第7章液压基本回路 不论机械设备的液压传动系统如何复杂,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。例如用来调节执行元件 运动速度的调速回路:用来控制系统中液体压力的调压回路;用来改变执行元件运动方向 的换向回路等,这些都是液压系统中常用的基本回路。熟悉基本回路是分析和设计液压传 动系统的重要基础 本章重点介绍常用的压力控制回路、速度控制回路、方向控制回路和多缸工作回路 学习液压基本回路时,应注意掌握基本回路的构成、工作原理、性能和应用等四个方面 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中液体的压力,以满足执行元件对力或转 矩的要求。这类回路包括调压、减压、卸荷、保压、背压、平衡、增压等回路。 7.1.1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限定值。 单级调压回路 图7.1所示的进口节流调速回路中,调速阀、溢流阀与定量泵 组合构成单级调压系统。调速阀调节进入液压缸的流量,定量泵提 供的多余的油经溢流阀流回油箱,溢流阀起溢流稳压作用以保持系 作压力,当取消系统中的调速阀时,系统压力随液压缸所受负载而⊙ 变,这时溢流阀起安全阀作用,限定系统的最高工作压力。系统过 载时,安全阀开启,定量泵输出的压力油经安全阀流回油箱 溢流阀 2.多级调压回路 如图72所示,先导式溢流阀1的外控口串接二位二通换向阀 图7.1单级调压回路 2和远程调压阀3构成了二级调压回路。当两个压力阀的调定压力 为P3<P1时,系统可通过换向阀的左位和右位分别获得P3和p2两种压力 如果在溢流阀的外控口,通过多位换向阀的不同通油口,并联多个调压阀,即可构成 多级调压回路。如图7.3所示为三级调压回路。先导式溢流阀1的远程控制口通过换向阀2 分别接调压阀3和4,通过换向阀的切换可以得到3种不同压力值。调压阀的调定压力值 必须小于主溢流阀1的调定压力值
第 7 章 液压基本回路 不论机械设备的液压传动系统如何复杂，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。例如用来调节执行元件 运动速度的调速回路；用来控制系统中液体压力的调压回路；用来改变执行元件运动方向 的换向回路等，这些都是液压系统中常用的基本回路。熟悉基本回路是分析和设计液压传 动系统的重要基础。 本章重点介绍常用的压力控制回路、速度控制回路、方向控制回路和多缸工作回路。 学习液压基本回路时，应注意掌握基本回路的构成、工作原理、性能和应用等四个方面。 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中液体的压力，以满足执行元件对力或转 矩的要求。这类回路包括调压、减压、卸荷、保压、背压、平衡、增压等回路。 7.1.1 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限定值。 1. 单级调压回路 图 7.1 所示的进口节流调速回路中，调速阀、溢流阀与定量泵 组合构成单级调压系统。调速阀调节进入液压缸的流量，定量泵提 供的多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀起溢流稳压作用以保持系 统压力稳定，且不受负载变化的影响。调节溢流阀可调整系统的工 作压力。当取消系统中的调速阀时，系统压力随液压缸所受负载而 变，这时溢流阀起安全阀作用，限定系统的最高工作压力。系统过 载时，安全阀开启，定量泵输出的压力油经安全阀流回油箱。 2. 