2.1　汽车起重机常用液压回路

汽车起重机常用液压回路包括起升、伸缩、变幅、回转、支腿及转向等机构等液压回路。

2.1.1　起升机构液压回路

起重机需要用起升机构，即卷筒—吊索机构实现垂直起升和下放重物。液压起升机构用液压马达通过减速器驱动卷筒，图2-1是一种最简单的起升机构液压回路。当换向阀3处右位时，通过液压马达2、减速器6和卷筒7提升重物G，实现吊重上升。而换向阀处于左位时下放重物G，实现负重下降，这时平衡阀4起平稳作用。当换向阀处于中位时，回路实现承重静止。由于液压马达内部泄漏比较大，即使平衡阀的闭锁性能很好，但卷筒—吊索机构仍难以支撑重物G。如要实现承重静止，可以设置常闭式制动器，依靠制动液压缸8来实现。

在换向阀右位（吊重上升）和左位（负重下降）时，泵1压出液体同时作用在制动缸下腔，将活塞顶起，压缩下腔弹簧，使制动器闸瓦拉开，这样液压马达不受制动。换向阀处于中位时，泵卸荷，泵出口接近零压，制动缸活塞被弹簧压下，闸瓦制动液压马达，使其停转，重物G就静止于空中。

某些起升机构要求开始举升重物时，液压马达产生一定的驱动力矩，然后制动缸才彻底拉开制动闸瓦，以避免重物G在马达驱动力矩充分形成前向下溜滑。所以在通往制动缸的支路上设单向节流阀9，由于阀9的作用，拉开闸瓦的时间放慢，有一段缓慢的动摩擦过程；同时，液压马达在结束负重下降后，换向阀3复中位，阀9的单向阀允许迅速排出制动缸下腔的液体，使制动闸瓦尽快闸住液压马达，避免重物G继续下降。

2.1.2　伸缩臂机构液压回路

伸缩机构是一种多级式伸缩起重臂伸出与缩回的机构。图2-2为伸缩臂机构液压回路，臂架有3节，Ⅰ是第1节臂，或称基臂；Ⅱ是第2节臂；Ⅲ是第3节臂；后一节臂可依靠液压缸相对前一节臂伸出或缩进。3节臂只要两只液压缸：液压缸6的活塞与基臂Ⅰ铰接，而其缸体铰接于第2节臂Ⅱ，缸体运动臂Ⅱ相对臂Ⅰ伸缩；液压缸7的缸体与第2节臂Ⅱ铰接，而其活塞铰接于第3节臂Ⅲ，活塞运动使臂Ⅲ相对于臂Ⅱ伸缩。

第2和第3节臂是顺序动作的，对回路的控制可依次做如下操作。

①手动换向阀2左位，电磁阀3也左位，使液压缸6上腔压入液体，缸体运动将第2节臂Ⅱ相对于基臂Ⅰ伸出，第3节臂Ⅲ则顺势被臂Ⅱ托起，但对臂Ⅱ无相对运动，此时实现举重上升。

②手动换向阀仍左位，但电磁换向阀换右位，液压缸6因无液体压入而停止运动，臂Ⅱ对臂Ⅰ也停止伸出，而液压缸7下腔压入液体，活塞运动将臂Ⅲ相对于臂Ⅱ伸出，继续举重上升。连同上一步序，可将3臂总长增至最大，将重物举升至最高位。

③手动换向阀换为右位，电磁换向阀仍为右位，液压缸7上腔压入液体，活塞运动臂Ⅲ相对于臂Ⅱ缩回，为负重下降，故此时需平衡阀5作用。

④手动换向阀仍右位，电磁换向阀换左位，液压缸6下腔压入液体，缸体运动将臂Ⅱ相对于臂Ⅰ缩回，亦为负重下降，需平衡阀4作用。

如不按上述次序操作，可以实现多种不同的伸缩顺序，但不可能出现两个液压缸同时动作。

伸缩臂机构可以不同的方法，即不采用电磁阀而用顺序阀，液压缸面积差动，机械结构等办法实现多个液压缸的顺序动作，还可以采用同步措施实现液压缸的同时动作。

2.1.3　变幅机构液压回路

变幅机构在起重机、挖掘机等工程机械中，用于改变臂架的位置，增主机的工作范围。最常见的液压变幅机构是用双作用液压缸作液动机，也有采用液压马达和柱塞缸。图2-3为双作用液压缸变幅回路。

