常用压力控制回路及其应用分析

压力控制回路是利用压力控制阀作为回路主要控制元件，控制系统全局或系统局部压力，以满足执行元件输出所需要的力或力矩要求的回路。燃料设备尤其是煤厂设备属于工程机械设备，凡安装有液压控制系统装置的，运行中，均要保证有足够的力矩及功率输出。故压力控制回路中的调压与限压回路、减压回路、保压回路、卸荷回路和平衡回路等在燃料设备中都有应用。

液压系统的压力应当与负载相适应，这样不但能合理使用动力，减少不必要的动力消耗，而且对保护设备也起到了关键作用。譬如，翻车机在翻卸前其压车头对重车的压紧液压装置，其核心回路就是液压保压回路；煤厂斗轮机俯仰机构的液压装置，其核心回路是液压平衡回路等。

下面结合设备实际进行如下分析。

（一）调压回路

调压回路用于控制系统的工作压力，使它不超过某一预调的数值，或者使系统在不同的工作阶段有不同的工作压力。

调压回路主要包括单级调压回路、远程调压回路和多级调压回路等，由于在燃料运行设备液压控制系统中多用单级调压回路，故对这一回路作如下详细分析。

1.基本调压回路

图3-6所示为基本调压回路，在此定量泵供油的液压回路中，系统压力会伴随着液压缸所受外界载荷的变化而变化，溢流阀起安全阀的作用，限定系统的最高工作压力。系统过载时，安全阀开启，定量泵输出的液压油经溢流阀流回油箱。溢流阀的调定压力必须大于液压缸的工作压力和管路上各种压力损失的总和。这种回路的效率较低，液压油容易发热，一般多用于流量不大的场合。

图3-7所示为夹轨器夹轨液压控制回路。从调压角度分析，它属于基本调压控制回路。在运行前，溢流阀都已调好，若因各种原因压力下降，则可正向调溢流阀，当压力表指示到合适压力时，将调节螺母锁紧。

图3-6 基本调压回路

1—溢流阀 2—二位四通阀 3—单向定量泵 4—液压缸

2.节流阀在进口的单级调压回路

图3-8所示为节流阀、溢流阀与定量泵组合构成单级调压回路，与基本调压回路相比，由于该回路包含进油口节流调速（关于调速部分在下节中讲述），即调速阀调节进入液压缸的流量，定量泵提供的多余液压油经溢流阀流回油箱。在不受外界负载变化的影响下，溢流阀起溢流稳压作用以保持系统压力的稳定。

图3-7 夹轨器夹轨液压控制回路

1—滤油器 2—液压泵 3—电动机 4—单向阀 5—溢流阀 6—开关 7—压力表 8—电磁换向阀 9—单向节流阀 10—液压缸（在斗轮机本体上） 11—油箱空气过滤器

图3-8 节流阀在进口的单级调压回路

1—节流阀 2—溢流阀 3—单向定量泵

图3-9所示为碎煤机大盖开起装置液压控制回路，系统调定压力（溢流阀调定压力）为10MPa，碎煤机大盖开起压力为6MPa（溢流阀的调定压力大于液压缸的工作压力和管路上各种压力损失的总和）。

3.利用压力继电器的调压回路

图3-10所示为使用压力继电器的调压回路，其实质是用压力继电器来限制液压缸的最大工作压力，当液压缸上腔中的压力超过预定值后，压力继电器动作，使换向阀切换，活塞向上移动。液压缸上腔的压力不会超过压力继电器限定的数值。

