第五章 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-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成的液压系统。
5.1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、卸荷和平衡等多种回路。
5.1. 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
如图4-16a所示，在液压泵出口处设置并联的溢流阀2即可组成单级调压回路从而控制了液压系统的最高压力值。
2.二级调压回路
如图5- 1a所示为二级调压回路，可实现两种不同的系统压力控制。由先导型溢流阀2和直动式溢流阀4各调-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阅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，先导型溢流阀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.多级调压回路
如图5-1b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IYA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5- 1c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。而且更容易系统实现远距离控制或程控。
5.1. 2减压回路
减压回路的功用是使系统中的某- -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- 2a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5- 2b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- -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。
5.1. 3卸荷回路
1.采用复合泵的卸荷回路
图5-3所示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切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此右边溢流阀设定的工作压力大时，右边溢流阀被打开，低压大排量泵所排除之压油经卸载阀送回油箱。单向阀受高压油作用的关系，故低压泵所排出油根本就不会经此回阀流到压缸。可知在钻削进给的阶段，压缸的油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。右边溢流阀的调定压力通常比左边溢流阀的调定压力要低5kgf/cm以上。
2.利用二位二通阀旁路卸荷的回路
图5-4所示回路，当二位二通阀移位，泵排除之压油以低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之流量相适宜。
3.利用换向阀卸载的回路
图5-5所示回路，是采用中位串连型(M型中位机能)换向阀，当阀位于中立位置时，泵排出之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。使用此种方式做卸载，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驱动器之场所。注意三位四通换向阀的流量必须和泵的流量相适宜。
图5-4利用二位二通阀的卸载回路 图5-5利用换向阀中位机能的卸载回路
4.利用引导动作型溢流阀卸载的回路
图5-6所示，将弓|导动作型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C通油箱，这时溢流阀的平衡活塞上移，主阀阀口全开，泵排出的压油全部流回油箱，泵出口压力几乎是零，故泵成无荷运转状态。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(尺寸位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。
5.1. 4增压回路
1.利用串连液压缸的增压回路
