第八章-液压基本回路

8液压基本回路任何机械设备的液压传动系统，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。下面对一些常用的基本回路分别予以介绍。8.1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油液的压力，以满足执行元件对力或力矩的要求。包括调压、减压、增压、卸荷、保压、平衡等多种回路。8.1.1调压回路调压回路的功用是：使液压系统整体或某一部分的压力保持恒定或不超过某个数值。（1）单级调压回路（图8-1a）：在泵1的出口处设置并联的溢流阀2，使泵的出口压力基本维持恒定。（2）多级调压回路（图8-1b）：先导式溢流阀3的遥控口串接两位两通换向阀5和远程调压阀4。这里要求远程调压阀4的调整压力必须小于先导式溢流阀3的调整压力，即12pp。当两位两通换向阀5处于截至位（即上位）时，泵出口压力为1p，当两位两通换向阀5处于通位（即下位）时，泵出口压力为2p。如果在溢流阀的遥控口处通过多位换向阀的不同通口，并联多个调压阀，即可实现多级调压。（3）无级调压回路（图8-1c）：通过改变比例溢流阀6的输入电流来实现无级调压。148液压传动与控制8.1.2减压回路减压回路的功用是：使系统中的某一部分油路具有较低的稳定压力（如图8-2）。回路中的单向阀3是防止主油路压力降低（低于减压阀2的调整压力）时油液倒流，起短时保压作用。也可采用类似两级或多级调压的方法获得两级或多级减压。还可采用比例减压阀来实现无极减压。(a)1(b)123p1p41(c)65图8-1调压回路（a）单级调压回路；（b）二级调压回路；（c）无级调压回路液压基本回路149为了使减压回路工作可靠，减压阀的最低调整压力不应小于0.5MPa，最高调整压力至少比系统压力小0.5MPa。当减压回路中的执行元件需要调速时，调速元件应放在减压阀的下游，以避免减压阀泄漏（指由减压阀泄油口流回油箱的油液）对执行元件速度产生影响。8.1.3增压回路增压回路的功用是：提高液压系统中局部油路中的压力。（1）单作用增压器的增压回路（图8-3a）：当系统处于图示位置时，压力为1p的油液进入增压器的大活塞腔，此时在小活塞腔即可得到压力为2p的高压油液，增压的倍数等于增压器大、小活塞的工作面积之比。当两位两通电磁换向阀右位接入系统时，增压器的活塞返回，补油箱中的油液经单向阀补入小活塞腔。这种回路只能间断增压。321图8-2减压回路150液压传动与控制（2）双作用增压器的增压回路（图8-3b）：在图示位置时，泵输出的压力油经换向阀5和单向阀1进入增压器的左端大、小活塞腔，右端大活塞腔的回油通油箱，右端小活塞腔增压后的高压油经单向阀4输出，此时单向阀2、3被关闭；当活塞移到右端时，换向阀5得电换向，活塞向左移动，左端小活塞腔输出的高压油经单向阀3输出。这样，增压缸的活塞不断往复运动，两端便交替输出高压油，实现了连续增压。8.1.4卸荷回路卸荷回路的功用是：使液压泵在接近零压的情况下运转。这样可以避免频繁启动电机，减少功率损失和系统发热，延长泵和电机的使用寿命。常用的卸荷回路有以下几种。(1)用M（或H、K）型换向阀的中位机能卸荷的回路（图8-4a）：这种卸荷回路的切换压力冲击大，适用于低压小流量系统。对于高压大流量系统，可采用M（或H、K）型电液换向阀对泵进行卸荷（图8-4b）。由于这种换向阀装有换向时间调节器，所以切换时压力冲击小，但必须在换向阀前设置单向阀（或在换向阀回油口设置背压阀），以使系统保持0.2～0.3MPa的压力，供控5高压输出4321p2p1(a）（b）图8-3增压回路（a）单作用增压回路；（b）双作用增压回路液压基本回路151制油路用。(2)用两位两通阀旁路的卸荷回路（图8-4c）：当执行元件不工作时，两位两通电磁阀得电，从而使泵卸荷。(3)用先导型溢流阀的卸荷回路（图8-5a）：将溢流阀1的遥控口接两位两通阀2，当系统压力达到一定值时，压力继电器3发出电信号，使两位两通电磁阀2得电，使泵卸荷。