第2章 压力控制回路
压力控制回路主要是通过各类压力控制元件来控制液压系统中各支路的压力，以满足各个执行机构所需的力或力矩。利用压力控制回路可以实现对系统进行的调压、减压、增压、卸荷、保压与平衡等各种控制。
在选用压力控制回路时，要根据机械设备工艺要求、特点、适用场合认真考虑后选择。在一个工作循环中的某一段时间内各支路不需要提供液压能时，则考虑用卸荷回路；当某支路需要稳定的低于动力源的压力时，应考虑减压回路；当载荷变化较大时，应考虑多级压力控制回路；当有惯性较大的运动部件、容易产生冲击时，应考虑缓冲或制动回路；在有升降运动部件的液压系统中，应考虑平衡回路。
2.1 单级调压回路
调压回路用来控制整个液压系统或系统局部支路油液压力，使之保持恒定或限制其最高值。液压系统中的压力调节必须与载荷相适应，才能既满足机械设备要求又减少动力消耗。
2.1.1 单级调压回路Ⅰ（图2-1和表2-1）
图2-1 单级调压回路Ⅰ
表2-1 单级调压回路Ⅰ
2.1.2 单级调压回路Ⅱ（图2-2和表2-2）
图2-2 单级调压回路Ⅱ
表2-2 单级调压回路Ⅱ
2.1.3 变量泵单级调压回路（图2-3和表2-3）
图2-3 变量泵单级调压回路
表2-3 变量泵单级调压回路
2.2 多级调压回路
为了降低功率消耗，合理利用能源，减少油液发热，提高执行元件运动的平稳性，当液压系统在不同的工作阶段需要有不同的工作压力时，可采用二级或多级调压回路。
2.2.1 二级调压回路
2.2.1.1 二级调压回路（图2-4和表2-4）
图2-4 二级调压回路
表2-4 二级调压回路
2.2.1.2 用插装阀的二级调压回路Ⅰ（图2-5和表2-5）
图2-5 用插装阀的二级调压回路Ⅰ
表2-5 用插装阀的二级调压回路Ⅰ
2.2.1.3 用插装阀的二级调压回路Ⅱ（图2-6和表2-6）
图2-6 用插装阀的二级调压回路Ⅱ
表2-6 用插装阀的二级调压回路Ⅱ
2.2.2 三级调压回路（图2-7和表2-7）
图2-7 三级调压回路
表2-7 三级调压回路
2.2.3 四级调压回路（图2-8和表2-8）
图2-8 四级调压回路（带卸荷）
表2-8 四级调压回路（带卸荷）
2.2.4 五级调压回路（图2-9和表2-9）
图2-9 五级调压回路
表2-9 五级调压回路
2.2.5 数字逻辑多级远程调压回路（图2-10和表2-10）
图2-10 数字逻辑多级远程调压回路
表2-10 数字逻辑多级远程调压回路
2.3 无级调压回路
2.3.1 利用比例溢流阀调压的无级调压回路（图2-11和表2-11）
图2-11 利用比例溢流阀调压的无级调压回路
表2-11 利用比例溢流阀调压的无级调压回路
2.3.2 变量泵构成的无级调压回路（图2-12和表2-12）
图2-12 变量泵构成的无级调压回路
表2-12 变量泵构成的无级调压回路
2.3.3 溢流阀无级压力控制回路（图2-13和表2-13）
图2-13 溢流阀无级压力控制回路
表2-13 溢流阀无级压力控制回路
2.4 双向调压回路
2.4.1 用远程调压阀的单泵双向调压回路（图2-14和表2-14）
图2-14 用远程调压阀的单泵双向调压回路
表2-14 用远程调压阀的单泵双向调压回路
2.4.2 用溢流阀的单泵双向调压回路（图2-15和表2-15）
图2-15 用溢流阀的单泵双向调压回路
表2-15 用溢流阀的单泵双向调压回路
2.4.3 双泵双向调压回路（图2-16和表2-16）
图2-16 双泵双向调压回路
表2-16 双泵双向调压回路
2.5 减压回路
当系统压力较高，而局部回路或支路要求较低压力时，可以采用减压回路，如机床液压系统中的定位、夹紧回路，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。
2.5.1 利用减压阀的单级减压回路（图2-17和表2-17）
图2-17 利用减压阀的单级减压回路
表2-17 利用减压阀的单级减压回路
2.5.2 利用远程调压阀的二级减压回路（图2-18和表2-18）
