液压与气压传动课件(精华版)（可编辑）

液压与气压传动课件精华版普通高等教育十一五国家级重点教材普通高等工科教育机电类规划教材液压与气压传动第4版左健民主编主讲陈水胜湖北工业大学机械电子工程系2011年2月前言一课程的性质和任务二课程的基本要求三课程内容理论教学实验教学56学时四教学大纲执行说明五学时分配六教材及参考书总目录绪论第一章流体力学基础第二章液压动力元件第三章液压执行元件第四章液压控制元件第五章液压辅助元件第六章液压基本回路第七章典型液压传动系统第八章液压伺服和电液比例控制技术第九章液压系统的设计与计算绪论一液压与气压传动的研究对象二液压与气压传动的工作原理三液压与气压传动系统的组成四液压与气压传动的优缺点五液压与气压传动的应用及发展一液压与气压传动的研究对象二液压与气压传动的工作原理液压传动的工作原理1力比例关系2运动关系3功率关系三液压与气压传动系统的组成四液压与气压传动的优缺点五液压与气压传动的应用及发展气压传动的应用液压与气压传动发展第一章流体力学基础第一节液压传动的工作介质第二节液体静力学第三节液体动力学第四节定常管流的压力损失计算第五节孔口和缝隙流量第六节空穴现象和液压冲击第一节液压传动的工作介质3粘性三工作介质的分类和选择第二节液体静力学一液体静压力及其特性二液体静压力基本方程三压力的表示方法及单位四帕斯卡原理五液体静压力对固体壁面的作用力121液体静压力及其特性122静力学基本方程2静压力基本方程式的物理意义123压力的表示方法及单位124帕斯卡原理帕斯卡原理的应用125液体静压力对固体壁面的作用力第三节液体动力学基本概念液体流动基本方程131基本概念二伯努利方程第四节定常管流的压力损失计算二沿程压力损失三局部压力损失第五节孔口和缝隙流量第二章液压动力元件第一节液压泵概述2液压泵的特点二液压泵的主要性能参数2排量和流量3功率和效率2液压泵的功率3液压泵的总效率第二节齿轮泵一外啮合齿轮泵二外啮合齿轮泵的排量和流量计算2流量Q三外啮合齿轮泵的结构特点和优缺点1泄漏2困油3径向不平衡力4优缺点二内啮合齿轮泵第三节叶片泵一单作用叶片泵2单作用叶片泵的排量和流量计算2单作用叶片泵的排量和流量计算二双作用叶片泵二双作用叶片泵的排量和流量计算二双作用叶片泵的排量和流量计算三双作用叶片泵的结构特点2定子曲线2定子曲线3叶片的倾角四提高双作用叶片泵的压力的措施三限压式变量叶片泵1外反馈限压式变量叶片泵的工作原理YBX型外反馈限压式变量叶片泵2内反馈限压式变量叶片泵3限压式变量叶片泵的QP特性第四节柱塞泵一1轴配油径向柱塞泵的工作原理一2阀配油径向柱塞泵的工作原理一3径向柱塞泵的排量和流量二一轴向柱塞泵的工作原理二二轴向柱塞泵的排量和流量计算二三直轴式轴向柱塞泵的结构特点二三直轴式轴向柱塞泵的结构特点第五节液压泵的噪声一产生噪声的原因二降低噪声的措施第六节液压泵的选用第三章液压执行元件第一节液压马达第二节液压缸第一节液压马达液压执行元件是将液压泵提供的液压能转变为机械能的能量转换装置它包括液压缸和液压马达液压马达习惯上是指输出旋转运动的液压执行元件而把输出直线运动其中包括输出摆动运动的液压执行元件称为液压缸一液压马达的特点及分类1叶片式液压马达2径向柱塞式液压马达3轴向柱塞马达4齿轮液压马达三液压马达的性能参数第二节液压缸液压缸的结构和组成缸体组件活塞组件密封装置缓冲装置排气装置液压缸的设计计算第四章液压控制元件第一节概述第二节方向控制阀第三节压力控制阀第四节流量控制阀第五节分流集流阀第六节插装阀第七节电液数字控制阀第八节电液比例控制阀第一节概述第二节方向控制阀421单向阀一普通单向阀结构阀体阀芯弹簧等作用只许油液单向流动反向不通要求正向流动阻力小反向不通密封好开启压力003005MPA背压阀单向阀的变形弹簧较硬开启压力0206MPA背压执行元件回油腔的压力二液控单向阀422换向阀利用阀芯对阀体的相对运动使油路接通关断或变换油流的方向从而实现液压执行元件及其驱动机构的启动停止或变换运动方向按阀芯相对于阀体的运动方式滑阀和转阀按操作方式手动机动电磁动液动和电液动等按阀芯工作时在阀体中所处的位置二位和三位等按换向阀所控制的通路数不同二通三通四通和五通等1手动换向阀2机动换向阀机动换向阀又称行程阀主要用来控制机械运动部件的行程借助于安装在工作台上的档铁或凸轮迫使阀芯运动从而控制液流方向3电磁换向阀利用电磁铁的通电吸合与断电释放而直接推动阀芯来控制液流方向它是电气系统和液压系统之间的信号转换元件4液动换向阀利用控制油路的压力油来改变阀芯位置的换向阀阀芯是由其两端密封腔中油液的压差来移动的如图所示当压力油从K2进入滑阀右腔时K1接通回油阀芯向左移动使P和B相通A和O相通当K1接通压力油K2接通回油阀芯向右移动使P和A相通B和O相通当K1和K2都通回油时阀芯回到中间位置5电液换向阀三换向阀的性能和特点2滑阀的液动力换向阀小结第三节压力控制阀43431溢流阀1直动式溢流阀2先导式溢流阀应用432减压阀减压阀的主要性能应用433顺序阀434压力继电器应用压力阀小结第四节流量控制阀441节流阀节流阀的压力和温度补偿442调速阀45分流集流阀46插装阀分类47电液数字控制阀1增量式数字阀结构举例2脉宽调制式数字阀48电液比例控制阀比例阀的工作原理与分类先导式比例溢流阀先导式比例减压