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第7章典型液压传动系统实例分析 7 1YT4543型动力滑台液压系统7 2M1432A型万能外圆磨床液压系统7 33150kN型液压机液压系统7 4SZ 250A型塑料注射成型机液压系统7 5Q2 8型汽车起重机液压系统7 6液压伺服恒功率控制系统7 7JS01型工业机械手液压系统 燕山大学 近年来 液压传动技术已广泛应用于工程机械 起重运输机械 机械制造业 冶金机械 矿山机械 建筑机械 农业机械 轻工机械 航空航天等领域 由于液压系统所服务的主机的工作循环 动作特点等各不相同 相应的各液压系统的组成 作用和特点也不尽相同 本章通过对典型液压系统的分析 进一步熟悉各液压元件在系统中的作用和各种基本回路的组成 并掌握分析液压系统的方法和步骤 燕山大学 阅读一个较复杂的液压系统图 大致可按以下步骤进行 1 了解设备的工艺对液压系统的动作要求 2 初步浏览整个系统 了解系统中包含哪些元件 并以各个执行元件为中心 将系统分解为若干块 以下称为子系统 3 对每一子系统进行分析 搞清楚其中含有哪些基本回路 然后根据执行元件的动作要求 参照动作循环表读懂这一子系统 4 根据液压设备中各执行元件间互锁 同步 防干扰等要求 分析各子系统之间的联系 5 在全面读懂系统的7 2 3YT4543型动力滑台液压系统的工作原理基础上 归纳总结整个系统有哪些特点 以加深对系统的理解 燕山大学 7 1 1组合机床概述 组合机床是一种高效率的专用机床 它由具有一定功能的通用部件 如动力头 动力滑台等 和一部分专用部件 如主轴箱 夹具等 组成 加工范围较广 自动化程度较高 经济性好 因而被广泛用于产品批量较大的生产流水线中 如汽车制造厂的气缸生产线等 动力滑台是组合机床上用以实现进给运动的一种通用部件 根据加工需要滑台上装有各种用途的动力头和主轴箱 以完成钻 扩 铰 镗 刮端面 倒角 铣削及攻丝等工序 动力滑台有机械动力滑台和液压动力滑台之分 液压动力滑台上一般只装上液压缸 有时也可能再装个行程阀 至于液压泵和阀类元件则通常都安装在专门的液压泵站上 燕山大学 7 2 2YT4543型动力滑台液压系统的功能 根据组合机床的工作特点 动力滑台上的液压系统应具备如下的功能 1 能在变负载或断续负载的条件下工作 能保证动力滑台的进给速度 特别是最小进给速度稳定 进给范围要求为0 006 0 66m min 2 能承受规定的最大负载 并具有较大的 工进 调速范围 以适应不同工序的工艺需要 例如 钻孔时轴向进给力和进给量都较大 而精镗时进给力和进给量都很小 为此 像YT4543型那样的液压滑台的最大进给力规定为45000N 而调速范围Re 100 3 能实现快速前进和快速退回 YT4543型液压动力滑台的快速运动速度为7 3m min 4 合理利用能量 提高系统效率 减少发热 合理解决工进速度和快动速度差值间的矛盾 动力滑台的液压系统 在电气和机械装置的配合下 可以根据不同的加工要求 实现图7 1所示的各种工作循环 燕山大学 图7 2所示为YT4543型他驱式动力滑台的液压系统原理图 由图可见 这个系统采用限压式变量泵供油 用电液换向阀换向 用行程阀实现快进和工进的变换 用电磁阀实现两个工作进给间的变换 下面以能实现二次工作进给的自动循环为例来说明系统的工作原理 实现工作循环的工作原理如下 见动画演示 图7 2YT4543型组合机床动力滑台液压系统原理图1 滤油器 2 变量泵 3 9 16 单向阀 4 8 10 1l 18 20 管路 15 电液动换向阀 6 背压阀 7 远控顺序阀 12 13 节流阀 