7 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。本章将对一些常用的基本回路分别予以介绍。
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油液的压力，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、增压、卸荷、保压和平衡等多种回路。
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（见图7.7、图7.9）或不超过某个数值（见图7.10a）。有些调压回路还可以利用先导式溢流阀的控制油口实现远程调压（图7.1a）和多级压力的变换（图7.1b，此时要求两个溢流阀的调定压力符合p3 图7.1 调压回路 7.1.2 减压回路 减压回路的功用是使液压系统中的某一部分油路具有较低的稳定压力。最常见的减压回路 通过定值减压阀与主油路相连，如图5.10所示。 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。 7.1.3 增压回路 增压回路的功用是用以提高系统中局部油路中的压力。它能使局部压力远远高于油源的压力。采用增压回路比选用高压大流量泵要经济得多。局部增压常利用增压液压缸（增压器）获 129 得，如图7.2所示。 如图7.2a所示的单作用增压器的增压回路，当系统处于图示位置时，压力为p1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p2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。当二位四通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。 如图7.2b所示的双作用增压器的增压回路，在图示位置，泵输出的压力油经换向阀5和单向阀1进入增压器左端大、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 图7.2 增压回路 压缸的活塞不断往复运动，两端便交替 （a）单作用的增压回路；（b）双作用的增压回路 输出高压油，实现了连续增压。 7.1.4 卸荷回路 卸荷回路的功用是在液压泵驱动电机不须频繁启闭的情况下，使液压泵在零压或很低压力下运转，以减少功率损耗，降低系统发热，延长液压泵和电机的使用寿命。 图7.3为采用换向阀的卸荷回路。在图7.3b中的M（或H、K）型换向阀处于中位时，可使泵卸荷，但切换压力冲击大，适用于低压小流量的系统。对于高压大流量的系统，可采用M（H或、K）型电液换向阀对泵进行卸荷（图7.3c），但必须在换向阀前面设置单向阀（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，供先导控制油路用。 用先导型溢流阀也可实现泵的卸荷。在图7.1b中，如果去掉远程调压阀3，使溢流阀的控制口直接与二位二通换向阀2相连，便构成一种由先导型溢流阀卸荷的回路。这种回路的卸荷压力小，切换时冲击也小；二位二通换向阀只需通过很小的流量，所以适合流量大的系统。 图7.3 用换向阀的卸荷回路 130 7.1.5 保压回路 执行元件在工作循环的某一阶段内，若需要保持规定的压力，就应采用保压回路。最简单的保压回路是使用密封性能较好的液控单向阀的回路（见图7.3b），但阀类元件的泄漏使这种回路的保压时间不能维持很久，为此可用蓄能器和泵保压的回路。 利用蓄能器保压的回路如图7.4所示。如图7.4a所示的回路，当主换向阀在左位工作时，液压缸活塞推进压紧工件，进油路压力升高至调定值，压力继电器发讯使二通阀通电，泵即卸荷，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。图7.4b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，将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充泄漏，压力继电器5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。 用泵保压的回路如图7.5所示。当系统压力较低时，低压大流量泵1和高压小流量泵2同时向系统供油，当系统压力升高至卸荷阀4的调定值时，泵1卸荷。此时高压小流量泵2使系统压力保持为溢流阀3的调定值。泵2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足以补偿系统泄漏的油液，效率较高。 