阀比例调速阀液压阀的连接第五章液压辅助元件第一节管路和管接头一管路管路的选择管路的装配二管接头1焊接管接头2卡套式管接头3扩口管接头4胶管接头5插入快换接头6快速接头第二节油箱油箱的容积计算二设计油箱时的注意事项第三节过滤器一过滤器的基本要求二过滤器的型式三过滤器的安装2安装在泵的出口油路上3安装在系统的回油路上4安装在系统的分支油路上5单独过滤系统四过滤器的选用第四节密封装置一对密封装置的要求二密封装置的类型和特点第五节蓄能器一蓄能器的类型与结构1活塞式蓄能器2气囊式蓄能器3其它类型蓄能器二蓄能器的功用2缓和冲击吸收压力脉动3保压和补充泄漏三蓄能器容量计算四蓄能器的安装第六节冷却器第七节分水滤气器第八节油雾器引射现象油雾器原理油雾器的使用第九节消声器第六章液压基本回路第一节压力控制回路一调压回路2二级调压回路3多级调压回路4连续按比例进行压力调节的回路二减压回路多级减压回路三增压回路四卸荷回路1换向阀卸荷回路2用先导型溢流阀卸荷的卸荷回路3二通插装阀卸荷回路五保压回路1利用液压泵保压的保压回路2利用蓄能器的保压回路3自动补油保压回路六平衡回路第二节速度控制回路一调速回路一节流调速回路1进油节流调速回路1速度负载特性2最大承载能力3功率和效率2回油节流调速回路1速度负载特性3功率和效率3旁油路节流调速回路1速度负载特性2最大承载能力3功率与效率4采用调速阀的节流调速回路二容积调速回路1变量泵和定量液压执行元件的容积调速回路2定量泵和变量马达的容积调速回路3变量泵和变量马达容积调速回路三容积节流调速回路1限压式变量泵和调速阀的容积节流调速回路2差压式变量泵和节流阀的容积节流调速回路二快速运动回路1液压缸差动连接回路2采用蓄能器的快速运动回路3双泵供油回路三速度换接回路1快速与慢速的换接回路2两种慢速的换接回路第三节多缸工作控制回路一顺序动作回路1行程控制的顺序动作回路2压力控制的顺序动作回路二同步回路1带补偿措施的串联液压缸同步回路2用同步缸或同步马达的同步回路三多缸快慢速互不干扰回路第四节其它回路第七章典型液压传动系统第一节YT4543型组合机床动力滑台液压系统第二节M1432型万能外圆磨床液压系统第三节YB32200型液压机液压系统第四节装卸堆码机液压系统71YT4543型组合机床液压系统一概述二YT4543型动力滑台液压系统的工作原理系统特点分析72M1432A型万能外圆磨床对外圆磨床工作台往复运动的要求COM系统工作原理1工作台往复运动2换向动作COM砂轮架横向快速进退COM尾架顶尖松开和夹紧COM砂轮架周期进给运动COM系统特点73液压压力机液压系统一、概述二、系统工作原理工作过程三、系统特点74装卸堆码机液压系统一、概述二、工作原理三、系统特点第八章伺服控制系统和电液比例控制技术伺服系统又称为随动系统或跟踪系统是一种自动控制系统在这种系统中执行元件能以一定的精度自动地按照输入信号的变化规律动作液压与气压伺服系统是由液压元件或气压元件组成的伺服系统81液压伺服控制2电液伺服阀的工作原理82、电液比例控制一、电液比例控制阀83、计算机电液控制技术第九章液压系统的设计计算第一节明确设计要求进行工况分析二工况分析第二节拟定液压系统原理图一所用液压执行元件的类型二液压回路的选择三液压回路的综合第三节液压元件的计算和选择一动力元件的选择二执行元件的选择2液压马达的计算与选择三控制元件的选择四辅助元件的选择第四节液压系统的性能验算二系统的总效率验算第五节绘制工作图和编制技术文件第六节液压系统设计计算举例一分析负载二确定执行元件的主要参数三确定液压系统方案和拟定液压系统原理图选择基本回路将液压回路综合成液压系统四选择液压元件五验算液压系统性能六绘制工作图和编制技术文件砂轮架快进当手控快动阀8左位工作时液压泵的压力油进入快动缸7的右腔左腔油回油箱快动缸7的活塞经丝杠螺母带动砂轮架快进到前端位置该位置是靠活塞与缸盖的接触来保证的为防止活塞与缸盖的撞击和提高终点的重复定位精度在快动缸两端没有缓冲装置在快动缸前设有抵住砂轮架的阀缸6用以消除丝杆螺母间的间隙砂轮架快退当快动阀8左位工作时快动缸左腔进入压力油右腔接油箱活塞带动砂轮架快退到最后位置尾架顶尖松开尾架顶尖松开采用脚踏或尾架阀10控制当砂轮架处于快退工况时脚踏尾架阀10其右位工作油路为液压泵快动阀8左位位架阀10右位尾架缸9下腔下腔进油使活塞上移通过杠杆机构使顶尖向右退回松开零件尾架顶尖顶紧松开脚踏板尾架阀10复尾尾架缸9下腔通过尾架阀10左位于油箱接通尾架顶尖在弹簧力作用下将工件顶紧砂轮架快进与尾架顶尖松开之间的互锁为了保证工作安全当砂轮架快进状态时无压力油通入尾架油路误踏尾架阀10也不会松开工件砂轮架周期进给运动是操纵进给阀12使砂轮架进给油缸11通过活塞上的拔抓棘轮齿轮和丝杠螺母等传动副来实现砂轮架的周期进给运动可以在工作台左端停留或右端停留时进行还可以在两端无进给这些都由选择阀13的位置来决定的其左端进给与右端进给如左动画所示1由活塞杆固定的双杆液压缸保证了左右两个方向运动速度的一致又减少了机床占地面积2采用了结构简单价格便宜的回油节流阀调整回路它适合应用在负载小且基本恒定的磨床工作台往复运动系统另外由于回油节流阀调速使液压缸回油腔产生背压有利于工作台运动平稳和有助于工作台的制动3液压系统采用行程控制制动式为主兼备时间