液压与气压传动：第七章 典型液压系统

1、第七章 典型液压系统 液压传动在各行各业中应用十分广泛，其液压系统种类繁多。分析液压系统，首先要读懂液压系统原理图。液压系统图表示了系统内所有各类液压元件的连接和控制情况以及执行元件实现各种运动的工作原理。阅读液压系统图，一般可按下列步骤进行：1.了解液压系统的用途、工作循环、应具有的性能和对液压系统的各种要求等。如在阅读外圆磨床的液压传动原理图时，应当了解外圆磨床的用途是磨削外圆柱表面，因此要求液压系统应能实现工作台的往复运动、砂轮的快速进退和周期进给等工作循环。性能上，要求液压系统应具有使工作台换向精度高，运动平稳，往复运动速度不高，调速范围不大和砂轮进给比较恒定等特点。2 初步阅读液压系

2、统图，了解系统中包含哪些元件，以执行元件为中心，将系统分解为若干个子系统，如主系统、进给系统等。3 逐步分析各个子系统，了解系统由哪些基本回路组成，各个元件的功用及其相互间的关系。根据工作循环和动作要求，参照电磁铁动作表和有关资料等，读懂液压系统，搞清液流的流动路线。对于主油路，应从液压泵开始，一直到执行元件，这就构成了进油路线；然后再从执行元件回油一直到油箱，此为回油。4 根据系统对各执行元件间的互锁、同步、防干扰等要求，分析各子系统之间的联系以及如何实现这些要求。5 在全面读懂液压系统图的基础上，对系统作出综合分析，总结出液压系统的特点，以加深对液压系统的理解，为液压系统的调整、维护、使用

3、打下基础。典 型 液 压 系 统外圆磨床液压系统 1 概述 2 磨床工作台换向回路 a 时间控制制动式 b 行程控制制动式 3 M1432A型万能外圆磨床液压系统工作原理 a 工作台的往复运动 b 砂轮架的快速进退及进给运动 c 尾架顶尖的退出压力机液压系统第一节 外圆磨床液压系统一.概述 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，主要用途是磨削零件各种圆柱表面、圆锥表面及阶梯轴肩等。利用内圆磨头附件还可以磨削内圆和内锥孔表面等。 外圆磨床用液压完成的动作主要有： 1 工作台的直线往复运动， 2 砂轮架的间歇进给和快速运动， 3 尾架顶尖的退出等。 根据磨削工艺及操作过程的需要，对

4、上述三种运动有各自的要求：1 工作台的直线往复运动a 调速范围 工作台的直线往复运动是实现工件纵向进给，速度通常较低。工作台要求能在0.054m/min范围内实现无级调速，运动平稳，低速运动应无爬行。 b 换向及换向精度 要求换向频繁，过程平稳，制动和反向启动迅速。 换向精度高，同一速度换向点变动量（同速换向精度）应小于0.02mm，异速换向精度应小于0.2mm。 c 端点停留 磨削时，一般砂轮不越出工件，为了防止工件两端因磨削时间较短而引起两端尺寸偏大，在换向时要求两端有停留，其时间在05s内调节。d 抖动 切入磨削或加工工件长度略大于砂轮宽度时，为了提高磨削质量和效率以及砂轮磨损均匀，工作

5、台应能作短距离(13mm)、较高频率(100150次/min)的纵向往复运动（称为抖动）。 e 互锁 为保证操作安全，工作台液压驱动和手动操作应能互锁。2 砂轮架的快进和快退 在装卸和测量工件时，砂轮架应能快速退回，以确保安全。在磨削开始时，砂轮架应快速前进且有很高的复位精度和运动平稳性。3 尾架顶尖的松开、缩回 为了保证安全操作，必须只在砂轮架快速退回时，尾架顶尖才能松开、缩回。在上述要求中，以工作台直线往复运动的要求为最高，所以工作台的换向是外圆磨床液压系统的核心问题。为此常采用机动滑阀作先导阀，控制液动换向阀来实现磨床工作台的往复运动。二 磨床工作台换向回路 按照制动原理不同，分为时间控

