教学液压试验台基本实验回路的设计论文.doc

教学液压试验台基本实验回路的设计【全套CAD图纸+毕业论文】【原创资料】

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教学液压试验台基本实验回路的设计
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二级调压回路_A3.dwg
双泵供油回路_A3.dwg
变量泵特性回路_A3.dwg
同步回路_A3.dwg
差动连接回路_A3.dwg
节流调速及加载回路_A3.dwg
试验台液压系统原理图_A0.dwg
速度换接回路_A3.dwg
顺序动作回路_A3.dwg
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教学 液压 试验台 基本 实验 试验 回路 设计 全套 cad 图纸 毕业论文 原创 资料
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液压基本回路实验台的设计


摘    要

当今世界高端的教学液压试验台生产技术,基本上已被美国、德国和日本所垄断。而国内目前不但教学液压试验台生产技术比较落后,同时教学液压试验台性能检测技术也非常落后,尚没有真正意义上的测试数据精确、实验功能全面的专业性综合性教学液压试验台。教学液压试验台发展的落后已经成为制约我国教学液压试验台生产技术发展的一个瓶颈。

而作为液压技术应用的基础—液压基本回路是学习液压传动控制的必要知识。液压回路是液压系统的有机组成部分,任何液压系统都是由一些基本回路所组成。液压基本回路是指由一些液压元件与液压辅助元件按照一定关系组合,能够实现某种特定液压功能的油路结构。最常用的基本回路是:压力控制回路;速度控制回路;方向控制回路;多执行元件控制回路。每一个基本回路都具备一种特定功能。

液压基本回路实验的开设是为了让学生在液压传动课程的学习过程中,通过实验能对液压系统的基本工作原理有更深层次的理解,熟悉典型的液压回路各自的运行特点及原理。本设计选用工程液压中常用的几个液压基本回路为实验项目,实验台采取卧式布局,液压阀安装在集成块上以简化实验台的系统油路,在实验过程中学生可以清楚了解液压元件的组合与液压回路之间的转化。


关键词:液压,液压基本回路,实验台,集成块,液压系统





THE DESIGN OF HYDRAULIC PRESSURE BASIC CIRCUIT LABORTORY STAGE

Abstract

Teaching today's world of high-end hydraulic test rig production technology, basically has been the United States, Germany and Japan monopolized. Domestic, not only teaching the hydraulic test rig production technology is relatively backward, at the same time teaching the hydraulic test rig performance detection technology is very backward, yet accurate test data in the true sense of the experimental full-featured professional teaching hydraulic test rig. Backward teaching hydraulic test rig development has become a bottleneck restricting the development of production technology in our teaching hydraulic test stand.

As the basis for application of hydraulic technology - basic hydraulic circuit is necessary to learn hydraulic transmission control knowledge. The hydraulic circuit is an integral part of the hydraulic system, any hydraulic system is composed by some basic loop. The basic hydraulic circuit is the oil passage structure to achieve certain hydraulic functions by a number of hydraulic components and hydraulic auxiliary components can be combined in accordance with a certain relationship. The most commonly used basic loop is: the pressure control loop; speed control loop; direction control circuit; multi-element control circuit. Each basic loop has a specific function.

Hydraulic Test creation to the students in the learning process of the hydraulic drive course experiments can have a deeper understanding of the basic working principle of the hydraulic system, familiar with each of the operating characteristics and principle of a typical hydraulic circuit. Several basic hydraulic circuit in the design selection of hydraulic experimental project, laboratory bench to take a horizontal layout, hydraulic valve mounted on the manifold to simplify the experiment station system oil line, high school students can experiment a clear understanding of the hydraulic components the transformation between the combination and a hydraulic circuit.