控制制动式的换向回路工作台能实现预制动终制动端点停留和反向起动的换向过程使其换向精度和换向性能满足了万能外圆磨床的工作要求4采用了把先导阀换向阀和开停阀等制成在一个共同阀体内的液压操纵箱式结构它能显著地缩小液压元件的总体积缩短阀门通道长度减少管接头的数目使得结构紧凑操纵方便5设置了抖动缸可实现工作台抖动满足了切入磨削的工艺要求并保证了低速换向可靠性液压机是一种利用液体静压力来加工金属塑料橡胶木材粉末等制品的机械它常用于压制工艺和压制成形工艺如锻压冲压冷挤校直弯曲翻边薄板拉伸粉末冶金压装等等液压机有多种型号规格其压制力从几十吨到上万吨用乳化液作介质的液压机被称作水压机产生的压制力很大多用于重型机械厂和造船厂等用石油型液压油做介质的液压机被称作油压机产生的压制力较水压机小在许多行业部门得到广泛应用液压机多为立式其中以四柱式液压机的结构布局最为典型应用也最广泛这种液压机有4个立柱在4个立柱之间安置上下两个液压缸上液压缸驱动上滑块下液压缸驱动下滑块为了满足大多数压制工艺的要求上滑块应能实现快速下行慢速加压保压延时快速返回原位停止的自动工作循环下滑块应能实现向上顶出停留向下退回原位停止的工作循环上下滑块的运动依次进行不能同时出现1上滑块自动工作循环当电磁铁1YA通电后先导阀3和上缸换向阀7左位接入系统液控单向阀I2被打开则系统主油路走向为进油路液压泵顺序阀10上缸换向阀7左位单向阀I3上液压缸5上腔回油路上液压缸5下腔液控单向阀I2上缸换向阀7左位下缸换向阀2中位油箱上滑块在自重作用下快速下行这时上液压缸所需流量较大而液压泵的流量又较小其不足部分由充液筒副油箱6经液控单向阀I1向液压缸上腔补油慢速加压当上滑块下行到接触工件后因受阻力而减速液控单向阀I1关闭液压缸上腔压力升高实现慢速加压这时的油路走向与快速下行时相同保压延时当上液压缸上腔压力升高到使压力继电器8动作时压力继电器发出信号使电磁铁1YA断电则先导阀3和上缸换向阀7处于中位保压开始保压时间由时间继电器控制可在024MIN内调节快速下行泄压快速返回在保压延时结束时时间断电器使电磁铁2YA通电先导阀右位接入系统使控制压力油推动预泄换向阀9并将上缸换向阀7右位接入系统这时液控单向阀I1被打开其主油路走向为进油路液压泵顺序10上缸换向阀7右位液控单向阀I2上液压缸5下腔回油路上液压缸5上腔液控单向阀I1充液筒副油箱这时上滑块快速返回返回速度由液压泵流量决定当充液筒内液面超过预定位置时多余的油液由溢流管流回油箱原位停止当上滑块返回上升到挡块压下行程开关时行程开关发出信号使电磁铁2YA断电先导阀和换向阀都处于中位则上滑块在原位停止不动这时液压泵处于低压卸荷状态油路走向为液压泵顺序阀10上缸换向阀7中位下缸换向阀2中位油箱2下滑块自动工作循环向上顶出当电磁铁4YA通电使下缸换向阀2右位接入系统时下液压缸1带动下滑块向上顶出其主油路走向为进油路液压泵顺序阀10上缸换向阀7中位下缸换向阀2右位下液压缸1下腔停留当下滑块上移至下液压缸活塞碰到上缸盖时便停留在这个位置上此时液压缸下腔压力由下缸溢流阀13调定向下退回使电磁铁4YA断电3YA通电液压缸快速退回此时的油路走向为进油路液压泵顺序阀10上缸换向阀7中位下缸换向阀2左位下液压缸1上腔回油路下液压缸1下腔下腔换向阀2左位油箱原位停止原位停止是在电磁铁3YA4YA都断电下缸换向阀2处于中位的情况下实现的出力大为了获得大的压制力除采用高压泵提高系统压力之外还常常采用大直径的液压缸这样当上滑块快速下行时就需要大的流量进入液压缸上腔假若此流量全部由液压泵提供则泵的规格太大不仅造价高而且在慢速加压保压和原位停止阶段功率损失加大由于液压机上滑块的重量均较大足可以克服摩擦力及回油阻力自行下落因而本系统采用充液筒来补充快速下行时液压泵供油的不足这样使系统功率利用更加合理保压延时本系统采用液控单向阀I1I6单向阀I3的密封性和液压管路及油液的弹性来保压此方案结构简单造价低比用泵保压节省功率但是要求液压缸等元件密封性好释压返回对于高压系统在液压缸以很高压力进行保压的情况下假若立即启动换向阀使液压缸反向快速退回时将会产生液压冲击为防止这种现象发生应对换向过程进行控制先使高压腔压力释放再切换油路本系统采用预泄换向阀先使液压缸上腔压力释放降低后再使主油路换向其原理是在保压阶段预泄换向阀的上位接入系统当电磁铁2YA通电后控制压力油经减压阀和先导阀3右位进入预泄换向阀9的下端腔和液控单向阀I6的控制口由于预泄换向阀上端腔与液压缸上腔油路连路压力很高其下端腔的控制压力油不能使阀心向上移动但是液控单向阀I6可以在控制压力油作用下打开I6被打开后液压缸上腔油液经液控单向阀I6预泄换向阀上位泄至油箱这时压力被释放降低直至预泄换向阀9的阀心被推移到使下位接入系统接着控制压力油经预泄换向阀9下位进入上缸换向阀7的右端腔使其右位接入系统切换主油路实现液压缸快速退回装卸堆码机是一种仓储机械现代化的仓库里利用它可以实现纺织品包、油桶、木箱等货物的装卸、堆码的机械化作业把装卸工人从传统的人背肩扛的繁重劳动中解放出来堆码机主要有两大部分组成液压马达驱动的行走地盘六自由度的圆柱坐标式机械手机械手可以完成升降、俯仰臂伸缩、回转、手腕偏转和手指夹紧等动作图741为装卸堆码机液压系统图该系统由一台定量泵供油构成一个单泵供油的并联开式系统此外该系统