液壓與氣壓傳動技術(shù)07基本回路

第七章 液壓基本回路

所謂液壓基本回路就是由有關(guān)的液壓元件組成用來完成某種特定功能的典型回路。一些液壓設(shè)備的液壓系統(tǒng)雖然很復(fù)雜，但它通常都由一些基本回路組成，所以掌握一些基本回路的組成、原理和特點將有助于認(rèn)識分析一個完整的液壓系統(tǒng)。

7.1 壓力控制回路

壓力控制回路是利用壓力控制閥來控制系統(tǒng)整體或某一部分的壓力，以滿足液壓執(zhí)行元件對力或轉(zhuǎn)矩要求的回路，這類回路包括調(diào)壓、減壓、增壓、卸荷、保壓和平衡等多種回路。一、調(diào)壓回路：調(diào)壓回路的功用是使液壓系統(tǒng)整體或部分的壓力保持恒定或不超過某個數(shù)值。在定量泵系統(tǒng)中，液壓泵的供油壓力可以通過溢流閥來調(diào)節(jié)。在變量泵系統(tǒng)中,用安全閥來限定系統(tǒng)的最高壓力，防止系統(tǒng)過載。若系統(tǒng)中需要二種以上的壓力，則可采用多級調(diào)壓回路。1、單級調(diào)壓回路遠(yuǎn)程調(diào)壓

2．二級調(diào)壓回路如圖a所示為二級調(diào)壓回路,可實現(xiàn)兩種不同的系統(tǒng)壓力控制。由溢流閥2和溢流閥4各調(diào)一級，當(dāng)二位二通電磁閥3處于圖示位置時，系統(tǒng)壓力由閥2調(diào)定,當(dāng)閥3得電后處于右位時，系統(tǒng)壓力由閥4調(diào)定，但要注意:閥4的調(diào)定壓力一定要小于閥2的調(diào)定壓力，否則不能實現(xiàn)；當(dāng)系統(tǒng)壓力由閥4調(diào)定時，溢流閥2的先導(dǎo)閥口關(guān)閉，但主閥開啟，液壓泵的溢流流量經(jīng)主閥回油箱。

3．多級調(diào)壓回路如圖b所示的由溢流閥1、2、3分別控制系統(tǒng)的壓力，從而組成了三級調(diào)壓回路。當(dāng)兩電磁鐵均不帶電時，系統(tǒng)壓力由閥1調(diào)定,當(dāng)1YA得電，由閥2調(diào)定系統(tǒng)壓力；當(dāng)2YA帶電時系統(tǒng)壓力由閥3調(diào)定。但在這種調(diào)壓回路中，閥2和閥3的調(diào)定壓力都要小于閥1的調(diào)定壓力，而閥2和閥3的調(diào)定壓力之間沒有什么一定的關(guān)系。

二級、多級調(diào)壓回路及連續(xù)、按比例進行壓力調(diào)節(jié)的回路

減壓回路的功用是使系統(tǒng)中的某一部分油路具有較系統(tǒng)壓力低的穩(wěn)定壓力。最常見的減壓回路通過定值減壓閥與主油路相連,如圖a所示?；芈分械膯蜗蜷y供主油路壓力降低(低于減壓閥調(diào)整壓力)時防止油液倒流，起短時保壓之用，減壓回路中也可以采用類似兩級或多級調(diào)壓的方法獲得兩級或多級減壓,圖b所示為利用先導(dǎo)型減壓閥1的遠(yuǎn)控口接一遠(yuǎn)控溢流閥2，則可由閥1、閥2各調(diào)得一種低壓，但要注意，閥2的調(diào)定壓力值一定要低于閥1的調(diào)定壓力值。二、減壓回路三、增壓回路

1.單向增壓回路2.雙向增壓回路

四、卸荷回路

其作用是在液壓泵不停止轉(zhuǎn)動時,讓其輸出的流量在很低的壓力下直接流回油箱,或者以最小的流量(僅維持泄漏)排出液壓油,以減少功率損耗,降低系統(tǒng)發(fā)熱,延長泵和電機的使用壽命。1．利用換向閥的卸荷回路：