Key Words:hydraulic pressure, hydraulic pressure basic circuit ,laboratory stage, integrated block, hydraulic system

1 引言

1.1历史液压系统的发展

液压传动和气压传动称为流体传动,是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术,1795年英国约瑟夫•布拉曼(Joseph Braman,1749-1814),在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。1905年将工作介质水改为油,又进一步得到改善。

第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用,特别是1920年以后,发展更为迅速。液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的20年间,才开始进入正规的工业生产阶段。1925 年维克斯(F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。20 世纪初康斯坦丁•尼斯克(G•Constantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究;1910年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献,使这两方面领域得到了发展。

第二次世界大战(1941-1945)期间,在美国机床中有30%应用了液压传动。应该指出,日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近 20 多年。在 1955 年前后 , 日本迅速发展液压传动,1956 年成立了“液压工业会”。近20~30 年间,日本液压传动发展之快,居世界领先地位。

液压传动有许多突出的优点,因此它的应用非常广泛,如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等;行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等;钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等;土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等;发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等;船舶用的甲板起重机械(绞车)、船头门、舱壁阀、船尾推进器等;特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等;军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。

1.2液压技术的发展趋势

由于液压技术广泛应用了高技术成果,如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料,使传统技术有了新的发展,也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。尽管如此,走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破,应当主要靠现有技术的改进和扩展,不断扩大其应用领域以满足未来的要求。