采用蓄电池供电直流电动机驱动的工作方式在仓库中没有污染由于该机采用了液压驱动的机械手所以比常用的叉车更为方便、灵活堆码的高度及深度都大大高于叉车1底盘行走直流电动机带动液压泵转动当控制脚踏板换向阀5左位接入系统时地盘行走液压马达开始工作驱动底盘行走其油路流动情况进油路泵3阀6脚踏换向阀5左位液压马达18左腔回油路液压马达18右腔脚踏换向阀5左腔滤油器11油箱图741单向阀17和安全阀15用以放置液压马达超载在地盘行走困难时可按增力按钮使阀9工作使溢流阀8的远程控口堵死由阀8调压使系统压力增高行走机构行走顺利底盘后退时的情况可类推2立柱升降液压马达驱动行走机构运行到预定位置阀5复位此时操纵多路换向阀12中阀C的手动操纵杆使阀C的左位接入系统此时油液的流动情况为进油路泵3阀6阀12中C左位阀31阀30伸缩缸下腔出油路伸缩缸上腔阀12中C左位滤油器11油箱立柱升降蚕蛹了伸缩式液压缸驱动主要是为了降低该机非工作状态的高度使它伸出时有较大的高度而缩回时的体积又比较紧凑当升降的所需的高度时阀12中C复位此时由液控单向阀30锁紧当阀12中C由操纵杆操作至右位时立柱下降其油路流动情况为进油路泵3阀6阀12中C左位伸缩缸上腔出油路伸缩缸下降阀30阀31阀12中C右位滤油器11油箱回油路中单向节流阀31可以控制立柱下降速度提高稳定性3臂回转臂回转动作右手臂回转缸来实现当控制多路换向阀13中F使其作为接入系统时回转缸带动机械手臂转动转动速度可以由节流阀24调节4手指夹紧手指夹紧缸负责夹紧货物的工作手指的夹紧松开由多路换向阀控制夹紧力的大小可以由减压阀14来控制不同的货物要求不同的夹紧力可根据需要调整为使货物被夹紧后能保持一定时间特意在回路中设置了液控单向阀211采用了并联式多路换向阀使其操作集中、方便和直观同时体积重量较小2采用了二级调压回路在不同工况下使用不同压力减小系统功耗3在需要保压的地方都设置了液控单向阀使工作可靠确保安全换向阀均采用手动式操作使动作可靠且操作方便4按不同的工作要求在系统中配置了多种类型的液压执行元如双作用活塞式液压缸缸体固定和活塞杆固定两种双作用伸缩式液压缸、液压马达和摆动时液压马达等在液压进口节流阀式节流调速回路中调定节流阀的开口量后液压缸就以某一调定速度运动通过前述章节分析可知当负载油温等参数发生变化时这种回路将无法保证原有的运动速度因而其速度精度较低且不能满足精确地连续无级调速要求采用电液伺服阀控制的液压缸速度闭环控制系统这一系统不仅使液压缸速度能任意调节而且在外界干扰很大如负载突变的工况下仍能使系统的实际输出速度与设定速度十分接近即具有很高的控制精度和很快的响应性能上述速度伺服控制系统的职能方框图中一个方框表示一个元件方框中的文字表明该元件的职能带有箭头的线段表示元件之间的相互作用即系统中信号的传递方向职能方框图明确地表示了系统的组成元件各元件的职能以及系统中各元件的相互关系因此职能方框图是用来表示自动控制系统工作过程的由职能方框图可以看出上述速度伺服控制系统是由输入元件比较元件放大及转换元件执行元件反馈元件和控制对象组成的液压伺服控制是液压伺服阀为核心的高精度控制系统液压伺服阀是一种通过改变输入信号连续、成比例地控制流量和压力进行控制的根据输入信号的方式不同分为电液伺服阀和机液伺服阀一、电液伺服阀电液伺服阀是电液伺服系统中的放大元件它把输入的小功率电流信号转换并放大成液压功率负载压力和负载流量输出实现执行元件的位移、速度、加速度及力控制它是电液伺服系统的核心元件其性能对整个系统的特性有很大影响1电液伺服阀的组成电液伺服阀通常由电气机械转换装置、液压放大器和反馈机构三部分组成电气机械转换装置用来将输入的电信号转换为转角或直线位移输出输出转角的装置称为力矩马达直线位移的装置称为力马达液压放大器接受小功率的电气机械转换装置输入的转角或直线位移信号对大功率的压力油进行调节和分配实现控制功率的转换和放大反馈和平衡机构是电液伺服阀输出的流量或压力获得与输入电信号成比例的特性我们可以近似的将右图看作是电液伺服控制阀其挡板为电磁控制当无电信号输入时挡板处于中位PS为输入的压力油P1和P2为左右两喷嘴压力此时P1P2液压缸无位移当有电信号输入激励左边电磁铁产生磁场挡板向左偏移左边喷嘴间隙减小右边间隙增大即P1P2液压缸向右运动当挡板向右偏转时右边喷嘴间隙减小即P1P2液压缸向左运动3液压放大器的结构形式电液伺服阀的液压放大器常用的形式有滑阀、射流管和喷嘴挡板射流管阀射流管阀工作原理射流管阀由射流管1和接收板2组成射流管可绕O轴左右摆动一个不大的角度接收板上有两个并列的接收孔AB它们分别与液压缸两腔相通压力油从管道进入射流管后从锥形喷嘴射出经接收孔进入液压缸两腔当射流管处于两接收孔的中间位置时两接收孔内油液的压力相等液压缸不动当输入信号使射流管绕O轴向左摆动一小角度时进入孔B的油液压力就比进入孔A的油液压力大液压缸向左移动由于接收板和缸体连结在一起接收板也向左移动形成负反馈当射流管又处于两接受孔中间位置时液压缸停止运动射流管阀的优点是结构简单动作灵敏工作可靠它的缺点是射流管运动部件惯性较大工作性能较差射流能量损耗大效率较低供油压力过高时易引起振动这种控制只适用于低压小功率场合喷嘴挡板阀喷嘴挡板阀工作原理主要由挡板1喷嘴2和3固定节流小孔4和5等元件组成挡板和两个喷嘴之间形成两