压力控制回路优化策略探讨

压力控制回路利用压力控制阀来控制或调节整个液压系统或液压系统局部油路上的工作压力，以满足液压系统不同执行元件对工作压力的不同要求。压力控制回路主要有调压回路、卸荷回路、减压回路、增压回路、平衡回路、保压回路等。

1.调压回路

调压回路用来调定或限制液压系统的最高工作压力，或者使执行元件在工作过程的不同阶段能够实现多种不同的压力变换。这一功能一般由溢流阀来实现。当液压系统工作时，如果溢流阀始终能够处于溢流状态，就能保持溢流阀进口的压力基本不变，如果将溢流阀并接在液压泵的出油口，就能达到调定液压泵出口压力基本保持不变之目的。

（1）单级调压回路 单级调压回路中使用的溢流阀可以是直动式或先导式结构。图3-1所示为采用先导式溢流阀1和远程调压阀3组成的单级调压回路。在转速一定的情况下，定量泵输出的流量基本不变，当改变节流阀2的开口大小来调节液压缸运动速度时，由于要排掉定量泵输出的多余流量，溢流阀1始终处于开启溢流状态，使系统工作压力稳定在溢流阀1调定压力值附近。

若图3-1所示回路中没有节流阀2，则泵出口压力将直接随液压缸负载压力的变化而变化，溢流阀1作为安全阀使用对系统起安全保护作用。

如果在先导式溢流阀1的远控口处接上一个远程调压阀3，则回路压力可由阀3远程调节，实现对回路压力的远程调压控制，但此时要求阀1必须是先导式溢流阀，且阀1的调定压力（阀1中先导阀的调定压力）必须大于阀3的调定压力，否则阀3将不起远程调压作用。

图3-1 单级调压回路

1—先导式溢流阀 2—节流阀 3—远程调压阀

（2）采用远程调压阀的多级调压回路 利用先导式溢流阀、远程调压阀和电磁换向阀的有机组合，能够实现回路的多级调压。图3-2所示为三级调压回路。先导式溢流阀1的远控口通过三位四通换向阀4可以分别接到具有不同调定压力的远程调压阀2和3上。

当阀4处于左位时，阀2与阀1接通，此时回路压力由阀2调定；当阀4处于右位时，阀3与阀1接通，此时回路压力由阀3调定；当换向阀处于中位时，阀2和3都没有与阀1接通，此时回路压力由阀1来调定。

在上述回路中要求阀2和阀3的调定压力必须小于阀1的调定压力，其实质是用三个先导阀分别对一个主溢流阀进行控制，通过一个主溢流阀的工作，使系统得到三种不同的调定压力，并且三种调压情况下通过调压回路的绝大部分流量都经过阀1的主阀阀口流回油箱，只有极少部分经过阀2、阀3或阀4的先导阀流回油箱。

多级调压回路对于动作复杂、负载、流量变化较大的系统的功率合理匹配、节能、降温具有重要作用。

（3）采用电液比例溢流阀的无级调压回路 当需要对一个动作复杂的液压系统进行更多级压力控制时，采用上述多级调压回路能够实现这一功能要求，但回路的组成元件多，油路结构复杂，而且系统的压力变化级数有限。

图3-2 采用远程调压阀的多级调压回路

1—先导式溢流阀 2、3—远程调压阀 4—三位四通换向阀

图3-3 采用电液比例溢流阀的无级调压回路

1—比例溢流阀

采用电液比例溢流阀同样可以实现多级调压的要求，实现一定范围内连续无级的调压，且回路的结构简单许多。图3-3所示为采用电液比例溢流阀的无级调压回路，系统根据执行液压元件工作过程各个阶段的不同压力要求，通过输入装置将所需要的多级压力所对应的电流信号输入比例溢流阀1的控制器中，即可达到调节系统工作压力的目的。

