第七章液压基本回路;第八章-典型液压系统分析

第七章液压基本回路所谓液压基本回路就是由有关的液压元件组成用来完成某种特定功能的典型回路。一些液压设备的液压系统虽然很复杂，但它通常都由一些基本回路组成，所以掌握一些基本回路的组成、原理和特点将有助于认识分析一个完整的液压系统。主要内容压力控制回路速度控制回路多缸工作控制回路其他回路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整体或某一部分的压力，以满足液压执行元件对力或转矩要求的回路，这类回路包括调压、减压、增压、卸荷、保压和平衡回路等多种。7.1.1调压回路调压回路的功用是使液压系统整体或部分的压力保持恒定或不超过某个数值。在定量泵系统中，液压泵的供油压力可以通过溢流阀来调节。在变量泵系统中,用安全阀来限定系统的最高压力，防止系统过载。若系统中需要二种以上的压力，则可采用多级调压回路。1、单级调压回路当系统是由定量泵、溢流阀和流量阀组成节流调速回路时，溢流阀经常开启溢流，溢流阀作定压阀(图a)，泵的出口压力基本恒定；若系统中没有流量阀时，溢流阀作安全阀(图b）。如果将先导式溢流阀的遥控口接到远程调压阀上，可构成远程调压回路，并要求远程调压阀的调定压力小于先导式溢流阀的调定压力。2．二级调压回路如图a所示为二级调压回路,可实现两种不同的系统压力控制。由溢流阀2和溢流阀4各调一级，当二位二通电磁阀3处于图示位置时，系统压力由阀2调定,当阀3得电后处于右位时，系统压力由阀4调定，但要注意:阀4的调定压力一定要小于阀2的调定压力，否则不能实现；当系统压力由阀4调定时，溢流阀2的先导阀口关闭，但主阀开启，液压泵的溢流流量经主阀回油箱。3．多级调路压回路如图b所示的由溢流阀1、2、3分别控制系统的压力，从而组成了三级调压回路。当两电磁铁均不带电时，系统压力由阀1调定,当1YA得电，由阀2调定系统压力；当2YA带电时系统压力由阀3调定。但在这种调压回路中，阀2和阀3的调定压力都要小于阀1的调定压力，而阀2和阀3的调定压力之间没有什么一定的关系。4．连续、按比例进行压力调节的回路如图c所示调节先导型比例电磁溢流阀的输入电流I，即可实现系统压力的无级调节，这样不但回路结构简单，压力切换平稳。而且更容易使系统实现远距离控制或程序控制。二级、多级调压回路及连续、按比例进行压力调节的回路减压回路的功用是使系统中的某一部分油路具有较系统压力低的稳定压力。最常见的减压回路通过定值减压阀与主油路相连,如图a所示。回路中的单向阀供主油路压力降低(低于减压阀调整压力)时防止油液倒流，起短时保压之用。减压回路中也可以采用类似两级或多级调压的方法获得两级或多级减压,图b所示为利用先导型减压阀1的远控口接一远控溢流阀2，则可由阀1、阀2各调得一种低压，但要注意，阀2的调定压力值一定要低于阀1的调定压力值。7.1.2减压回路7.1.3增压回路当液压系统中的某些回路需要较高压力而流量却很小时，若采用高压泵其成本必然很高，这时采用低压大流量泵加上增压回路是合适的。1.单向增压回路图中油泵输出的低压油进入增压缸的左腔，推动活塞右移，使增压缸的右腔输出高压油，进入工作液压缸。如增压缸左腔的油压为p1，通过增压后使右腔的油压为p2，其增压比等于增压器大小活塞的面积比，即当换向阀换向时，油液进入增压缸大缸的右腔，使活塞向左退。高位油箱5中的油液可通过单向阀6进入增压缸内，以补充高压油的漏损。这种增压缸的缺点是不能获得连续的高压。2112AApp2.双向增压回路为了克服单作用增压缸不能获得连续高压的缺点，可采用双作用增压缸的增压回路。双作用增压回路的工作原理是：当液压缸活塞向左运动遇到大负载时，系统压力升高，油液经顺序阀1进入双作用增压缸2，增压缸2活塞不论向左或向右运动，均能输出高压油，只要换向阀3不断切换，增压缸2就不断地往复运动，连续输出高压油进入液压缸4右腔，使液压缸4在向左运动的整个行程内，都能获得较大的推力。液压缸向右返回时，增压回路不起作用。