图3-9 碎煤机大盖开起装置液压控制回路

1—前部液压缸 2—后部液压缸 3、4—手动三位四通换向阀 5—节流阀 6—溢流阀 7—液压泵

图3-10 使用压力继电器的调压回路

1—压力继电器 2—二位四通换向阀 3—单向定量泵 4—液压缸

使用压力继电器的调压回路的典型应用实例是，斗轮机斗轮回转液压控制机构，当斗轮取料且被大块卡住时，压力继电器动作，切断电磁阀，斗轮停转以保护斗轮机构免受损坏。

（二）减压回路

减压回路是使系统中的某一部分油路具有较低的稳定压力。减压回路在控制油路、夹紧油路和润滑油路中应用较多。常用的减压方法是在需要减压的油路前串联一个定值减压阀。

图3-11 减压回路的工作原理

1—溢流阀 2—减压阀 3—单向阀 4—液压缸

如图3-11所示，供油压力根据主油路的负载由溢流阀1调定，夹紧液压缸4的工作压力根据负载由定值输出减压阀2调定。油路中的单向阀3用于主油路压力降低（低于减压阀2的调整压力）时防止液压油倒流，起短时保压的作用。为了保证二次压力的稳定，减压阀的最低调整压力不应小于0.5MPa，最高调整压力至少应该比系统压力小0.5MPa。如果减压回路上的执行元件需要调速时，调速元件应该放在减压阀的后面，这样可以避免减压阀的泄漏对执行元件的速度产生影响。

如图3-12所示，减压回路的具体应用实例是，重车调车机液压控制回路。从主油路向摘钩液压缸支路的液压油要经过减压阀，其作用是降低主油路向摘钩液压缸的进油压力，以适应重车调车机摘钩动作的需要。

图3-12 重车调车机的减压回路原理

1—摘钩液压缸 2—液压制动液压泵 3—二位四通换向阀 4—二位三通换向阀 5—节流阀 6—减压阀

（三）卸荷回路

卸荷回路的作用是：在驱动液压泵的电动机不需频繁起停的情况下，当执行件在短时间内停止运动时，使液压泵在零压或者很低的压力下运转，以提高系统效率，减少液压油发热，延长液压泵和电动机的使用寿命。下面介绍几种常用的卸荷回路。

1.利用三位四通换向阀中位机能的卸荷回路

利用三位四通换向阀的中位机能，如M型、H型、K型的换向阀处于中位机能时，使泵的输出液压油经换向阀的油口P、T直接流回油箱而卸荷，如图3-13所示。这种卸荷回路的切换压力冲击大，适应于低压小流量系统。如果在高压、大流量的系统中，则可采用M型、H型、K型的电液换向阀对泵进行卸荷。

图3-13 利用三位换向阀中位机能的卸荷回路

由于这种换向阀装有换向时间调节器，所以切换时压力冲击小，但是必须在换向阀前设置单向阀（或在换向阀回油口设置背压阀），从而使系统保持0.2～0.3MPa的压力供给控制油路使用。

利用三位四通换向阀的卸荷回路，在卸储煤设备的液压控制中有广泛的应用，在后续章节中将分别讲述。

2.利用先导式溢流阀的卸荷回路

图3-14所示为二位二通电磁换向阀控制先导式溢流阀的卸荷回路。先导式溢流阀的遥控口通过二位二通电磁换向阀与油箱相通。当执行元件停止工作，二位二通电磁换向阀通电时，先导式溢流阀遥控口直接与油箱相通，其主阀全部打开，液压泵输出的油液全部回到油箱而卸荷。图3-14中的二位二通电磁换向阀只需采用小流量规格即可。

图3-15所示为夹轮器夹轮的液压控制原理，它是典型的二位二通电磁换向阀控制溢流阀的卸荷回路。

图3-14 二位二通电磁换向阀控制先导式溢流阀的卸荷回路

夹轮器是翻车机卸车线中一常用运行设备。它的运行过程是：当重车调车机将一列重车牵至摘钩位时发出相应信号，夹轮液压缸自动夹紧第一节重车车轮，防止摘钩时重车的移动，其具体运行过程在第四单元第十一章第五节中有详细说明，此处重点介绍卸荷阀的卸荷功能，并分析其工作过程。

（1）动作过程分析

1）起动电动机，2DT得电，液压缸动作（松开），松开到位后，限位开关2xk发出讯号，2DT失电。

2）车辆到位后3DT得电，电磁换向阀3换向，液压缸动作（夹轮），当夹轮器完成夹轮动作后，即执行元件（夹轮器）处于停止运行状态时，限位开关1xk发出讯号，1DT得电，二位二通电磁换向阀10导通，先导式溢流阀遥控口直接通油管，其主阀全部打开，泵输出的流量全部回到油箱而卸载。