内容简介:
本 科 毕 业 设 计(论 文) 题目 教学液压试验台基本实验回路的设计 学生姓名 学 号 指导教师 学 院 专 业 交稿日期 nts学术诚信声明 本人郑重声明 :所呈交的毕业设计(论文),是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本 毕业 设计(论文)不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 中文题目: 英文题目: 作者签名: 日期: 年 月 日 版权使用授权书 本毕业设计(论文)作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版,允许论文被查阅和借阅。本人授权上海建桥学院可以将本毕业设计(论文)的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业设计(论文)。 保 密 ,在 年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密 。 (请在以上方框内打 “ ” , 如作者未做出选择的情况下,按不保密处理。 ) 作者签名: 指导教师签名: 日期: 年 月 日 日期: 年 月 日nts上海建桥学院本科毕业设计(论文) - I - 液压基本回路实验台的设计 摘 要 当今世界高端的教学液压试验台生产技术,基本上已被美国、德国和日本所垄断。而国内目前不但教学液压试验台生产技术比较落后,同时教学液压试验台性能检测技术也非常落后,尚没有真正意义上的测试数据精确、实验功能全面的专业性综合性教学液压试验台。教学液压试验台发展的落后已经成为制约我国教学液压试验台生产技术发展的一个瓶颈。 而作为液压技术应用的基础 液压基本回路是学习液压传动控制的必要知识。液压回路是液压系统的有机组成部分 ,任何液压系统都是由一些基本回路所组成。液压基本回路是指由一些液压元件与液压辅助元件按照一定关系组合,能够实现某种特定液压功能的油路结构。最常用的基本回路是:压力控制回路;速度控制回路;方向控制回路;多执行元件控制回路。每一个基本回路都具备一种特定功能。 液压基本回路实验的开设是为了让学生在液压传动课程的学习过程中,通过实验能对液压系统的基本工作原理有更深层次的理解,熟悉典型的液压回路各自的运行特点及原理。本设计选用工程液压中常用的几个液压基本回路为实验项目,实验台采取卧式布局,液压阀安装在集成块上以简化实 验台的系统油路,在实验过程中学生可以清楚了解液压元件的组合与液压回路之间的转化。 关键词: 液压,液压基本回路,实验台,集成块,液压系统 nts教学液压试验台基本实验回路的设计 II THE DESIGN OF HYDRAULIC PRESSURE BASIC CIRCUIT LABORTORY STAGE Abstract Teaching todays world of high-end hydraulic test rig production technology, basically has been the United States, Germany and Japan monopolized. Domestic, not only teaching the hydraulic test rig production technology is relatively backward, at the same time teaching the hydraulic test rig performance detection technology is very backward, yet accurate test data in the true sense of the experimental full-featured professional teaching hydraulic test rig. Backward teaching hydraulic test rig development has become a bottleneck restricting the development of production technology in our teaching hydraulic test stand. As the basis for application of hydraulic technology - basic hydraulic circuit is necessary to learn hydraulic transmission control knowledge. The hydraulic circuit is an integral part of the hydraulic system, any hydraulic system is composed by some basic loop. The basic hydraulic circuit is the oil passage structure to achieve certain hydraulic