（1）利用二位二通換向閥的卸荷回路：所示回路，當(dāng)二位二通閥左位工作，泵排除的液壓油以接近零壓狀態(tài)流回油箱以節(jié)省動力并避免油溫上升。圖中二位二通閥系以手動操作，亦可使用電磁操作。注意二位二通閥的額定流量必須和泵的流量相適宜。（2）利用三位四通換向閥的中位機能的卸荷回路：所示回路，是采用中位串聯(lián)型（M型中位機能）換向閥，當(dāng)閥位處于中位置時，泵排出的液壓油直接經(jīng)換向閥的PT通路流回油箱，泵的工作壓力接近于零。使用此種方式卸載，方法比較簡單，但壓力損失較多，且不適用于一個泵驅(qū)動兩個或兩個以上執(zhí)行元件的場所。注意三位四通換向閥的流量必須和泵的流量相適宜。 2．采用順序閥的卸荷回路： 利用復(fù)合泵作液壓鉆床的動力源。當(dāng)液壓缸快速推進時，推動液壓缸活塞前進所需的壓力較左右兩邊的溢流閥所設(shè)定壓力還低，故大排量泵和小排量泵的壓力油全部送到液壓缸使活塞快速前進。 當(dāng)鉆頭和工件接觸時，液壓缸活塞移動速度要變慢且在活塞上的工作壓力變大，此時往液壓缸管路的油壓力上升到比右邊的卸荷閥設(shè)定的工作壓力大時，卸荷閥被打開，低壓大排量泵所排除的液壓油經(jīng)卸荷閥送回油箱。單向閥受高壓油作用的關(guān)系，故低壓泵所排出的油根本就不會經(jīng)單向閥流到液壓缸?？芍阢@削進給的階段，液壓缸的油液就由高壓小排量泵來供給。因為這種回路的動力幾乎完全是由高壓泵在消耗而已，故可達到節(jié)約能源的目的。卸荷閥的調(diào)定壓力通常比溢流閥的調(diào)定壓力要低0.5MPa以上。

3．利用先導(dǎo)式溢流閥的卸荷回路

圖中所示，將溢流閥的遠(yuǎn)程控制口和二位二通電磁閥相接。當(dāng)二位二通電磁閥通電，溢流閥的遠(yuǎn)程控制口通油箱，這時溢流閥的平衡活塞上移，主閥閥口打開，泵排出的液壓油全部流回油箱，泵出口壓力幾乎是零，故泵成卸荷運轉(zhuǎn)狀態(tài)。注意圖中二位二通電磁閥只通過很少流量，因此可用小流量規(guī)格（尺寸為1/8或1/4）。在實際應(yīng)用上，此二位二通電磁閥和溢流閥組合在一起，此種組合稱為電磁控制溢流閥。

有的機械設(shè)備在工作過程中,常常要求液壓執(zhí)行機構(gòu)在其行程終止時,保持壓力一段時間,這時需采用保壓回路。所謂保壓回路,也就是使系統(tǒng)在液壓缸不動或僅有工件變形所產(chǎn)生的微小位移下穩(wěn)定地維持住壓力,最簡單的保壓回路是使用密封性能較好的液控單向閥的回路,但是閥類元件處的泄漏使得這種回路的保壓時間不能維持太久。常用的保壓回路有以下幾種:

五、保壓回路

1．利用液壓泵保壓的保壓回路

利用液壓泵的保壓回路也就是在保壓過程中,液壓泵仍以較高的壓力(保壓所需壓力)工作,此時,若采用定量泵則壓力油幾乎全經(jīng)溢流閥流回箱,系統(tǒng)功率損失大,易發(fā)熱,故只在小功率的系統(tǒng)且保壓時間較短的場合下才使用；若采用變量泵，在保壓時，泵的壓力較高,但輸出流量幾乎等于零。因而,液壓系統(tǒng)的功率損失小，這種保壓方法且能隨泄漏量的變化而自動調(diào)整輸出流量，因而其效率也較高。

2．利用蓄能器的保壓回路

（a）利用蓄能器-壓力繼電器的保壓回路

（b）利用蓄能器-卸荷閥的保壓回路這種蓄能器借助蓄能器來保持系統(tǒng)壓力，補償系統(tǒng)泄漏。圖中所示為利用虎鉗做工件的夾緊。將換向閥移到閥左位時，活塞前進將虎鉗夾緊，這時泵繼續(xù)輸出的壓力油將蓄能器充壓，直到卸荷閥被打開卸載，此時作用在活塞上的壓力由蓄能器來維持并補充液壓缸的漏油作用在活塞上，當(dāng)工作壓力降低到比卸荷閥所調(diào)定的壓力還低時，卸荷閥又關(guān)閉，泵的液壓油再繼續(xù)送往蓄能器。本系統(tǒng)可節(jié)約能源并降低油溫。