个可变的节流缝隙1和2当挡板处于中间位置时两缝隙所形成的节流阻力相等两喷嘴腔内的油液压力相等即P1P2液压缸不动压力油经孔道4和5缝隙1和2流回油箱当输入信号使挡板向左偏摆时可变缝隙1关小2开大P1上升P2下降液压缸缸体向左移动因负反馈作用当喷嘴跟随缸体移动到挡板两边对称位置时液压缸停止运动喷嘴挡板阀的优点是结构简单加工方便运动部件惯性小反应快精度和灵敏度高缺点是能量损耗大抗污染能力差喷嘴挡板阀常用作多级放大伺服控制元件中的前置级电液比例控制是介入普通液压阀的开关式控制和电液伺服控制之间的控制方式其实现对液流压力和流量连续的、按比例的跟随控制信号而改变性能与电液伺服控制相比其控制的精度和响应速度较低其成本低抗污染能力强又比开关式控制好近年来在国内外得到重视电液比例控制的核心元件是电液比例阀简称比例阀组成人工调节开关控制液压阀、电机械比例转换装置工作过程电机械比例转换装置把电信号按比例的转换成力或位移对液压阀进行控制电液比例阀可以按输入的电气信号连续地、按比例地对油液的压力、流量和方向进行远距离控制比例阀一般都有压力补偿性能所以其压力和流量不受负载变化的影响分类按用途和工作特点分比例压力阀、比例流量阀和比例方向阀1电液比例压力阀如图所示为一种电液比例压力阀他有压力阀1和移动式力马达2两部分组成当力马达的线圈中通入电流I时推杆3通过钢球4、弹簧5把电磁推力传给锥阀6推力的大小与电流I成比例当阀进油口P处的压力油作用在锥阀上的力超过弹簧力时锥阀打开油液通过阀口由出油口T排出这个阀的阀口开度是不影响电磁推力的但当通过阀口的流量变化时由于阀座上的小孔D处压力差的改变以及稳态液态动力的变化等被控制的油液压力依然会有一些变化电磁比例压力阀1压力阀2力马达3推杆4钢球5弹簧6锥阀2电液比例换向阀1阀体2阀心3对中弹簧4挡圈5定位套6衔铁7线圈8推杆9插头组件左右两个电磁铁的线圈只允许分别得电可以同时失电同时失电后对中弹簧使阀心复于中位电液比例幻想阀是电液比例换向减压阀和液动换向阀组合而成前者作为先导级以其出口压力来控制液动换向阀的正反向开口量大小计算机电液控制技术一般是一种以稳态输出为目的构成了从输出到输入的闭环控制系统是一个涉及传感技术、计算机控制技术、信号处理技术、机械传动技术等技术的机电一体化系统其操作简单人机对话方便系统功能强可以实现多功能控制通过软件编制可以实现不同算法且交易实现实时控制和在线检测一、泵控容积调速计算机控制系统的组成泵控容积调速计算机控制系统具有功率大、效率高等优点但由于液压系统的工作参数的严重时变而又使其输出的参数不稳定系统的静态性能和动态品质较差泵控容积调速计算机控制系统系统结构图右图所示以MCS51作为主控单元对其输出量进行检测、控制二、控制系统的硬件及软件设计控制系统的硬件设计控制系统的硬件包括输入通道的硬件配置、输出通道的硬件配置以及主控单元的硬件配置输入通道只要将转矩传感器得到的相位差信号放大再经转速转矩测量仪转变成模拟量输出然后转速信号分成转矩信号和转矩信号分成两路经高共模仰制比电路进行放大选取合适的放大倍数将其电压转变成统一的量程为200MV5V的标准电压信号再经硬件滤波高次谐波分别将转矩和转速信号接入AD的通道经AD转换后送入8031主控单元输出通道包括输出电路、步进电动机和机械传动机构后两者对系统的精度影响较大设计时先确定步进电机确定其控制电路的形式根据系统精度要求决定步进电机和机械传动结构之间的精度分配2控制系统的软件设计图831系统管理软件的主要职能是在系统启动后自动调用系统复位软件使系统复位然后调用现时软件进行显示并完成调用其输入控制值、采样信号、AD转换及滤波软件、比较并由此调用控制算法软件使系统朝着减少误差的方向运动输入信号AD转换及滤波软件控制算法及步进电动机控制软件键盘及显示软件系统自动复位软件主系统管理软件泵控液压马达容积调速系统的软件构成如右图所示系统控制算法软件是根据一定的控制策略设计出相应的控制算法并由此编写计算机应用程序图831近年来为了解决液压系统的非线性、参数时变的问题人们提出了用人工智能的方法来实现控制目的这种控制方式不需要控制对象的准确模型而能较好解决系统中稳定性与准确性的矛盾增加了对不确定因素的适应性常用的智能控制方法有模糊控制算法、参数自适应模糊控制算法以及规则可调整的模糊控制算法计算变化率模糊化模糊算法模糊判决被控对象测量控制量ABCUYEERE模糊控制器模糊控制系统原理上图为一般模糊控制系统的原理图模糊控制方法的关键是模糊控制器的设计模糊控制器由模糊化、模糊控制算法和模糊判决三部分组成对输入量偏差E和DEDT进行模糊化在进行模糊运算最后进行模糊判决得到确切的控制量液压传动系统的设计是整机设计的一部分在目前液压系统的设计主要还是经验法即使使用计算机辅助设计也是在专家的经验指导下进行的因而就其设计步骤而言往往随设计的实际情况设计者的经验不同而各有差异但是从总体上看其基本内容是一致的具体为1明确设计要求进行工况分析第一节2拟定液压系统原理图第二节3液压元件的计算和选择第三节4液压系统的性能验算第四节5绘制工作图和编制技术文件第五节一明确设计要求设计要求是做任何设计的依据液压传动系统的设计通常要考虑以下几方面的问题一了解主机的基本情况液压传动系统设计通常是主机设计的一部分设计要求主要是由主机根据工艺过程提出的