这种卸荷回路的卸荷压(c)(b)1YA2YA(M)(H)(K)(a)图8-4用换向阀的卸荷回路(b)32(a)14图8-5卸荷回路（a）用先导式溢流阀的卸荷回路;（b）用卸荷阀的卸荷回路152液压传动与控制力小，切换时的压力冲击也小，适用于大流量系统。(4)用外控顺序阀作卸荷阀的卸荷回路（图8-5b）：当系统达到卸荷阀4的调定压力时，液压泵卸荷。8.1.5保压回路执行元件在工作循环的某一阶段，若需要保持规定的压力，就应采用保压回路。(1)利用蓄能器保压的回路：图8-6a所示回路，当主换向阀6在左位工作时，液压缸7推进压紧工件，进油路压力升高至调定值，压力继电器4发出电信号使两位两通电磁阀3通电，泵1即卸荷，单向阀自动关闭，液压缸则由蓄能器5保压。当蓄能器压力不足时，压力继电器复位使泵重新工作。图8-6b至进给缸3(a)1421657(b)2(c)至夹紧缸4589101112图8-6保压回路（a）、（b）用蓄能器的保压回路；（c）用泵保压的回路液压基本回路153所示为多缸系统一缸保压回路。进给缸快进时，泵压下降单向阀8关闭，将夹紧油路和进给油路隔开。蓄能器用来给夹紧缸保压并补充泄漏。压力继电器4的作用是当夹紧缸压力达到预定值时发出讯号，使进给缸动作。(2)用泵保压的回路（图8-6c）：当系统压力较低时，低压大流量泵9和高压小流量泵10同时向系统供油。当系统压力升高到卸荷阀11的调定压力时，泵9卸荷，此时高压小流量泵10使系统压力保持为溢流阀12的调定值。泵10的流量只需略高于系统的泄漏量，以减少系统发热。也可采用限压式变量泵来保压，它在保压期间仅输出少量用以补偿系统泄漏的油液，效率较高。(3)用液控单向阀（或液压锁）保压的回路：图8-4a所示为采用液控单向阀和电接触式压力表的自动补油式保压回路。当1YA得电时，换向阀右位接入回路，缸上腔压力升至电接触式压力表上触点调定的压力值时，上触点接通，1YA失电，换向阀切换至中位，泵卸荷，液压缸由液控单向阀保压。当缸上腔压力下降至下触点调定压力时压力表又发出讯号，使1YA得电，换向阀右位接入回路，泵给缸上腔补油使压力上升，直至上触点调定值。8.1.6平衡回路154液压传动与控制为了防止立式液压缸及其工作部件因自重而自行下落，或在下行运动中由于自重而造成失控、失速的不稳定运动，可设置平衡回路。图8-7a为用单向顺序阀支持并限速控制的平衡回路；图8-7b为用单向节流阀限速、液控单向阀锁紧的平衡回路。8.1.7顺序回路在多执行元件的液压系统中，用顺序阀可控制多个执行元件的顺序动作。图8-8所示为使用控制阀的压力控制顺序动作回路。当换向阀右位3121(b)(a)4图8-7平衡回路（a）用单向顺序阀的平衡回路；（b）用单向节流阀的平衡回路④①③②12BA图8-8顺序回路液压基本回路155接入回路且顺序阀1的调定压力大于缸A的最大前进工作压力时，压力油先进入缸A左腔，实现动作①；缸行至终点后压力上升，压力油打开顺序阀1进入缸B的左腔，实现动作②；同样地，当换向阀左位接入回路且顺序阀2的调定压力大于缸B的最大返回工作压力时，两缸按③和④的顺序返回。8.2速度控制回路速度控制回路包括调速回路、快速运动回路、速度换接回路和同步回路。8.2.1调速回路调速回路有节流调速回路、容积调速回路和容积节流调速回路。(1)节流调速回路用定量泵供油，通过节流阀（或调速阀）改变进入执行元件的流量使之变速的回路。根据流量阀在回路中的位置不同，节流调速回路分为进油节流调速回路、回油节流调速回路和旁路节流调速回路。1）进油节流调速回路用溢流阀及串联在执行元件进油路上的流量阀，来调节进入执行元件的流量，从而调节执行元件运动速度的系统（图8-9a）。泵输出的油液一部分经节流阀进入缸的工作腔，多余的油液经溢流阀溢流回油箱。由于溢流阀有溢流，泵的出口压力Bp保持恒定。调节节流阀通流面面积，即可改变通过节流阀的流量，从而调节缸的速度。