functions by a number of hydraulic components and hydraulic auxiliary components can be combined in accordance with a certain relationship. The most commonly used basic loop is: the pressure control loop; speed control loop; direction control circuit; multi-element control circuit. Each basic loop has a specific function. Hydraulic Test creation to the students in the learning process of the hydraulic drive course experiments can have a deeper understanding of the basic working principle of the hydraulic system, familiar with each of the operating characteristics and principle of a typical hydraulic circuit. Several basic hydraulic circuit in the design selection of hydraulic experimental project, laboratory bench to take a horizontal layout, hydraulic valve mounted on the manifold to simplify the experiment station system oil line, high school students can experiment a clear understanding of the hydraulic components the transformation between the combination and a hydraulic circuit. Key Words: hydraulic pressure, hydraulic pressure basic circuit ,laboratory stage, integrated block, hydraulic system nts上海建桥学院本科毕业设计(论文) - III - 目 录 摘 要 . I Abstract . II 1 引言 . 1 1.1 历史液压系统的发展 . 1 1.2 液压技术的发展趋势 . 1 1.2.1 减少能耗 ,充分利用能量 . 2 1.2.2 主动维护 . 2 1.2.3 机电一体化 . 2 2 设计要求及设计参数 . 4 2.1 设计要求 . 4 2.2 设计参数 . 4 3 制定系统方案及拟订液压系统图 . 5 3.1 制定系统方案 . 5 3.1.1 压力控制回路 . 5 3.1.2 速度控制回路 . 8 3.1.3 方向控制回路 . 11 3.1.4 多执行元件控制回路 . 11 3.2 拟订液压系统图 . 14 4 系统主要参数计算及元件选取 . 16 4.1 系统主要参数计算 . 16 4.2 动力源的选取 . 16 4.2.1 液压泵的选择 . 16 4.2.2 电动机功率的确定 . 16 4.2.3 连轴器的选择 . 17 4.3 液压元件的选择 . 17 5 集成块及泵站设计 . 19 5.1 集成块的设计 . 19 5.2 泵站的设计 . 20 5.3 液压试验台机械部分设计说明 . 20 6 实验回路分析 . 21 6.1 二级调压泄荷回路 . 21 6.1.1 实验油路 . 21 6.1.2 工作原理及实验内容 . 21 nts教学液压试验台基本实验回路的设计 IV 6.2 节流调速及加载回 路 . 22 6.2.1 实验油路 . 22 6.2.2 工作原理及实验内容 . 22 6.3 变量泵特性实验回路 . 23 6.3.1 实验油路 . 23 6.3.2 工作原理及实验内容 . 23 6.4 顺序动作回路 . 24 6.4.1 实验油路 . 24 6.4.2 工作原理及实验内容 . 24 6.5 差动连接快速回路 . 25 6.6.1 实验油路 . 26 6.6.2 工作原理及实验内容 . 26 6.6 双泵快速回路 . 27 6.6.1 实验油路 . 27 6.6.2 工作原理及实验内容 . 28 6.7 同步回路 . 28 6.7.1 实验油路 . 29 6.7.2 工作原理及实验内容 . 29 6.8 速度换接回路 . 30 6.8.1 实验油路 . 30 6.8.2 工作原理及实验内容 . 31 结 论 . 32 参考文献 . 33 致 谢 . 