液压缸6承受重物G及臂架质量之和的分力作用，因此，在一般情况下应采用平衡阀3来达到负重匀速下降的要求，如图2-3（a）所示。但在一些对负重下降匀速要求不很严格的场合，可以采用液控单向阀4串联单向节流阀5来代替平衡阀，如图2-3（b）所示。其中阀4的作用，一是在承重静止时锁紧液压缸6；二是在负重下降时泵形成一定压力打开控制口，使液压缸下腔排出液体而下降。但阀4却没有平衡阀使液压缸匀速下降的功能，然而这种功能由单向节流阀5来实现。由于节流阀形成足够压力的动态过程时间较长，所以实际上液压缸在相当长时间内加速下降，然后才实现匀速，这一点就不如平衡阀性能好。

2.1.4　回转机构液压回路

为了使工作机构能够灵活机动地在更大范围进行作业，就需要整个业架作旋转运动。回转机构就是实现这种目的。回转机构的液压回路，如图2-4所示。液压马达5通过小齿轮与大齿轮的啮合，驱动作业架回转。整个作业架的转动惯量特别大，当换向阀2由上或下位转换为中位时，A、B口关闭，液压马达停止转动。但液压马达承受的巨大惯性力矩使转动部分继续前冲一定角度，压缩排出管道的液体，使管道压力迅速升高。同时，压入管道液源已断，但液压马达前冲使管道中液体膨胀，引起压力迅速降低，甚至产生真空。这两种压力变化如果很激烈，将造成管道或液压马达损坏。因此必须设置一对缓冲阀3、4。当换向阀的B口连接管道为排出管道时，阀4如同安全阀那样，在压力突升到一定值时放出管道中液体，又进入与A口连接的压入管道，补充被液压马达吸入的液体，使压力停止下降，或减缓下降速度。所以对回转机构液压回路来说，缓冲补油是非常重要的。

2.1.5　支腿机构液压回路

对轮胎式工程机械来说，为了扩大作业面积和增加整体稳定性，需要在车架上向轮胎外侧伸出支腿，将整体支撑起来，使重心可以在轮胎覆盖范围以外、支腿覆盖范围以内变化。支腿种类有蛙式、H式、X式和辐射式等。这里仅以H式支腿的一种液压回路为例，说明回路的一些特点。

H式支腿由四组液压缸组成，每组包括一个水平缸和一个垂直缸。图2-5（a）为一组液压缸的作用示意图，水平液压缸8将支腿推出轮胎覆盖范围，而用垂直液压缸9将车架顶起，使轮胎从地面抬起不再支撑车架，这样整体就在支腿机构的支撑下进行作业。

图2-5（b）是这种机构的液压回路图。换向阀2控制四个水平液压缸5的伸缩。在水平缸动作时，交腿机构尚未起作用，轮胎未离开地面，负载阻力不大，而且只要伸到适当位置即可，所以水平液压缸的控制很简单。换向阀3控制四个垂直液压缸6的升降。4个垂直液压缸的升程应能使车架整体保持一定程度的高度水平，所以需要驾驶员操作车架调平用的转阀4。转阀在Ⅰ位时，同时控制四个液压缸，在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ位时，分别控制液压缸6a、6b、6c、6d，而在Ⅳ位时，4个液压缸都无液体进出，这时支腿将车架支撑在理想的作业位置。若地面高低不平，操作调平转阀，调节4个垂直液压缸的升程，使车架保持水平。4个双向液压锁7分别控制一个垂直缸，当支腿支撑车架静止时，垂直液压缸上腔液体承受重力负载，为了避免车架沉降，故需要用连通上腔的液控单向阀起锁紧作用，防止俗称的“软腿”现象。当轮胎支撑车架时，垂直液压缸下腔液体承受支腿本身的重量，为了避免支腿降到地面，防止俗称的“掉腿”现象，故需要用连通下腔的液控单向阀起锁紧作用。

2.1.6　转向机构液压回路

车辆在行走和作业过程中，需要改变整个车体的运动方向，即所谓转向。对偏转车轮型车辆来说，驾驶员操纵转向盘，通过转向机构使车轮转一个角度。而对铰接车架型车辆来说，使起导向作用的那部分车架转一个角度，这样就可以引导整车改变方向。现以偏转轮型为例分析液压转向原理。