因此要了解下列基本情况主机的工艺流程作业环境和主要技术参数主机的总体布局和对液压系统在空间尺寸上的限制二明确液压系统的任务与要求液压系统应该完成的运动方式移动转动或摆动液压执行元件承受负载的大小和性质运动速度的大小和变化范围液压执行元件的动作顺序和联锁关系各动作的同步要求液压系统的自动化程度运动平稳性定位精度工作效率安全性和可维护性等液压系统的工作环境如环境的温度湿度尘埃和外界振动等液压系统的成本核算这里所指的工况分析主要指对液压执行元件的工作情况的分析分析的目的式了解再工作过程中执行元件的速度负载变化的规律并将此规律用曲线表示出来作为拟定液压系统方案确定系统主要参数压力和流量的依据若液压执行元件动作比较简单也可不作图只需找出最大负载和最大速度即可1运动分析按设备的工艺要求把所研究的执行元件在完成一个工作循环时的运动规律用图表示出来这个图称为速度图现以右图所示的液压缸驱动的组合机床滑台为例说明图A是机床的动作循环图由图可见工作循环为快进工进快退图B是完成一个工作循环的速度位移曲线即速度图能够实现快速与慢速换接的方法很多这里介绍一种在组合机床液压系统中常用的行程阀的快慢速换接回路如右图所示在该回路中活塞杆上的挡块未压下行程阀时液压缸右腔的油液经行程阀回油箱活塞快速运动当挡块压下行程阀时液压缸回油经节流阀回油箱活塞转为慢速工进此换接过程比较平稳换接点的位置精度高但行程阀的安装位置不能任意布置管路连接较为复杂若将行程阀改为电磁阀安装连接比较方便但速度换接的平稳性可靠性以及换向精度都较差如右图所示为两个调速阀并联实现两种进给速度的速度换接回路在该换接回路中两调速阀由二位三通换向阀换接它们各自独立调节流量互不影响一个调速阀工作时另一个调速阀没有油液通过在速度换接过程中由于原来没工作的调速阀中的减压阀处于最大开口位置速度换接时大量油液通过该阀将使执行元件突然前冲一般用于速度预选的场合如右图所示为用两调速阀串联的方法来实现两种不同速度的换接回路在该回路中两调速阀由二位三通换向阀换接但后接入的调速阀的开口要小否则换接后得不到所需要的速度起不到换接作用该回路的速度换接平稳性比调速阀并联的速度换接回路好但由于油液经过两个调速阀所以能量损失较大在液压系统中如果由一个油源给多个液压缸输送压力油这些液压缸会因压力和流量的彼此影响而在动作上相互牵制必须使用一些特殊的回路才能实现预定的动作要求常见的这类回路主要有以下三种一顺序动作回路二同步回路三多缸快慢速互不干扰回路多缸液压系统中的各个液压缸严格地按规定顺序动作的回路称为顺序动作回路这种回路在机械制造等行业的液压系统中得到了普遍应用如组合机床回转工作台的抬起和转位夹紧机构的定位和夹紧等都必须按固定的顺序运动按控制方式不同可分为行程控制和压力控制两大类如右图所示位用行程开关和电磁换向阀控制的顺序运动回路在该回路中左电磁换向阀的电磁铁通电后左液压缸按箭头的方向右行当它右行到预定位置时挡块压下行程开关2发出信号使右电磁换向阀的电磁铁通电则右液压缸按箭头的方向右行当它运行到预定位置时挡块压下行程开关4发出信号使左电磁换向阀的电磁铁断电则左液压缸按箭头的方向左行当它左行到原位时挡块压下行程开关1使右电磁换向阀的电磁铁断电则右液压缸按箭头的方向左行当它左行到原位时挡块压下行程开关3发出信号表明工作循环结束这种用电信号控制转换的顺序运动回路使用调整方便便于更改动作顺序因此应用较广泛回路工作的可靠性取决于电器元件的质量目前来讲还可采用PLC可编程序控制器利用编程来改变行程控制这是一个发展趋势如右图所示位用行程换向阀又称机动换向阀控制的顺序运动回路在该回路中电磁换向阀和行程换向阀处于图示状态时左液压缸和右液压缸的活塞都处于左端位置即原位当电磁换向阀的电磁铁通电后左液压缸的活塞按箭头的方向右行当液压缸运行到预定的位置时挡块压下行程换向阀使其上位接入系统则右液压缸的活塞按箭头的方向右行当电磁换向阀的电磁铁断电后左液压缸的活塞按箭头的方向左行当挡块离开行程换向阀后右液压缸按箭头的方向左行退回原位该回路中的运动顺序与和与之间的转换是依靠机械挡块推压行程换向阀的阀心使其位置变换实现的因此动作可靠但是行程换向阀必须安装在液压缸附近而且改变运动顺序较困难如右图所示位使用顺序阀来实现两个液压缸顺序动作的回路在该回路中当三位四通换向阀左位接入回路且顺序阀D的调定压力大于液压缸A的最大前进工作压力时压力油先进入液压缸A左腔实现动作液压缸运动至终点后压力上升压力油打开顺序阀D进入液压缸B的左腔实现动作同样地当三位四通换向阀右位接入回路且顺序阀C的调定压力大于液压缸B的最大返回工作压力时两液压缸按和的顺序返回同步回路的功用是保证系统中的两个或多个液压缸在运动中的位移量相同或以相同的速度运动从理论上讲对两个工作面积相同的液压缸输入等量的油液即可使两液压缸同步但泄漏摩擦阻力制造精度外负载结构弹性变形以及油液中的含气量等因素都会使同步难以保证为此同步要尽量克服或减少这些因素的影响有时要采取补偿措施消除累积误差下面介绍两种较为常用的同步回路1带补偿措施的串联液压缸同步回路2用同步缸或同步马达的同步回路如右图所示为两液压缸串联同步回路在这个回路中液压缸1的有杆腔A的有效面积与液压缸2的无杆腔B的面积相等因而从A腔排除的油液进入B腔后两液压缸的升降便得到同步而补偿措施使同步误差在每一次下行运动中都可