液壓基本回路

1、第七章 液壓基本回路液壓基本回路是指由一些液壓元件與液壓輔助元件按照一定關(guān)系組合，能夠?qū)崿F(xiàn)某種特定液壓功能的油路結(jié)構(gòu)。液壓基本回路因在系統(tǒng)中所起的作用不同有許多種類型，其中最常用的基本回路是：壓力控制回路；速度控制回路；方向控制回路；多執(zhí)行元件控制回路。第一節(jié) 壓力控制回路壓力控制回路是利用壓力控制閥來控制或調(diào)節(jié)整個液壓系統(tǒng)或液壓系統(tǒng)局部油路上的工作壓力，以滿足液壓系統(tǒng)不同執(zhí)行元件對工作壓力的不同要求。壓力控制回路主要有調(diào)壓回路、減壓回路、卸荷回路、平衡回路、保壓回路等。一、調(diào)壓回路調(diào)壓回路用來調(diào)定或限制液壓系統(tǒng)的最高工作壓力，或者使執(zhí)行元件在工作過程的不同階段能夠?qū)崿F(xiàn)多種不同的壓力變換。這一

2、功能一般由溢流閥來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)液壓系統(tǒng)工作時，如果溢流閥始終能夠處于溢流狀態(tài)，就能保持溢流閥進(jìn)口的壓力基本不變，如果將溢流閥并接在液壓泵的出油口，就能達(dá)到調(diào)定液壓泵出口壓力基本保持不變之目的。1. 1. 單級調(diào)壓回路單級調(diào)壓回路中使用的溢流閥可以是直動式或先導(dǎo)式結(jié)構(gòu)。圖7-1為采用先導(dǎo)式溢流閥1和遠(yuǎn)程調(diào)壓閥3組成的基本調(diào)壓回路。在轉(zhuǎn)速一定的情況下，定量泵輸出的流量基本不變，當(dāng)改變節(jié)流閥2的開口大小來調(diào)節(jié)液壓缸運(yùn)動速度時，由于要排掉定量泵輸出的多余流量，溢流閥1始終處于開啟溢流狀態(tài)，使系統(tǒng)工作壓力穩(wěn)定在溢流閥1調(diào)定壓力值附近。若圖7-1回路中沒有節(jié)流閥2，則泵出口壓力將直接缸隨負(fù)載壓力變化而變化，溢

3、流閥1作安全閥使用對系統(tǒng)起安全保護(hù)作用。如果在先導(dǎo)型溢流閥1的遠(yuǎn)控口處接上一個遠(yuǎn)程調(diào)壓閥3，則回路壓力可由閥3遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對回路壓力的遠(yuǎn)程調(diào)壓控制，但此時要求主溢流閥1必須是先導(dǎo)式溢流閥，且閥1的調(diào)定壓力（閥1中先導(dǎo)閥的調(diào)定壓力）必須大于閥3的調(diào)定壓力，否則遠(yuǎn)程調(diào)壓閥3將不起遠(yuǎn)程調(diào)壓作用。2. 2. 采用遠(yuǎn)程調(diào)壓閥的多級調(diào)壓回路利用先導(dǎo)式溢流閥、遠(yuǎn)程調(diào)壓閥和電磁換向閥的有機(jī)組合，能夠?qū)崿F(xiàn)回路的多級調(diào)壓。圖7-2為三級調(diào)壓回路。主溢流閥1的遠(yuǎn)控口通過三位四通換向閥4可以分別接到具有不同調(diào)定壓力的遠(yuǎn)程調(diào)壓閥2和3上。多級調(diào)壓回路動畫當(dāng)閥4處于左位時，閥2與閥1接通，此時回路壓力由閥2調(diào)定；當(dāng)閥4

4、處于右位時，閥3與閥1接通，此時回路壓力由閥3調(diào)定；當(dāng)換向閥處于中位時，閥2和3都沒有與閥1接通，此時回路壓力由閥1來調(diào)定。在上述回路中要求閥2和閥3的調(diào)定壓力必須小于閥1的調(diào)定壓力，其實(shí)質(zhì)是用三個先導(dǎo)閥分別對一個主溢流閥進(jìn)行控制，通過一個主溢流閥的工作，使系統(tǒng)得到三種不同的調(diào)定壓力，并且三種調(diào)壓情況下通過調(diào)壓回路的絕大部分流量都經(jīng)過閥1的主閥閥口流回油箱，只有極少部分經(jīng)過閥2、閥3或閥1的先導(dǎo)閥流回油箱。多級調(diào)壓對于動作復(fù)雜、負(fù)載、流量變化較大的系統(tǒng)的功率合理匹配、節(jié)能、降溫具有重要作用。3.采用電液比例溢流閥的無級調(diào)壓回路、無極調(diào)壓回路動畫當(dāng)需要對一個動作復(fù)雜的液壓系統(tǒng)進(jìn)行更多級壓力控制時