6、制制动式和行程控制制动式。1 时间控制制动式时间控制制动式换向回路主要由机动先导阀C和液动主阀D及节流阀A等组成。由执行元件带动工作台上的行程挡块拨动机动先导阀，机动先导阀使液动阀D的控制油路换向，进而使液动阀换向，执行元件反向运动。图示位置，机动阀C处于右位液动阀D处于右位，泵B阀C的油口6-单向阀1液动阀左端液动阀右端-节流阀2-阀C的油路7至8油箱液压缸向右运动泵B输出的压力油-阀C的油口1-阀D的油路5至2-液压缸左腔液压缸右腔回油阀D的油路3至4节流阀A-油箱执行元件的换向过程可分解为制动、停止和反向启动三个阶段。当工作台上的行程挡块拨动拨杆，使机动阀C移至左位后，泵B先导阀C的油口

7、7-单向阀2-液动阀D的右端阀D左端-节流阀1-阀C油口6-油箱 液动阀D左移，液压缸右腔回油通道3至4逐渐关小，工作台移动速度减慢，这是执行元件的制动过程。（制动靠阀D的制动锥完成）当阀D的阀芯移动一段距离l 后，缸的回油通道全部关闭，液压缸两腔相通，执行元件停止运动。阀D继续左移，泵B阀C-阀D的油路5至3-液压缸右腔液压缸左腔-阀D的油路2至4-节流阀A-油箱执行元件反向运动。这三个阶段过程的快慢决定于液动阀D阀芯移动的速度。该速度由阀D两端的控制油路回油路上的节流阀1(或2)调整。即当阀D的阀芯从右端向左端移动时，其速度有节流阀1调整，反之则由节流阀2调整。由于阀芯从一端到另一端的距离

8、一定，所以调整D阀芯移动的速度，就调整了时间，因此称这种换向回路为时间控制式换向回路。时间控制式换向回路特点：工作台速度越大，换向过程的冲出量越大，换向精度不高；优点是可以通过调节节流阀1和2来控制工作台的制动时间，以便减小换向冲击或提高工作效率。这种回路主要用于工作部件运动速度较大，换向频率高，换向平稳性好，但不要求换向精度很高的场合，如平面磨床、牛头刨床等液压系统中。2 行程控制制动式行程制动式的液压缸的回油必须经过先导阀C才能回油箱。，此为与时间制动式的主要区别之处。图示位置，泵B-阀D油路1至2-缸左腔缸右腔-阀D油路3至5-阀C油口6-节流阀A-油箱缸向右运动当工作台上的行程挡块拨动

9、拨杆，推动先导阀C的阀芯左移时，先导阀阀芯的右制动锥将阀C上的油路6至5逐渐关小，即将液压缸回油通道关小，使工作台速度逐渐减慢，起制动作用。当回油通道关得很小时，工作台速度变得很慢时，主换向阀D的控制油路才开始切换，使换向阀D换向实现工作台换向。泵B-阀C油路7至9-单向阀2-液动阀D的右端阀D的左端节流阀1-阀C油口8-油箱，阀D向左运动泵B-阀D油路1至3-缸右腔缸左腔-阀D油路2至4-阀C油口6-节流阀A-油箱液压缸向左运动，此为换向过程。不论工作台原来速度快慢如何，换向时总是由先导阀带动一段固定距离，使工作台制动到大致相同的低速后才开始换向，即制动行程基本不变，因此称为行程控制制动式。