2.卸荷回路

许多机械设备液压系统在使用时，执行装置并不是始终连续工作的，在执行装置工作间歇的过程中，为了减少动力源和液压系统的功率损失，节省能源，降低液压系统发热，这种压力控制回路称为卸荷回路。

液压泵的输出功率等于压力和流量的乘积，因此使液压系统卸荷有两种方法：一种是将液压泵出口的流量通过液压阀的控制直接接回油箱，使液压泵在接近零压的状况下输出流量，这种卸荷方式称为压力卸荷；另一种是使液压泵在输出流量接近零的状态下工作，此时尽管液压泵工作的压力很高，但其输出流量接近零，液压泵的输出功率也接近零，这种卸荷方式称为流量卸荷。

（1）采用主换向阀中位机能的卸荷回路 在定量泵系统中，利用三位换向阀M、H、K形等中位机能的结构特点，可以实现泵的压力卸荷。图3-4a所示为采用M形中位机能的卸荷回路。这种卸荷回路的结构简单，但当压力较高、流量大时易产生冲击，一般用于低压、小流量场合。当流量较大时，可用液动或电液换向阀来卸荷，但应在其回油路上安装一个单向阀1（作为背压阀用），使回路在卸荷状况下，能够保持有0.3～0.5MPa的控制压力，实现卸荷状态下对电液换向阀的操纵，但这样会增加一些系统的功率损失。

图3-4 卸荷回路

a）采用主换向阀中位机能的卸荷回路 b）采用二位二通电磁换向阀的卸荷回路

（2）采用二位二通电磁换向阀的卸荷回路 图3-4b所示为采用二位二通电磁换向阀的卸荷回路。在这种卸荷回路中，主换向阀的中位机能为O形，利用与液压泵和溢流阀同时并联的二位二通电磁换向阀的通与断，实现系统的卸荷与保压功能，但要注意二位二通电磁换向阀的压力和流量参数要完全与对应的液压泵相匹配。

图3-5 采用先导式溢流阀和电磁阀组成的卸荷回路

1—先导式溢流阀 2—二位二通电磁阀 3—阻尼孔

（3）采用先导式溢流阀和电磁阀组成的卸荷回路 图3-5所示是采用二位二通电磁阀控制先导式溢流阀的卸荷回路。当先导式溢流阀1的远控口通过二位二通电磁阀2接通油箱时，此时阀1的溢流压力为溢流阀的卸荷压力，使液压泵输出的油液以很低的压力经阀1和阀2回油箱，实现泵的卸荷。为防止系统卸荷或升压时产生压力冲击，一般在溢流阀远控口与电磁阀之间设置阻尼孔3。这种卸荷回路可以实现远程控制，同时二位二通电磁阀可选用小流量规格，其卸荷时的压力冲击比采用二位二通电磁换向阀卸荷的冲击小一些。

（4）采用限压式变量泵的流量卸荷回路 利用限压式变量泵压力反馈来控制流量变化的特性，可以实现流量卸荷。如图3-6所示，系统中的溢流阀4作为安全阀用，以防止泵的压力补偿装置的零漂和动作滞缓导致系统压力异常。这种回路在卸荷状态下具有很高的控制压力，特别适合各类成形加工机床模具的合模保压控制，使机床的液压系统在卸荷状态下实现保压，有效减少了系统的功率匹配，极大地降低了系统的功率损失和发热。

（5）利用蓄能器保压的卸荷回路 图3-7所示系统是利用蓄能器在使液压缸保持工作压力的同时实现系统卸荷的回路。当回路压力上升到卸荷溢流阀2的调定值时，定量泵通过阀2卸荷，此时单向阀4反向关闭，由充满液压油的蓄能器3向液压缸供油补充系统泄漏，以保持系统压力；当泄漏引起的回路压力下降到低于卸荷溢流阀2的调定值时，阀2自动关闭，液压泵恢复向系统供油。

图3-6 采用限压式变量泵的流量卸荷回路(www.xing528.com)