设1p、2p分别为缸的进油腔和回油腔的压力,由于回油腔直接通油箱，故156液压传动与控制2p≈0；F为缸的负载；通过节流阀的流量为1Q；泵的出口压力为Bp；TA为节流阀孔口截面积；qC为流量系数；ρ、分别为液体密度和动力粘度；d、L分别为细长孔直径和长度；K为节流系数（对薄壁小孔ρCKq2，对细长孔)32(2LμdK）；m为孔口形状决定的指数（0.5≤m≤1）（对薄壁孔5.0m，对细长孔1m），则缸的运动速度为：mBTAFpAKAAQ)(1111υ（8-1）式（8-1）即为进油节流调速回路的负载特性方程。按式（8-1）选用不同的TA值，可作出一组速度－负载特性曲线（图8-9b）。曲线表明速度随负载变化的规律，曲线越陡，表明负载变化对速度的影响越大，即速度刚度越小。由图8-9b可以看出：①当节流阀通流面积TA一定时，重载区比轻载区的速度刚度小；②载相同负载下工作时，节流阀通流面积大的比小(b)节流阀调速阀0υ(a)A1A2υFp1p2ATΔp=p-p1BQ1QyQBpBAT1AT2AT3AT1AT2AT3Fmax=pBA1F图8-9进油节流调速回路（a）回路；（b）速度－负载特性曲线液压基本回路157的速度刚度小，即速度高时速度刚性差；③多条特性曲线汇交于横坐标轴上的一点，该点对应的F值即为最大负载，这说明最大承载能力maxF与速度调节无关，因最大负载时缸停止运动（0），故由式（8-1）可知该回路的最大承载能力为1maxApFB。可见，进油节流调速回路适用于轻载、低速、负载变化不大和对速度稳定性要求不高的小功率场合。2）回油节流调速回路用溢流阀及串联在执行元件回油路上的流量阀，来调节进入执行元件的流量，从而调节执行元件运动速度的系统（图8－10）。缸的运动速度为：mBTAFAApAKAAQ)(221222υ（8-2）式中，2A为缸有杆腔的有效面积；2Q为通过节流阀的流量；其它符合意义同前。比较式（8-1）和式（8-2）可以发现，回油节流调速与进油节流调速的速度－负载特性及速度刚度基本相同，若缸两腔有效工作面积相同，则两种节流调速回路的速度－负载特性和速度刚度就完全一样。因此，前面对进油节流调速回路的分析和结论都适用于本回路。但也有不同之处：Q2Q1QBFATA2A1υp1p2Δp=p2QypB图8-10回油节流调速回路158液压传动与控制①回油节流调速回路的流量阀使缸的回油腔形成一定的背压（02p），因而能承受负值负载，并提高了缸的速度平稳性。②进油节流调速回路容易实现压力控制。因当工作部件在行程终点碰到死挡铁后，缸的进油腔油压会上升到等于泵压，利用这个压力变化，可使并联于此处的压力继电器发讯，对系统的下步动作实现控制。而在回油节流调速时，进油腔压力没有变化，不易实现压力控制。③若回路使用单出杆缸，无杆腔进油流量大于有杆腔回油流量。故在缸径、缸速相同的情况下，进油节流调速回路的流量阀开口较大，低速时不易堵塞。因此进油节流调速回路能获得更低的稳定速度。④长期停车后缸内油液会流回油箱，当泵重新向缸供油时，在回油节流调速回路中，由于进油路上没有流量阀控制流量，会使活塞前冲；而在进油节流调速回路中，活塞前冲很小，甚至没有前冲。⑤发热及泄漏对进油节流调速的影响均大于回油节流调速。为了提高回路的综合性能，一般常采用进油节流调速，并在回油路上加背压阀，使其兼具二者的优点。3）旁路节流调速回路将流量阀接在与执行元件并联的旁油路上的调速回路即旁路节流调速回路（图8-11a）。通过调节节流阀的通流面积，来控制泵溢回油箱的流量，即可实现调速。由于溢流已由节流阀承担，故溢流阀实为安全阀，常态时关闭，过载时打开，其调定压力为最大工作压力的1.1～1.2倍，故泵工作过程中的压力随液压基本回路159负载而变化。设泵的理论流量为tQ，泵的泄漏系数为lk，其它符号意义同前，则缸的运动速度为：11111])()([AAFKAAFkQAQmTltυ(8-3)选取不同的TA值，按式（8-3）即可作出一组速度－负载特性曲线（