图7.4 用蓄能器保压的回路 图7.5 用泵保压的回路 7.1.6 平衡回路 为了防止立式液压缸及其工作部件在悬空停止期间因自重而自行下落，可设置由顺序阀组 成的平衡回路。图7.6a所示为采用单向顺序阀组成的平衡回路。顺序阀的开启压力要足以支承运动部件的自重。当换向阀处于中位时，液压缸即可悬停，但活塞下行时有较大的功率损失。为此可采用外控单向顺序阀，如图7.6b所示，下行时控制压力油打开顺序阀，背压较小，提高了回路效 率。但由于顺序阀的泄漏，悬 图7.6 平衡回路 131 停时运动部件总要缓慢下降。对要求停止位置准确或停留时间较长的液压系统，应采用图7.6c所示的液控单向阀回路。在图7.6c中，应设置一节流阀，以防止运动部件下行时会因自重而超速运动。当超速运动时，缸上腔出现真空，致使液控单向阀关闭，待压力重建时才能再打开，这会造成下行运动时断时续和强烈振动的现象。 7.2 速度控制回路 速度控制回路包括调速回路、快速运动回路和速度换接回路。 7.2.1 调速回路 调速回路在液压传动系统中占有重要的地位。在不考虑泄漏的情况下，液压缸的运动速度v由进入（或流出）液压缸的流量Q及其有效作用面积A决定，即v=Q/A。同样，液压马达的转速n由进入或流出马达的流量Q和排量q决定，即n=Q/q。由此可知，改变流入（或流出）液压执行元件的流量Q，或改变液压马达的排量q，均可调节执行元件的运动速度。因此，按改变流量Q或排量q的方法不同，可将液压调速回路分为三类：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，用节流阀（或调速阀）改变进入执行元件或自执行元件流出的流量使之变速。根据流量阀在回路中的位置不同，分为进油节流调速、回油节流调速和旁路节流调速三种回路。 ⑴进油节流阀调速回路 将节流阀串联在泵与缸之间，即构成进油节流阀调速回路（图7.7）。泵输出的油液一部分经节流阀进入缸的工作腔，泵多余的油液经溢流阀回油箱。由于溢流阀有溢流，泵的出口压力pp保持恒定。调节节流阀通流面积，即可改变通过节流阀的流量，从而调节缸的速度。 图7.8 进油节流阀调速回路的速度－负载特性曲线 图7.7 进油节流阀调速回路 设p1、p2分别为缸的进油腔和回油腔的压力（由于回油通油箱，p2≈0）；F为缸的负载；通过节流阀的流量为Q1；泵出口压力为pp；a为节流阀孔口通流面积；Cd为流量系数；ρ、μ分别为液体密度和动力粘度；C为节流系数（对薄壁孔C?Cd2的指数（0.5≤m≤1，对薄壁孔m=0.5），则缸的运动速度为 132 ；m为由孔口形状决定?） QCa?F???v?1?p? p?A1A1?A1??m(7.1) 式（7.1）即为进油节流阀调速回路的负载特性方程。 按式（7.1）选用不同的a值，可作出一组速度－负载特性曲线（见图7.8）。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，即速度刚度小。由图7.8可以看出：①当节流阀通流面积a一定时，重载区比轻载区的速度刚度小；②在相同负载下工作时，节流阀通流面积大的比小的速度刚度小，即速度高时速度刚性差；③最大承载能力Fmax=ppA1与速度调节无关。 进油节流阀式调速回路的输入功率，亦即液压泵的输出功率为 Pp?ppQp?常量 该调速回路的输出功率，亦即液压缸的输出功率为 (7.2) P1?p1Q1 回路的功率损失为（不考虑液压泵、液压缸和管路中的功率损失） (7.3) ?P?Pp?P1?ppQp?p1Q1?pp?Q1??Q???pp??p?Q1 ?pp?Q??pQ1??P1??P2 (7.4) 式中 ΔQ－通过溢流阀的流量； Δp－节流阀的工作压差； ΔP1－溢流损失； ΔP2－节流损失。 式（7.4）表明，该回路的功率损失由两部分组成。一是溢流损失ΔP1，它是在泵的输出压力pp下，流量ΔQ流经溢流阀产生的功率损失；二是节流损失ΔP2，它是流量Q1在压差Δp下流经节流阀产生的功率损失。这两部分损失都变成热量使油温升高。由于存在上述两部分功率损失，所以回路效率较低。 综上所述，进油节流阀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。 ⑵回油节流阀调速回路 如图7.9所示，将节流阀串联在缸的回油路上，即构成回油节流阀调速回路（泵的出口压力恒定）。用节流阀调节缸的回油流量，实现调速。缸的运动速度为 Q2Ca?A1F???v??pp? ?A2A2?A2A2??m(7.5) 式中，A2为液压缸有杆腔的有效面积；Q2为通过节 流阀的流量；其它符号意义与式（7.1）同。 比较式（7.5）和式（7.1）可以发现，回油节流 图7.9 回油节流阀调速回路 133