10、行程制动式特点换向精度高，冲击量小，但由于先导阀制动锥恒定，制动时间和换向冲击的大小受到执行元件运动速度的影响，工作台速度越高，制动时间越短，换向冲击越大。宜用在执行元件速度不大但换向精度要求较高的场合，如内、外圆磨床液压系统。三 M1432A型万能外圆磨床液压系统工作原理 在M1432A型万能外圆磨床液压系统中，液压缸为活塞杆固定，缸筒移动的双杆活塞式液压缸。图示位置，开停阀3处于右位（即“开”的位置），先导阀1和换向阀2都处在右端位置，缸筒带动工作台向右运动，其主油路为：进油路：过滤器-泵-换向阀2左位-工作台液压缸右腔回油路：工作台液压缸左腔-换向阀2右位-先导阀1右位-开停阀3右位-节

11、流阀5-油箱 由于采用回油节流调速，使液压缸的回油腔产生背压，工作台运动平稳，调节节流阀5的开口，可实现工作台往复运动的无级调速。1 工作台往复运动 工作台的换向是由先导阀1和液控换向阀2组成的行程控制制动式换向回路实现的。当工作台向右运动到预定位置时，固定在工作台上的挡块16拨动换向杆带动先导阀1向左移动，切换控制回路，使换向阀2换向，主油路随之切换，则工作台换向，此过程分为三个阶段：制动阶段-停留阶段-反向启动阶段制动阶段：此阶段分为两步，即先导阀的预制动和 换向阀的终制动图示先导阀1被拨杆推动向左移动时，先导阀1中段的右制动锥逐渐将通向节流阀5的通道关小，工作台减速，实现预制动。当工作台

12、挡块16推动先导阀1直到其阀芯右部环形槽使a2点接通压力油，左部环形槽使a1点接通油箱时，控制油路被切换，换向阀的控制油路为：进油路：过滤器泵-精过滤器17-先导阀1-a2-单向阀2-换向阀2阀芯右端回油路：换向阀2阀芯左端-a1-先导阀1-油箱。因换向阀的回油路畅通无阻，阀芯移动速度很大，换向阀产生第一次快跳。换向阀阀芯中部的台肩移到阀体中间沉割槽处，使液压缸两腔油路相通，失去动力，工作台停止运动，实现终制动。换向阀的快跳，缩短了制动时间，提高换向精度。2）停留阶段终制动后，换向阀2在压力油作用下继续左移，当阀芯遮盖住左端油口a1时，回油只能通过节流阀1回油箱，即回油路为：换向阀2左端-节流

13、阀1- a1-先导阀1-油箱这时换向阀2以节流阀1调定的速度慢速移动。在慢移过程中，由于阀芯中间的台肩比阀体中间的沉割槽窄，因而液压缸两腔继续相通，工作台仍处于停留状态。调节节流阀1的开口，可调节换向阀阀芯的移动速度，也即调节了工作台停留时间。3) 反向启动当换向阀阀芯慢移到其左部环形槽和先导阀1相接的通道接通时，回油路为：换向阀2阀芯左端-通道b1-换向阀左部环形槽-油口a1-先导阀1-油箱由于此时回油无阻力，阀芯出现第二次快跳，迅速左移到终点，使主油路快速切换，工作台迅速反向启动，最终完成全部换向过程。主油路路线为：进油路：泵-换向阀2右位-工作台液压缸左腔回油路：工作台液压缸右腔-换向阀

14、2左位-先导阀1左位-开停阀3右位-节流阀5-油箱 工作台向左运动工作台液动与手动互锁 这个动作由互锁缸4来实现。当开停阀3处于图示位置时，互锁缸4内通入压力油，推动活塞使齿轮z1和z2脱开，工作台运动时就不会带动手轮转动，当开停阀3左位接入系统时，互锁缸4接通油箱，活塞在弹簧作用下移动，使齿轮z1和z2啮合，工作台就可以通过摇动手轮来移动。2 砂轮架的快速进退 装卸工件和测量工件尺寸时，要求砂轮快速后退；磨削开始时，要求砂轮架快速趋近工件。砂轮架的快速进退由快动阀8操纵，由快动缸7来实现。快退的油流路线为：进油路 泵-快动阀8左位-快动缸7左腔，推动活塞带动丝杠、螺母及砂轮架快速后退回油路

