深职院液压传动讲义08典型液压系统分析

第七章典型液压系统分析本章重点：1.学会阅读液压系统原理图和分析液压系统方法2.掌握典型液压系统的特点本章难点：M1432A型外圆磨床液压系统液压系统图表示了系统内所有液压元件及其连接、控制情况，表示了执行元件所实现动作的工作原理。图中，各液压元件及它们之间的连接或控制方式，均按规定的职能符号或结构式符号画出。1.根据系统图的名称及说明，了解液压系统的用途。2.从动力元件和执行元件着手，了解液压泵和执行元件，并通过执行元件动作循环图和电磁铁动作表，了解动作顺序。3.阅读和分析油路上的液压元件型号和功能，了解系统的基本回路和所能完成的动作及其性能。4.进一步分析系统的工作原理及性能特点。根据动作循环，从泵源到执行元件，写出进、出油路的路线。编写路线时，应从电磁铁全部断电的原始位置着手，并进一步分析路线上各元件的功能。。第一节以速度变换为主的液压系统一、系统的特点和要求在液压系统中的速度调节，是指系统能在规定的调速范围内调节执行元件的工作速度，以满足各工序进给速度的要求，如节流调速、容积调速和容积、节流调速。速度变换是指在一个工作循环中，执行元件需要实现从一种速度换接到另一种速度。这种系统通常具有如下要求：1.一般能实现工作部件的自动工作循环，且生产率较高。2.快速进给与工作进给时，其速度与负载相差甚大。3.要求进给速度平稳、刚性好，有一定的调速范围。4.进给行程终点的重复位置精度要求高。5.应能实现严格的顺序动作。二、YT4543型动力滑台液压系统的工作原理[1]动力滑台是组合机床上实现进给运动的通用部件，配上动力头和主轴箱后可以对工件完成钻、扩、铰、镗、铣、攻丝等孔和端面的加工工序。YT4543型液压动力滑台由液压缸驱动，它在电气和机械装置的配合下实现各种自动工作循环。进给速度范围为0.006～0.66m/min，最大快进速度为7.3m/min，最大进给推力为45KN，液压系统最高滑台的液压系统图和系统的动作循环表分别如图7-3和表7-1所示。由图可见，该系统能够实现“快进→一工进→二工进→停留→快退→停止”的半自动工作循环。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变换，用电磁阀实现两种工作速度的转换。动力滑台快进电磁铁1YA通电，电液换向阀的先导阀11及换向阀12均处于左方位置，行程阀8未被压下，调速阀10被短路，处于图示位置，液压缸7两腔油路为差动连接。因为这时滑台的负载较小，系统压力较低，所以限压式变量泵14输出最大流量，动力滑台快速前进。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-底座图7-3YT4543型动力滑台液压系统图1-背压阀2-顺序阀3-单向阀4-一工进调速阀5-压力继电器6-单向阀7-液压缸8-行程阀图7-2组合机床的动力滑台及动力头9-电磁阀10-二工进调速阀11-先导阀12-换向阀图7-2组合机床的动力滑台及动力头表7-1YT4543型动力滑台液压系统的动作循环表信号来源电磁铁工作状态液压元件工作状态顺序阀2行程阀8启动按钮+——一工进挡块压下行程阀8+——挡块压下行程开关+—+滑台靠压在死挡块处+—+压力继电器5发出信号—++左或右位挡块压下终点开关——— 变量泵14→顺序阀2液控口（因快进时系统压力较低，阀未被打开） 换向阀12（左位）液液压缸7右腔→换向阀12（左位）→单向阀3压力继电器5第一次工作进给当滑台快速前进到预定位置时，挡块压下行程阀8，第一次工作进给便开始。