14 电磁阀 15 压力继电器 l7 行程阀 19 液压缸 动画演示 7 2 3YT4543型动力滑台液压系统的工作原理 燕山大学 燕山大学 1 快进 差动连接 按下启动按钮 三位五通电液动换向阀5的先导电磁换向阀1YA得电 使之阀芯右移 左位进入工作状态 这时的主油路是 进油路 滤油器1 变量泵2 单向阀3 管路4 电液换向阀5的P口到A口 管路10 11 行程阀17 管路18 液压缸19左腔 回油路 缸19右腔 管路20 电液动换向阀5的B口到T口 油路8 单向阀9 油路11 行程阀17 管路18 缸19左腔 这时形成差动连接回路 因为快进时 滑台的载荷较小 同时进油可以经阀17直通油缸左腔 系统中压力较低 所以变量泵2输出流量大 动力滑台快速前进 实现快进 动画演示 燕山大学 2 第一次工进 在快进行程结束时 滑台上的挡铁压下行程阀17 行程阀上位工作 使油路11和18断开 电磁铁1YA继续通电 电液动换向阀5左位仍在工作 电磁换向阀14的电磁铁处于断电状态 进油路必须经调速阀12进入液压缸左腔 与此同时 系统压力升高 将液控顺序阀7打开 并关闭单向阀9 使液压缸实现差动连接的油路切断 回油经顺序阀7和背压阀6回到油箱 这时的主油路是 进油路 滤油器1 变量泵2 单向阀3 电液动换向阀5的P口到A口 油路10 调速阀12 二位二通电磁换向阀14 油路18 液压缸19左腔 回油路 缸19右腔 油路20 电液动换向阀5的B口到T口 管路8 顺序阀7 背压阀6 油箱 因工作进给时油压升高 则变量泵2的流量自动减小 动力滑台向前做第一次工作进给 进给量的大小可以用调速阀12调节 动画演示 燕山大学 3 第二次工作进给 在第一次工作进给结束时 滑台上的挡铁压下行程开关 使电磁阀14的电磁铁3YA得电 阀14右位接入工作 切断了该阀所在的油路 经调速阀12的油液必须经过调速阀13进入液压缸的右腔 其它油路不变 由于调速阀13的开口量小于阀12 进给速度降低 进给量的大小可由调速阀13来调节 动画演示 燕山大学 4 死挡铁停留 当动力滑台第二次工作进给终了碰上死挡铁后 液压缸停止不动 系统的压力进一步升高 达到压力继电器15的调定值时 经过时间继电器的延时 再发出电信号 使动力滑台退回 在时间继电器延时动作前 滑台停留在死挡铁限定的位置上 动画演示 燕山大学 5 快退 时间继电器发出电信号后 2YA得电 1YA失电 3YA断电 电液动换向阀5右位工作 这时的主油路是 进油路 滤油器1 变量泵2 单向阀3 油路4 换向阀5的P口到B口 油路20 缸19的右腔 回油路 缸19的左腔 油路18 单向阀16 油路11 电液动换向阀5的A口到T口 油箱 这时系统的压力较低 变量泵2输出流量大 动力滑台快速退回 由于活塞杆的面积大约为活塞的一半 所以动力滑台快进 快退的速度大致相等 动画演示 燕山大学 6 原位停止 当动力滑台退回到原始位置时 挡块压下行程开关 这时电磁铁1YA 2YA 3YA都失电 电液动换向阀5处于中位 动力滑台停止运动 变量泵2输出油液的压力升高 使泵的流量自动减至最小 表7 1是这个液压系统的电磁铁和行程阀的动作表 动画演示 燕山大学 表7 1YT4543型组合机床动力滑台液压系统电磁铁和行程阀动作表 动画演示 燕山大学 7 2 4YT4543型动力滑台液压系统性能分析 YT4543型液压动力滑台的液压系统主要由下列一些回路组成 限压式变量叶片泵 调速阀 背压阀 式调速回路 差动连接式快速运动回路 电液换向阀式换向回路 行程阀和电磁阀式速度换接回路 三位换向阀式换向回路 系统的性能主要是由这些基本回路决定的 具体特点如下 1 限压式变量泵 调速阀 背压阀 