3．利用液控單向閥的保壓回路

平衡回路的功用在于防止垂直或傾斜放置的液壓缸和與之相連的工作部件因自重而自行下落。六、平衡回路2.采用液控單向閥-單向節(jié)流閥的平衡回路：7.2 速度控制回路節(jié)流調(diào)速回路容積調(diào)速回路容積節(jié)流調(diào)速回路1.進油節(jié)流調(diào)速回路2.回油節(jié)流調(diào)速回路3.旁路節(jié)流調(diào)速回路二、容積調(diào)速回路變量泵-定量執(zhí)行元件容積調(diào)速回路定量泵-變量馬達容積調(diào)速回路變量泵-變量馬達容積調(diào)速回路1.變量泵-定量執(zhí)行元件容積調(diào)速回路混泥土攪拌輸送車系統(tǒng)原理圖2.定量泵-變量馬達容積調(diào)速回路3.變量泵-變量馬達容積調(diào)速回路三、容積節(jié)流調(diào)速回路

快速運動回路又稱增速回路,其功用在于使液壓執(zhí)行元件在空載時獲得所需的高速,以提高系統(tǒng)的工作效率或充分利用功率。實現(xiàn)快速運動的方法不同有多種方案,下面介紹幾種常用的快速運動回路。

四、快速運動回路

對于間歇運轉(zhuǎn)的液壓機械，當(dāng)執(zhí)行元件間歇或低速運動時，泵向蓄能器充油。而在工作循環(huán)中某一工作階段執(zhí)行元件需要快速運動時，蓄能器作為泵的輔助動力源，可與泵同時向系統(tǒng)提供壓力油。圖5－13所示為一補助能源回路。將換向閥移到閥右位時，蓄能器所儲存的液壓油即釋放出來加到液壓缸，活塞快速前進。例如活塞在做澆注或加壓等操作過程時，液壓泵即對蓄能器充壓（蓄油）。當(dāng)換向閥移到閥左位時，此時蓄能器液壓油和泵排出的液壓油同時送到液壓缸的活塞桿端，活塞快速回行。這樣，系統(tǒng)中可選用流量較小的油泵及功率較小電動機，可節(jié)約能源并降低油溫。

1．采用蓄能器的快速運動回路

如圖所示:工作行程時，系統(tǒng)壓力升高，打開右邊卸荷閥，大流量泵卸荷，系統(tǒng)由小流量泵供油；當(dāng)需要快速運動時，系統(tǒng)壓力較低，由兩臺泵共同向系統(tǒng)供油圖中所示。2.利用雙泵供油的快速運動回路3．差動回路

其特點為當(dāng)液壓缸前進時，活塞從液壓缸右側(cè)排出的油再從左側(cè)進入液壓缸，增加進油處的一些油量，即和泵同時供應(yīng)液壓缸進口處的液壓油，可使液壓缸快速前進，但使液壓缸推力變小。

速度換接回路的功能是使液壓執(zhí)行機構(gòu)在一個工作循環(huán)中從一種運動速度變換到另一種運動速度,因而這個轉(zhuǎn)換不僅包括液壓執(zhí)行元件快速到慢速的換接,而且也包括兩個慢速之間的換接。實現(xiàn)這些功能的回路應(yīng)該具有較高的速度換接平穩(wěn)性。