34 nts上海建桥学院本科毕业设计(论文) 1 1 引言 1.1 历史液压系统的发展 液压传动和气压传动称为流体传动,是根据 17 世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术, 1795 年英国约瑟夫 布拉曼 (Joseph Braman,1749-1814),在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。 1905 年将工作介质水改为油,又进一步得到改善。 第一次世界大战 (1914-1918)后液压传动广泛应用,特别是 1920 年以 后,发展更为迅速。液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的 20 年间,才开始进入正规的工业生产阶段。 1925 年维克斯 (F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵 ,为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。 20 世纪初康斯坦丁 尼斯克 (GConstantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究 ;1910 年对液力传动 (液力联轴节、液力变矩器等 )方面的贡献,使这两方面领域得到了发展。 第二次世界大战 (1941-1945)期间 ,在美国机床中有 30%应用了液压传动。应该指出 ,日本液压传动的发展较欧 美等国家晚了近 20 多年。在 1955 年前后 , 日本迅速发展液压传动 ,1956 年成立了 “ 液压工业会 ” 。近 2030 年间,日本液压传动发展之快,居世界领先地位。 液压传动有许多突出的优点,因此它的应用非常广泛,如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等;行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等;钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等;土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等;发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等;船舶用的甲板起重机械(绞车)、船头门、舱壁阀、船 尾推进器等;特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等;军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。 1.2 液压技术的发展趋势 由于液压技术广泛应用了高技术成果,如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料,使传统技术有了新的发展,也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。尽管如此,走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破,应当主要靠现有技术的改进和扩展,不断扩大其应用领域以满足未来的要求。 nts教学液压试验台基本实验回路的设计 2 1.2.1 减 少能耗 ,充分利用能量 液压技术在将机械能转换成压力能及反转换方面,已取得很大进展,但一直存在能量损耗,主要反映在系统的容积损失和机械损失上。如果全部压力能都能得到充分利用,则将使能量转换过程的效率得到显著提高。为减少压力能的损失,必须解决下面几个问题: 减少元件和系统的内部压力损失,以减少功率损失。主要表现在改进元件内部流道的压力损失 ,采用集成化回路和铸造流道 ,可减少管道损失 ,同时还可减少漏油损失。 减少或消除系统的节流损失,尽量减少非安全需要的溢流量,避免采用节流系统来调节流量和压力。 采用静压技术 ,新型密封材料,减少磨擦损失。 发展小型化、轻量化、复合化、广泛发展 3 通径、 4 通径电磁阀以及低功率电磁阀。 改善液压系统性能,采用负荷传感系统,二次调节系统和采用蓄能器回路。 为及时维护液压系统,防止污染对系统寿命和可靠性造成影响,必须发展新的污染检测方法,对污染进行在线测量,要及时调整,不允许滞后,以免由于处理不及时而造成损失。 1.2.2 主动维护 液压系统维护已从过去简单的故障拆修,发展到故障预测,即发现故障苗头时,预先进行维修,清除故障隐患,避免设备恶性事故的发展。 要实现主动维护技术必须要加强 液压系统故障诊断方法的研究,当前,凭有经验的维修技术人员的感宫和经验,通过看、听、触、测等判断找故障已不适于现代工业向大型化、连续化和现代化方向发展,必须使液压系统故障诊断现代化,加强专家系统的研究,要总结专家的知识 ,建立完整的、具有学习功能的专家知识库,并利用计算机根据输入的现象和知识库中知识,用推理机中存在的推理方法,推算出引出故障的原因,提高维修方案和预防措施。要进一步引发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件,对于不同的液压系统只需修改和增减少量的规则。 