式调速回路能保证稳定的低速运动 较好的速度刚性和较大的调速范围 YT4543型液压动力滑台的最小进给速度较低 6 6mm min 进给调速范围较大 约100 单纯容积调速回路由于存在泄漏 低速运动时稳定性较差 而且普通变量泵调速范围也不够宽 调速阀式节流调速回路虽然速度刚性较好 调速范围也能满足要求 但由于有溢流损失 功率损耗很大 低速进给和死挡块停留时尤其严重 发热也大 由此可见 这里采用 限压式变量泵 调速阀 式容积节流调速回路是比较合理的 进给时 在回油路上增加了一个背压阀 这样做一方面是为了改善速度稳定性 避免空气渗入系统 提高传动刚度 另一方面是为了使滑台能承受一定的与运动方向一致的切削力 因而这个调速回路中增加一个背压阀亦是十分必要的 燕山大学 7 2 4YT4543型动力滑台液压系统性能分析 此外 滑台液压系统采用进口节流式的调速还有以下一些优点 a 起动时 快进转工进时前冲量都较小 b 死挡块停留时便于利用压力继电器发出信号 c 在液压缸中不致出现过大的压力 在出口节流系统中 当油腔面积比A1 A2 2 且负载和速度同向时 液压缸回油腔中压力会比泵的供油压力大一二倍 燕山大学 7 2 4YT4543型动力滑台液压系统性能分析 2 限压式变量泵加上差动连接式快动回路使能量利用经济合理 YT4543型液压动力滑台快速运动速度约为最大工进速度的10倍 这里如只采用差动连接式快动回路 或流量能自动匹配的变量泵式供油回路 问题不能得到解决 限压式变量泵供油回路在快动时能输出最大流量 工进时只输出与液压缸需要相适应的流量 在死挡块停留时只输出补偿系统泄漏所需的流量 没有溢流损失 故能量损耗小 这个系统在滑台停止时由于变量泵要输出一些流量来补偿泄漏 仍须损耗一部分功率 因此采用了换向阀式低压卸荷回路来减少这种损耗 3 采用行程阀与远控顺序阀实现快进转工进的换接 不仅能简化机床电路 而且动作可靠 转换精度也比电气控制式的高 至于一次工作进给与二次工作进给之间的转换 则由于工进速度都较低 通过调速阀6的流量很小 转换过程中调速阀7动作滞后和滑台惯性等的影响都很小 采用电磁阀式换接完全能保证所需的转换精度 采用了由限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速回路 它既满足系统调速范围大 低速稳定性好的要求 又提高了系统的效率 燕山大学 动力滑台工作演示 燕山大学 7 2M1432A型万能外圆磨床液压系统 7 2 1外圆磨床概述外圆磨床主要用来加工回转体工件的外圆或内孔 需配备内圆磨具 外圆磨削的对象主要是各种圆柱体 圆锥体 带肩台阶轴 环形工件和旋转曲面等 如MGl432A高精度万能外圆磨床主要用来加工高精度轴类 套类 箔材轧辊 环规 塞规等零件 外圆磨床主要类型有 万能外圆磨床 如M1450 M1432A M1432B M1412 M1332B 高精度万能外圆磨床 如MGl432 MGl432A MGl432B 精密半自动外圆磨床 如MMBl420 MMBl412等 外圆磨床主要技术参数有机床最大磨削直径 最大磨削长度 头架主轴转速 磨头主轴转速 工作台驱动速度等 外圆磨床的主参数是最大磨削直径 M1432A型万能外圆磨床除了砂轮与工件的旋转是由电动机驱动外 工作台带动工件的往复直线运动 砂轮架的快速进退和周期进给运动 尾架顶尖的伸缩运动等均由液压传动来实现 燕山大学 7 2 2M1432A型万能外圆磨床液压系统的功能 M1432A型万能外圆磨床主要用于磨削IT5 IT7精度的圆柱形或圆锥形外圆和内孔 表面粗糙度在Ra1 25 0 08之间 该机床的液压系统具有以下功能 1 能实现工作台的自动往复运动 