第一次工作进给的进给速度，可用调速阀4调节。变量泵 顺序阀2液控口（因进给时系统压力较高，阀被打开）行程阀8（左位） 换向阀12（左位）→单向阀3（切断差动回路）压力继电器5单向阀3（已封闭，不通）顺序阀2→背压阀1→油箱第二次工作进给在第一次工作进给结束时，挡块压下行程开关，使电磁铁3YA通电，电磁阀9左位接入系统，第二次工作进给开始。第二次工作进给的进给速度，可用调速阀10调节。 顺序阀2液控口（因进给时系统压力较高，阀被打开）换向阀12（左位）→单向阀3（切断差动回路）顺序阀2液控口（因进给时系统压力较高，阀被打开）换向阀12（左位）→单向阀3（切断差动回路） 压力继电器5 单向阀3（已封闭，不通） 死挡块停留当滑台第二次工作进给碰到死挡块后停止前进，开始停留。经过时间继电器的延时，使滑台停留一段时间后再返回。滑台在死挡块处的停留时间由时间继电器调节。动力滑台快退当滑台按调定时间在死挡块处停留后，时间继电器发出信号，使电磁铁1YA断电、2YA通电，先导阀11右位接入系统，控制油路换向，使换向阀12亦右位接入系统，因而主油路换向。由于此时滑台没有外负载，系统压力下降，限压式变量泵14的流量又自动增至最大，滑台便快速退回。顺序阀2液控口（因快退时系统压力较低，阀又关闭）动力滑台原位停止当滑台快速退回到原位时，挡块压下终点开关，电磁铁2YA和3YA都断电，此时先导阀11在对中弹簧作用下处于中位，换向阀12左右两边的控制油路都通油箱，因而换向阀12也在其对中弹簧作用下回到中位，液压缸7两腔封闭，滑台停止运动，变量泵14卸荷。卸荷油路：三、YT4543型动力滑台液压系统的特点YT4543型动力滑台的液压系统由下列一些基本回路所组成：限压式变量叶片泵、调速阀、背压阀组成的容积节流加背压的调速回路；液压缸差动连接式快速运动回路；电液换向阀式换向回路；行程阀、电磁阀和顺序阀等组成的速度换接回路；调速阀串联的两次工进回路；电液换向阀M型中位机能系统的性能主要由这些基本回路所决定，其特点分析如下：1)有稳定的低速运动、较好的速度刚性和较大的调速范围，且效率较高。2)增加背压阀改善了运动平稳性，并能承受一定的负方向载荷（即超越负载）。3)在液压缸中不致出现过大的压力。4)因起动时是进口调速，前冲量都较小。2.限压式变量泵加上差动连接式快速回路，可获得较大的快进速度，能量利用比较合理。既减少了能量损耗，又使控制油路保持一定的压力，以保证下一工作循环的顺利起动。3.采用行程阀和顺序阀实现快进转工进的换接，不仅简化油路和电路，而且使动作可靠，转换的位置精度也较高。采用死档块作限位装置，定位准确，重复精度高。4.采用两边节流阀可以根据换向时间要求调节电液换向阀，可使换向平稳，冲击和噪声小。同时，滑台快退时，系统没有背压，也减少了压力损失。5.为避免使用软管连接时产生“前冲”及“后坐”现象。进出液压缸的油液都从固定不动的活塞第二节以换向精度为主的液压系统一、系统的特点和要求有些液压设备，如万能外圆磨床，要求工作部件必须具有良好的换向性能(平稳性和灵敏度)和必要的换向精度，如换向冲击要小，换向精度要高，超程量小，换向停留时间可调以及换向时间短等。(1)运动平稳性高，爬行起始速度低。(2)起动与制动迅速平稳，无冲击，换向精度高。对上述换向要求，采用一般的换向阀是不能满足的。