多级调压回路 如图 7.2 所示，先导式溢流阀 1 的外控口串接二位二通换向阀 2 和远程调压阀 3 构成了二级调压回路。当两个压力阀的调定压力 为 3 p ＜ 1 p 时，系统可通过换向阀的左位和右位分别获得 3 p 和 1 p 两种压力。 如果在溢流阀的外控口，通过多位换向阀的不同通油口，并联多个调压阀，即可构成 多级调压回路。如图 7.3 所示为三级调压回路。先导式溢流阀 1 的远程控制口通过换向阀 2 分别接调压阀 3 和 4，通过换向阀的切换可以得到 3 种不同压力值。调压阀的调定压力值 必须小于主溢流阀 1 的调定压力值。 图 7.1 单级调压回路
第7章液压基本回 3.无级调压 无线调压回路如图74所示,可通过改变比例溢流阀的输入电流来实现无级调压,这 种调压方式容易实现远距离控制和计算机控制,而且压力切换平稳。 Y 图72二级调压回路 图73三级调压回路 图74无级调压回路 1一溢流阀:2一换向阀 1—溢流阀:2一换向阀: 3—远程调压阀 3,4—调压阀 7.1.2减压回路 减压回路的作用是使系统中的某一部分油路或某个执行元件获得比系统压力低的稳定 压力 如图75所示的是机床液压系统中的减压夹紧回路。 图中泵的供油压力由主油路的负载由溢流阀1调定。夹紧 液压缸的工作压力根据它所需要的夹紧力由减压阀2调 定。单向阀3的作用是在主油路压力降低且低于减压阀的 调定压力时,防止夹紧缸的高压油倒流,起短时保压作用。 为了保证减压回路的工作可靠性,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调整压力 小0.5MPa 必须指出的是,负载在减压阀出口处所产生的压力应 不低于减压阀的调定压力,否则减压阀不可能起到减压、 稳压作用。 图7.5减压回路 采用类似多级调压回路的方法,将先导式减压阀的外 控口通过二位或三位换向阀与调压阀相连,可以获得两级1溢流:2-减压间:3单向阀 或多级压力。当然,调压阀的调定压力必须小于减压阀的调定压力值。另外,可采用比例 减压阀来实现无级减压。 7.1.3卸荷回路 执行元件在工作中时常需要停歇。在执行元件处于不工作状态时,就不需要供油或只 需要少量的油液,因此需要卸荷回路。所谓卸荷就是使液压泵在输出压力接近为零的状态 下工作。卸荷回路的功用是使执行元件在短时停止工作时,减小功率损失和发热,避免液 压泵频繁启停,损坏油泵和驱动电机,以延长泵和电机的使用寿命。这里介绍如下两种常
第 7 章 液压基本回路 ·189· ·189· 3. 无级调压 无线调压回路如图 7.4 所示，可通过改变比例溢流阀的输入电流来实现无级调压，这 种调压方式容易实现远距离控制和计算机控制，而且压力切换平稳。 图 7.2 二级调压回路 图 7.3 三级调压回路 图 7.4 无级调压回路 1—溢流阀；2—换向阀； 1—溢流阀；2—换向阀； 3—远程调压阀 3,4—调压阀 7.1.2 减压回路 减压回路的作用是使系统中的某一部分油路或某个执行元件获得比系统压力低的稳定 压力。 如图 7.5 所示的是机床液压系统中的减压夹紧回路。 图中泵的供油压力由主油路的负载由溢流阀 1 调定。夹紧 液压缸的工作压力根据它所需要的夹紧力由减压阀 2 调 定。单向阀 3 的作用是在主油路压力降低且低于减压阀的 调定压力时，防止夹紧缸的高压油倒流，起短时保压作用。 为了保证减压回路的工作可靠性，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调整压力 小 0.5MPa。 必须指出的是，负载在减压阀出口处所产生的压力应 不低于减压阀的调定压力，否则减压阀不可能起到减压、 稳压作用。 