动图详解四柱液压机原理

我们以两个油缸的动作过程为线索，来尝试拆解一下四柱液压机的系统原理图。该类型液压机采用了高压大流量的恒功率变量泵，既可以满足加工工艺的要求，又可以节省可观的能量。

一、主油缸的动作过程

主油缸快速下行的过程

当你按下启动按钮后，电磁铁【1DT】和【5DT】得电，使得电液换向阀【10】工作在右位，电磁换向阀【11】也工作在右位。辅助泵【1】输出的控制油液，在流经电磁换向阀【11】后，将液控单向阀【12】打开。此时，系统内的油液流动路径如下：

进油路：主泵【3】→换向阀【10】的右位→单向阀【16】→主油缸的无杆腔；

回油路：主油缸的有杆腔→液控单向阀【12】→换向阀【10】的右位→换向阀【4】的中位→油箱。

此时，主油缸的活塞杆和滑块在自重的作用下快速下落。但考虑到主泵【3】的流量并不足以补充主油缸顶部因快速下降而腾出的空腔，因此我们会在主油缸顶部设置一个副油箱【18】，副油箱中的油液会在大气压力和液位高度的联合作用下，经过配有卸荷阀芯的液控单向阀【14】，顺利流入主油缸的无杆腔内。

滑块慢速接近工件以及加压的过程

当主油缸上的活动挡块压下行程开【XK2】时，电磁铁【5DT】失电，换向阀【11】切换到左位工作，液控单向阀【12】关闭。此时，主油缸无杆腔内的压力开始升高，阀【14】被迫关闭，且主泵【3】的排量自动减小，接着，主油缸就转而进入慢速接近工件并逐渐加压的阶段。在这个阶段中，系统的油液流动路径为：

进油路：主泵【3】→换向阀【10】的右位→单向阀【16】→主油缸的无杆腔；

回油路：主油缸的有杆腔→单向阀【13】→换向阀【10】的右位→换向阀【4】的中位→油箱。

滑块先是慢速接近工件，一旦滑块接触到工件后，阻力会急剧增加，随之而来的就是主油缸无杆腔内的压力进一步升高，主泵【3】的排量进一步减小，主油缸驱动滑块以极慢的速度对工件加压。

 保压过程

当主油缸无杆腔内的压力达到预先设定值时，压力开关【17】就会发出信号，使得电磁铁【1DT】失电，电液换向阀【10】切换回中位，主油缸的上、下腔均被封死，系统开始进入保压状态。此时，单向阀【16】能够保证主油缸上腔具备良好的密封性，以保持持续地高压状态。保压时间可以由压力开关【17】控制的时间继电器设定。

在保压阶段，除了主泵【3】低压卸荷以外，系统中没有其它油液在流动。系统的油液流动路径为：主泵【3】→换向阀【10】的中位→换向阀【4】的中位→油箱。

泄压及快速返回的过程

4.1、为什么要先泄压？

当到达设定的保压时间后，时间继电器会发出信号，保压过程结束，电磁铁【2DT】得电，换向阀【10】切换到左位工作，主油缸进入回程阶段。

需要注意的是，如果此时主油缸的无杆腔立即与回油侧完全相连通，那么在保压阶段无杆腔内积蓄的大量能量会突然向外释放，从而产生液压冲击，引起振动和噪声。所以系统在保压结束后，必须先行泄压，然后再执行快速回程动作。具体的泄压过程如下：

当换向阀【10】切换到左位工作的瞬间，主油缸无杆腔还未来得及泄压，压力依旧很高，此时带阻尼孔的卸荷阀【15】呈开启状态，油液流动路径为：

主泵【3】→换向阀【10】的左位→卸荷阀【15】→油箱。

此时主泵【3】工作在低压状态，这个压力并不足以打开复式液控单向阀【14】的主阀芯，但却能开启其内部套装的卸荷小阀芯，主油缸无杆腔的高压油经过这个卸荷小阀芯的开口泄回到顶部的副油箱【18】，随着压缩油液的泄回，主油缸无杆腔内的压力也就随之降低了。整个泄压过程会持续到主油缸无杆腔内的压力降到使卸荷阀【15】关闭为止。

 4.2、快速回程

在泄压过程结束后，主泵3的供油压力开始上升，直至顶开单向阀【14】的主阀芯。此时系统内油液的流动路径为：

进油路：主泵【3】→换向阀【10】的左位→液控单向阀【12】→主油缸的有杆腔；

回油路：主油缸无杆腔→液控单向阀【14】→副油箱【18】。 

4.3、停止

当主缸活塞杆顶端的滑块压下行程开关【XK1】时，电磁铁【2DT】失电，使换向阀【10】切换到中位，主油缸上、下腔再次被封死进而停止运动，快速回程动作至此结束。此时主泵【3】再次处于卸荷状态。系统的油液流动路径为：

主泵【3】→换向阀【10】的中位→换向阀【4】的中位→油箱。

该系统主油缸和顶出缸两者的动作互锁，即只有当换向阀【10】处于中位，主油缸不运动时，压力油才能流经换向阀【4】，进而使得顶出缸执行顶出动作

顶出缸的顶出过程

当我们按下顶出按钮，电磁铁【3DT】通电，换向阀【4】切换到左位工作，顶出缸的活塞开始上移，从而将工件顶出。此过程中，系统的油液流动路径为：

进油路：主泵【3】→换向阀【10】的中位→换向阀【4】的左位→顶出缸的无杆腔；

回油路：顶出缸的有杆腔→换向阀【4】的左位→油箱。

顶出缸的退回过程

当顶出缸完成顶出动作后，电磁铁【3DT】失电，而电磁铁【4DT】得电，换向阀【4】工作在右位，顶出缸的活塞开始下降，此过程中系统的油液流动路径如下：

进油路：主泵【3】→换向阀【10】的中位→换向阀【21】的右位→顶出缸的有杆腔；

回油路：顶出缸的无杆腔→换向阀【4】的右位→油箱。

浮动压边

在进行薄板拉伸时，为了进行压边，要求顶出缸既要保持一定的压力，又能随着主油缸的下降而下降。

也就是说，当顶出缸上升到顶住被拉伸的工件后，电磁铁【3DT】断电，换向阀【4】切换到中位，此时顶出缸无杆腔内的油液被封死。

接着，当主油缸进一步下压时，顶出缸无杆腔的压力会升高，当压力升高到一定程度时，顶出缸无杆腔内的油液会经过节流阀【7】和背压阀【6】返回油箱；而顶出缸有杆腔的补充油液则来自主油缸的有杆腔，所以顶出缸的活塞可以顺利下行。

 需要强调的是，此处的背压阀【6】是采用溢流阀来建立背压的，而溢流阀一般是锥阀，其开度变化时，开口面积变化比较大，进而会影响运动的平稳性，因此我们在它之前串接了一个节流阀【7】。最后说一下这个安全阀【5】，其作用就是为了限定顶出缸无杆腔的最大压力，同时也可以防止因节流阀【7】堵塞而造成憋压的情况发生。