二、M1432A型万能外圆磨床液压系统的工作原理该机床的液压系统能够完成的主要任务是：工作台的往复运动和抖动，砂轮架的横向快速进退运动和周期进给运动，尾架顶尖的退回运动，工作台液动与手动的互锁，砂轮架丝杠螺母间隙的消除及对工作台往复运动的要求(1)运动速度能在0.1～0.5m/min之间进行无级调速，并能作10～30mm/min的低速、无爬(2)能够自动换向，换向过程要平稳，冲击要小，起动、停止要迅速。(3)换向精度要高。同一速度下，换向点变动量应小于0.03mm，不同速度下，换向点变动量应小(4)工作台换向时在两端有一短暂停留，停留时间为0～5s可以进行调节。工作台的往复运动是由行程控制式制动的HYY21/3P-25T型专用液压操纵箱进行控制的。工作台的运动工作液压缸为活塞杆固定、缸体移动的双杆活塞液压缸。如图7-4所示状态下。(4)工作台液动与手动的互锁砂轮架的快速进退运动砂轮架的周期进给运动三、M1432A型万能外圆磨床液压系统的特点(1)采用了活塞杆固定式双杆液压缸，保证了左、右两个方向运动速度一致，占地面积小。(2)系统采用结构简单、价格便宜而压力损失又小的简单节流式调速回路，它对调速范围不大、负载很小且又基本上恒定的磨削加工来说是完全合适的。此外，回油节流的型式在液压缸回油腔中造成的背压力有助于工作台运动稳定，有助于工作台的制动，也有助于防止空气渗入系统。(3)系统采用了先导阀、换向阀、开停阀、节流阀和抖动缸等元件所组成的HYY21/3P-25T型快跳式操纵箱，它能显著地缩小液压元件的总体积、缩短阀间通道长度、减少油管及管接头的数目，并改善液压系统的工作性能，操纵较方便。(4)采取了能使先导阀实现快跳，能使换向阀实现一次快跳、慢移、二次快跳的油路结构，从而使工作台有可能获得很高的换向精度和换向平稳。“换向死点”的现象也得到克服。(5)设置了抖动缸，工作台可短行程、高频率抖动，有利于提高切入磨削时的工件表面质量，同时有利于换向精度的提高，以保证阶梯轴（孔）的磨削质量。上述液压系统中采用了液压操纵箱，虽具有许多优点，但制造比较困难是其不足之处。图7-4M1432A型万能外圆磨床液压系统图第三节以压力变换为主的液压系统一、系统的特点和要求以压力变换为主的液压系统，在压力设备及压力加工机械中应用广泛。这类机械在其工作循环中，除了对速度要求外，往往需要加压、保压延时及泄压等压力变换。要求液压系统加压时，压力能缓慢或急剧上升，产生大推力、大功率，到最大负载点，保持恒定或急剧下降，因而压力经常变换和调节。这种液压系统通常具有如下要求：），(2)空程时速度大，加压时推力大，系统功率大，且要求功率利用率高。(3)空程与压制时，其速度与压力相差甚大，所以多采用高低压泵组或恒功率变量泵供油系统，以满足低压快速行程和高压慢速行程的要求。二、液压机液压系统液压机是利用液压传动技术进行压力加工的设备，可以用来完成各种锻压及加压成形加工。液压机的系统压力高，流量大，功率大。液压机的典型工作循环如图7-5所示。液压机根据压制工艺要求，主液压缸（上缸）能完成“快速度和保压时间需能调节。辅助液压缸（下缸）主要用来顶出工件，要求能实现“顶出→退回→停止”的动作。在薄板拉伸时，又要求辅助液压缸上升、停止和压力回程等辅助动作，有时还需要将坯料压紧，以防止周边起皱。3150KN插装阀式液压机的液压系统工作原理图7-6所示为3150KN插装阀式液压机的液压系统图。油源供油采用按压力自动调节排量的恒功率柱塞泵。系统由五个插装阀集成块叠加组成，每个集成块包括2个插装阀及其先导控制元件。各集成块组成元件及其在系统中的作用见表7-3。表7-2所示为电磁铁动作顺序表。