5、，采用上述多級調(diào)壓回路能夠?qū)崿F(xiàn)這一功能要求，但回路的組成元件多，油路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且系統(tǒng)的壓力變化級數(shù)有限。采用電液比例溢流閥同樣可以實(shí)現(xiàn)多級調(diào)壓的要求，實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)連續(xù)無級的調(diào)壓，且回路的結(jié)構(gòu)簡單許多。圖7-3為通過電液比例溢流閥進(jìn)行無級調(diào)壓的比例調(diào)壓回路，系統(tǒng)根據(jù)執(zhí)液壓行元件工作過程各個階段的不同壓力要求，通過輸入裝置將所需要的多級壓力所對應(yīng)的電流信號輸入到比例溢流閥1的控制器中，即可達(dá)到調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作壓力的目的。二、卸荷回路許多機(jī)電設(shè)備在使用時，執(zhí)行裝置并不是始終連續(xù)工作，在執(zhí)行裝置工作間歇的過程中，為了減少動力源和液壓系統(tǒng)的功率損失，節(jié)省能源、降低液壓系統(tǒng)發(fā)熱，這種壓力控制回路稱為卸荷回

6、路。液壓泵的輸出功率等于壓力和流量的乘積，因此使液壓系統(tǒng)卸荷有兩種方法：一種是將液壓泵出口的流量通過液壓閥的控制直接接回油箱，使液壓泵在接近零壓的狀況下輸出流量，這種卸荷方式稱為壓力卸荷；另一種是使液壓泵在輸出流量接近零的狀態(tài)下工作，此時盡管液壓泵工作的壓力很高，但其輸出流量接近零，液壓功率也接近零，這種卸荷方式稱為流量卸荷。1. 1. 采用主換向閥中位機(jī)能的卸荷回路在定量泵系統(tǒng)中，利用三位換向閥M、H、K型等中位機(jī)能的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)泵的壓力卸荷，如圖7-4a所示為采用M型中位機(jī)能的卸荷回路。這種卸荷回路的結(jié)構(gòu)簡單，但當(dāng)壓力較高、流量大時易產(chǎn)生沖擊，一般用于低壓小流量場合。當(dāng)流量較大時，可

7、用液動或電液換向閥來卸荷，但應(yīng)在其回油路上安裝一個單向閥1（作背壓閥用），使回路在卸荷狀況下，能夠保持有0.3MPa0.5MPa控制壓力，實(shí)現(xiàn)卸荷狀態(tài)下對電液換向閥的操縱，但這樣會增加一些系統(tǒng)的功率損失。2.采用二位二通電磁換向閥的卸荷回路如圖7-4b所示為采用二位二通電磁換向閥的卸荷回路。在這種卸荷回路中，主換向閥的中位機(jī)能為O型，利用與液壓泵和溢流閥同時并聯(lián)的二位二通電磁換向閥的通與斷，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的卸荷與保壓功能，但要注意二位二通電磁換向閥的壓力和流量參數(shù)要完全與對應(yīng)的液壓泵相匹配。2. 2. 采用先導(dǎo)型溢流閥和電磁閥組成的卸荷回路圖7-5是采用二位二通電磁閥控制先導(dǎo)型溢流閥的卸荷回路。當(dāng)先

8、導(dǎo)型溢流閥1的遠(yuǎn)控口通過二位二通電磁閥2接通油箱時，此時閥1的溢流壓力為溢流閥的卸荷壓力，使液壓泵輸出的油液以很低的壓力經(jīng)溢流閥1和閥2回油箱，實(shí)現(xiàn)泵的卸荷。為防止系統(tǒng)卸荷或升壓時產(chǎn)生壓力沖擊，一般在溢流閥遠(yuǎn)控口與電磁閥之間可設(shè)置阻尼孔3。這種卸荷回路可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，同時位二通電磁閥可選用小流量規(guī)格，其卸荷時的壓力沖擊較采用二位二通電磁換向閥卸荷的沖擊小一些。采用先導(dǎo)式溢流閥的卸荷回路動畫3. 3. 采用限壓式變量泵的流量卸荷利用限壓式變量泵壓力反饋來控制流量變化的特性，可以實(shí)現(xiàn)流量卸荷。如圖7-6所示， 系統(tǒng)中的溢流閥4作安全閥用，以防止泵的壓力補(bǔ)償裝置的零漂和動作滯緩導(dǎo)致系統(tǒng)壓力異常。這