消除以避免误差的积累其补偿原理为当三位四通换向阀右位工作时两液压缸活塞同时下行若缸1的活塞先运动到底它就触动行程开关A使阀5得电压力油便经阀5和液控单向阀3向缸2B腔补油推动活塞继续运动到底误差即被消除若缸2先到底则触动行程开关使阀4得电控制压力油使液控单向阀反向通道打开使缸1A腔通过液控单向阀回油其活塞即可继续运动到底这种串联式同步回路只适用于负载较小的液压系统如右图所示位用两个尺寸相同的双杆液压缸连接的同步液压缸3来实现液压缸1和液压缸2同步运动的回路在该回路中当同步液压缸的活塞左移时油腔A与B中的油液使液压缸1和液压缸2同步上升若液压缸1的活塞先到终点则油腔A的剩余油液经单向阀4和安全阀5排回油箱油腔B的油继续进入液压缸2的下腔使之到达终点同理若液压缸2的活塞先到达终点也可使液压缸1的活塞相继到终点这种同步回路的同步精度取决于液压缸的的加工精度和密封性一般精度可达到9899由于同步缸一般不宜做得过大所以这种回路仅适用于小容量的场合若是采用同步马达的同步回路则由于所用马达一般为容积效率较高的柱塞式马达所以费用较高同步控制回路也可采用分流阀同步阀控制同步对于同步精度要求较高的场合可采用比例调速阀和电液伺服阀组成的同步回路多缸快慢速互不干扰回路的功用是防止液压系统中的几个液压缸因速度快慢的不同而在动作上的相互干扰如右图所示为双泵供油来实现多缸快慢速互不干扰回路在该回路中各液压缸1和2工进时工作压力大由左侧的小流量液压泵5供油用左调速阀3调节左液压缸1的工进速度用右调速阀4调节右液压缸2的工进速度快进时工作压力小由右侧大流量液压泵6供油两个液压泵的输出油路由二位五通换向阀隔离互不相混这样避免了因工作压力不同所引起的运动干扰使各液压缸均可单独实现快进工进快退的工作循环通过电磁铁动作表可以看出自动工作循环各个阶段油路走向及换向的状态锁紧回路的功用是使液压缸能在任意位置上停留且停留后不会因外力作用而移动位置的回路如右图所示的即为使用液控单向阀又称双向液压锁的锁紧回路当换向阀处于左位时压力油经单向阀1进入液压缸左腔同时压力油亦进入单向阀2的控制油口K打开阀2使液压缸右腔的回油可经阀2及换向阀流回油箱活塞向右运动反之活塞向左运动到了需要停留的位置只要使换向阀处于中位因阀的中位为H型机能Y型液行所以阀1和阀2均关闭使活塞双向锁紧在这个回路中由于液控单向阀的阀座一般为锥阀式结构所以密封性好泄漏极少锁紧的精度主要取决于液压缸的泄漏这种回路被广泛用于工程机械起重运输机械等有锁紧要求的场合其它回路还有节能回路等等一些回路这里不再赘述组合机床是适用于大批量生产的一种金属切削机床它是由标准化通用化的零部件和按零件形状尺寸及加工工艺要求设计的专用部件组合而成的专用高效自动化程度较高的机床广泛应用于机械制造业生产线和自动线中组合机床的动力滑台是用来实现进给运动的通用部件根据加工工艺要求在动力滑台台面上装置动力箱多轴箱及各种专用切削头等动力部件可以完成钻扩绞铣镗和攻丝等加工工序以及完成多种复杂的进给工作循环由于液压动力滑台的机械结构简单可与电器配合实现进给运动自动工作循环又可以很方便地调节工进速度因此它的应用比较广泛液压动力滑台是利用液压缸将泵站所提供的液压能转变成滑台运动所需的机械能它对液压系统性能的主要要求是速度换接平稳进给速度稳定功率利用合理效率高发热少1床身2动力滑台3动力头4主轴箱5刀具6工件7夹具8工作台9底座组合机床滑台技术参数工作压力45MPA最大进给力45104N进给速度66660MMMIN左图为YT4543型动力滑台的液压系统原理图该系统采用限压式变量泵供油电液动换向阀换向快进由液压缸差动连接来实现用行程阀实现快进与工进的转换二位二通电磁换向阀用来进行两个工进速度之间的转换为了保证进给的尺寸精度采用了止挡块停留来限位通常实现的工作循环为快进第一次工作进给第二次工作进给止挡块停留快退原位停止1快进按下启动按钮使电磁铁1YA得电吸合主油路为先导电磁阀11左位接入系统接着液动换向阀12左位接入系统进油路15141312左位8右位7左腔回油路7右腔12左位38右位7左腔由于动力滑台空载系统工作压力低液控顺序阀2关闭液压缸实现差动连接此时泵输出最大流量所以滑台向左快进第一次工进当快进到指定位置时滑台上的液压挡铁压下行程阀8使其左位接入系统压力油经调速阀4而使系统压力升高这样一方面使限压式变量叶片泵14的流量减少到与调速阀4所允许通过的流量相一致另一方面打开液控顺序阀2使液压缸差动连接断开这样滑台的运动转换为I工进其速度大小由调速阀4调节其主油路为进油路141312左位49右位7左腔回油路7右腔12左位21油箱第二次工进第一次工作进给到位时滑台上行程挡铁压下行程开关使电磁铁3YA得电电磁阀9左位接入系统此时压力油通过调速阀4又通过调速阀10进入油缸7左腔回油路与I工进时相同由于阀10的开口比阀4的小故滑台的速度大小由阀10决定4止挡块停留当II工进完成后滑台碰上死挡铁而停止运动时油缸7左腔压力升高当压力升高到压力继电器5调定值时压力继电器5发出信号给时间继电器停留时间由时间继电器调定滑台在死挡铁停留时液压泵供油压力升高流量减少其输出流量为液压泵和系统的泄漏量5快退滑台停留时间结束后时间继电器发出信号使电磁铁1YA断电2YA通电电磁阀11右位接入系统接着液动换向阀12右位接入系统因滑台快退时负