第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统换向阀换向阀6 6左位：左位：调速阀调速阀5 5短接，短接，向右运动速度由调速阀向右运动速度由调速阀4 4决定。决定。换向阀换向阀6 6右位：右位：调速阀调速阀5 5串联串联到油路中，向右运动速度由到油路中，向右运动速度由调速阀调速阀4 4和和5 5决定，活塞向右决定，活塞向右运动速度减慢。运动速度减慢。调速阀串联速度换接回路调速阀串联速度换接回路10.3.2 速度控制回路速度控制回路10.3 常用液压控制回路原理常用液压控制回路原理10.3.3 方向控制回路方向控制回路1、时间控制式换向回路、时间控制式换向回路第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统先导换向阀先导换向阀3 3右位：右位：液液控换向阀控换向阀4 4右位，液压右位，液压缸活塞向右运动。缸活塞向右运动。向右运动到杠杆一向右运动到杠杆一端碰到挡块时，先端碰到挡块时，先导导换向阀换向阀3 3变为左位。变为左位。10.3 常用液压控制回路原理常用液压控制回路原理10.3.3 方向控制回路方向控制回路1、时间控制式换向回路、时间控制式换向回路第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统先导换向阀先导换向阀3 3左位：左位：液液控换向阀控换向阀4 4左位，液压左位，液压缸活塞向左运动。缸活塞向左运动。液控换向阀液控换向阀4 4由右位由右位变为左位的过程中，变为左位的过程中，活塞经过右向减速活塞经过右向减速-停停止止-左向加速过程。左向加速过程。10.3 常用液压控制回路原理常用液压控制回路原理10.3.3 方向控制回路方向控制回路1、时间控制式换向回路、时间控制式换向回路第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统 节流阀节流阀5 5和节流阀和节流阀8 8可以控制换向阀可以控制换向阀4 4的阀的阀芯运动速度，即可控芯运动速度，即可控制回路的换向时间。制回路的换向时间。换向平稳，适用换向平稳，适用于换向频率较高、换于换向频率较高、换向精度较低的场合。向精度较低的场合。10.3 常用液压控制回路原理常用液压控制回路原理10.3.3 方向控制回路方向控制回路2、行程控制式换向回路、行程控制式换向回路第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统先导换向阀先导换向阀3 3右位：右位：液液控换向阀控换向阀4 4右位，活塞右位，活塞快速向右运动。快速向右运动。杠杆动作杠杆动作：先导换向阀先导换向阀向左运动，液压缸回油向左运动，液压缸回油口变小，活塞向右运动口变小，活塞向右运动速度减慢。速度减慢。10.3 常用液压控制回路原理常用液压控制回路原理10.3.3 方向控制回路方向控制回路2、行程控制式换向回路、行程控制式换向回路第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统先导换向阀先导换向阀3 3左位：左位：液液压缸回油口关闭，液控压缸回油口关闭，液控换向阀换向阀4 4向左位运动到向左位运动到中间位置，液压缸左右中间位置，液压缸左右腔连通，活塞停止。腔连通，活塞停止。阀阀4 4左位：左位：活塞向左运动活塞向左运动10.3 常用液压控制回路原理常用液压控制回路原理10.3.4 多缸控制回路多缸控制回路第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统作用：作用：在采用一个液压泵给多个液压缸供压在采用一个液压泵给多个液压缸供压时，控制多个液压缸时，控制多个液压缸顺序动作顺序动作或或同步动作同步动作。压力控制式多缸顺序回路：压力控制式多缸顺序回路：采用顺序阀。采用顺序阀。行程控制式多缸顺序回路：行程控制式多缸顺序回路：采用行程开关。采用行程开关。时间控制式多缸顺序回路：时间控制式多缸顺序回路：采用延时阀。采用延时阀。10.3 常用液压控制回路原理常用液压控制回路原理10.3.4 多缸控制回路多缸控制回路第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统控制口控制口3 3接压力油：接压力油：换向阀从右位变为左位，输换向阀从右位变为左位，输入口入口1 1的高压油由截止变为与输出口的高压油由截止变为与输出口2 2相通。相通。节流阀作用：节流阀作用：调节换向阀的调节换向阀的换向时间，即换向时间，即高压油输出的高压油输出的时间。时间。10.3 常用液压控制回路原理常用液压控制回路原理10.3.4 多缸控制回路多缸控制回路第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统并联多缸同步回路：并联多缸同步回路：各液压缸独立采用调速各液压缸独立采用调速阀控制运动速度，以实现同步。阀控制运动速度，以实现同步。串联多缸同步回路：串联多缸同步回路：前一个液压缸的回油与前一个液压缸的回油与后一个液压缸的进油相连。适用于负载较小后一个液压缸的进油相连。适用于负载较小的液压系统。的液压系统。必要时，增加行程开关进行控制。必要时，增加行程开关进行控制。10.4 液压驱动系统设计方法液压驱动系统设计方法10.4.1 液压系统工作状况分析液压系统工作状况分析第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统分析被控对象的运分析被控对象的运动状况和液压缸受动状况和液压缸受力情况。力情况。工进工进10.4 液压驱动系统设计方法液压驱动系统设计方法10.4.1 液压系统工作状况分析液压系统工作状况分析第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统10.4 液压驱动系统设计方法液压驱动系统设计方法10.4.2 液压系统的总体设计液压系统的总体设计第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统性能参数的确定：性能参数的确定：计算液压执行元件的压力计算液压执行元件的压力和流量。包括：液压缸活塞直径和流量、液和流量。包括：液压缸活塞直径和流量、液压泵相关参数等。压泵相关参数等。液压回路设计：液压回路设计：选择适当的控制回路，包括选择适当的控制回路，包括换向、调压和调速。最主要的是调速回路。换向、调压和调速。最主要的是调速回路。10.4 液压驱动系统设计方法液压驱动系统设计方法10.4.3 液压控制元件的选取液压控制元件的选取第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统液压泵：液压泵：工作压力，一般应大于执行元件的工作压力，一般应大于执行元件的最大工作压力与油路压力损失之和。额定压最大工作压力与油路压力损失之和。额定压力比最大压力再高力比最大压力再高20%60%.驱动电机：驱动电机：根据液压泵功率和效率来选择。根据液压泵功率和效率来选择。10.4 液压驱动系统设计方法液压驱动系统设计方法10.4.3 液压控制元件的选取液压控制元件的选取第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统液压阀液压阀：满足最大工作压力和最大流量。对：满足最大工作压力和最大流量。对于流量阀，其最小稳定流量应满足最低运动于流量阀，其最小稳定流量应满足最低运动速度的要求。速度的要求。液压管路液压管路：根据需要查阅手册和产品说明。：根据需要查阅手册和产品说明。油箱油箱：根据液压泵流量和压力确定。：根据液压泵流量和压力确定。其他辅助装置其他辅助装置：查阅手册和产品手册。：查阅手册和产品手册。10.4 液压驱动系统设计方法液压驱动系统设计方法10.4.3 液压驱动系统的性能验算液压驱动系统的性能验算第第10章章 液压驱动系统液压驱动系统 根据统回路设计和所选液压元件实际参根据统回路设计和所选液压元件实际参数，对液压驱动系统的性能进行验算。如果数，对液压驱动系统的性能进行验算。如果验算结果不能满足要求，则需要对系统的设验算结果不能满足要求，则需要对系统的设计和元件的选取进行适当的修改。计和元件的选取进行适当的修改。验算方法自学验算方法自学 最主要的是计算管路的压力损失和系统最主要的是计算管路的压力损失和系统的发热温升。的发热温升。