图2-18 利用远程调压阀的二级减压回路
表2-18 利用远程调压阀的二级减压回路
2.5.3 利用二位二通换向阀的二级减压回路（图2-19和表2-19）
图2-19 利用二位二通换向阀的二级减压回路
表2-19 利用二位二通换向阀的二级减压回路
2.5.4 多级减压回路（图2-20和表2-20）
图2-20 多级减压回路
表2-20 多级减压回路
2.5.5 单向减压回路（图2-21和表2-21）
图2-21 单向减压回路
表2-21 单向减压回路
2.5.6 利用两个减压阀的双向减压回路（图2-22和表2-22）
图2-22 利用两个减压阀的双向减压回路
表2-22 利用两个减压阀的双向减压回路
2.5.7 减压阀并联的多级减压回路（图2-23和表2-23）
图2-23 减压阀并联的多级减压回路
表2-23 减压阀并联的多级减压回路
2.5.8 无级减压回路
2.5.8.1 无级减压回路Ⅰ（图2-24和表2-24）
图2-24 无级减压回路Ⅰ
表2-24 无级减压回路Ⅰ
2.5.8.2 无级减压回路Ⅱ（图2-25和表2-25）
图2-25 无级减压回路Ⅱ
表2-25 无级减压回路Ⅱ
2.6 增压回路
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。
2.6.1 增力回路（图2-26和表2-26）
图2-26 增力回路
表2-26 增力回路
2.6.2 单作用增压器增压回路（图2-27和表2-27）
图2-27 单作用增压器增压回路
表2-27 单作用增压器增压回路
2.6.3 双作用增压器增压回路（图2-28和表2-28）
图2-28 双作用增压器增压回路
表2-28 双作用增压器增压回路
2.6.4 双作用增压器双向增压回路（图2-29和表2-29）
图2-29 双作用增压器双向增压回路
表2-29 双作用增压器双向增压回路
2.6.5 利用增压器的增压回路（图2-30和表2-30）
图2-30 利用增压器的增压回路
表2-30 利用增压器的增压回路
2.6.6 利用液压马达的增压回路
2.6.6.1 利用液压马达的增压回路Ⅰ（图2-31和表2-31）
图2-31 利用液压马达的增压回路Ⅰ
表2-31 利用液压马达的增压回路Ⅰ
2.6.6.2 利用液压马达的增压回路Ⅱ（图2-32和表2-32）
图2-32 利用液压马达的增压回路Ⅱ
表2-32 利用液压马达的增压回路Ⅱ
2.7 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，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，不需要消耗液压系统功率，为此，需要采用卸荷回路，即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。
2.7.1 换向阀卸荷回路（图2-33和表2-33）
图2-33 换向阀卸荷回路
表2-33 换向阀卸荷回路
2.7.2 先导式溢流阀卸荷回路（图2-34和表2-34）
图2-34 先导式溢流阀卸荷回路
表2-34 先导式溢流阀卸荷回路
2.7.3 复合泵卸荷回路（图2-35和表2-35）
图2-35 复合泵卸荷回路
表2-35 复合泵卸荷回路
2.7.4 二位二通阀卸荷回路
2.7.4.1 二位二通阀卸荷回路Ⅰ（图2-36和表2-36）
图2-36 二位二通阀卸荷回路Ⅰ
表2-36 二位二通阀卸荷回路Ⅰ
2.7.4.2 二位二通阀卸荷回路Ⅱ（图2-37和表2-37）
图2-37 二位二通阀卸荷回路Ⅱ
表2-37 二位二通阀卸荷回路Ⅱ
2.7.4.3 二位二通阀卸荷回路Ⅲ（图2-38和表2-38）
图2-38 二位二通阀卸荷回路Ⅲ
表2-38 二位二通阀卸荷回路Ⅲ
2.7.5 溢流阀卸荷回路
2.7.5.1 溢流阀卸荷回路Ⅰ（图2-39和表2-39）
图2-39 溢流阀卸荷回路Ⅰ
表2-39 溢流阀卸荷回路Ⅰ
2.7.5.2 溢流阀卸荷回路Ⅱ（图2-40和表2-40）
图2-40 溢流阀卸荷回路Ⅱ