图5-7所示，将小直径压缸和大直径压缸串联可使冲柱急速推出，且在低压下可得很大的力量输出。将换向阀移到(1)阀位，泵所送过来的油液全部进入小直径压缸活塞后侧，冲柱急速推出，此时大直径压缸由单向阀将油液吸入，且充满压缸后侧空间。当神柱前进达尽头受阻时，泵送出的油液压力升高，而使顺序阀动作，此时油液以溢流阀所设定的压力作用在大小值经压缸活塞后侧，故推力等于大小直径压缸活塞后侧面积和乘上溢流阀所调定的压力。当然如想以单独使用大直径压缸以同样速度运动话，势必选用更大容量的泵，而采用这种串联压缸则只要用小容量就够了，节省许多动力。
2.利用增压器的增压回路
图5-8所示是采用单动型增压器做为液压压床动柱的增压用。将4口换向阀移到阀位(1)时，泵将油液经弓|导型止回阀送到压缸活塞后侧使柱向下压，同时增压器的活塞也受到油液作用向右移动，但达到规定的压力自然就停止，使它成为只要一有油送进增压器活塞大直径侧就能够马上前进的状态。于是当神柱下降碰到工件(即产生 负荷)，则泵的输出立即升高并打开顺序阀,经减压阀减压的后油液以减压阀所调定的压力作用在增压器的大活塞上，于是使增压器小直径侧产生3倍减压阀所调定压力的高油液进入神柱上方而产生更强的加压作用。
当换向阀移到阀位(2)时，神柱上升，换向阀如移到中立阀位时，可以暂时防止神柱向下掉。如果要完全防止其向下掉，则必须在神柱下降时油的出口处装一液控单向阀。
3.气压一液压的增压回路
图5-9所示，是把上方油箱的油液先送入增压器的出口侧，再由压缩空气作用在增压器大活塞面积_上使出口侧油液压力增强。把手动操作换向阀移到阀位(1) 时，空气进入上方油箱把上方油箱的油液经增压器小直径活塞下部送到三个压缸。当压缸冲柱下降碰到工件时，造成阻力使空压力上升打开顺序阀，使空气进入增压器活塞的上 部来推动活塞。增压器的活塞下降会遮住通往上方油箱的油路，活塞继续下移，使小直径活塞下侧的油液变成高油液并注到三支液压缸。一旦把换向阀移到阀位(2) 时，下方油箱的油会从压缸下侧进入把冲柱上移，压缸冲柱上侧的油液流经增压器并回到上方油箱，增压器恢复原来位置。
5.1.5保压回路
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，也就是使系统在液压缸不动或仅有工件变形所产生的微小位移下稳定地维持住压力，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，但是阀类元件处的泄漏使得这种回路的保压时间不能维持太久。常用的保压回路有以下几种:
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
这种蓄能器借助蓄能器来保持系统压力，补偿系统泄漏。图5-10所示为利用虎钳做工件的夹紧。将换向阀移到阀位(1) 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，直到卸载阀被打开卸载，此时作用在活塞上的压力由蓄能器来维持并补充压缸的漏油作用在活塞上工作压力比卸载阀所调定的压力还低时，卸载阀关闭，泵的压油再继续送往蓄能器。本系统可节约能源并降低油温。
5.1.6平衡回路
平衡回路的功用在于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。图5- 11a所示为采用单向顺序阀的平衡回路，当1YA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洼的工作部件会因单向顺序阀1附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5-11b为采用液控顺序阀的平衡回路。当活塞下行时，控制图5一11用顺序阀的平衡回路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，液控顺序阀关闭以咱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。当顺序阅关闭时，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。
5.2速度控制回路
5.2.1 快速运动回路
快速运动回路又称增速回路,其功用在于使液压执行元件在空载时获得所需的高速，以提高系统的工作效率或充分利用功率。实现快速运动视方法不同有多种结构方案，下面介绍几种常用的快速运动回路。
1.差动回路
图5-12所示。其特点为当液压缸前进时，活塞从液压缸右侧排出的油再从左侧进入液压缸，增加进油处的一些油量,即和泵同时供应液压缸进口处的液压油，可使液压缸快速前进，但使液压缸推力变小。