实现液压自动润滑 并能在0 05 4m min之间无级调速 工作台换向平稳 起动制动迅速 换向精度高 2 在装卸工件和测量工件时 为缩短辅助时间 砂轮架具有快速进退动作 为避免惯性冲击 控制砂轮架快速进退的液压缸设置有缓冲装置 3 为方便装卸工件 尾架顶尖的伸缩采用液压传动 4 工作台可作微量抖动 切入磨削或加工工件略大于砂轮宽度时 为了提高生产率和改善表面粗糙度 工作台可作短距离 1 3mm 频繁往复运动 100 150次 min 5 传动系统具有以下必要的联锁动作 1 工作台的液动与手动联锁 以免液动时带动手轮旋转引起工伤事故 2 砂轮架快速前进时 可保证尾架顶尖不后退 以免加工时工件脱落 3 磨内孔时 为使砂轮不后退 传动系统中设置有与砂轮架快速后退联锁的机构 以免撞坏工件或砂轮 4 砂轮架快进时 头架带动工件转动 冷却泵启动 砂轮架快速后退时 头架与冷却泵电机停转 燕山大学 7 2 3液压系统的工作原理 图7 3为M1432型外圆磨床液压系统原理图 其工作原理如图所示 图7 3M1432A型万能外圆磨床1 先导阀 2 换向阀 3 三位七通换向阀 开停阀 4 互锁缸 5 节流阀 6 抖动缸 7 挡块 8 选择阀 9 进给阀 10 进给缸 11 二位三通脚踏阀 12 二位四通手动换向阀 13 闸缸 14 快动缸 15 尾架缸 16 润滑稳定器 17 油箱 18 粗过滤器 19 油泵 20 溢流阀 21 精过滤器 22 工作台进给缸 动画演示 1 工作台的往复运动 2 砂轮架的快速进 退运动 3 砂轮架的周期进给运动 4 尾架顶尖的松开与夹紧 5 抖动缸的功用 燕山大学 燕山大学 7 2 4M1432A型万能外圆磨床液压系统性能分析 由于机床加工工艺的要求 M1432A型万能外圆磨床液压系统是机床液压系统中要求较高 较复杂的一种 其主要特点是 1 系统采用节流阀回油节流调速回路 结构简单 功率损失较小 这对调速范围不大 负载较小且基本恒定的磨床来说是合适的 回油节流调速使液压缸回油中有背压 有利于系统的工作稳定性和加速工作台的制动 2 工作台采用了活塞杆固定式双杆液压缸 保证左 右往复运动的速度一致 并使机床占地面积不大 3 本系统在结构上采用了将开停阀 先导阀 换向阀 节流阀 抖动缸等组合一体的操纵箱 使结构紧凑 管路减短 操纵方便 又便于制造和装配修理 此操纵箱属行程制动换向回路 具有较高的换向位置精度和换向平稳性 燕山大学 7 33150kN型液压机液压系统 7 3 1压力机概述压力机是用于调直 压装 粉末冶金 成形 冷冲压 冷挤压和弯曲等工艺的压力加工机械 液压压力机是压力机的一种类型 它是最早应用液压传动的机械之一 目前液压传动已成为压力加工机械的主要传动形式 在重型机械制造业 航空工业 塑料及有色金属加工工业等之中 液压机已成为重要设备 液压机的结构类型有单柱式 三柱式 四柱式等形式 其中以四柱式液压机最为典型 液压系统是用于机器的主传动 以压力控制为主 系统压力高 流量大 因此 应特别注意提高原动机功率利用率和防止泄压时产生冲击和振动 保证安全可靠 燕山大学 7 3 2液压机液压系统的功能 液压机的典型工作循环如图7 4所示 液压机根据压制工艺要求应能完成以下功能 主缸应能快速下行一减速压制一保压延时一泄压回程一停止 任意位置 的基本工作循环 而且压力 速度和保压时间需能调节 顶出液压缸主要用来顶出工件 要求能实现顶出 退回 停止的动作 如薄板拉伸时 又要求顶出液压缸上升 停止和压力回程等辅助动作 有时还需用压边缸将坯料压紧 以防止周边起皱 为解决主缸快进时供油不足的问题 主机顶部设置补油油箱进行补油 主缸的速度换接与安全行程限制通过行程开关来控制 