表2-40 溢流阀卸荷回路Ⅱ
2.7.5.3 溢流阀卸荷回路Ⅲ（图2-41和表2-41）
图2-41 溢流阀卸荷回路Ⅲ
表2-41 溢流阀卸荷回路Ⅲ
2.7.5.4 溢流阀卸荷回路Ⅳ（图2-42和表2-42）
图2-42 溢流阀卸荷回路Ⅳ
表2-42 溢流阀卸荷回路Ⅳ
2.7.6 电液换向阀卸荷回路（图2-43和表2-43）
图2-43 电液换向阀卸荷回路
表2-43 电液换向阀卸荷回路
2.7.7 插装溢流阀卸荷回路（图2-44和表2-44）
图2-44 插装溢流阀卸荷回路
表2-44 插装溢流阀卸荷回路
2.7.8 蓄能器卸荷回路（图2-45和表2-45）
图2-45 蓄能器卸荷回路
表2-45 蓄能器卸荷回路
2.7.9 压力继电器双泵卸荷回路（图2-46和表2-46）
图2-46 压力继电器双泵卸荷回路
表2-46 压力继电器双泵卸荷回路
2.7.10 压力补偿变量泵卸荷回路（图2-47和表2-47）
图2-47 压力补偿变量泵卸荷回路
表2-47 压力补偿变量泵卸荷回路
2.7.11 多执行器卸荷回路（图2-48和表2-48）
图2-48 多执行器卸荷回路
表2-48 多执行器卸荷回路
2.8 保压回路
在液压系统中，常要求液压执行元件在一定的位置上停止运动时，稳定地保持规定的压力，这就要采用保压回路。
2.8.1 利用蓄能器的保压回路（图2-49和表2-49）
图2-49 利用蓄能器的保压回路
表2-49 利用蓄能器的保压回路
2.8.2 辅助泵保压回路
2.8.2.1 辅助泵保压回路Ⅰ（图2-50和表2-50）
图2-50 辅助泵保压回路Ⅰ
表2-50 辅助泵保压回路Ⅰ
2.8.2.2 辅助泵保压回路Ⅱ（图2-51和表2-51）
图2-51 辅助泵保压回路Ⅱ
表2-51 辅助泵保压回路Ⅱ
2.8.2.3 辅助泵保压回路Ⅲ（图2-52和表2-52）
图2-52 辅助泵保压回路Ⅲ
表2-52 辅助泵保压回路Ⅲ
2.8.3 液控单向阀保压回路（图2-53和表2-53）
图2-53 液控单向阀保压回路
表2-53 液控单向阀保压回路
2.8.4 用液控单向阀的自动补油保压回路（图2-54和表2-54）
图2-54 用液控单向阀的自动补油保压回路
表2-54 用液控单向阀的自动补油保压回路
2.8.5 压力补偿变量泵保压回路（图2-55和表2-55）
图2-55 压力补偿变量泵保压回路
表2-55 压力补偿变量泵保压回路
2.8.6 综合保压回路（图2-56和表2-56）
图2-56 综合保压回路
表2-56 综合保压回路
2.9 平衡回路
为了防止垂直放置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，或在下行运动中因自重造成的失控失速，可设计使用平衡回路。平衡回路通常用单向顺序阀或液控单向阀来实现平衡控制。
2.9.1 利用单向顺序阀的平衡回路（图2-57和表2-57）
图2-57 利用单向顺序阀的平衡回路
表2-57 利用单向顺序阀的平衡回路
2.9.2 利用液控单向阀的平衡回路（图2-58和表2-58）
图2-58 利用液控单向阀的平衡回路
表2-58 利用液控单向阀的平衡回路
2.9.3 利用液控顺序阀的平衡回路（图2-59和表2-59）
图2-59 利用液控顺序阀的平衡回路
表2-59 利用液控顺序阀的平衡回路
2.9.4 利用单向节流阀的平衡回路（图2-60和表2-60）
图2-60 利用单向节流阀的平衡回路
表2-60 利用单向节流阀的平衡回路
2.9.5 利用单向阀的平衡回路（图2-61和表2-61）
图2-61 利用单向阀的平衡回路
表2-61 利用单向阀的平衡回路
2.9.6 利用插装阀的平衡回路（图2-62和表2-62）
图2-62 利用插装阀的平衡回路
表2-62 利用插装阀的平衡回路
2.10 缓冲回路
当执行机构质量较大、运动速度较高时，若突然换向或停止，会产生很大的冲击和振动，为了减少或消除冲击，除了对执行机构本身采取一些措施外，也可对液压系统采取适当办法来实现缓冲。