车辆转向时，要求转向机构产生很大的驱动力矩，同时还要有足够的转动速度，必须应用功率放大方式。液压功率放大是最理想的方式，因其转向功率大，但重量却很轻，操纵轻便而平稳。

对液压功率放大原理、概念和术语，这里结合一种典型的液压转向机构作概括的分析。

如图2-6所示为转向机构，驾驶员操作转向盘1，假定顺时针转动α角，最终车轮转过相应的β角，整车就被准确转向到所希望的行驶方向。

在液压转向机构中，控制阀2的阀芯2a与转向盘连接并随其顺时针转过α角。由于阀体2b没有转动，控制阀2就由中位变至上位通路，即P口与C口相通，泵的高压液体压入液压马达3的3C腔，而液压马达的3D腔排出液体，通过控制阀2的D口流向B口。由于液压马达的输出轴上几乎没有阻力矩，所以B口压力与C口压力很相近。B路液体送入液压缸4a的有杆腔和4b的无杆腔，使4a杆拉动而4b杆推动杠杆机构8，从而车轮顺时针转动α角。同时，液压缸4a和4b的排出液体汇集在一起，通过控制阀2的A口，经O口流入油箱。

上述工作过程并没有达到控制的最终目的，因为驾驶员虽然将转向盘拨到最终的α角，但由于控制阀2处于上位，液压马达3和液压缸4a和4b都继续动作，车轮的偏转动作将持续下去，有可能超过与α角相对应的β角，导致方向失控。由于转向机构具有一种特殊措施，能实现所谓位置反馈的功能，即液压马达的输出轴与控制阀2的阀体2b连接在一起，当控制阀开始进入上位时，液压马达的输出轴就开始转动，拖动阀体跟踪阀芯顺时针旋转，于是就有关闭阀口C、D、A、B的趋势，也就是使控制阀恢复中位的倾向。但由于驾驶员还未将转向盘拨足α角，所以转向盘和阀芯继续旋转，而阀体总是稍稍落后地跟踪着阀芯，所以控制阀不会回到中位。一旦转向盘和阀芯在α角上停下来，阀体终究会被拖到使控制阀实现中位的位置上。这时，液压马达和液压缸就地停止运动，而车轮恰恰达到驾驶员所希望的β偏转角。所以这种位置反馈措施，促使转向机构准确地实现控制目的。

这里的液压马达和一般传动系统的液压马达作用不同。第一，它实际上起着把一定体积V的液体送入液压缸，以形成一定的位移x最终产生准确的车轮偏转角β，所以人们把液压马达3称为“计量马达”。第二，它的输出轴只要在反馈过程中克服拖动控制阀体的阻力矩，这只要求液压马达输出很微小的驱动力矩，并不像一般液压马达输出轴要驱动很大的负载力矩。

通过以上分析可知，驾驶员只要用很小的力量，轻轻拨动控制阀的阀芯，就可使液压缸发出很大的功率，使承受很大阻力矩的车轮转向，这就是液压功率放大的作用。

当驾驶员操作转向盘逆时针转动，使控制阀由中位变至下位通路，与上述情况类似，车轮将转向相反方向。

当发动机熄火，泵5停止压出液体时，这种液压转向机构仍能进行人工转向。

在实际装置中，转向盘1的轴与液压马达3都在一根轴线上，但在一般情况下，二者不相连。在发动机和泵正常工作时，驾驶员拨动转向盘，液压马达即以液压原理跟踪阀2的转动，所以转向盘和液压马达之间的角度差，或者没有（稳态时），或者很小（动态时）。当发动机熄火而泵停止工作时，液压控制系统不起作用，驾驶员拨动转向盘，液压马达不再跟踪，二者角度差就不断增大，当转向盘转到大于某角度β以后，此装置中装有键销（图2-6中未示出），转向盘轴就可以通过键销以机械方式强行带动液压马达3旋转，使它以人力驱动的“泵”的特点工作，将液体压入4a和4b缸的同一腔，同时两个缸的另一腔排液，由3吸入。4a的4b的运动，通过杠杆机构8实现转向，称为人力转向，这是一种应急措施。