1.快速與慢速的換接回路：圖中所示的為用行程閥來實現(xiàn)快慢速換接的回路。在圖示狀態(tài)下，液壓缸快進,當(dāng)活塞所連接的擋塊壓下行程閥6時，行程閥關(guān)閉,液壓缸右腔的油液必須通過節(jié)流閥5才能流回油箱，活塞運動速度轉(zhuǎn)變?yōu)槁俟みM；當(dāng)換向閥左位接人回路時,壓力油經(jīng)單向閥4進入液壓缸右腔，活塞快速向右返回。這種回路的快慢速換接過程比較平穩(wěn),換接點的位置比較準(zhǔn)確。缺點是行程閥的安裝位置不能任意布置，管路連接較為復(fù)雜。若將行程閥改為電磁閥，安裝連接比較方便,但速度換接的平穩(wěn)性、可靠性以及換向精度都較差。四、速度換接回路2．兩種慢速的換接回路：圖中所示為用兩個調(diào)速閥來實現(xiàn)不同工進速度的換接回路。圖a中的兩個調(diào)速閥并聯(lián)，由換向閥實現(xiàn)換接。兩個調(diào)速閥可以獨立地調(diào)節(jié)各自的流量.互不影響；但是.一個調(diào)速閥工作時另一個調(diào)速閥內(nèi)無油通過，它的減壓閥不起作用而處于最大開口位置，因而速度換接時大量油液通過該處將使機床工作部件產(chǎn)生突然前沖現(xiàn)象。因此它不宜用于在工作過程中的速度換接，只可用在速度預(yù)選的場合。圖b所示為兩調(diào)速閥串聯(lián)的速度換接回路。當(dāng)主換向閥D左位接人系統(tǒng)時，調(diào)速閥B被換向閥C短接；輸入液壓缸的流量由調(diào)速閥A控制。當(dāng)閥C右位接入回路時，由于通過調(diào)速閥B的流量調(diào)得比A小，所以輸入液壓缸的流量由調(diào)速閥B控制。在這種回路中的調(diào)速閥A一直處于工作狀態(tài),它在速度換接時限制著進入調(diào)速閥B的流量,因此它的速度換接平穩(wěn)性較好，但由于油液經(jīng)過兩個調(diào)速閥,所以能量損失較大。7.３多缸工作控制回路

在液壓系統(tǒng)中,如果由一個油源給多個液壓缸輸送壓力油,這些液壓缸會因壓力和流量的彼此影響而在動作上相互牽制,必須使用一些特殊的回路才能實現(xiàn)預(yù)定的動作要求,常見的這類回路主要有以下三種。

順序動作回路的功用是使多缸液壓系統(tǒng)中的各個液壓缸嚴(yán)格地按規(guī)定的順序動作。按控制方式不同,可分為壓力控制、行程控制和時間控制三大類。一、順序動作回路

當(dāng)換向閥左位接入回路且順序閥D的調(diào)定壓力大于液壓缸A的最大前進工作壓力時，壓力油先進入液壓缸A的左腔，實現(xiàn)動作①；當(dāng)液壓缸行至終點后，壓力上升，壓力油打開順序閥D進入液壓缸B的左腔,實現(xiàn)動作②;同樣地,當(dāng)換向閥右位接人回路且順序閥C的調(diào)定壓力大于液壓B的最大返回工作壓力時,兩液壓缸則按③和④的順序返回。顯然這種回路動作的可靠性取決于順序閥的性能及其壓力調(diào)定值,即它的調(diào)定壓力應(yīng)比前一個動作的壓力高出0.8～1.0Mpa，否則順序閥易在系統(tǒng)壓力脈沖中造成誤動作,由此可見,這種回路適用于液壓缸數(shù)目不多、負(fù)載變化不大的場合。其優(yōu)點是動作靈敏,安裝連接較方便；缺點是可靠性不高,位置精度低。1.壓力控制順序動作回路

如圖所示兩個行程控制的順序動作回路。其中圖a所示為行程閥控制的順序動作回路,在圖示狀態(tài)下,A、B兩液壓缸活塞均在右端。當(dāng)推動手柄,使閥C左位工作,缸A左行,完成動作①；擋塊壓下行程閥D后,缸B左行,完成動作②；手動換向閥復(fù)位后,缸A先復(fù)位,實現(xiàn)動作③；隨著擋塊后移,閥D復(fù)位,缸B退回實現(xiàn)動作④。至此,順序動作全部完成。這種回路工作可靠,但動作順序一經(jīng)確定,再改變就比較困難,同時管路長,布置較麻煩。圖b所示為由行程開關(guān)控制的順序動作回路,當(dāng)閥E電磁鐵得電換向時，缸A左行完成動作①后,觸動行程開關(guān)S1使閥F電磁鐵得電換向,控制缸B左行完成動作②,當(dāng)缸B左行至觸動行程開關(guān)S2使閥E電磁鐵失電,缸A返回,實現(xiàn)動作③后,觸動S3使F電磁鐵斷電,缸B返回,完成動作④,最后觸動S4使泵卸荷或引起其它動作,完成一個工作循環(huán)。這種回路的優(yōu)點是控制靈活方便,但其可靠程度主要取決于電氣元件的質(zhì)量。2.行程控制順序動作回路

在液壓裝置中常需使兩個以上的液壓缸作用步運動，理論上依靠流量控制即可達到，但若要作到精密的同步，則可采用比例式閥門或伺服閥配合電子感測元件、計