液控单向阀2组成的液压锁，其作用是使液压缸动作到位（松开到位和夹紧到位）时，液压缸保持在锁紧位置，不能移动。液压锁功能可参看本章第一节。

图3-15 夹轮器夹轮的液压控制原理图

1—夹轮液压缸 2—液控单向阀 3—电磁换向阀 4—单向阀 5—叶片泵 6—直通式球阀 7—滤网 8—压力表 9—空气过滤器 10—二位二通电磁换向阀 11—电磁溢流阀 12—液位计 13—温度计 14—回油过滤器 15—加热器 16—油箱 17—电动机

3）作下次循环工作。

（2）卸荷阀的功用 在此液压控制回路中，卸荷阀的主要作用是，控制夹轮液压缸安全夹轮力的整定以及保持液压系统压力的恒定。夹轮器投运前应正确地通过调整卸荷阀手柄，获得所需的安全压力值。其具体调试要求如下：

1）当油箱中的油位至油标上限时，打开卸荷阀手柄（卸荷手轮）并将卸荷阀调至卸荷状态。

2）接通电源，通过点动方式检查电动机旋转方向正确后，起动电动机，空载运行5～10min（注此时应排空气）。

3）检查电动机、液压缸是否有异常噪声和振动，以及各阀件、管路连接处是否有漏油现象。若有，则应停机进行处理。(www.xing528.com)

4）将卸荷手轮回转至最小开度（卸荷阀关闭状态），调节卸荷阀的调节螺钉，将压力调至2MPa，运行5～10min，无异常后，再调至系统的工作压力（根据说明书中的数据调整）。

5）系统压力调整正常后，应进行卸荷阀的安全压力整定。

①用卸荷阀将系统压力增高0.2～0.5MPa。

②缓慢旋转卸荷阀的调节手轮至系统压力刚下降时（此时可听见卸荷阀的卸油管内有卸油声响）即可。

③再重新调节卸荷阀，将压力调整至原系统压力，即整个操作完毕。

6）系统调整完后，即可手动换向阀，使液压缸来回动作3～5次，无卡涩、冲击和爬行现象，即可认为动作正常。

7）按动作说明接通各电磁铁电源，通电操作正常后即可投入运行。

注意：断电停泵后，不允许瞬间起动，应将压力降至零后方可再次起动。

3.采用卸荷阀的卸荷回路

图3-16所示为采用卸荷阀的卸荷回路，阀6是卸荷阀，多用于系统需要保压的卸荷回路中，常与蓄能器配合使用。液压泵输出的液压油经过单向阀2，一部分经过换向阀3进入系统，一部分进入蓄能器。当执行元件停止工作时，系统压力不断升高，当升高到大于卸荷阀6的调整压力时，卸荷阀被打开，液压泵的输出油液经过卸荷阀全部回到油箱，实现卸荷。此时蓄能器补充系统的泄漏，维持系统的压力。

图3-17所示为重车调车机的液压控制原理，因重车调车机牵车臂起落时需要较大压力和流量的液压油，而牵车臂又处于间歇式工况，所以为降低液压泵排量及动力消耗，此液压控制回路采用了蓄能器与卸荷阀的充油方式。图3-17的左边部分控制回路即为蓄能器及卸荷阀组成的重车调车机的卸荷回路。除含有卸荷回路外，重车调车机的液压控制回路中还包含有平衡回路、调速回路、减速回路、减压回路等，关于重车调车机整个液压控制系统的工作原理在下节中有详细讲述。

图3-16 采用卸荷阀的卸荷回路

1—定量泵 2—单向阀 3—二位四通换向阀 4—液压缸 5—蓄能器 6—溢流阀

（四）保压回路

保压回路的作用是使系统在液压缸不动或仅有微小位移的情况下，仍能保持其工作压力。具体地讲，保压回路的基本功能是满足保压时间、压力稳定、工作可靠、经济性等多方面的要求。