1—限压式变量泵 2—换向阀 3—液压缸 4—溢流阀

图3-7 利用蓄能器保压的卸荷回路

1—液压泵 2—卸荷溢流阀 3—蓄能器 4—单向阀

3.减压回路

减压回路的功能在于使系统某一支路上具有低于系统压力的稳定工作压力，如在机床的工件夹紧、导轨润滑及液压系统的控制油路中常需用减压回路。

最常见的减压回路是在所需低压的分支路上串接一个定值输出减压阀，如图3-8a所示。回路中的单向阀3用于防止当主油路压力由于某种原因低于减压阀2的调定值时，使液压缸4的压力不受干扰而突然降低，达到液压缸4短时保压的作用。

图3-8 减压回路

1—溢流阀 2—减压阀 3—单向阀 4—液压缸 5—调节阀 6—二位二通电磁阀

图3-8b所示是二级减压回路，调节阀5的调定压力必须低于减压阀2。液压泵的最大工作压力由溢流阀1调定。

减压回路也可以采用比例减压阀来实现无级减压。要使减压阀能稳定工作，其最低调整压力应高于0.5MPa，最高调整压力应至少比系统压力低0.5MPa。由于减压阀工作时存在阀口压力损失和泄漏口的容积损失，因此，这种回路不宜在需要压力降低很多或流量较大的场合使用。

4.增压回路

目前国内外常规液压系统的最高压力等级只能达到32～40MPa，当液压系统需要更高压力等级的油源时，可以通过增压回路等方法实现这一要求。增压回路用来使系统中某一支路获得比系统压力更高的液压油源，增压回路中实现油液压力放大的主要元件是增压器，增压器的增压比取决于增压器大、小活塞的面积之比。

（1）单作用增压器增压回路 图3-9a所示是采用单作用增压器的增压回路，它适用于单向作用力大、行程小、作业时间短的场合，如制动器、离合器等。其工作原理是，当换向阀处于右位时，单作用增压器1的输出压力p₂=（p₁A₁/A₂）的液压油进入工作缸2；当换向阀处于左位时，工作缸2靠弹簧力回程，高位油箱3的油液在大气压力作用下经油管顶开单向阀向单作用增压器1右腔补油。采用这种增压方式的液压缸不能获得连续稳定的高压油源。

（2）双作用增压器增压回路 图3-9b所示是采用双作用增压器的增压回路，它能连续输出高压油，适用于增压行程要求较长的场合。当工作缸7向左运动遇到较大负载时，系统压力升高，油液经顺序阀4进入双作用增压器5，增压器活塞不论向左或向右运动，均能输出高压油，只要换向阀6不断切换，增压器5就不断往复运动，高压油就连续经单向阀10或11进入工作缸7右腔，此时单向阀8或9有效地隔开了增压器的高、低压油路。工作缸7向右运动时增压回路不起作用。

图3-9 增压回路

a）采用单作用增压器的增压回路 b）采用双作用增压器的增压回路

1—单作用增压器 2、7—工作缸 3—高位油箱 4—顺序阀 5—双作用增压器 6—换向阀 8、9、10、11—单向阀

5.平衡回路

许多工程机械设备的执行机构是沿垂直方向运动的，这些机床设备的液压系统无论在工作或停止时，始终都会受到执行机构较大重力负载的作用，如果没有相应的平衡措施将重力负载平衡掉，将会造成机床设备执行装置的自行下滑或操作时的动作失控，其后果将十分危险。平衡回路的功能在于使液压执行元件的回油路上始终保持一定的背压力，以平衡掉执行机构重力负载对液压执行元件的作用力，使之不会因自重作用而自行下滑，实现液压系统对工程设备动作的平稳、可靠控制。