对于间歇运转的液压机械，当执行元件间歇或低速运动时，泵向蓄能器充油。而在工作循环中某-工作阶段执行元件需要快速运动时，蓄能器作为泵的辅助动力源，可与泵同时向系统提供压力油。
2.采用蓄能器的快速补油回路
图5- 13所示为一补助能源回路。将换向阀移到阀位(1) 时，蓄能器所储存的压油即释放出来加到液压缸，活塞快速前进。例如活塞在做浇注或加压等操作过程时，液压泵即对蓄能器充压(蓄油)。当换向阀移到阀位(2) 时，此时蓄能器压油和泵排出的压油同时送到液压缸的活塞杆端,活塞快速回行。这样，系统中可选用流量较小的油泵及功率较小电动机，可节约能源并降低油温。
3.利用双泵供油的快速运动回路
图5-8所示工作行程时，系统压力升高，打开右边溢流阀，大流量泵卸荷，系统由小流量泵供油:当需要快速运动时，系统压力较低，由两台泵共同向系统供油。
4.补油回路
大型压床为确保加工精度，都使用柱塞式液压缸，在使用上会产生前进时需非常大的流量;后退时几乎不需什么流量。这两个问题使得泵的选用变成非常困难，图5一14所示的补油回路就可解决此难题，此图所示将换向阀移到阀位(1)时,泵输出的压力油全部送到辅助液压缸，辅助液压缸带动主液压缸下降,而主液压缸的压力油由上方油箱经液控单向阀注入，此时压板下降速度为v=Qp/2a.当压床压板碰到工件时，管路压力上升把顺序阀打开，高压油注到主液压缸，此时压床出力为F=PsX (A+2a).换向阀移到阀位(2)时，泵输出的压力油流入补助液压缸,压板上升，液控单向阀逆流油路被打开，主液压缸的回油经液控单向阀流回上方的油箱.回路中的平衡阀是在支撑压板及柱塞的重量而设计的.在此回路中因使用补充油箱，故换向阀及平衡阀的选择依泵的流量而定，且泵的流量可较小，为- -节约能源回路。
5.2.2速度换接回路
速度换接回路的功能是使液压执行机构在一一个工作循环中从一种运动速度变换到另一种运动速度,因而这个转换不仅包括液压执行元件快速到慢速的换接，而且也包括两个慢速之间的换接。实现这些功能的回路应该具有较高的速度换接平稳性。
1.快速与慢速的换接回路
图5- 15所示的为用行程阀来实现快慢速换接的回路。在图示状态下，液压缸快进,，当活塞所连接的挡块压下行程阀6时，行程阀关闭，液压缸右腔的油液必须通过节流阀5才能流回油箱，活塞运动速度转变为慢速工进;当换向阀左位接人回路时，压力油经单向阀4进入液压缸右腔，活塞快速向右返回。这种回路的快慢速换接过程比较平稳,换接点的位置比较准确。缺点是行程阀的安装位置不能任意布置，管路连接较为复杂。若将行程阀改为电磁阀，安装连接比较方便但速度换接的平稳性、可靠性以及换向精度都较差。
2.两种慢速的换接回路
图5- 16所示为用两个调速阀来实现不同工进速度的换接回路。图5- 16a中的两个调速阀并联，由换向阀实现换接。两个调速阀可以独立地调节各自的流量互不影响:但是一个调速阀工作时另-个调速阀内无油通过，它的减压阀处于最大开口位置,因而速度换接时大量油液通过该处将使机床工作部件产生突然前冲现象。因此它不宜用于在工作过程中的速度换接，只可用在速度预选的场合。
图5-16b所示为两调速阀串联的速度换接回路。当主换向阀D左位接人系统时，调速阀B被换向阀C短接;输入液压缸的流量由调速阀A控制。当阀C右位接入回路时，由于通过调速阀B的流量调得比A小，所以输入液压缸的流量由调速阀B控制。在这种回路中的调速阀A一直处于工作状态，它在速度换接时限制着进入调速阀B的流量因此它的速度换接平稳性较好，但由于油液经过两个调速阀所以能量损失较大。
5.4其他回路
1.液压马达串并联回路
行走机械,常使用液压马达来驱动车轮，依据行驶条件要有转速在平地行驶时为高速，上坡时需要有大扭矩输出，转速降因此采用两个液压马达以串联或并联方式达到上述目的。
如图5-22所示，将两个液压马达之输出轴连结在--起,当电磁铁2通电电磁阀1断电，两液压马达并联，液马达输出扭矩大转速较低，当电磁阀1、2都通电，两液压马达串联，液压马达扭矩低，但转速较高。
2.液压马达刹车回路
如欲使液马达停止运转，只要切断其供油即可，但由于液压马达本身转动惯性及其驱动负荷所造成的惯性都会使液压马达在停止供油后继续再转动一会，如此，液压马达会像泵一般的起到吸入作用，故必须设法避免马达把空气吸入液压系统中。
如图5-22 (a)所示，我们利用一中位“O”型的换向阀来控制液压马达的正转、反转、停止。只要将换向阀移到中间位置，马达停止 运转，但由于惯性的原因，马达出口到换向阀之间的背压增大，有可能将回油管路或阀件破坏，故必须如图5-22(b)所示，装一煞车溢流阀，如此当出口处之压力增加到煞车溢流阀所调定的压力时，阀被打开，马达也刹车。