1.液控单向阀保压回路

图3-18所示为利用液控单向阀的保压回路，当换向阀3右位接入回路时，液压油经换向阀3、液控单向阀4进入液压缸6的上腔。当压力达到保压要求的调定值时，电接触式压力表5发出信号，使换向阀3切换至中位机能，这时液压泵1卸荷，液压缸上腔由液控单向阀4进行保压。当液压缸6上腔的压力下降到预定值时，电接触式压力表5又发出信号并使换向阀3右位接入回路，液压泵1又向液压缸6上腔供油，使其压力回升，实现补油保压。当换向阀3左位接入回路时，液控单向阀4打开，活塞向上快速退回。这种保压回路的保压时间长，压力稳定性较高，适用于保压性能要求较高的液压系统。

图3-17 重车调车机的液压控制原理

1—蓄能器 2—溢流阀 3—卸荷阀 4—电动机 5—液压泵 6—压力表 7—大臂液压缸 8—平衡阀 9—行程减速阀 10—三位四通电磁换向阀 11—减压阀 12—节流阀 13—二位二通阀 14—摘钩液压缸 15—制动液压缸 16—二位三通阀

液控单向阀保压回路的典型实例是斗轮机尾车液压俯仰机构，如图3-19所示。在该系统中，液控单向阀的作用是使尾车液压缸在任意位置停留，保持上举推力，克服尾车头自重及其上煤的重量；单向节流阀的作用是回油节流调速，从而使液压缸平稳运行；两个溢流阀的作用是调压和保护。其工作原理在下节中有详细说明。

图3-18 利用液控单向阀的保压回路

1—液压泵 2—溢流阀 3—换向阀 4—液控单向阀 5—电接触式压力表 6—液压缸

图3-19 斗轮机尾车俯仰液压控制原理

1—摘钩液压缸 2—俯仰液压缸 3—液控单向阀 4—单向节流阀 5、6—三位四通电磁换向阀 7—溢流阀

2.蓄能器保压卸荷回路

当系统需要保压时间更长且压力稳定性高时，可采用蓄能器来保压，它以蓄能器中的液压油来补偿回路中的泄漏而保持其压力。图3-20所示为其工作原理，当主换向阀在左位工作时，液压缸前进（带负载工作），油路压力升高至调定值，压力继电器发信号使二位二通换向阀得电，液压泵即卸荷，单向阀自动关闭，液压缸则由蓄能器保压。蓄能器压力不足时，压力继电器复位使液压泵重新工作。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。

图3-20 采用蓄能器的保压回路

1—液压泵 2—先导型溢流阀 3—二位二通电磁阀 4—压力继电器 5—蓄能器 6—三位四通电磁换向阀 7—液压缸 8—单向阀

采用蓄能器保压卸荷回路的工作过程如图3-21所示，ZFY—100型翻车机液压压车系统中也包含了蓄能器保压卸荷控制回路（图3-22），现简述其控制原理，其详细工作原理及调试方法将在后续章节有详细讲解。

翻车机在完成靠车、压车、翻转（正翻及回翻）和提钩等一系列动作过程时，要求油压无冲击并保持液压系统压力恒定，避免油路的振荡对液压元件的损坏。故在兼顾保压和安全卸荷两个环节中，此液压控制油路采用了典型的蓄能保压卸荷回路。在运行过程中，蓄能器的作用有三：①吸收了冲击压力，确保了系统压力不会升高；②作为紧急供油源使用，当液压系统发生故障时，蓄能器可放出能量，从而保证了油压系统的正常工作，压车钩可顺利提起；③补偿了油压系统的泄漏，保持了液压系统的压力恒定。

图3-21 蓄能保压卸荷回路工作过程

a）换向阀在左位时，液压缸进油带负载前进 b）油路压力升高至调定值，压力继电器发讯使二通阀通电，泵即卸载 c）单向阀自动关闭，液压缸则由蓄能器保压 d）蓄能器压力不足时，压力继电器复位使泵重新工作

ZFY—100型翻车机在翻卸过程中，系统压力达6.5MPa，二位二通换向阀导通，溢流阀开启，液压泵卸荷；蓄能器充气压力为2.5MPa。

图3-22 ZFY—100型翻车机液压控制回路

（五）平衡回路

平衡回路的作用是，防止垂直或倾斜放置的液压缸及其工作部件，在上位停止时因自重的作用而下滑，或在下行运动中超速而使运动不平稳。平衡回路的工作原理是，在液压缸下行的回油路上设置适当的阻力，给液压缸下腔提供一定的压力，用以平衡自重。