为了保证工件的成型质量 液压系统中设置保压回路 通过保压使工件稳定成型 为了防止产生液压冲击 系统中设有泄压回路 确保设备安全稳定的工作 图7 4液压机的典型工艺循环图 燕山大学 7 3 33150kN液压机液压系统工作原理 图7 5为3150kN通用液压机液压系统图 该系统的工作步骤包括 1 启动 2 上液压缸快速下行 3 上缸慢速接近工件并加压 4 保压 5 上缸上腔泄压 回程 6 上缸原位停止 7 下液压缸顶出及退回 8 浮动压边 动画演示 燕山大学 燕山大学 该系统采用 主 辅泵 供油方式 主液压泵l是一个高压 大流量 恒功率控制的压力反馈变量柱塞泵 远程调压阀5控制高压溢流阀4限定系统最高工作压力 其最高压力可达32MPa 辅助泵2是一个低压小流量定量泵 与主泵为单轴双联结构 其作用是为电液换向阀 液动阀换向和液控单向阀的正确动作提供控制油源 泵2的压力由低压溢流阀3调定 动画演示 液压机工作的特点是上缸 主液压缸 竖直放置 当上滑块组件没有接触到工件时 系统为空载高速运动 当上滑块组件接触到工件后 系统压力急剧升高 且上缸的运动速度迅速降低 直至为零 进行保压 该系统的工作原理见动画演示 燕山大学 7 3 43150kN液压机液压系统性能分析 该机液压系统主要由压力控制回路 换向回路 快慢速转换回路和平衡锁紧回路等组成 其主要性能特点是 1 系统采用高压大流量恒功率 压力补偿 柱塞变量油泵1供油 通过电液换向阀6 21的中位机能使主泵1空载起动 在主 辅液压缸原位停止时主泵1卸荷 利用系统工作过程中工作压力的变化来自动调节主泵1的输出流量与上缸16的运动状态相适应 这样既符合液压机的工艺要求 又节省能量 2 系统利用上滑块组件的自重实现主液压缸16 上缸 快速下行 并用充液阀14补油 使快速运动回路结构简单 补油充分 且使用的元件少 3 系统采用带缓冲装置的充液阀14 液动换向阀12和外控顺序阀11组成的泄压回路 结构简单 减小了上缸由保压转换为快速回程时的液压冲击 4 系统采用单向阀13 14保压 并使系统卸荷的保压回路 在上缸上腔实现保压的同时实现系统卸荷 因此系统节能效果好工作效率高 5 系统采用液控单向阀9和直控顺序阀10组成的平衡锁紧回路 使上缸组件在任何位置都能够停止 尔且能够长时间保持在锁定的位置上 燕山大学 7 4SZ 250A型塑料注射成型机液压系统 7 4 1塑料注射成型机概述塑料注射成型机 简称注塑机 是用于热塑性塑料的成型加工机械 它将颗粒状的塑料加热熔化至流动状态 用注射装置高压快速注入模具内 保压一段时间 经冷却凝固而制成成型的塑料制品 注塑机的工艺流程一般为 合模 注射座前进 注射 保压 预塑 冷却 注射座后退 开模 顶出制品 顶出缸后退 合模 由于注射成型工艺顺序动作多 成型周期短 需要很大的注射压力和合模力 因此注塑机多采用液压传动 燕山大学 7 4 2注塑机液压系统的功能 根据注塑工艺要求 注塑机的液压系统应具备以下功能 1 模具必须有足够的合模力 以消除高压注射时的模具离缝所造成塑料产品产生溢边现象 2 可调节的合模和开模速度 在合模 开模过程中 为了保证即提高工作效率 又防止因速度太快而损坏模具和制品 其过程要求有多种速度 3 注射座要能整体前移和后退 并保持足够的向前推动力 以使注射的喷嘴与模具浇口紧密接触 4 可调节的注射压力和注射速度 由于塑料的品种和几何形状不同需要不同的压力 注塑机还需有不同注射压力和注射速度 5 保压及可调的保压压力 保压的目的是使塑料紧贴模腔而获得精确的形状 制品在冷却的过程当中 使融化塑料不断补充模腔 防止充料不足而出现残次品 6 系统还应设有安全联锁装置 