2.10.1 液压缸缓冲回路（图2-63和表2-63）
图2-63 液压缸缓冲回路
表2-63 液压缸缓冲回路
2.10.2 蓄能器缓冲回路（图2-64和表2-64）
图2-64 蓄能器缓冲回路
表2-64 蓄能器缓冲回路
2.10.3 溢流阀缓冲回路
2.10.3.1 溢流阀缓冲回路Ⅰ（图2-65和表2-65）
图2-65 溢流阀缓冲回路Ⅰ
表2-65 溢流阀缓冲回路Ⅰ
2.10.3.2 溢流阀缓冲回路Ⅱ（图2-66和表2-66）
图2-66 溢流阀缓冲回路Ⅱ
表2-66 溢流阀缓冲回路Ⅱ
2.10.4 电液换向阀缓冲回路
2.10.4.1 电液换向阀缓冲回路Ⅰ（图2-67和表2-67）
图2-67 电液换向阀缓冲回路Ⅰ
表2-67 电液换向阀缓冲回路Ⅰ
2.10.4.2 电液换向阀缓冲回路Ⅱ（图2-68和表2-68）
图2-68 电液换向阀缓冲回路Ⅱ
表2-68 电液换向阀缓冲回路Ⅱ
2.10.5 调速阀缓冲回路（图2-69和表2-69）
图2-69 调速阀缓冲回路
表2-69 调速阀缓冲回路
2.10.6 节流阀缓冲回路（图2-70和表2-70）
图2-70 节流阀缓冲回路
表2-70 节流阀缓冲回路
2.11 卸压回路
卸压回路作用是使执行元件高压腔中的压力缓慢地释放、避免突然释放所引起的冲击。
2.11.1 节流阀卸压回路
2.11.1.1 节流阀卸压回路Ⅰ（图2-71和表2-71）
图2-71 节流阀卸压回路Ⅰ
表2-71 节流阀卸压回路Ⅰ
2.11.1.2 节流阀卸压回路Ⅱ（图2-72和表2-72）
图2-72 节流阀卸压回路Ⅱ
表2-72 节流阀卸压回路Ⅱ
2.11.2 顺序阀卸压回路（图2-73和表2-73）
图2-73 顺序阀卸压回路
表2-73 顺序阀卸压回路
2.11.3 二级液控单向阀卸压回路（图2-74和表2-74）
图2-74 二级液控单向阀卸压回路
表2-74 二级液控单向阀卸压回路
2.11.4 电液换向阀卸压回路（图2-75和表2-75）
图2-75 电液换向阀卸压回路
表2-75 电液换向阀卸压回路
2.11.5 节能降噪卸压回路（图2-76和表2-76）
图2-76 节能降噪卸压回路
表2-76 节能降噪卸压回路
2.12 压力控制回路应用实例
2.12.1 水平式压力机液压系统
（1）概述
各种压力机广泛应用于机械制造、包装成型等行业。一种双向推进全自动压力机在传动形式选择上均采用液压传动，装机容量为150kW，其主要工作部件为一对可双向运动的压头，对放在压头中间的部件进行定位与加工，升降工作托台可架起工件使其脱离生产线的传送机构。其功能示意如图2-77所示。两压头与升降工作台的驱动由液压缸来实现，其中两压头的液压回路承担着压力机多种控制功能的实现，为系统主回路，这些控制功能可表述如下。
图2-77 升降工作台功能示意图
①系统设计上便于实现PLC控制，整机自动化程度高，可进行全自动、半自动、手动模式的操作。
②两压头各自最大行程为2000mm，可产生50kN的最大推力。
③两压头可单独动作。在正常工作压进过程中要求必须同步伸出，同步精度不低于1％。
④两压头的运动速度可实现连续调节。
⑤两压头间产生的推力可实现连续调节。
⑥两压头压紧工件后，系统有保压定位要求，同时卸压换向时要求平稳无冲击。
⑦优化系统，尽量满足节能要求。
（2）系统关键功能
根据设备的功能要求，两压头同步功能与压头间压力调节是液压系统的关键。
①调压回路 由于两压头的驱动由液压系统来实现，因此改变工作压力即可实现压头输出推力的调整，为方便实现压力自动控制，可采用比例溢流阀。通过调节比例电磁铁的给定（控制电流）来改变液压回路的最高压力。
如图2-78所示为某公司DBE20-5X/200型比例溢流阀的特性曲线，显示了阀开启压力与控制时间的对应曲线。
图2-78 DBE20-5X/200型比例溢流阀的特性曲线