另外,还应开发液压系统自补偿系统,包括自调整、 自润滑、自校正,在故障发生之前,进市补偿,这是液压行业努力的方向。 1.2.3 机电一体化 电子技术和液压传动技术相结合,使传统的液压传协与控制技术增加了活nts上海建桥学院本科毕业设计(论文) 3 力,扩大了应用领域。实现机电一体化可以提高工作可靠性,实现液压系统柔性化、智能化,改变液压系统效率低,漏油、维修性差等缺点,充分发挥液压传动出力大、贯性小、响应快等优点 ,其主要发展动向如下: (1)电液伺服比例技术的应用将不断扩大。液压系统将由过去的电气液压on-oE 系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统 ,为适应上述发展 ,压力、流量、位置、温度、速度、 加速度等传感器应实现标准化。计算机接口也应实现统一和兼容。 (2)发展和计算机直接接口的功耗为 5mA 以下电磁阀,以及用于脉宽调制系统的高频电磁阀 (小于 3mS)等。 (3)液压系统的流量、压力、温度、油的污染等数值将实现自动测量和诊断 ,由于计算机的价格降低 ,监控系统 ,包括集中监控和自动调节系统将得到发展。 (4)计算机仿真标准化,特别对高精度、 “ 高级 ” 系统更有此要求。 (5)由电子直接控制元件将得到广泛采用,如电子直接控制液压泵,采用通用化控制机构也是今后需要探讨的问题,液压产品机电一体化现状及发展。 液压行 业: 液压元件将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套方向发展;向低能耗、低噪声、振动、无泄漏以及污染控制、应用水基介质等适应环保要求方向发展;开发高集成化高功率密度、智能化、机电一体化以及轻小型微型液压元件;积极采用新工艺、新材料和电子、传感等高新技术。 液力偶合器向高速大功率和集成化的液力传动装置发展,开发水介质调速型液力偶合器和向汽车应用领域发展,开发液力减速器,提高产品可靠性和平均无故障工作时间;液力变矩器要开发大功率的产品,提高零部件的制造工艺技术,提高可靠性,推广计算机辅助技术,开发液力变矩器与动 力换档变速箱配套使用技术;液粘调速离合器应提高产品质量,形成批量,向大功率和高转速方向发展。 本实验台设计参考了 QCS008A 实验台、 FESTO 公司设计生产的教学实验台和现今液压实验台模块化的设计理念,综合它们的优点,设计方案初定十个工程上常遇到的基本回路,在此基础上将各个回路糅合成最终的系统回路。回路间的运行互相独立互不干扰,有效利用各液压元件,优化液压元件的使用。 nts教学液压试验台基本实验回路的设计 4 2 设计要求及设计参数 2.1 设计要求 通过查阅相关资料和深入实际的调查研究,依据液压基本回路的构成,设计一台液压基本回路实验 台,用于液压专业本科学生(同时适用于其他相关人员)的液压基本回路实验。 典型基本回路总数 78 种,所确定基本回路应具有应用的典型性,同类型回路只能选择一种,每种回路的实验能够独立实验并特别显示对应实验回路,且实验结果正确;液压元件优化使用。 2.2 设计参数 系统额定压力为 6.3MP 课题设计研究内容: 1)由设计要求、设计参数拟定系统方案及回路原理图, 2)系统参数计算计元件的选取 3)集成快及泵站的设计 4)试验回路的分析 nts上海建桥学院本科毕业设计(论文) 5 3 制定系统方案及拟订液压系统图 3.1 制定系统方案 液压基本回路是指由一些液压元件与液压辅助元件按照一定关系组合,能够实现某种特定液压功能的油路结构。 最常用的基本回路是:压力控制回路;速度控制回路;方向控制回路;多执行元件控制回路。 每一个基本回路都具备一种特定功能 。液压基本回路实验台的回路选取应尽量贴近现实工程中的液压工作实际,选取典型的液压回路。 3.1.1 压力控制回路 压力控制回路是利用压力控制阀来控制或调节整个液压系统 或液压系统局部油路上的工作压力。压力控制回路主要有调压回路、减压回路、卸荷回路、平衡回路、保压回路等。 1.调压回路用来调定或限制液压系统的最高工作压力,或者使执行元件在工作过程的不同阶段能够实现多种不同的压力变换。这一能一般由溢流阀来实现。 图 3.1 基本调压回路 2. 许多机电设备在使用工作间歇的过程中,为了减少动力源和液压系统的功率损失,节省能源、降低液压系统发热,形成卸荷回路。 液压泵的输出功率等于压力和流量的乘积,因此使液压系统卸荷有两种方法: 一种是将液压泵出口的流量通过液压阀的控制直接接回 油箱,使液压泵在接近零压的状况下输出流量,这种卸荷方式称为压力卸荷; 另一种是使液压泵在输出流量接近零的状态下工作,此时尽管液压泵工作的压力很高,但其输出流量接近零,液压功率也接近零,这种卸荷方式称为流量卸荷。 nts教学液压试验台基本实验回路的设计 6 a ) 用 主 换 向 阀 中 位 机 能 的 卸 菏 回 路 b ) 用 两 位 两 通 电 磁 换 向 阀 的 卸 菏 回 路1b)a)图 7 - 4 卸 菏 回 路图 3.2 卸荷 回路 3. 减压回路的功能在于使系统某一支路上具有低于系统压力的稳定工作压力,如在机床的工件夹紧、导轨润滑及液压系统的控制油路中常需用减压回路。 