7.1.4卸荷回路其作用是在液压泵不停止转动时，让其输出的流量在很低的压力下直接流回油箱，或者以最小的流量(仅维持泄漏)排出液压油，以减少功率损耗，降低系统发热,延长泵和电机的使用寿命。1．利用换向阀的卸荷回路：（1）利用二位二通换向阀的卸荷回路：所示回路，当二位二通阀左位工作，泵排除的液压油以接近零压状态流回油箱以节省动力并避免油温上升。图中二位二通阀系以手动操作，亦可使用电磁操作。注意二位二通阀的额定流量必须和泵的流量相适宜。（2）利用三位四通换向阀的中位机能的卸荷回路：当具有M、H和K型等中位机能的三位换向阀处于中位时，可使泵卸荷。所示回路，是采用M型中位机能的换向阀，当阀位处于中位时，泵排出的液压油直接经换向阀的PT通路流回油箱，泵的工作压力接近于零。使用此种方式卸载，方法比较简单，但压力损失较多，且不适用于一个泵驱动两个或两个以上执行元件的场所。注意三位四通换向阀的流量必须和泵的流量相适宜。(3）所示为采用M型中位机能电液换向阀的卸荷回路：这种回路切换时压力冲击小，但回路中必须设置单向阀。2．采用顺序阀的卸荷回路利用复合泵作液压钻床的动力源。当液压缸快速推进时，推动液压缸活塞前进所需的压力较左右两边的溢流阀所设定压力还低，故大排量泵和小排量泵的压力油全部送到液压缸使活塞快速前进。当钻头和工件接触时，液压缸活塞移动速度要变慢且在活塞上的工作压力变大，此时往液压缸管路的油压力上升到比右边的卸荷阀设定的工作压力大时，卸荷阀被打开，低压大排量泵所排除的液压油经卸荷阀送回油箱。单向阀受高压油作用的关系，故低压泵所排出的油根本就不会经单向阀流到液压缸。可知在钻削进给的阶段，液压缸的油液就由高压小排量泵来供给。因为这种回路的动力几乎完全是由高压泵在消耗而已，故可达到节约能源的目的。卸荷阀的调定压力通常比溢流阀的调定压力要低0.5MPa以上。3．利用先导式溢流阀的卸荷回路图中所示，将溢流阀的远程控制口和二位二通电磁阀相接。当二位二通电磁阀通电，溢流阀的远程控制口通油箱，这时溢流阀的平衡活塞上移，主阀阀口打开，泵排出的液压油全部流回油箱，泵出口压力几乎是零，故泵成卸荷运转状态。注意图中二位二通电磁阀只通过很少流量，因此可用小流量规格（尺寸为1/8或1/4）。在实际应用上，此二位二通电磁阀和溢流阀组合在一起，此种组合称为电磁控制溢流阀。4.限压式变量泵的卸荷回路从限压式变量泵的工作原理知道，泵的输出压力超过拐点（限定）压力以后，泵的输出流量将随泵出口压力的增加而直线下降，直至在泵的输出压力最大时达到零。所以，此时尽管泵出口压力很大，但由于泵输出的流量很小，其耗费的功率自然很小。系统中的溢流阀作安全阀用。如图所示。7.7保压卸荷回路有的机械设备在工作过程中,常常要求液压执行机构在其行程终止时,保持压力一段时间,这时需采用保压回路。所谓保压回路,也就是在执行元件停止工作或仅有工件变形所产生微小位移的情况下，使系统压力基本保持不变。常见的保压回路有以下几种。7.1.5保压回路1．利用液压泵保压的保压回路利用液压泵的保压回路也就是在保压过程中，液压泵仍以较高的压力(保压所需压力)工作，此时,若采用定量泵则压力油几乎全经溢流阀流回箱，系统功率损失大,易发热，故只在小功率的系统且保压时间较短的场合下才使用；若采用变量泵，在保压时，泵的压力较高,但输出流量几乎等于零。因而，液压系统的功率损失小，这种保压方法且能随泄漏量的变化而自动调整输出流量，因而其效率也较高。2．利用蓄能器的保压回路（a）利用蓄能器-压力继电器的保压回路图中当三位四通电磁换向阀的电磁铁1DT通电时，液压缸向右运动，当液压缸运动到终点后，液压泵向蓄能器供油，直到供油压力升高到压力继电器的调定值时，压力继电器发出信号使二位二通电磁阀的电磁铁3DT得电，泵经溢流阀卸载，液压缸通过蓄能器保压。当液压缸压力下降至某规定值时，压力继电器动作使3DT断电，液压泵重新向系统供应压力油。保压时间的长短取决于蓄能器的容量。