②两压头同步功能 根据压力机功能要求，两压头可联合动作亦可单独动作，并且要求压头速度可方便实现自动连续调节，因此系统主回路设计为两比例方向阀控制液压缸的基本形式。此时，两压头同步功能的实现归结为两比例阀的同步问题。对于两比例阀控制缸的同步实现，可采用“主从控制”思路，因同步回路本质上可归结为位置控制回路，对比例控制系统而言，位置误差的检测可通过位移传感器来进行。“主从控制”就是在系统中设置两个比例换向阀，使其中一个比例换向阀为“主动阀”，其不参与闭环电液控制；另一个比例换向阀为“从动阀”，自动控制系统通过位置误差的检测使从动阀自动跟随主动阀的输出量变化，当出现位置偏差时，比例放大器得到一控制信号，调整从动阀的开口度，使之朝消除偏差的方向变化。该系统的同步控制精度取决于位置检测元件的精度与液压元件的动态性能。一般而言，主动阀可选用普通比例方向阀，从动阀则根据系统的同步控制精度要求选用高频响比例方向阀或伺服阀。
（3）液压系统
该压力机主回路液压系统原理如图2-79所示。该主液压系统回路由压头控制回路与工件升降台控制回路构成。在图2-79中，阀Y57、V56、V57及液压缸C5、C6组成工件升降托台控制回路，该回路较为简单，可实现工件升降托台在任意位置的可靠定位与支撑。其余元件组成压头控制回路，其各项动作功能介绍如下。
图2-79 主回路液压系统原理图
C1、C2、C3、C4、C5、C6—液压缸；Y50、Y51—比例换向阀；Y56—比例溢流阀；Y54、Y55—二位四通换向阀；Y52、Y53—二位四通先导换向阀；V50、V51—锥阀；Y57—电磁换向阀；V56—液压锁；V57—双向节流阀
①压头同步 压头1侧的液压缸C1、C2采用刚性连接，压头2侧的液压缸C3、C4采用同样连接形式。系统由比例换向阀Y50、Y51实现液压缸C1、C2与C3、C4的同步运动，从而实现两压头的同步推进。其中，在设计中比例换向阀Y50为主动阀，Y51为从动阀，Y51控制液压缸C1、C2动态跟随液压缸C3、C4的运动位移。液压缸C1、C3内安装磁环式位移传感器，其最高分辨能力达5μm，用于检测压头位置并参与同步闭环控制。在元件的选型方面，Y50选用Rexroth4W25W6型无阀芯位置反馈式比例方向阀，而Y51选用Rexroth-4WRDE25W1型高频响比例方向阀。
②调压功能 当系统工作时，PLC根据操作人员的参数设定发送给比例溢流阀Y56的比例电磁铁——控制电流，控制其开启压力。当两压头接触工件后，系统压力升高至比例溢流阀Y56的开启压力时，压力油液通过Y56溢流，此时系统压力不再升高，从而实现了两压头的输出推力在0～50kN间的无级调节。Y56选用Rexroth-DBE20-5X/200型比例溢流阀。
③压头的保压定位功能 两压头压紧工件，系统压力升高至比例溢流阀Y56的开启压力。此时两压头不再产生相对位移，该状态可通过液压缸C1、C3内设置的位移传感器读数对时间的变化率ds/dt归零来判断。此时，先导电磁换向阀Y53、Y52通电，插装阀V50、V51关闭，比例换向阀Y50、Y51切换至中位，液压缸C1、C2、C3、C4无杆腔油路被锁闭，实现了压头的保压定位要求。
④卸压功能 当压头保压过程结束后，液压缸C1、C2、C3、C4无杆腔内存在高压，此时为减少系统的换向冲击，在比例换向阀换向前，电磁换向阀Y53、Y52断电，插装阀V50、V51打开，液压缸Cl、C2、C3、C4无杆腔内压力油可利用比例换向阀Y50、Y51的Y型中位机能平稳卸载。
⑤差动回路 根据压力机工况，在两压头接触工件前，液压缸仅需很低的工作压力便可驱动压头运动，为提高工作效率，此时需快速运动。因此，回路中设计了实现该功能的差动回路（图2-79），比例换向阀Y50、Y51切换至右位，液压缸C1、C2、C3、C4伸出，此时，电液换向阀Y54、Y55通电，液压缸C1、C2、C3、C4的无杆腔、有杆腔同时与系统压力供油连通，构成了差动回路，当压头开始接触工件时，电液换向阀Y54、Y55断电，差动回路取消。从而在系统最高工作压力不变的情况下，将实现一定速度所需要的流量降至最低，减少了液压系统的功率消耗，优化了系统。
压力机液压系统充分运用比例控制方式，实现了压力与流量的复合控制，最大程度简化了系统设计。同时，巧妙运用差动、卸荷回路，使系统整体性能得到优化。