最常见的减压回路是在所需低压的分支路上串接一个定值输出减压阀,如图 3.3a 所示。 图 3.3b 是二级减压回路,阀 3 的调定压力必须低于阀 2。液 压泵的最大工作压力由溢流阀 1 调定。 去系统a) b)图 7 - 8 减 压 回 路1 2 3412435去系统图 3.3 减压 回路 4. 增压回路用来使系统中某一支路获得比系统压力更高的压力油源,增压回路中实现油液压力放大的主要元件是增压器,增压器的增压比取决于增压器大、小活塞的面积之比。 nts上海建桥学院本科毕业设计(论文) 7 图 3.4a 是使用单作用增压器的增压回路,它适用于单向作用力大、行程小、作业时间短的场合,如制动器、离合器等。 图 3.4b 是采用双作用增压器的增压回路,它能连续输出高压油,适用于增压行程要求较长的场合。 图 7 - 9 增 压 回 路121b )a )8657432312图 3.4 增 压回路 5. 平衡回路的功能在于使液压执行元件的回油路上始终保持一定的背压力, 以平衡掉执行机构重力负载对液压执行元件的作用力,使之不会因自重作用而自行下滑,实现液压系统对机床设备动作的平稳、可靠控制。 21c )b )图 7 - 1 0 平 衡 回 路a ) 图 3.5 平衡 回路 6. 保压回路的功能在于使系统在液压缸加载不动或因工件变形而产生微小位移的工况下能保持稳定不变的压力,并且使液压泵处于卸荷状态。保压性nts教学液压试验台基本实验回路的设计 8 能的两个主要指标为保压时间和压力稳定性。 a)图 7 - 1 1 保 压 回 路b)12343421567811图 3.6 保 压回路 3.1.2 速度控制回路 速度控制回路: 液压系统的优点之一就是能方便地实现无级调速。调速问题是机床液压系统的核心问题。在液压系统中,执行元件的速度是由供给执行元件的 液体流量和作用在执行元件(如工作缸活塞)上的有效工作面积来决定的。由于执行元件的有效工作面积在系统运行过程中无法改变,因此,为了控制执行元件的运动速度,一般只能通过改变输入液压缸流量的办法来实现。由于液压马达的每转排量是可以改变的,因此对变量马达来说,既可以用改变输入流量的办法来变量,也可以用改变液压马达每转排量的办法来变速。 改变输入执行元件流量来达到使执行元件改变运动速度也有两种办法:一种是采用定量泵,由节流元件来调节输入执行元件的流量;另一种是采用变量泵,靠调节泵的每转排量来调节对执行元件的输 入流量。前者称为节流调速,后者称为容积调速。另外还有一种方法叫做容积节流调速,是用自动改变流量的变量泵及节流元件联合进行调速 。 速度控制回路是研究液压系统的速度调节和变换问题,常用的速度控制回路有调速回路、快速回路、速度换接回路等 1.节流调速回路 ( 1) 进油 节流 调速回路 进油调速回路是将节流阀装在执行机构的进油路上 ,其 优点是:液压缸回油腔和回油管中压力较低,当采用单杆活塞杆液压缸,使油液进入无杆腔中,其有效工作面积较大,可以得到较大的推力和较低的运动速度,这种回路多用于要求冲击小、负载变动小的液压系统中 。 nts上海建桥学院本科毕业设计(论文) 9 ( 2) 回油节流调速回路 回油节流调速回路 将节流阀安装在液压缸的回油路上 ,其 优点 是 :节流阀在回油路上可以产生背压,相对进油调速而言,运动比较平稳,常用于负载变化较大,要求运动平稳的液压系统中。而且在 a 一定时,速度 v 随负载 F 增加而减小 , ( 3)旁油节流调速回路 这种回路由定量泵、安全阀、液压缸和节流阀组成,节流阀安装在与液压缸并联的旁油路上 ,旁路节流调速回路只有节流损失,无溢流损失,因而功率比前两种调速回路小,效率高。 2.快速回路 为了提高生产效率,机床工作部件常常要求实现空行程 (或空载 )的快速运动。这时要求液压系统流量大而压力低。这和工作运动时一般需要的流量较小和压力较高的情况正好相反。对快速运动回路的要求主要是在快速运动时,尽量减小需要液压泵输出的流量,或者在加大液压泵的输出流量后,但在工作运动时又不致于引起过多的能量消耗。 (1) 如图 3.7 所示, 用于快、慢速转换的,其中快速运动采用差动连接的回路。 换向阀处于右位时,液压缸有杆腔的回油流量 q 和液压泵输出的流量 qp 合在一起共同进入液压缸无杆腔,使活塞快速向右运动。这种回路 结构简单,应用较多,但由于液压缸的结构限制,液压缸的速度加快有限,有时不能满足快速运动的要求,常常需要和其他方法联合使用。 图 7 - 2 4 液 压 缸 差 动连接快速运动回路1 21图 3.7 差动连接回路 (2) 采用双泵供油的快速运动回路在回路获得很高速度的同时,回路输出的功率较小,使液压系统功率匹配合理。如图 3.8 所示,在回路中用低压大流量泵 1 和高压小流量泵 2 组成的双联泵作动力源;外控顺序阀 3(卸荷阀 )和溢流阀 5 分别设定双泵供油和小流量泵 2 供油时系统的最高工作压力。