安全门关闭后系统才能开始工作 以防误操作 燕山大学 7 4 3SZ 250A型注塑机液压系统工作原理 图7 6为SZ 250A型注塑机液压系统原理图 SZ 250A型注塑机属中小型注塑机 每次最大注射容量为250立方厘米 各执行元件的动作循环依靠行程开关切换电磁 电液换向阀来实现 其工作原理见动画演示 动画演示 燕山大学 燕山大学 表7 3SZ 250A型注塑机电磁铁动作顺序表 注 表示电磁铁通电 表示电磁铁断电 燕山大学 7 4 4SZ 250A型注塑机液压系统性能分析 1 为了保证足够的合模力 防止高压注射时模具离缝产生塑料溢边 这里采用了液压 机械增力合模机构 还可采用增压缸合模装置 2 采用了双泵供油快速运动回路 满足了启 闭模和注射各阶段速度的不同 系统功率利用合理 有时在多泵分级调速系统中还兼用差动增速或充液增速的方式 3 采用了多个远程调压阀并联来实现系统的多级调压 也可以采用电液比例压力阀来实现多级压力调节 如果采用电液比例压力阀来实现多级压力调节 再加上电液比例流量阀调速 不仅减少了元件 降低了压力和速度变换过程中的冲击和噪声 还为实现计算机控制创造了条件 4 注塑机液压系统动作很多 各个动作之间有严格的顺序 本系统多执行元件的循环动作主要依靠行程开关按事先编程的顺序完成切换电磁阀换向阀 保证了动作顺序 这种方式灵活方便 燕山大学 7 5Q2 8型汽车起重机液压系统 7 5 1汽车液压起重机概述汽车起重机是将起重机安装在汽车底盘上的一种起重运输设备 它主要由起升 回转 变幅 伸缩和支腿等工作机构组成 这些动作的完成由液压系统来实现 汽车液压起重机是我国应用广泛 发展迅速的一种工程机械 目前按照国家系列标准自行设计和制造的有3t 5t 8t 16t 65t等多种规格 Q2 8型汽车液压起重机是系列标准中中等型号的 这种起重机采用液压传动 最大起重量为80kN 幅度3m时 最大起重高度为11 5m 起重装置可连续回转 起升 制动 回转 变幅 伸臂和支腿等工作机构则全部采用液压传动 原理演示 燕山大学 7 5 2Q2 8型汽车液压起重机功能 对于汽车起重机的液压系统 一般要求输出力大 动作要平稳 耐冲击 操作要灵活 方便 可靠 安全 Q2 8型汽车液压起重机在功能上有以下要求 1 Q2 8型汽车液压起重机具有较高的行走速度 可与装运工具的车辆编队行驶 满足其野外作业机动 灵活 不需要配备电源的要求 2 在进行起重作业时必须放下支腿 使汽车轮胎架空 避免起重载荷直接作用轮胎 而且保证支腿能够长时间可靠地锁住 防止在起重作业过程中发生 软腿 现象 汽车行驶时则必须收起支腿 3 在一定范围内能任意调整 平衡 锁定起重臂的长度和角度 以满足不同起重作业的要求 当装上附加吊臂后 可用于建筑工地吊装预制件 吊装的最大高度为6m 4 起吊的重物能在一定速度范围内任意升降 并能在任意位置上负重停止 且在负重启动时不出现溜车现象 5 能在有冲击 振动 温度变化大和环境较差的条件下工作 但其执行元件要求完成的动作比较简单 位置精度较低 燕山大学 图7 7为Q2 8型汽车起重机液压系统图 该系统的液压泵由汽车发动机通过装在汽车底盘变速箱上的取力箱传动 液压泵工作压力为21MPa 每转排量为40ml 转速为1500r min 泵通过中心回转接头从油箱吸油 输出的压力油经手动阀组A和手动阀组B输送到各个执行元件 阀12是安全阀 用以防止系统过载 调整压力为19MPa 其实际工作压力可由压力表读取 这是一个单泵 开式 串联 串联式多路阀 液压系统 系统中除液压泵 过滤器 安全阀 阀组A及支腿部分外 其它液压元件都装在可回转的上车部分 其中油箱也在上车部分 兼作配重 上车和下车部分的油路通过中心回转接头连通 