2.12.2 桥梁支座更换液压系统
桥梁支座作为连接桥梁上部结构与桥墩的传力部件，其作用是将上部结构的作用力和变形安全可靠地传给桥墩。然而，由于桥梁的交通负荷加重及橡胶支座的日久老化等原因，橡胶支座大多受到了不同程度的损伤，有的甚至危及桥梁的安全，必须进行更换。支座更换最常用的方法是桥梁同步顶升施工法，该施工方法是在桥下进行，无须中断交通，因此得到了越来越广泛的应用。
（1）桥梁支座更换施工工艺对液压系统的要求
桥梁的形式虽多种多样，有简支和连续，有箱梁桥、板梁桥和工形梁桥，支座的形式也有板式橡胶支座、球冠支座、盆式支座和球形支座等，但桥梁支座更换的施工工艺基本相同，主要有以下步骤。
①称重 称重是为了找出所有顶升点的实际载荷值，为顶升做准备。
②同步顶升 在液压系统同步机构的帮助下，液压缸同步、缓慢地将桥梁顶升到预定高度，以便于支座更换施工。
③更换支座 顶升到位后，利用液压系统的自锁机构，保证位置静止不变，进行支座更换施工，如施工时间过长，必须使用临时支撑。
④同步落梁 支座更换完成后，利用桥梁自重和液压系统同步机构使桥梁同步、缓慢地落下，直到与支座充分接触。
对液压系统的要求主要有以下几点。
①分散布置桥梁一般体积庞大，要对其进行顶升，工程装备执行机构必须满足分散布置的特点，使大型液压缸能够分散布置在桥梁下任意指定的顶升支点。
②油路简单，由于更换桥梁支座施工现场布置的液压缸数量较多，简单的油路不仅利于现场油管布置，而且可以降低施工成本。
③泵站尽量少，数目众多的液压缸不可能由一个泵站提供动力源，需由多个泵站提供动力，但泵站的数量要尽量少。
④液压缸多缸同步，由于桥梁架设方法不同，质量一般不是均匀分布，分散布置的液压缸受力也不相同，该系统应能保证各液压缸出力不均的情况下实现同步，避免在施工过程中桥梁因变形过大出现开裂。
（2）分布式电液比例控制液压系统
桥梁更换支座采用分布式电液比例控制液压系统，如图2-80所示，图中以4组分泵站为例，而实际上该液压系统分泵站的组数要视具体所需要的液压缸数而定，每组分泵站由8个并联的大型液压缸作为其执行机构，图2-81给出了单个分泵站的液压系统图。
图2-80 分布式电液比例控制液压系统
图2-81 液压系统
1—定量泵；2—先导式溢流阀；3—二位二通换向阀；4—蓄能器；5—调速阀；6—减压阀；7—三位四通换向阀；8—二位三通换向阀；9—电液比例减压阀；10—高压软管；11—液控单向阀、压力传感器组合
单个分泵站液压系统的液压执行机构由8组液压缸组成，由1台定量泵1供油，总流量由调速阀5调节。定量泵1的供油压力与卸荷由电磁溢流阀（先导式溢流阀2和二位二通换向阀3共同构成）设定和控制，液压缸的运动方向由三位四通换向阀7控制，液压缸的顶升压力由电液比例减压阀9调节，液控单向阀控制油液的通断和控制油液的压力分别由二位三通换向阀8和减压阀6实现。在液压系统油路上多处装有压力表，监测系统正常运行。
为了实现多点施力同步控制的技术要求，每个液压缸配以电液比例减压阀和压力传感器，组成快速闭环调压回路，如图2-82所示，这样，每个液压缸的出力情况直接受控于电液比例减压阀。
图2-82 快速闭环调压回路
更换支座时，由于平稳性和安全性的要求，液压缸的速度较慢，属于高压小流量系统，如果位置同步控制采用流量控制将很难实现，故采用非连续控制实现位置同步。顶升时可以通过实时调整电液比例减压阀出口压力与平衡压力的上下波动，当减压阀出口压力大于平衡压力时顶升缸上升，减压阀出口压力小于平衡压力时顶升缸在液控单向阀作用下停止，从而实现顶升缸的位移同步控制。
（3）液压系统工作原理
桥梁支座更换分为称重、同步顶升、更换支座和同步落梁四步。在同步顶升前，首先对桥梁进行称重，称重是为找出所有顶升点的实际载荷压力。在称重开始后，控制各电液比例减压阀出口的压力逐步上升，当各顶升缸由于压力变化使其出力超过顶升点的载荷时，活塞伸出使该点产生位移，压力和位移的实时变化通过压力和位移传感器传回主控电脑。当位移传感器测得微小位移时，和该位移传感器关联的顶升缸停止动作，即电液比例减压阀出口压力停止上升，当所有电液比例减压阀出口压力平稳后，桥梁的重量完全由顶升缸承载，桥梁处于悬浮状态，称重结束。这时，各顶升缸的出力与该点载荷平衡，压力传感器传回的压力为平衡压力pA。