当换向阀 6nts教学液压试验台基本实验回路的设计 10 处于图示位置,由于空载时负载很小、系统压力很低,如果系统压力低于卸荷阀 3 调定压力时 ,阀 3 处于关闭状态,低压大流量泵 1 的输出流量顶开单向阀4,与泵 2 的流量汇合实现两个泵同时向系统供油,活塞快速向右运动,此时尽管回路的流量很大,但由于负载很小回路的压力很低,所以回路输出的功率并不大;当换向阀 6 处于右位,由于节流阀 7 的节流作用,造成系统压力达到或超过卸荷阀 3 的调定压力,使阀 3 打开,导致大流量泵 1 经过阀 3 卸荷,单向阀 4 自动关闭,将泵 2 与泵 1 隔离,只有小流量泵 1 向系统供油,活塞慢速向右运动,溢流阀 5 处于溢流状态,保持系统压力基本不变,此时只有高压小流量泵 2 在工作。大流量泵 1 卸荷,减少了动力消耗,回 路效率较高。 1 234567图 7 - 2 5 双 泵 供 油 快 速 运 动 回 路图 3.8 双泵供油回路 3.速度换接回路 图 7 - 2 8 用 行 程 阀 的速度换接回路123图 3.9 速度换接 回路 速度换接回路用来实现运动速度的变换,即在原来设计或调节好的几种运动速度中,从一种速度换成另一种速度。对这种回路的要求是速度换接要平稳,即不允许在速度变换的过程中有前冲 (速度突然增加 )现象。 采用行程阀 (或电磁阀 )的速度换接回路 , 如图 3.9 所示,当换向阀处于图示位置时,节流阀不起作用,液压缸活塞处于快速运动状态,当快进到预定位置,与活塞杆刚性相连的行程挡块压下行程阀 1(二位二通机动换向阀),行程阀关nts上海建桥学院本科毕业设计(论文) 11 闭,液压缸右腔油液必须通 过节流阀 2 后才能流回油箱,回路进入回油节流调速状态,活塞运动转为慢速工进。当换向阀左位接人回路时,压力油经单向阀3 进入液压缸右腔,使活塞快速向左返回,在返回的过程中逐步将行程阀 1 放开。 3.1.3 方向控制回路 液压执行元件除了在输出速度或转速、输出力或转矩方面有要求外,对其运动方向、停止及其停止后的定位等性能也有不同的要求。通过控制进入执行元件液流的通、断或变向来实现液压系统执行元件的启动、停止或改变运动方向的回路称为方向控制回路。常用的方向控制回路有换向回路、锁紧回路和制动回路。 1. 换向回路 采用不 同操纵形式的二位四通 (五通 )、三位四通 (五通 )换向阀都可以使执行元件直接实现换向。二位换向阀只能使执行元件实现正、反向换向运动;三位阀除了能够实现正、反向换向运动,还有中位机能,不同的滑阀中位机能可使系统获得不同的控制特性,如锁紧、卸荷、浮动等。 2.锁紧回路 锁紧回路的功能是通过切断执行元件的进油、出油通道来使它停在任意位置,并防止停止运动后因外界因素而发生窜动、下滑现象。使液压缸锁紧的最简单的方法是利用三位换向阀的 M 型或 O 型中位机能来封闭缸的两腔,使活塞在行程范围内任意位置停止。但由于滑阀的内泄漏,不能 长时间保持停止位置不动,锁紧精度不高。 3.制动回路 制动回路的功能在于使执行元件平稳地由运动状态转换成静止状态。要求对油路中出现的异常高压和负压的情况能作出迅速反应,并应使制动时间尽可能短,冲击尽可能小。 3.1.4 多执行元件控制回路 在一个液压系统中,如果由一个油源给多个执行元件供油,各执行元件会因回路中压力、流量的相互影响而在动作上受到牵制。我们可以通过压力、流量、行程控制来实现多执行元件预定动作的要求,这种控制回路就称为多执行元件控制回路。 1.行程控制顺序动作回路:是利用某一执行元件运动到预定行程 以后,发出电气或机械控制信号,使另一执行元件运动的一种控制方式。 图 3.10 是采用行程阀控制的多缸顺序动作回路。图示位置两液压缸活塞均nts教学液压试验台基本实验回路的设计 12 退至左端点。当电磁阀 3 左位接入回路后,缸 1 活塞先向右运动,当活塞杆上的行程挡块压下行程阀 4 后,缸 2 活塞才开始向右运动,直至两个缸先后到达右端点;将电磁阀 3 右位接入回路,使缸 1 活塞先向左退回,在运动当中其行程挡块离开行程阀 4 后,行程阀 4 自动复位,其下位接入回路,这时缸 2 活塞才开始向左退回,直至两个缸都到达左端点。这种回路动作可靠,但要改变动作顺序较为困难。 图 3.10b 是采用行 程开关控制电磁换向阀的多缸顺序动作回路。按启动按钮,电磁铁 1Y 得电,缸 1 活塞先向右运动,当活塞杆上的行程挡块压下行程开关 2S 后,使电磁铁 2Y 得电,缸 2 活塞才向右运动,直到压下 3S,使 1Y 失电,缸 1 活塞向左退回,而后压下行程开关 1S,使 2Y 失电,缸 2 活塞再退回。 a)132413241 2 1 2341Y 2Y1S 2S 3S图 7 - 3 7 行 程 控 制 顺 序 动 作 回 路a ) 行 程 阀 控 制 的 顺 序 回 路 b ) 行 程 开 关 控 制 的 顺 序 回 路b) 图 3.10 行程控制的顺序动作回路 2.压力控制顺序动作回路:是利用液压回路中压力的差别,如顺序阀、压力继电器等动作发出控制信号,使执行元件按 预定顺序动作执行。 利用液压系统工作过程中运动状态变化引起的压力变化使执行元件按顺序先后动作,这种回路就 是压力控制顺序动作回路。如图 3.11 所示。假设机床工作时液压系统的动作顺序为:夹具夹紧工件 工作台进给 工作台退出 夹具松开工件。其控制回路的工作过程
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