1.利用单向顺序阀的平衡回路

图3-23所示为利用单向顺序阀的平衡回路。当三位四通换向阀的左位接入回路时，液压缸活塞向下运动。由于顺序阀的存在，在回油路上存在一定的背压。只要使顺序阀的调整压力稍大于工作部件在液压缸下腔产生的压力，就可以使活塞平稳下落。当三位四通换向阀处于中位机能时，活塞停止运动。这种回路在活塞向下快速运动时，功率损失较大；锁住时，由于顺序阀的泄漏，活塞仍会缓慢下移。因而，只适应于工作部件质量不大、活塞锁住时定位要求不高的场合。

图3-23 利用单向顺序阀的平衡油路

1—溢流阀 2—单向顺序阀

图3-24所示为DQ8030型斗轮机臂架俯仰液压控制回路，回路左侧部分为悬臂架俯仰液压控制回路，现结合液压平衡控制原理对俯仰工作过程进行分析，而其右侧悬臂架回转液压控制回路（容积调速回路）及斗轮回转液压控制回路（容积调速回路），将在单元三第十章第五节中详细分析。

斗轮机在堆取料作业时，悬臂架需做间歇性抬落运动，即要求悬臂架每落至一定高度后，需停留在此高度作业。体现在液压回路上，活塞上升到一定高度后，换向阀阀芯在中位机能（O型中位机能），单向阀锁紧液压缸。顺序阀不动作，回油路不接通，活塞就不会下落，悬臂架就能保持在一高度作业。

当需悬臂架下落时，换向阀动作，只有当回油压力大于顺序阀调定压力时，顺序阀接通，才能回油，悬臂架下落。下落至一定高度，换向阀断电，阀芯重新回到中位机能，液压缸又被锁死，悬臂架再次停留此高度作业。

图3-24 DQ8030型斗轮机臂架俯仰液压控制回路

1、2—单向顺序阀（XD4F-L20H1） 3、7—电磁换向阀（4WEH16E50/6AG24N25L） 4—双向变量泵（40SCY14-1） 5—双向定量马达（NJM-G2） 6—卸荷阀（DBV20B-1-30/315AC24N24） 8、9—斗轮机悬臂俯仰液压缸 10、11—双向变量泵（NJM-E40J） 12—溢流阀（YF-F50H） 13—溢流阀YF-L20B 14—齿轮泵（CB-B100）

2.利用单向节流阀的平衡回路

图3-25所示为利用单向节流阀的平衡回路，单向节流阀不仅起到在液压缸活塞下行时，使液压缸下腔形成背压以平衡自重的作用，而且还起到调速的作用（如前所述的进油调速回路）。当换向阀处于中位机能时，液压缸上腔失压，液控单向阀迅速关闭，运动部件立即停止运动并锁紧。

（六）缓冲回路

在液压传动系统中，当迅速改变液流速度和方向时，如换向阀迅速换向、液压缸或液压马达迅速停止，在系统内会引起压力急剧增高，出现液压冲击现象。冲击现象的出现，会使系统的局部油压急剧升高，并有可能超过系统的最大工作压力若干倍，造成液压系统振动，损坏液压元件。尤其是各管道连接处和液压元件密封处，在液压冲击下，易发生泄漏。为消除和减少液压系统的冲击现象，多采取缓冲回路来实现这一目的。常用的缓冲回路有蓄能器消除液压冲击回路、溢流阀消除液压冲击回路和减速阀消除液压冲击回路等。

图3-25 采用单向节流阀的平衡回路

1—溢流阀 2—三位四通电磁换向阀 3—单向节流阀 4—液控单向阀

缓冲回路的应用实例是FZY—100A型翻车机液压缓冲止挡器系统，它采用了蓄能器、溢流阀来消除止挡器接车过程中对液压缸的冲击，如图3-26所示。其工作原理是，当重车按进车方向撞击止挡器时，活塞杆向右移动。液压缸右侧油压急剧增高，此时蓄能器吸收一部分压力能，以减少液压系统的冲击，同时溢流阀动作，卸压也减少了液压系统的冲击。

图3-26 翻车机定位液压止挡器的控制原理