液压系统中,为了满足设备的某些要求,经常要限制或控制系统中整体或某一部分的压力,把实现这些功能的回路称为压力控制回路。这类回路包括调压(稳压)、减压、增压、卸荷、保压与平衡等各种控制回路。
1.调压及限压回路
当液压系统工作时,液压泵应向系统提供所需压力的液压油,同时又能节省能源,减少油液发热,提高执行元件运动的平稳性。所以,应设置调压或限压回路。当液压泵一直工作在系统的调定压力时,就要通过溢流阀调节并稳定液压泵的工作压力。在变量泵系统或旁路节流调速系统中用溢流阀(当安全阀用)限制系统的最高安全压力。当系统在不同的工作时间内需要有不同的工作压力,可采用二级或多级调压回路。
1)单级调压回路
如图4-3-4(a)所示,通过液压泵1和溢流阀2的并联连接,即可组成单级调压回路。
动画4-12 单级调压回路
图4-3-4 调压回路
(a)单级调压回路;(b)二级调压回路;(c)三级调压回路
通过调节溢流阀的压力,可以改变泵的输出压力。当溢流阀的调定压力确定后,液压泵就在溢流阀的调定压力下工作,从而实现了对液压系统进行调压和稳压控制。液压泵的工作压力低于溢流阀的调定压力,这时溢流阀不工作。当系统出现故障,液压泵的工作压力上升时,一旦压力达到溢流阀的调定压力,溢流阀将开启,并将液压泵的工作压力限制在溢流阀的调定压力下,使液压系统不致因压力过载而受到破坏,从而保护了液压系统。
2)二级调压回路
如图4-3-4(b)所示为二级调压回路,该回路可实现两种不同的系统压力控制。由先导式溢流阀2和直动式溢流阀4各调一级,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通电后处于右位时,系统压力由阀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,先导式溢流阀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,这时阀4亦处于工作状态,并有油液通过。
3)多级调压回路
如图4-3-4(c)所示为三级调压回路,三级压力分别由溢流阀1、2、3调定,当电磁铁1YA、2YA失电时,系统压力由主溢流阀调定。当1YA得电时,系统压力由阀2调定。当2YA得电时,系统压力由阀3调定。在这种调压回路中,阀2和阀3的调定压力要低于主溢流阀的调定压力,而阀2和阀3的调定压力之间没有什么一定的关系。当阀2或阀3工作时,阀2或阀3相当于阀1上的另一个先导阀。
2.减压回路
当泵的输出压力是高压而局部回路或支路要求低压时,可以采用减压回路,如机床液压系统中的定位、夹紧、回路分度以及液压元件的控制油路等,它们往往要求比主油路较低的压力。减压回路较为简单,一般是在所需低压的支路上串接减压阀。采用减压回路虽能方便地获得某支路稳定的低压,但压力油经减压阀口时要产生压力损失,这是它的缺点。
最常见的减压回路为通过定值减压阀与主油路相连,如图4-3-5(a)所示。回路中的单向阀为主油路压力降低(低于减压阀调整压力)时防止油液倒流,起短时保压作用,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4-3-5(b)所示为利用先导式减压阀1的远控口接一远控溢流阀2,则可由阀1、阀2各调得一种低压。但要注意,阀2的调定压力值一定要低于阀1的调定减压值。
动画4-13 减压回路
图4-3-5 减压回路
(a)定值减压阀与主油路相连;(b)先导式减压阀接远控溢流流
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0.5 MPa,最高调整压力至少应比系统压力小0.5 MPa。当减压回路中的执行元件需要调速时,调速元件应放在减压阀的后面,以避免减压阀泄漏(由减压阀泄油口流回油箱的油液)对执行元件的速度产生影响。
动画4-14 单作用增压回路
动画4-15 双作用增压回路
3.增压回路(www.xing528.com)
如果系统或系统的某一支油路需要压力较高但流量又不大的压力油,而采用高压泵又不经济,或者根本就没有必要增设高压力的液压泵时,就常采用增压回路,这样不仅易于选择液压泵,而且系统工作较可靠,噪声小。增压回路中提高压力的主要元件是增压缸或增压器。
单作用增压缸的增压回路如图4-3-6(a)所示,当系统在图示位置工作时,系统的供油压力P1进入增压缸的大活塞腔,此时在小活塞腔即可得到所需的较高压力P2;当二位四通电磁换向阀右位接入系统时,增压缸返回,辅助油箱中的油液经单向阀补入小活塞。因而该回路只能间歇增压,所以称为单作用增压回路。
图4-3-6 增压回路
(a)单作用增压缸;(b)双作用增压缸
双作用增压缸的增压回路如图4-3-6(b)所示,能连续输出高压油。在图示位置,液压泵输出的压力油经换向阀5和单向阀1进入增压缸左端大、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。当增压缸活塞移到右端时,换向阀得电换向,增压缸活塞向左移动。同理,左端小活塞腔输出的高压油经单向阀3输出,这样,增压缸的活塞不断往复运动,两端便交替输出高压油,从而实现了连续增压。
4.卸荷回路
在液压系统工作中,有时执行元件短时间停止工作,不需要液压系统传递能量,或者执行元件在某段工作时间内保持一定的力,而运动速度极慢,甚至停止运动。在这种情况下,不需要液压泵输出油液,或只需要很小流量的液压油,于是液压泵输出的压力油全部或绝大部分从溢流阀流回油箱,造成能量的无谓消耗,引起油液发热,使油液加快变质,而且还影响液压系统的性能及泵的寿命。因此,需要采用卸荷回路,即卸荷回路的功用是指在液压泵驱动电动机不频繁启闭的情况下,使液压泵在功率输出接近于零的情况下运转,以减少功率损耗,降低系统发热,延长泵和电动机的寿命。
常见的压力卸荷方式有以下几种。
(1)换向阀卸荷回路M、H和K型中位机能的三位换向阀处于中位时,泵即卸荷,如图4-3-7所示为采用M型中位机能的电液换向阀的卸荷回路,这种回路切换时压力冲击小,但回路中必须设置单向阀,以使系统能保持0.3 MPa左右的压力,供操纵控制油路之用。
(2)用先导式溢流阀的远程控制口卸荷,如图4-3-8所示中若去掉远程调压阀4,使先导式溢流阀的远程控制口直接与二位二通电磁阀相连,便构成一种用先导式溢流阀的卸荷回路,这种卸荷回路卸荷压力小,切换时冲击也小。
图4-3-7 M型中位机能卸荷回路
图4-3-8 溢流阀远控口卸荷
5.保压回路
在液压系统中,常要求液压执行机构在一定的行程位置上停止运动或在有微小的位移下稳定地维持住一定的压力,这就要采用保压回路。最简单的保压回路是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油箱,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
动画4-16 保压回路
图4-3-9 利用蓄能器的保压回路
(a);(b)多缸系统的保压回路
如图4-3-9(a)所示的回路,当主换向阀在左位工作时,液压缸向前运动且压紧工件,进油路压力升高至调定值,压力继电器动作使二通阀通电,泵即卸荷,单向阀自动关闭,液压缸则由蓄能器保压。缸压不足时,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容量,调节压力继电器的工作区间即可调节缸中压力的最大值和最小值。图4-3-9(b)所示为多缸系统中的保压回路,这种回路当主油路压力降低时,单向阀3关闭,支路由蓄能器保压补偿泄漏,压力继电器5的作用是当支路压力达到预定值时发出信号,使主油路开始动作。
动画4-17 换向回路
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