15、快动缸7右腔-快动阀8左位-油箱。扳动快动阀8的手柄，使右位机能起作用，砂轮架快速前进，其油流路线为：进油路 泵-快动阀8右位-快动缸7右位 推动活塞带动丝杠、螺母及砂轮架快速前进回油路 快动缸7左位-快动阀8右位-油箱快进终点的位置依靠活塞和缸盖的接触来保证，其复位精度可达0.005mm。砂轮架周期进给：这是在工作台往复运动行程终了、工作台换向之前进行的。周期进给有双向进给、左端进给、右端进给和无进给四种方式，用进给阀12进行控制。3 尾架顶尖的退出尾架顶尖靠弹簧力顶住工件，退出则由脚踏式尾架阀10操纵尾架缸9实现。油路为：泵-快动阀8左位-尾架阀10右位-尾架缸9下腔 通过杠杆机构带动尾架

16、后退。因为系统的压力油只有在快动阀8作为接入时才能通向尾架阀10，所以保证了砂轮架快退后，尾架顶尖才能松开。第二节 压力机液压系统 压力机是一种用静压来加工金属、塑料、橡胶、粉末制品的机械，广泛应用在锻压、冲压、泠挤、校直、弯曲、粉末冶金、成形、打包等工艺中。压力机类型很多，其中四柱式液压机最为典型，应用也最广泛。下液压缸布置在工作台中间孔内，驱动下滑块完成动作循环：向上顶出-向下退回快速下行-慢速加压-保压延时-原位停止 四柱式液压机为三梁四柱的结构，在它的四个立柱之间安置着上、下两个液压缸。上液压缸驱动上滑块，上滑块由四柱导向，完成动作循环：在作薄板拉深时，有时还需要利用顶出缸将坯料压紧，

17、实现浮动压边。3150kN通用液压机液压系统工作原理及特点 压力机液压系统以压力控制为主，系统压力高，流量大，功率大，要注意系统提高效率和防止产生液压冲击。 系统有两个泵，主泵1是一个高压、大流量恒功率（压力补偿）变量泵，最高工作压力由溢流阀4的远程调压阀5调定，阀4用以防止系统过载。 辅助泵2是一个低压、小流量定量泵，用于供应液动阀的控制油，其压力由溢流阀3调整。1 主泵 16 上缸2 辅助泵 17 下缸3、4、18 溢流阀5 远程调压阀6、21 电液换向阀7 压力继电器8 电磁换向阀9 液控单向阀10、20 背压阀11 顺序阀 19 节流器12 液控滑阀13 单向阀 22 压力表14 充液

18、阀15油箱一 液压系统工作原理动作顺序信号来源电磁铁1Y2Y3Y4Y5Y上缸快速下行按钮+慢速加压2S+保压压力继电器泄压回程按钮+停止1S下缸顶出按钮+退回按钮+停止按钮压边按钮+表1 液压机的电磁铁动作顺序表1.上缸运动a.快速下行。按下启动按钮，电磁铁1Y、5Y得电，低压控制油使电液阀6切换至右位，同时控制油经阀8右位将液控单向阀9打开。进油路：泵1-换向阀6右位-单向阀13-上缸16上腔回油路：上缸16下腔-液控单向阀9-换向阀6右位 换向阀21中位-油箱上缸滑块在自重作用下迅速下降，压力低，因而泵1处于最大流量状态，但仍不能满足要求，因而上缸上腔形成负压，上部油箱15经液控单向阀14