采用类似多级调压回路的方法，将先导式减压阀的外 控口通过二位或三位换向阀与调压阀相连，可以获得两级 或多级压力。当然，调压阀的调定压力必须小于减压阀的调定压力值。另外，可采用比例 减压阀来实现无级减压。 7.1.3 卸荷回路 执行元件在工作中时常需要停歇。在执行元件处于不工作状态时，就不需要供油或只 需要少量的油液，因此需要卸荷回路。所谓卸荷就是使液压泵在输出压力接近为零的状态 下工作。卸荷回路的功用是使执行元件在短时停止工作时，减小功率损失和发热，避免液 压泵频繁启停，损坏油泵和驱动电机，以延长泵和电机的使用寿命。这里介绍如下两种常 图 7.5 减压回路 1—溢流阀；2—减压阀；3—单向阀
液压传动 见的压力卸荷回路 1.利用换向阀机能的卸荷回路 利用三位换向阀的M形、H形、K形等中位机能可构成卸荷回路。图76(a)为采用M 形中位机能电磁换向阀的卸荷回路。当执行元件停止工作时,使换向阀处于中位,液压泵 与油箱连通实现卸荷。这种卸荷回路的卸荷效果较好,一般用于液压泵小于63Lmin的系 统。但选用换向阀的规格应与泵的额定流量相适应。图76(b)为采用M形中位机能电液换 向阀的卸荷回路。该回路中,在泵的出口处设置了一个单向阀,其作用是在泵卸荷时仍能 提供一定的控制油压(03MPa左右),以保证电液换向阀能够正常进行换向。 凶什凶 ④要 (a)采用电磁换向阀的卸荷回路(b)采用电液换向阀的卸荷回路 图7.6采用换向阀的卸荷回路 2.先导式溢流阀卸荷回路 图77是最常用的采用先导式溢流阀的卸荷回路 图中,先导式溢流阀的外控口处接一个二位二通常闭 型电磁换向阀(用二位四通阀堵塞两个油口构成)。当电 磁阀通电时,溢流阀的外控口与油箱相通,即先导式 溢流阀主阀上腔直通油箱,液压泵输出的液压油将以 很低的压力开启溢流阀的溢流口而流回油箱,实现卸 荷,此时溢流阀处于全开状态(也可以采用二位二通常 通阀实现失电卸荷)。卸荷压力的高低取决于溢流阀主 阀弹簧刚度的大小。通过换向阀的流量只是溢流阀控 制油路中的流量,只需采用小流量阀来进行控制。因 此,当停止卸荷使系统重新开始工作时,不会产生压图77先导式溢流阀的卸荷回路 力冲击现象。这种卸荷方式适用于高压大流量系统。 但电磁阀连接溢流阀的外控口后,溢流阀上腔的控制容积増大,使溢流阀的动态性能下降, 易出现不稳定现象。为此,需要在两阀间的连接油路上设置阻尼装置,以改善溢流阀的动 态性能。选用这种卸荷回路时,可以直接选用电磁溢流阀
·190· 液压传动 ·190· 见的压力卸荷回路。 1. 利用换向阀机能的卸荷回路 利用三位换向阀的 M 形、H 形、K 形等中位机能可构成卸荷回路。图 7.6(a)为采用 M 形中位机能电磁换向阀的卸荷回路。当执行元件停止工作时，使换向阀处于中位，液压泵 与油箱连通实现卸荷。这种卸荷回路的卸荷效果较好，一般用于液压泵小于 63L/min 的系 统。但选用换向阀的规格应与泵的额定流量相适应。图 7.6(b)为采用 M 形中位机能电液换 向阀的卸荷回路。该回路中，在泵的出口处设置了一个单向阀，其作用是在泵卸荷时仍能 提供一定的控制油压(0.3MPa 左右)，以保证电液换向阀能够正常进行换向。 (a) 采用电磁换向阀的卸荷回路 (b) 采用电液换向阀的卸荷回路 图 7.6 采用换向阀的卸荷回路 2. 先导式溢流阀卸荷回路 图 7.7 是最常用的采用先导式溢流阀的卸荷回路。 图中，先导式溢流阀的外控口处接一个二位二通常闭 型电磁换向阀(用二位四通阀堵塞两个油口构成)。当电 磁阀通电时，溢流阀的外控口与油箱相通，即先导式 溢流阀主阀上腔直通油箱，液压泵输出的液压油将以 很低的压力开启溢流阀的溢流口而流回油箱，实现卸 荷，此时溢流阀处于全开状态(也可以采用二位二通常 通阀实现失电卸荷)。