起重机液压系统包含支腿收放 回转机构 起升机构 吊臂变幅 吊臂伸缩五部分 各部分都有相对独立性 包括 1 支腿液压缸收放回路 2 起升回路 3 大臂伸缩回路 4 变幅回路 5 回转油路 7 5 3Q2 8型汽车液压起重机的工作原理 燕山大学 图7 7Q2 8型汽车起重机液压系统图1 单向定量油泵 2 滤油器 3 切换阀 4 12 溢流阀 5 6 13 16 17 18 三位四通手动换向阀 7 11 双向液压锁 8 后支腿液压缸 9 锁紧缸 10 前支腿液压缸 14 15 19 单向平衡阀 20 制动缸 21 单向节流阀 22 变幅缸 23大臂伸缩缸 24 回转马达 25 起升马达 26 压力表 动画演示 燕山大学 该系统由平衡 制动 锁紧 换向 调压 调速 多缸卸荷等回路组成 1 在平衡回路中 因重物在下降时以及大臂收缩和变幅时 负载与液压力方向相同 执行元件会失控 为此 在其回油路上采用单向液控顺序阀作平衡阀 以避免在起升 吊臂伸缩和变幅作业进程中因重物自重而降落 且工作稳固 可靠 但在一个方向有单向阀造成的背压 会给系统造成一定的功率损耗 2 在制动回路中 采取由单向节流阀和单作用制动缸形成的制动器 利用调整好的弹簧力进行制动 制动可靠 动作快 由于要用液压缸压缩弹簧来松开制动 松开制动的动作慢 可防止负重起重时的溜车现象发生 能够确保起吊安全 并且在汽车发动机熄火或液压系统出现故障时能够迅速实现制动 预防被起吊的重物下落 3 在支腿回路中 采用由液控单向阀形成的双向液压锁将前 后支腿锁定在指定位置上 工作安全可靠 确保整个起吊过程中 每条支腿都不会呈现软腿的现象 即便出现发动机故障或液压管道泄漏的情形 双向液压锁仍能长时间可靠锁紧 7 5 4Q2 8型汽车液压起重机液压系统性能分析 燕山大学 4 在调压回路中 采用安全阀4来限制系统最高工作压力 防止系统过载 对起重机实现超重保护作用 5 在调速回路中 采用改变手动换向阀的开度大小来调节各执行机构的速度 使得控制 换向 调速集三位四通手动换向阀于一身 这对于作业工况随机性较大 且动作频繁的起重机来说 实现了集中控制 便于操作 6 在多缸卸荷回路中 采用多路换向阀结构 其中的每一个三位四通手动换向阀的中位机能皆为M型中位性能 并且将换向阀在油路中串联使用 这样能够使任何一个工作机构单独动作 这种串联结构也可以在轻载下使执行机构任意组合地同时动作 但采纳的换向阀串连联结个数过多 会使液压泵的卸荷压力加大 系统效率下降 但因为起重机不是频繁作业机械 这些损失对系统的影响不大 7 5 4Q2 8型汽车液压起重机液压系统性能分析 燕山大学 7 6液压伺服恒功率控制系统 7 6 1概述液压伺服恒功率控制系统广泛应用于各行各业 其特点是可以控制工作机构始终在恒功率状态下工作 这对提高时效 提高工作效率及提高设备的寿命都大有益处 这里介绍的液压伺服恒功率控制系统是应用在液压钻机上的工作机驱动系统 石油钻井 依靠钻头产生的力矩M及钻头的转速n 进行钻进 在钻进过程中外负荷经常是变化的 当钻头碰到硬地层或钻压加大时 钻头上的负载增大 即转矩增大 此时 要求转速能自动下降 当碰到软地层或钻压减小时 钻头上的转矩减小 此时要求钻头的转速能自动升高 使其钻头上消耗的功率为恒定值 这就是恒功率钻进 这样才能保证带动旋转系统的发动机功率利用率最高 钻头进尺速度最快 如果该系统用于驱动起升绞车 则在整个起钻过程中可以使绞车起升速度随着所起钻具重量的减轻而自动升高 保证起升过程恒功率 以减少起升时间 提高设备功率利用率和工作效率 而在机械控制的钻机上是很难达到这一要求的 本节所介绍的恒功率控制系统是以液压伺服调排量装置为核心达到恒功率控制目的的 