12873DT2DT1DT43567.8利用蓄能器的保压回路a（b）利用蓄能器-卸荷阀的保压回路这种蓄能器借助蓄能器来保持系统压力，补偿系统泄漏。图中所示为利用虎钳做工件的夹紧。将换向阀移到阀左位时，活塞前进将虎钳夹紧，这时泵继续输出的压力油将蓄能器充压，直到卸荷阀被打开卸载，此时作用在活塞上的压力由蓄能器来维持并补充液压缸的漏油作用在活塞上，当工作压力降低到比卸荷阀所调定的压力还低时，卸荷阀又关闭，泵的液压油再继续送往蓄能器。本系统可节约能源并降低油温。3．利用液控单向阀的保压回路图中是利用液控单向阀的保压回路。其原理为：当换向阀处于右工位，液压缸上腔压力上升至电接式压力表的上限值时，压力表上触点通电，使换向阀处于中位，液压缸由液控单向阀保压。当液压缸上腔压力下降到电接点压力表（下触点）调定下限值时，压力表又发出信号，使右边电磁铁得电，液压泵向液压缸上腔供油，使压力上升。因此这一回路能自动保持液压缸上腔的压力在某一范围内。a12342DT1DT7.9利用液控单向阀的保压回路平衡回路的功能是：为防止垂直或倾斜放置的液压缸和与之相连的工作部件因自重而自行下落，在液压缸的下行回油路上设置一个适当的阻力，使之产生一定的背压以便与自重相平衡，并起限速作用。7.1.6平衡回路1.采用平衡阀的平衡回路图a所示为采用自控式单向顺序阀的平衡回路,当lDT得电后活塞下行时,回油路上就存在着一定的背压;只要将这个背压调得能支承住活塞和与之相连的工作部件自重,活塞就可以平稳地下落。当换向阀处于中位时，活塞就停止运动,不再继续下移。这种回路当活塞向下快速运动时功率损失大,锁住时活塞和与之相连的工作部件会因单向顺序阀和换向阀的泄漏而缓慢下落;因此它只适用于工作部件重量不大、活塞锁住时定位要求不高的场合。图b为采用它控顺序阀的平衡回路。此时，平衡阀的调定压力基本上与负载大小无关。当活塞下行时,控制压力油打开液控顺序阀,背压消失,因而回路效率较高,当停止工作时,液控顺序阀关闭以防止活塞和工作部件因自重而下降。这种平衡回路的优点是只有上腔进油时活塞才下行,比较安全可靠；缺点是,活塞下行时平稳性较差。这是因为活塞下行时,液压缸上腔油压降低,将使液控顺序阀关闭。当顺序阀关闭时,因活塞停止下行,使液压缸上腔油压升高,又打开液控顺序阀。因此液控顺序阀始终工作于启闭的过渡状态,因而影响工作的平稳性,这种回路适用于运动部件重量不很大、停留时间较短的液压系统中。Wa)b)7.10利用平衡阀的保压回路2.采用液控单向阀-单向节流阀的平衡回路：下图为采用液控单向阀的平衡回路。当电磁换向阀3的左边电磁铁得电时，换向阀3处于左工位，液压油进入液压缸6的上腔，并将液控单向阀4打开，液压缸下腔的油经节流阀、液控单向阀和换向阀流回油箱，活塞向下运动。当换向阀处于中位时，液控单向阀迅速关闭，活塞立即停止运动。当右边电磁铁通电时，换向阀1处于右工位，压力油经阀3、阀4和阀5进入液压缸下腔，使活塞向上运动。由于液控单向阀是锥面密封，泄漏量极小，故这种平衡回路的锁定性好，工作可靠。如果图中不设置节流阀，当液控单向阀打开，负载下行时，由于回油路上没有背压，运动部件将会因自重加速下降，致使液压缸上腔因供油不足而失压，液控单向阀也因失压而关闭，活塞停止运动，直到进油路上又建立起压力时，液控单向阀再打开，上述过程又重复一次。这样负载会断续地向下运动，产生剧烈地振动和冲击。当在回路中设置节流阀3后，上述情况便不会发生，负载下行平稳。1DT2DT342517.11液控单向阀平衡回路7.1.7缓冲补油回路液压执行元件在从静止到运动或从运动到静止的过程及换向过程中，由于自身及负载的惯性会引起液压冲击，对于转速较高、惯性较大的液压传动装置，液压冲击尤为严重。若不设置缓冲装置，局部回路中就会产生瞬间很高的冲击压力，导致有关液压元件及管路损坏。下图是采用缓冲补油阀的缓冲补油回路。图中显示三种缓冲补油方案：图a为采用两个溢流阀跨接于液压马达进出油路的方案。该方案适用于马达正、反转时的负载不同的场合。由于马达本身有内泄漏，故这种方案的补