卸荷压力的高低取决于溢流阀主 阀弹簧刚度的大小。通过换向阀的流量只是溢流阀控 制油路中的流量，只需采用小流量阀来进行控制。因 此，当停止卸荷使系统重新开始工作时，不会产生压 力冲击现象。这种卸荷方式适用于高压大流量系统。 但电磁阀连接溢流阀的外控口后，溢流阀上腔的控制容积增大，使溢流阀的动态性能下降， 易出现不稳定现象。为此，需要在两阀间的连接油路上设置阻尼装置，以改善溢流阀的动 态性能。选用这种卸荷回路时，可以直接选用电磁溢流阀。 图 7.7 先导式溢流阀的卸荷回路
第7章液压基本回 191· 7.14保压回路 执行元件在工作循环中的某一阶段内,若需要保持规定的压力,应采用保压回路。 1.利用蓄能器保压的回路 如图78(a)所示为用蓄能器保压的回路。系统工作时,1YA通电,主换向阀左位接入 系统,液压泵向蓄能器和液压缸左腔供油,并推动活塞右移,压紧工件后,进油路压力升 高,当升至压力继电器调定值时,压力继电器发出信号使二通阀3YA通电,通过先导式溢 流阀使泵卸荷,单向阀自动关闭,液压缸则由蓄能器保压。当蓄能器的压力不足时,压力 继电器复位使泵重新工作。保压时间的长短取决于蓄能器的容量,调节压力继电器的通断 区间即可调节缸中压力的最大值和最小值。这种回路既能满足保压工作需要,又能节省功 率,减少系统发热 如图78(b所示为多缸系统一缸保压回路。进给缸快进时,泵压下降,但单向阀3关 闭,把夹紧油路和进给油路隔开。蓄能器4用来给夹紧缸保压并补偿泄漏,压力继电器5 的作用是夹紧缸压力达到预定值时发出信号,使进给缸动作 至进给缸 至夹紧缸 (a)用蓄能器保压的回路 (b)多缸系统一缸保压回路 图7.8利用蓄能器保压的回路 1一液压泵:2一溢流阀;3—单向阀;4一蓄能器:5一压力继电器 用高压补油泵的保压回路 用高压补油泵的保压回路如图79所示,在回路中增设一台小流量高压补油泵5。当 液压缸加压完毕要求保压时,由压力继电器4发出信号,换向阀2处于中位,主泵1卸载, 同时二位二通换向阀8处于左位,由高压补油泵5向封闭的保压系统a点供油,维持系统 压力稳定。由于高压补油泵只需补偿系统的泄漏量,可选用小流量泵,这样功率损失小。 压力稳定性取决于溢流阀7的稳压精度。 也可采用限压式变量泵来保压,它在保压期间仅输出少量足以补偿系统泄漏的液体, 效率较高
第 7 章 液压基本回路 ·191· ·191· 7.1.4 保压回路 执行元件在工作循环中的某一阶段内，若需要保持规定的压力，应采用保压回路。 1. 利用蓄能器保压的回路 如图 7.8(a)所示为用蓄能器保压的回路。系统工作时，1YA 通电，主换向阀左位接入 系统，液压泵向蓄能器和液压缸左腔供油，并推动活塞右移，压紧工件后，进油路压力升 高，当升至压力继电器调定值时，压力继电器发出信号使二通阀 3YA 通电，通过先导式溢 流阀使泵卸荷，单向阀自动关闭，液压缸则由蓄能器保压。当蓄能器的压力不足时，压力 继电器复位使泵重新工作。保压时间的长短取决于蓄能器的容量，调节压力继电器的通断 区间即可调节缸中压力的最大值和最小值。这种回路既能满足保压工作需要，又能节省功 率，减少系统发热。 如图 7.8(b)所示为多缸系统一缸保压回路。进给缸快进时，泵压下降，但单向阀 3 关 闭，把夹紧油路和进给油路隔开。蓄能器 4 用来给夹紧缸保压并补偿泄漏，压力继电器 5 的作用是夹紧缸压力达到预定值时发出信号，使进给缸动作。 (a) 用蓄能器保压的回路 ( b) 多缸系统一缸保压回路 图 7.8 利用蓄能器保压的回路 1—液压泵；2—溢流阀；3—单向阀；4—蓄能器；5—压力继电器 2. 用高压补油泵的保压回路 用高压补油泵的保压回路如图 7.9 所示，在回路中增设一台小流量高压补油泵 5。当 液压缸加压完毕要求保压时，由压力继电器 4 发出信号，换向阀 2 处于中位，主泵 1 卸载， 同时二位二通换向阀 8 处于左位，由高压补油泵 5 向封闭的保压系统 a 点供油，维持系统 压力稳定。由于高压补油泵只需补偿系统的泄漏量，可选用小流量泵，这样功率损失小。 压力稳定性取决于溢流阀 7 的稳压精度。 也可采用限压式变量泵来保压，它在保压期间仅输出少量足以补偿系统泄漏的液体， 效率较高