（1）采用单向顺序阀的平衡回路 图3-10a所示是采用单向顺序阀的平衡回路，调整顺序阀，使其开启压力与液压缸下腔作用面积的乘积稍大于垂直运动部件的重力。当活塞下行时，由于回油路上存在一定的背压来支承重力负载，只有在活塞的上部具有一定压力时活塞才会平稳下落；当换向阀处于中位时，活塞停止运动，不再继续下行。此处的顺序阀又被称作平衡阀。在这种平衡回路中，顺序阀调整压力调定后，若工作负载变小，则泵的压力需要增加，将使系统的功率损失增大。由于滑阀结构的顺序阀和换向阀存在内泄漏，使活塞很难长时间稳定地停在任意位置，会造成重力负载装置下滑，故这种回路适用于工作负载固定且液压缸活塞锁定定位要求不高的场合。

（2）采用液控单向阀的平衡回路 如图3-10b所示，由于液控单向阀1为锥面密封结构，其闭锁性能好，能够保证活塞较长时间在停止位置处不动。在回油路上串联单向节流阀2，用于保证活塞下行运动的平稳性。假如回油路上没有串接单向节流阀2，活塞下行时液控单向阀1被进油路上的控制油打开，回油腔因没有背压，运动部件由于自重而加速下降，造成液压缸上腔供油不足而压力降低，使液控单向阀1因控制油路降压而关闭，加速下降的活塞突然停止；液控单向阀1关闭后控制油路又重新建立起压力，液控单向阀1再次被打开，活塞再次加速下降，这样不断重复，由于液控单向阀时开时闭，使活塞一路抖动向下运动，并产生强烈的噪声、振动和冲击。

（3）采用远控平衡阀的平衡回路 在工程机械液压系统中常采用图3-10c所示的远控平衡阀的平衡回路。这种远控平衡阀是一种特殊阀口结构的外控顺序阀，它不但具有很好的密封性，能起到对活塞长时间的锁闭定位作用，而且阀口开口大小能自动适应不同载荷对背压压力的要求，保证了活塞下降速度的稳定性不受载荷变化影响。这种远控平衡阀又称为限速锁。

图3-10 平衡回路

1—液控单向阀 2—单向节流阀

6.保压回路

保压回路的功能在于使工程机械系统在液压缸加载不动或因部件变形而产生微小位移的工况下能保持稳定不变的压力，并且使液压泵处于卸荷状态。保压性能的两个主要指标为保压时间和压力稳定性。

（1）采用液控单向阀的保压回路 图3-11a所示是采用密封性能较好的液控单向阀3的保压回路，但阀座的磨损和油液的污染会使保压性能降低。它适用于保压时间短、对保压稳定性要求不高的场合。

（2）自动补油保压回路 图3-11b所示是采用液控单向阀3、电接触式压力表10的自动补油保压回路，它利用了液控单向阀结构简单并具有一定保压性能的长处，避开了直接用泵供油保压而大量消耗功率的缺点。当换向阀2右位接入回路，活塞下降加压，当压力上升到压力表10上限触点调定压力时，电接触式压力表发出电信号，使换向阀2中位接入回路，变量泵1卸荷，液压缸由液控单向阀3保压；当压力下降至电接触式压力表10下限触点调定压力时，电接触式压力表发出电信号，使换向阀2右位接入回路，变量泵1又向液压缸供油，使压力回升。这种回路保压时间长，压力稳定性高，液压泵基本处于卸荷状态，系统功率损失小。

（3）采用辅助泵或蓄能器的保压回路 如图3-11b所示，在回路中可增设一台小流量高压泵5。当液压缸加压完毕要求保压时，由压力继电器9发信，使换向阀2的中位接入回路，主泵1实现卸荷；同时二位二通换向阀8处于左位，由高压辅助泵5向封闭的保压系统供油，维持系统压力稳定。由于辅助泵只需补偿系统的泄漏量，可选用微小流量泵，尽量减少系统的功率损失。泵5保压的压力由先导式溢流阀7确定。如果用蓄能器来代替辅助泵5也可以达到上述目的。

图3-11 保压回路

1、5—泵 2、8—换向阀 3—液控单向阀 4、10—压力表 6—节流阀 7—先导式溢流阀 9—压力继电器