9、種回路在卸荷狀態(tài)下具有很高的控制壓力，特別適合各類成型加工機(jī)床模具的合模保壓控制，使機(jī)床的液壓系統(tǒng)在卸荷狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)保壓，有效減少了系統(tǒng)的功率匹配，極大地降低了系統(tǒng)的功率損失和發(fā)熱。采用限壓式變量泵的卸荷回路動畫4. 4. 利用蓄能器保壓的卸荷回路圖7-7所示的是系統(tǒng)利用蓄能器在使液壓缸保持工作壓力的同時實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)卸荷的回路。當(dāng)回路壓力上升到卸荷溢流閥2的調(diào)定值時，定量泵通過閥2卸荷，此時單向閥4反向關(guān)閉，由充滿壓力油的蓄能器3向液壓缸供油補(bǔ)充系統(tǒng)泄漏，以保持系統(tǒng)壓力；當(dāng)泄漏引起的回路壓力下降到低于卸荷溢流閥2的調(diào)定值時，閥2自動關(guān)閉，液壓泵恢復(fù)向系統(tǒng)供油。采用蓄能器保壓卸荷的回路動畫三、減壓回路

10、減壓回路的功能在于使系統(tǒng)某一支路上具有低于系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定工作壓力，如在機(jī)床的工件夾緊、導(dǎo)軌潤滑及液壓系統(tǒng)的控制油路中常需用減壓回路。最常見的減壓回路是在所需低壓的分支路上串接一個定值輸出減壓閥，如圖7-8a所示。回路中的單向閥3用于防止當(dāng)主油路壓力由于某種原因低于減壓閥2的調(diào)定值時，使液壓缸4的壓力不受干擾而突然降低，達(dá)到液壓缸4短時保壓作用。圖7-8b是二級減壓回路，閥3的調(diào)定壓力必須低于閥2。液壓泵的最大工作壓力由溢流閥1調(diào)定。減壓回路也可以采用比例減壓閥來實(shí)現(xiàn)無級減壓。要使減壓閥能穩(wěn)定工作，其最低調(diào)整壓力應(yīng)高于0.5MPa，最高調(diào)整壓力應(yīng)至少比系統(tǒng)壓力低0.5MPa。由于減壓閥工作時存在

11、閥口壓力損失和泄漏口的容積損失，這種回路不宜在需要壓力降低很多或流量較大的場合使用。二級減壓回路動畫四、增壓回路目前國內(nèi)外常規(guī)液壓系統(tǒng)的最高壓力等級只能達(dá)到3240MPa，當(dāng)液壓系統(tǒng)需要更高壓力等級的油源時，可以通過增壓回路等方法實(shí)現(xiàn)這一要求。增壓回路用來使系統(tǒng)中某一支路獲得比系統(tǒng)壓力更高的壓力油源，增壓回路中實(shí)現(xiàn)油液壓力放大的主要元件是增壓器，增壓器的增壓比取決于增壓器大、小活塞的面積之比1. 1. 單作用增壓器增壓回路圖7-9a是使用單作用增壓器的增壓回路，它適用于單向作用力大、行程小、作業(yè)時間短的場合，如制動器、離合器等。其工作原理如下：當(dāng)換向閥處于右位時，增壓器1輸出壓力為p2p1A1

12、/A2的壓力油進(jìn)入工作缸2；當(dāng)換向閥處于左位時，工作缸2靠彈簧力回程，高位油箱3的油液在大氣壓力作用下經(jīng)油管頂開單向閥向增壓器1右腔補(bǔ)油。采用這種增壓方式液壓缸不能獲得連續(xù)穩(wěn)定的高壓油源。單作用增壓器增壓回路動畫2.雙作用增壓器增壓回路圖7-9b是采用雙作用增壓器的增壓回路，它能連續(xù)輸出高壓油，適用于增壓行程要求較長的場合。當(dāng)工作缸4向左運(yùn)動遇到較大負(fù)載時，系統(tǒng)壓力升高，油液經(jīng)順序閥1進(jìn)入雙作用增壓器2，增壓器活塞不論向左或向右運(yùn)動，均能輸出高壓油，只要換向閥3不斷切換，增壓器2就不斷往復(fù)運(yùn)動，高壓油就連續(xù)經(jīng)單向閥7或8進(jìn)人工作缸4右腔，此時單向閥5或6有效地隔開了增壓器的高低壓油路。工作缸4