载小系统压力低变量泵自动恢复到最大流量滑台快速退回其主油路为进油路1514件差阀12右位液压缸7右腔回油路液压缸7左腔单向阀6阀12右位油箱6原位停止滑台快速退回到原位挡块压下原位行程开关使1YA2YA和3YA全部断电阀1112处于中位滑台停止运动此时液压泵输出的液压右经单向阀13和阀12中位流回油箱由于阀13的压降使泵在低压下卸荷维持一定的低压是为了下一次启动时能使阀12动作液压系统工作过程简图快进第一次工作进给第二次工作进给止挡块停留快退原位停止原位停止快退止挡块停留二次工进一次工进快进3YA2YA1YA行程阀电磁铁电磁铁行程阀动作万能外圆磨床是工业生产中应用极为广泛的一种精加工机床主要用来磨削圆柱表面圆锥表面及阶梯轴肩等利用内圈磨头附件还可以磨削内圆和内锥表面万能外圆磨床工作台直线往复运动和抖动砂轮架快速进退运动和周期进给运动尾座顶尖的松开运动等都是用液压传动来实现的加工参数最大磨削外圆直径320MM因最大长度有1000MM1500MM2000MM最大磨削内圆直径100MM磨削零件表面粗糙度可达到RA063RA016根据磨削工作的特点工作台往复运动的性能对磨削加工精度影响最大工作台往复运动速度能在0054MMIN范围内实现无级调速运动平稳低速运动无爬行工作台在工作速度范围内能完成自动换向换向过程要平稳无冲击而停止启动要迅速换向精度高同速换向精度不大于002MM异速换向精度不大于02MM工作台运动到两端换向前能够停留停留时间在05S内可调工作台可作抖动在切入磨削时工作台能实现高频100500次MIN短行程13MM换向通常称为抖动以提高磨削表面光洁度和磨削效率系统工作原理液压传动系统由工作台直线往复运动砂轮架横向快速进退运动砂轮架周期进给尾座顶尖的自动松开及机床导轨润滑等部分组成磨削外圆表面的工作过程工件夹在头架卡盘里尾架顶尖顶紧工件头架驱动工件转动工作台往复运动砂轮架快速前进砂轮电机驱动砂轮转动磨削工件工件磨削完成时砂轮架快退工作台往复运动停止松开顶尖取下工件当开停阀处于右位时先导阀都处于右端位置工作台向右运动主油路的油液流动情况为进油路液压泵换向阀右位工作台液压缸右腔回油路工作台液压缸左腔换向阀右位先导阀右位开停阀右位节流阀油箱当工作台向右移动到预定位置时工作台上的左挡板拨动先导阀阀芯并使它的最终处于左端位置上这时控制油路上的A2点接通高压油、A1点接通油箱使换向阀亦处于其左端位置上于是主油路的油液流动变为进油路液压泵换向阀左位工作台液压缸左腔回油路工作台液压缸左腔换向阀左位开停阀右位节流阀油箱这时工作台向左运动并在其右挡块拨杆后发生与上述情况向反的变化使工作有改变方向向右运动反复进行直到开停阀拨向左位时才停止工作台换向时先导阀1先由左挡块碰撞拨杆而移动换向阀2Y移动其控制回油先后三次改变回路使其阀心产生第一次快跳慢进和第二次快跳的移动过程使得工作台换向经历了预制动终制动端点停留和反向启动的四个阶段工作台预制动工作台在挡快碰撞拨杆使先导阀1的阀心向左移动先导阀阀心向右制动阀心上锥面逐渐关小液压缸回油通道使工作台减速此时换向阀2阀心还没有移动所以称预制动工作台终制动当先导阀1的阀心左一道使A2接通压力油A1接通油箱时换向阀2的阀心左端回油先后有三种连通方式换向阀2的控制油路为进油路过滤器液压泵精过滤器17先导阀件差A2单向阀I2换向阀2阀心右端回油路换向阀阀心左端A1先导阀1油箱因回油路畅通无阻阀心移动很快换向阀2产生第一次快跳当阀心左端将A1封死第一次快跳完了此时阀心中部台肩刚好移到阀体中间沉割槽中使液压缸两腔油路相通工作台停止运动换向阀的快跳缩短了终制动的时间提高了换向精度为了防止先导阀1左移动落后于换向阀2利用左抖缸推动先导阀1的阀心几乎与换向阀2阀心快跳同时向左快跳其控制油路为进油路过滤器液压泵精过滤器17先导阀1A2抖动缸15左缸回油路抖动缸15右缸先导阀1油箱工作台端点停留当换向阀2的阀心左移到其左端将A1封死时第一次快跳结束此时其阀心左端的回油路为回油路换向阀2阀心左端节流阀J1A1先导阀1油箱此时换向阀2阀心按节流阀J1又称停留阀调定的速度移动由于换向阀体沉割槽宽度大于阀心中部台肩宽度液压缸两腔油路在阀心移动过程中始终保持相通使工作台得到05S的端点停留时间工作台反向启动当换向阀2的阀心左移到其左部环形槽将通道B1和直通油箱的通道A1时会油路又畅通无阻换向阀的阀心出现第二次快跳使主油路被迅速切换工作台迅速反向启动回路结构如图所示节流阀串联在泵与执行元件之间的进油路上它由定量泵溢流阀节流阀及液压缸或液压马达组成通过改变节流阀的开口量即通流截面积AT的大小来调节进入液压缸的流量Q1进而改变液压缸的运动速度定量泵输出的多余流量由溢流阀溢流回油箱为完成调速功能不仅节流阀的开口量能够调节而且必须使溢流阀始终处于溢流状态在该调速回路中溢流阀的作用一是调整并基本恒定系统压力二是将泵输出的多余流量溢流回油箱缸在稳定工作时其受力平衡方程为P1A1FP2A2式中P1P2分别为液压缸进油腔和回油腔的压力由于回油腔通油箱P20F为液压缸的负载A1A2分别为液压缸无杆腔和有杆腔的有效面积所以P1FA1因为某液压泵的供油压力PP为定值则节流阀两端的压力差为PPPP1PPFA1由式154可知经节流阀进入液压缸的流量为Q1KATPMKATPPFA1M故液压缸的运动速度为VQA1KA