液压传动 图79用高压补油泵的保压回路 1一主泵:2一换向阀;3一单向阀:4一压力继电器 5—高压补油泵:6—可调节流阀;7—溢流阀:8一换向阀 3.用液控单向阀保压的回路 图7.10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通 电时,换向阀右位接入回路,液压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断电,换向阀切换成中位,泵卸荷,液压缸由液控单向阀保压。当缸上 腔压力下降至下触头调定的压力值时,压力表又发出信号,使1YA通电,换向阀右位接入 回路,泵向液压缸上腔补油使压力上升,直至上触点调定值。这种回路用于保压精度要求 不高的场合。 7.1.5背压回路 在液压系统中设置背压回路,是为了提高执行元件的运动平稳性或减少爬行现象。所 背压就是作用在压力作用面反方向上的压力或回油路中的压力。背压回路就是在回油路 上设置背压阀,以形成一定的回油阻力,用以产生背压,一般背压为0.3MPa~0.8MPa。采 用溢流阀、顺序阀作背压阀可产生恒定的背压;而采用节流阀、调速阀等作背压阀则只能 获得随负载减小而增大的背压。另外,也可采用硬弹簧单向阀作背压阀。图7.11所示是采 用溢流阀的背压回路,回油路上溢流阀起背压作用,液压缸往复运动的回油都要经背压阀 流回油箱,因而在两个方向上都能获得背压,使活塞运动平稳。 IYA 2GXHHEI 图7.10采用液控单向阀的保压回路 图711背压回路
·192· 液压传动 ·192· 图 7.9 用高压补油泵的保压回路 1—主泵；2—换向阀；3—单向阀；4—压力继电器； 5—高压补油泵；6—可调节流阀；7—溢流阀；8—换向阀 3. 用液控单向阀保压的回路 图 7.10 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 通 电时，换向阀右位接入回路，液压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 断电，换向阀切换成中位，泵卸荷，液压缸由液控单向阀保压。当缸上 腔压力下降至下触头调定的压力值时，压力表又发出信号，使 1YA 通电，换向阀右位接入 回路，泵向液压缸上腔补油使压力上升，直至上触点调定值。这种回路用于保压精度要求 不高的场合。 7.1.5 背压回路 在液压系统中设置背压回路，是为了提高执行元件的运动平稳性或减少爬行现象。所 谓背压就是作用在压力作用面反方向上的压力或回油路中的压力。背压回路就是在回油路 上设置背压阀，以形成一定的回油阻力，用以产生背压，一般背压为 0.3MPa～0.8MPa。采 用溢流阀、顺序阀作背压阀可产生恒定的背压；而采用节流阀、调速阀等作背压阀则只能 获得随负载减小而增大的背压。另外，也可采用硬弹簧单向阀作背压阀。图 7.11 所示是采 用溢流阀的背压回路，回油路上溢流阀起背压作用，液压缸往复运动的回油都要经背压阀 流回油箱，因而在两个方向上都能获得背压，使活塞运动平稳。 图 7.10 采用液控单向阀的保压回路 图 7.11 背压回路