13、向右運(yùn)動時增壓回路不起作用。雙作用增壓器增壓回路動畫五、平衡回路許多機(jī)床或機(jī)電設(shè)備的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是沿垂直方向運(yùn)動的，這些機(jī)床設(shè)備的液壓系統(tǒng)無論在工作或停止時，始終都會受到執(zhí)行機(jī)構(gòu)較大重力負(fù)載的作用，如果沒有相應(yīng)的平衡措施將重力負(fù)載平衡掉，將會造成機(jī)床設(shè)備執(zhí)行裝置的自行下滑或操作時的動作失控，其后果將十分危險。平衡回路的功能在于使液壓執(zhí)行元件的回油路上始終保持一定的背壓力，以平衡掉執(zhí)行機(jī)構(gòu)重力負(fù)載對液壓執(zhí)行元件的作用力，使之不會因自重作用而自行下滑，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)對機(jī)床設(shè)備動作的平穩(wěn)、可靠控制。1. 1. 采用單向順序閥的平衡回路圖7-10a是采用單向順序閥的平衡回路，調(diào)整順序閥，使其開啟壓力與液壓缸

14、下腔作用面積的乘積稍大于垂直運(yùn)動部件的重力。當(dāng)活塞下行時，由于回油路上存在一定的背壓來支承重力負(fù)載，只有在活塞的上部具有一定壓力時活塞才會平穩(wěn)下落；當(dāng)換向閥處于中位時，活塞停止運(yùn)動，不再繼續(xù)下行。此處的順序閥又被稱作平衡閥。在這種平衡回路中，順序閥調(diào)整壓力調(diào)定后，若工作負(fù)載變小，則泵的壓力需要增加，將使系統(tǒng)的功率損失增大。由于滑閥結(jié)構(gòu)的順序閥和換向閥存在內(nèi)泄漏，使活塞很難長時間穩(wěn)定停在任意位置，會造成重力負(fù)載裝置下滑，故這種回路適用于工作負(fù)載固定且液壓缸活塞鎖定定位要求不高的場合。采用單向順序閥的平衡回路動畫2.采用液控單向閥的平衡回路如圖7-10b所示。由于液控單向閥1為錐面密封結(jié)構(gòu)，其閉鎖

15、性能好，能夠保證活塞較長時間在停止位置處不動。在回油路上串聯(lián)單向節(jié)流閥2，用于保證活塞下行運(yùn)動的平穩(wěn)性。假如回油路上沒有串接節(jié)流閥2，活塞下行時液控單向閥1被進(jìn)油路上的控制油打開，回油腔因沒有背壓，運(yùn)動部件由于自重而加速下降，造成液壓缸上腔供油不足而壓力降低，使液控單向閥1因控制油路降壓而關(guān)閉，加速下降的活塞突然停止；閥1關(guān)閉后控制油路又重新建立起壓力，閥1再次被打開，活塞再次加速下降，這樣不斷重復(fù)，由于液控單向閥時開時閉，使活塞一路抖動向下運(yùn)動，并產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪音、振動和沖擊。采用液控單向閥的平衡回路動畫3.采用遠(yuǎn)控平衡閥的平衡回路在工程機(jī)械液壓系統(tǒng)中常采用圖7-10c所示的遠(yuǎn)控平衡閥的平衡回

16、路。這種遠(yuǎn)控平衡閥是一種特殊閥口結(jié)構(gòu)的外控順序閥，它不但具有很好的密封性，能起到對活塞長時間的鎖閉定位作用，而且閥口開口大小能自動適應(yīng)不同載荷對背壓壓力的要求，保證了活塞下降速度的穩(wěn)定性不受載荷變化影響。這種遠(yuǎn)控平衡閥又稱為限速鎖。采用遠(yuǎn)控平衡閥的平衡回路動畫六、保壓回路保壓回路的功能在于使系統(tǒng)在液壓缸加載不動或因工件變形而產(chǎn)生微小位移的工況下能保持穩(wěn)定不變的壓力，并且使液壓泵處于卸荷狀態(tài)。保壓性能的兩個主要指標(biāo)為保壓時間和壓力穩(wěn)定性。1. 1. 采用液控單向閥的保壓回路圖7-11a是采用密封性能較好的液控單向閥3的保壓回路，但閥座的磨損和油液的污染會使保壓性能降低。它適用于保壓時間短、對保壓穩(wěn)定性要求不高的場合。2.自動補(bǔ)油保壓回路圖7-11b是采用液控單向閥3、電接觸式壓力表11的自動補(bǔ)油保壓回路，它利用了液控單向閥結(jié)構(gòu)簡單并具有一定保壓性能的長處，避開了直接用泵供油保壓而大量消耗功率的缺點(diǎn)。當(dāng)換向閥2右位接入回路，活塞下降加壓，當(dāng)壓力上升到壓力表11上限觸點(diǎn)調(diào)定壓力時，電接觸式壓力表發(fā)出電信號，使換向閥2中位接入回路，泵1卸荷，液壓缸由液控單向閥3保壓；當(dāng)壓力下降至電接觸式壓力表11下限觸點(diǎn)調(diào)定壓力時，電接觸式壓力表發(fā)出電信號，使換向閥2右位接入回路，泵1又向液壓缸供油，使壓力