同步顶升时，调整各电液比例减压阀，使其出口压力在平衡压力pA的基础上增加Δp（根据工程实际确定大小）；落梁时，各电液比例减压阀出口压力在平衡压力pA的基础上减小Δp。
该系统采用带压力补偿流量控制器的电液比例减压阀，易于实现自动控制。落梁时，由于二通减压阀不提供反向通道，油液只能经先导流道通过压力补偿流量控制器从Y口回油箱，保证了带载下降速度平稳。
液压缸是通过高压软管进、回油的，一旦软管受损爆裂，后果不堪设想。为了确保安全，在每个液压缸的缸体上都安装了液控单向阀，这不仅解决了安全问题，还为施工作业带来了方便，可以允许液压缸在任意位置停留。
（4）电液比例减压阀反向应用
为了简化液压系统油路和减少液压元件，去掉了缸的回油油路，使回油流经电液比例减压阀流回油箱，即电液比例减压阀的反向应用。
液压油路由恒压油源、三位四通换向阀、电液比例减压阀、液控单向阀、液压缸以及重物等组成，如图2-83所示。图2-84是电液比例减压阀内部结构等效原理图。
图2-83 减压阀反向应用相关油路
图2-84 电液比例减压阀内部等效原理图
1—主阀；2、4、6、8—阻尼小孔；3—单向阀；5—流量稳定器；7—先导比例压力阀
电液比例减压阀的反向应用简化了液压系统的设计，节省了液压元件和管路，降低了桥梁同步顶升液压系统的造价。
2.12.3 风电叶片模具液压翻转系统
风电叶片模具的开合是采用平衡回路的液压系统。
风电叶片模具的开合过程目前主要有两种形式：一种是机械行车的吊装翻转；另一种是全自动液压翻转设备。前一种翻转形式存在这样一些缺点：①翻转过程是间歇运动，会产生模具抖动，影响模具精度和寿命，从而影响叶片的质量；②由于风电叶片模具较长，MW级风电叶片模具的长度一般在30～50m，而且由于其由钢结构构成，大的模具重量可达30t左右，因此对操作者要求很高，行车容易损坏；③安全程度不是很高。全自动液压翻转设备弥补了以上的缺点，业已成为风电叶片生产厂家的首选翻转形式。
（1）FD型平衡阀的工作原理
FD型平衡阀亦称单向截止型平衡调速阀，图2-85为其结构原理图。
图2-85 FD型平衡阀结构原理图
1—阻尼孔；2—阻尼活塞；3、8—弹簧；4—控制活塞；5—阀套；6—主阀芯；7—先导阀芯；9—阀体
该阀正确接法是：油口A接压力源，油口B接负载，X油口接控制油。
当油液从A口流向B口时，a腔油压克服b腔油压、弹簧8的弹力及主阀芯6的摩擦阻力，主阀芯6即被推开，压力油从A口进入B口，实现正向流动。如果A、B油口间的压差小于负载压力（例如系统失压或换向阀至油口A间的连接软管爆裂时），则主阀芯6在油口B中的负载压力和弹簧组件8中的弹力作用下直接关闭，截止时无内泄漏，这样可使运行中的负载安全定位，不至于突然坠落，此谓该阀的单向截止功能。
当需要油液从B口流向A口时，在控制油口X无压力或压力未达到反向开启平衡阀所需的最小控制压力时，主阀芯6和先导阀芯7一直关闭。当达到所需值时，控制油压通过阻尼孔1缓冲后推动控制活塞4右移并顶开先导阀芯7，使b腔通过先导阀芯内的轴向孔、斜向小孔及主阀芯的轴向孔与A口相通。同时，先导阀芯在主阀芯中右移切断了b腔与B口的通路，由于此时A口为低压腔（通常接油箱），因而b腔卸荷，控制活塞继续右移，接着轻易地顶开主阀芯6，使B口与A口沟通，实现反向流动。反向开启时的控制压力主要取决于b腔（即B口）的油压力和控制活塞与先导阀芯的面积比，因控制活塞一般比先导阀芯大很多，因而最小控制压力不大。随着控制活塞4的轴向右移，主阀芯6的控制棱边逐渐打开阀套5上的节流孔，阀口过流面积逐渐增大。同时，随着弹簧3被拉伸，8被压缩，弹簧力也逐渐增大。当弹簧力与液压力相等时，控制活塞4停止移动，处于某一平衡位置。平衡位置处的节流开口面积取决于控制压力的大小。在某一开口面积下，如因某种原因使负载运动速度突然加快，则通过阀口的流量立即增大，势必引起阀口前后压差迅速增大，即背压力迅速增大，以阻止活塞加速运动。由于节流口面积、控制油压及从B口到A口的压差三者互相制约，并且决定了从B口至A口的流量即执行器排出的流量，而这个流量又与流入执行器的流量直接相关，因此可防止执行器速度失控，这是FD型平衡阀的独特之处。