因而称之为液压伺服恒功率控制系统 燕山大学 7 6 2液压伺服恒功率控制系统的功能 根据钻机工作负荷特点 本液压伺服恒功率控制系统应具备以下功能 1 随着执行机构工作负荷的增减 系统能够自动实现恒功率控制 2 因系统功率较大 损失能量要小 系统效率要高 应采用容积调速回路 3 因为负荷的变化范围较大 要求调速范围要大 4 执行机构要求正反转 因而选用双向变量泵与双向马达闭式回路 燕山大学 7 6 3液压伺服恒功率控制系统的组成及工作原理 图7 8所示为钻机液压伺服恒功率控制系统图 该系统由三套油路组成 主系统是高压系统 由双向变量泵1及双向变量马达2组成 它驱动钻具转动 主系统的压力油路通过梭阀3与恒功率控制阀4的主油口连通 控制系统由低压定量泵5供油 其最大工作压力由溢流阀6调定 通过三位四通电磁阀7控制油流方向 其压力油路通过梭阀9与恒功率控制阀4的控制油口连通 其作用是控制先导阀阀芯位移的大小和方向 其控制压力称为p控约在0 4 5MPa之间 二位二通电磁阀8控制泵5的卸荷与工作 操纵系统由低压定量泵10供油 其最大工作压力由溢流阀11调定 其作用是操纵随动阀跟踪 其操纵压力称为p操约为1 5MPa 操纵油泵10还可以通过单向阀14 15为闭式回路补油 主油路的最高工作压力通过或门型梭阀3由先导式溢流阀13调定 工作原理见动画演示 动画演示 燕山大学 力矩与转速的变化过程为 若T p主 p控 S V n 得T 则n 若T p主 p控 S V n 得T 则n 从而得P T n T n C C代表常数即恒定功率 燕山大学 7 6 4液压伺服恒功率控制系统性能分析 本液压伺服恒功率控制系统主要由下列基本回路组成 双向轴向柱塞式变量泵1 双向变量马达2组成闭式调速回路 恒功率阀式功率恒定回路 液压伺服变量机构变量与换向回路 三位四通电磁阀式换向回路 操纵油泵与单向阀式双向补油回路 其主要性能特点是 1 主系统是高压系统 由双向轴向柱塞式变量泵1 双向变量马达2组成闭式调速回路 实现执行机构的双向运动及速度调节 调节范围大 系统效率高 2 控制系统由低压定量泵5供油 恒功率控制阀4的主油口通过梭阀3与主系统的压力油路连通 同时恒功率控制阀4的控制油口通过梭阀9与控制油泵5压力油路连通 通过自动调节溢流口控制先导阀阀芯位移的大小 从而控制随动阀阀芯的位移大小和双向轴向柱塞式变量泵1每转排量的大小 由于将执行元件工作腔的压力通过恒功率阀反馈到主油泵的变量控制机构中 提高了控制系统的灵敏度 精度 抗振稳定性和工作稳定性 通过恒功率自适应控制系统使液压马达实现了转速随扭矩的变化而自动调节 也提高了执行元件的功率利用率和工作时效 燕山大学 7 6 4液压伺服恒功率控制系统性能分析 3 三位四通电磁阀7及或门型梭阀9控制先导阀阀芯位移的方向 从而控制随动阀阀芯的位移方向和双向油泵的排油方向 从而实现了双向定量液压马达的换向 4 操纵系统由低压定量泵3供油 其作用是操纵随动阀跟踪先导阀芯 拨动双向轴向柱塞式变量泵1的斜盘 改变轴向柱塞泵的冲程 通过单向阀14 15补油回路 由操纵油泵10还可以为闭式回路补油 另外 该恒功率伺服控制系统所采用的元件 结构简单 易于制造 造价低 操作及维护方便 通过液压伺服自适应控制使液压马达变速过程大大简化 实现了自动化控制 值得在工作负荷经常变化且需要恒功率控制的液压机床或其他液压机械中推广应用 燕山大学 7 7JS01型工业机械手液压系统 7 7 1概述工业机械手是自动化装置的重要组成部分 它可按照给定的程序 运行轨迹和预定要求模仿人的部分动作 实现自动抓取 搬运等简单动作 它是生产作业机械化 自动化的重要手段 在一些笨