19、进入上缸上腔。b.慢速接近工件并加压当上缸滑块压下行程开关2S后，电磁铁5Y失电，阀8处于原位，阀9关闭。上缸回油：上缸16下腔-背压阀10-阀6右位-阀21中位-油箱由于回油路上有背压力，滑块单靠自重不能下降，这时主缸上腔压力升高，阀14关闭，压力油推动活塞使滑块慢速接近工件。当上缸活塞的滑块接触工件后，阻力急剧增加，上腔油液压力进一步提高，泵1的输出流量减小，上缸活塞的速度变得更慢，此时滑块对工件加压。c. 保压当上缸上腔压力达到预定值时，压力继电器7发出信号，使电磁铁1Y失电，阀6回中位，将上缸的上、下油腔封闭，单向阀13和充液阀14的锥面保证了上缸上腔良好的密封性，使上缸上腔保压，保压

20、时间由压力继电器7控制的时间继电器调整。保压期间，泵1经阀6中位、阀21的中位卸载。d.泄压，上缸回程 保压结束时，压力继电器7控制的时间继电器发出信号，使电磁铁2Y得电，阀6换至左位，上缸处于回程状态，但由于上缸上腔压力很高，而上缸的直径大、行程长，缸内液体在加压过程中受到压缩而储存的能量相当大。为了防止上腔与回油路瞬间接通而产生液压冲击现象，造成机械设备和管路的剧烈振动，发出巨大噪声，保压后回程采用了先泄压后回程的措施。 当换向阀6换到左位，上缸上腔压力很高，液动滑阀12处于上位，压力油经阀6左位及换向阀12上位将外控顺序阀11打开。泵1的压力油经阀6左位、顺序阀11回油箱，泵1低压工作，

21、此压力不足以使上缸活塞回程，但能打开阀14 中的卸载阀芯，上缸上腔高压油经此卸载阀芯的开口而泄回充液油箱15中，此为泄压。当上缸上腔压力泄至一定值后，液动滑阀12回到下位，外控顺序阀11关闭，泵1供油压力升高，阀14完全打开，上缸开始回程。进油路：泵1-换向阀6左位-单向阀9-缸下腔回油路：缸上腔-充液阀14-上部油箱15。实现上缸快速会程。e上缸原位停止当上缸滑块上升到触动行程开关1S，2Y失电，阀6处于中位，液控单向阀9将上缸下腔封闭，上缸原位停止不动。泵1输出的压力油经阀6中位、阀21中位回油箱，泵卸载。2 下缸运动 下缸17是在上缸16停止运动时才能运动。由于系统压力油经过换向阀6中位

22、，才能使泵的压力油通向下缸，在电器配合下实现上缸和下缸的协调运动。a下缸顶出。按下启动按钮，3Y通电，换向阀21左位接入系统。进油路：泵1-阀6中位-阀21左位-下缸17下腔回油路：下缸17上腔-阀21左位-油箱下缸活塞上升，顶出。b 退回按下退回按钮，3Y失电，4Y得电，换向阀21右位接入系统，上腔进油，下腔回油，下缸活塞下行。c 停止按下停止按钮，阀21的电磁铁3Y、4Y断电，下缸停止运动。二 液压机液压系统的特点1 系统采用高压、大流量的恒功率变量泵供油，既符合工艺要求，又能节约能量，这是液压机液压系统的一个特点。系统的工作压力有远程调压阀5来调节。2 本液压机利用滑块自重的作用实现快速

23、下行，以缩短辅助时间；采用充液阀对上缸充液，使系统结构简单，液压元件少并能节省能量，这在中、小型液压机中是一种常用方案。3 本液压机采用密封性能好的单向阀13，使保压过程可靠。为了减少由保压转换为快速回程时的液压冲击，采用了由顺序阀11和带卸载阀芯的充液阀14组成的泄压回路。4 下缸与上缸运动互锁，系统在电磁铁动作配合下，只有在电液换向阀6处于中位，即上缸不运动时，压力油才能进入阀21，使下缸运动。同样，上缸的回油要经过电液换向阀21才能回油，从而保证了下缸停止运动，上缸才能运动，以确保安全。第四节 机械手液压系统机械手是模仿人的手部动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操作的自动装