（2）液压翻转机构工作过程分析
液压翻转机构结构示意如图2-86所示。
图2-86 液压翻转机构结构示意图
根据翻转机构的结构特点，可知开合模过程均有5个重要的状态位置，模具的重心位置如图2-87中Ⅰ～Ⅴ所示：Ⅰ为翻转起始或结束位置；Ⅱ为B缸死点位置；Ⅲ为模具重心垂直位置；Ⅳ为A缸死点位置；Ⅴ为翻转结束或开始位置。
图2-87 开合模过程的5个状态位置
以开模过程为例，从平衡叶片模具在翻转过程中对回转中心所形成的力矩的角度，说明A、B缸的动作过程以及受力情况。状态位置Ⅰ～Ⅱ：A、B缸同时伸长，A、B缸都产生顶升力；状态位置Ⅱ～Ⅲ：A缸继续伸长，B缸回收，A缸产生顶升力，B缸不产生顶升力；状态位置Ⅲ～Ⅳ：A缸继续伸长，B缸继续回收，A缸不产生顶升力，B缸产生顶升力；状态位置Ⅳ～Ⅴ：A缸回收，B缸继续回收，A、B缸都产生顶升力。
（3）FD型平衡阀在翻转机构上的应用
根据对液压翻转机构工作过程分析并进行相应的受力计算，设计液压系统，系统额定压力为32MPa，图2-88为单个翻转机构液压控制原理图。
图2-88 翻转机构液压控制原理图
1—液压泵；2—溢流阀；3—电磁抉向阀；4—FD型平衡阀
同样以开模过程为例来说明，从状态位置Ⅲ开始，重力相对于回转中心所形成的力矩与执行元件液压缸B的运动方向相同，此时重力成为超越负载，翻转机构有超速下倾的趋势。B缸回路中的FD型平衡阀开始起超速调节作用，从状态位置Ⅳ开始，A缸回路中的FD型平衡阀也开始发挥作用，直至模具落地停机。在整个液压控制过程中，通过旋转编码器检测翻转机构相应的旋转角度，然后输入PLC，由PLC来控制电磁阀在各个状态位置的切换。合模过程可作类似的分析。
（4）FD型平衡阀使用中应注意的问题
①FD型平衡阀的定位 FD型平衡阀一定要放在机构需要平衡的回路中。当液压缸需要使用软管连接时，则该阀必须放在液压缸与软管之间，以确保机构运行的安全性。
②单向节流阀的设置方向 FD型平衡阀的最大功能是保持变载机构速度平稳性，但有时变载机构运行速度需要调节，这就要求回路中设置流量控制阀，当在方向阀与FD型平衡阀之间使用单向节流阀时，应特别注意其安装方向，单向节流阀的节流孔与FD型平衡阀中的节流孔两者功能不能产生重叠。
2.12.4 天车液压系统
（1）液压站的组成及功能
某多功能天车液压站由双联液压泵、压力阀组、流量阀组、各工具控制阀、液压缸、液压马达、油箱及连接管路等组成。液压系统如图2-89所示，电磁铁得电表见表2-77。
图2-89 液压系统原理图
表2-77 液压系统电磁铁动作程序表
（2）故障现象
无论进行何种关于主泵（变量泵）的操作，系统均无压力。
（3）故障检查与判断
拆开流量伺服阀清洗，检查拆开的阀芯，各零件良好，阀芯内无异物，无阀芯卡死、调节弹簧失效的情况。清洗后，重新安装伺服阀。启动液压泵，液压系统压力恢复正常。
由此可见，液压系统无压力故障是由于控制阀组的压力伺服阀阀芯卡死所造成。
（4）故障分析
该故障发生在液压站投运初期，因在液压管道安装或加油过程中将异物带入液压站内，在液压泵运行时，异物卡死压力伺服阀阀芯，造成压力伺服阀的油口P1与油口A1相通。当液压泵启动时，液压泵控制小油缸的无杆腔进油，油缸迅速运行至顶部，油缸活塞全部伸出，控制液压泵压力和流量的斜盘角度最小，液压泵的压力和流量输出几乎为零。因此，无论手柄做何种动作，溢流阀和节流阀均对系统压力不起作用，系统压力为零。
（5）改进措施
①在设备安装和检修过程中，保持现场环境清洁干净，确保无异物被带入液压系统内。
②在设备安装前，对液压管道进行清洗。
③加油机上选择过滤精度较高的滤芯，保证加油时不将异物带入液压站。
④定期更换过滤器滤芯。
⑤定期清洗油箱并更换液压油。