24、置。机械手一般由控制系统、执行机构及检测装置三大部分组成。执行机构多采用液（气）压传动。机械手动作循环：该机械手采用的电气控制技术是以传统的继电器-接触器为主的。从工业意义上，电器是指能根据特定的信号和要求，自动或手动地接通或断开电路，断续或连续地改变电路参数，实现对电路的切换、控制、保护等。如各类继电器、接触器、行程开关、启停按钮等。从结构上看，电器一般都具有两个基本组成部分，即感测部分和执行部分。感测部分接受外界输入的信号，并通过转换、放大、判断、作出有规律的反应，使执行部分动作，输出相应的指令，实现控制的目的。控制系统一般机械设备的控制系统如图所示，由输入设备、输出设备和逻辑控制三部分组

25、成。1输入设备输入设备是电气控制系统进行信号采集的界面设备，完成人与机之间的信号采集和机与机之间的信号采集。操作人员发出的主令信号通过按钮、各类手动开关送入控制系统，现场自动运行的控制信号通过行程开关等现场检测设备送入控制系统。2输出设备输出设备是用控制系统发出的控制信号去控制执行机构，实现要求的运动输出和显示设备运行的状态。被信号驱动的执行机构有继电器、交流接触器、控制液压系统的电磁阀，信号显示灯等。3 逻辑控制系统控制系统根据给定的控制逻辑对输入设备送来的控制、检测信号进行计算处理，并将计算结果转换为控制信号经输出设备控制机械设备运行。组成控制系统的器件有两类，一类为继电器控制系统，其控制

26、逻辑由硬件构成，另一类为用可编程控制器构成的控制系统，其控制逻辑由编程软件构成。常用的控制类电器：1 主令电器主要是用来接通和分断控制电路，用以发出命令或信号，达到对电力传动系统的控制。主令电器种类很多，主要有控制按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关等。a 控制按钮：手动操作，用于接通或断开控制电路按钮结构按下按钮帽1，常闭（动断）触点断开，常开（动合）触点闭合，松开按钮帽，触点复位。一般“启动”按钮用绿色，“停止”和“急停”按钮必须是红色。b 行程开关又称限位开关，一般由执行元件、操作机构和外壳组成，是依照生产机械的行程发出命令以控制其运行顺序或行程大小的主令电器。行程开关常装在基座的某个

27、预定位置，被控对象的运动部件装有撞块，当撞块碰上行程开关，行程开关就通过机械可动部分的动作，将机械信号转换为电信号，对控制电路发出指令以实现对机械系统的自动控制、程序控制或位置保护。直动式行程开关结构与按钮相似，不同的是利用生产机械运动部件上撞块的碰压而使触点动作。微动开关：当推杆5被压下时，弹簧片变形，储存能量，当达到预定位置时，弹簧片6连同动触点2产生瞬时跳跃，实现电路切换。SQ2 接触器主要组成部分为电磁系统和触头系统，是利用电磁吸力的作用使触点动作。3 继电器是根据输入信号的变化，接通或断开控制电路，对电路或电器实现自动控制和保护。它也是由电磁机构和触点系统组成，和接触器类似。两者区别是：继电器的输入信号可以是电压、电流、时间、速度、温度、压力等多种参量，而接触器只受电压控制；继电器只用于控制电路，而接触器的主触点常用于主电路，辅助触点常用于控制电路。中间继电器：属于一种电压继电器，在结构上与电压继电器基本类似，原理相同，但其触点对数多，容量大，用来传递中间信息。时间继电器：是一种输入或去除外部信号后，要经过一段时间触点才能动作或复位的继电器。电液组合控制系统电液组合控制是通过电气控制电路控制液压传动系统，再由液压传动系统驱动运动部件完成规定动作，该控制系统能方便地实现多种复杂的自动工作循环，广泛应用于组合机床、自动