(1)油源调控回路(2)主液压缸控制回路2)慢速下行4)保压6)快速返回7)原位停止(3)辅助液压缸控制回路图7-5液压机的典型工作循环图7-5液压机的典型工作循环2)向下退回3)原位停止图7-63150KN插装阀式液压机的液压系统图1、2、6、10、11、15、18-调压阀3、7-缓冲阀5、8、9、13、16、17、19、20-二位四通电磁阀4、12-三位四通电磁阀14-单向阀21-液控单向阀22-电接点压力表表7–23150KN插装阀式液压机的液压系统电磁铁动作顺序表动作程序快速下行+++慢行下行，加压++++快速返回++++原位停止缸++++++原位停止9表7-33150KN液压机的液压系统集成块组成元件和作用集成块序号和名称组成元件在系统中的作用块插装阀F1为单向阀防止系统油流向泵倒流插装阀F2限制系统最高压力和调压阀2、电磁阀4组成电磁溢流阀调整系统工作压力减少泵卸荷和升压时的冲击腔集成块插装阀F9和电磁阀17构成一个二位二通电磁阀控制辅助液压缸下腔的进油插装阀F10和电磁阀19构成一个二位二通电磁阀控制辅助液压缸下腔的回油和调压阀18组成一个安全阀限制辅助液压缸下腔的最高压力集成块插装阀F7和电磁阀13构成一个二位二通电磁阀控制辅助液压缸上腔的进油插装阀F8和电磁阀16构成一个二位二通电磁阀控制辅助液压缸上腔的回油和调压阀15组成一个安全阀限制辅助液压缸上腔的最高压力辅助液压缸作液压垫，活塞浮动下行时，上腔补油集成块插装阀F5和电磁阀9组成一个二位二通电磁阀控制主液压缸下腔的进油插装阀F6控制主液压缸下腔的回油调整主液压缸下腔的平衡压力和调压阀10组成一个安全阀限制主液压缸下腔的最高压力集成块插装阀F3和电磁阀5组成一个二位二通电磁阀控制主液压缸上腔的进油插装阀F4和电磁阀8控制主液压缸上腔的回路主液压缸上腔释压缓冲和调压阀6组成安全阀限制主液压缸上腔的最高压力3150KN插装阀式液压机液压系统的特点该液压机液压系统主要有压力控制回路、换向回路和快慢速转换回路等组成，并采用二通插装阀集成化结构。因此，可以归纳出这台液压机液压系统的以下一些性能特点：(1)采用高压大流量恒功率（压力补偿）变量液压泵供油，并配以由调压阀和电磁阀构成的电磁溢流阀，使液压泵空载起动，主、辅液压缸原位停止时液压泵均卸荷，这样既符合液压机的工艺要求，击，使液压机工作平稳。(5)系统在液压泵的出口设置了单向阀和安全阀，在主液压缸和辅助液压缸的上、下腔的进出油路上均设有安全阀；另外，在通过压力油的插装阀F3、F5、F7、F9的控制油路上都装有梭阀保证关闭可靠。这些多重保护措施保证了液压机的工作安全可靠。三、注塑机液压系统注塑机一般有合模部件、注射部件、液压系统及电气控制部分等组成，其外形如图7-7所示。注塑机的一般工艺过程见图7-8。(2)开、合模速度可调，空程时要求快速；合模时要求慢速。开、合模的速度按慢—快—慢的规律(3)注射座整体进、退，注射座移动液压缸应有足够的推力。(4)注射压力和速度可调(5)保压及其压力可调(6)制品顶出速度要平稳图7-7注塑机的外形1-合模液压缸2-后固定模板3-连杆扩力机构4-拉杆5-顶出缸6-动模板7-安全门8-前固定模板9-注射螺杆10-注射座移动缸11-机筒12-料斗13-注射缸14-液压马达图7-8注塑机的一般工艺过程2.XL350型压力比例控制注塑机液压系统的工作原理力比例控制注塑机外观图。该机的技型注塑机的液压系统原理图。XL350型注塑机的液压系统采用了节能和负载跟随响应电液比例控制技术，能耗低、速度快，工作时可自动、半自动或手动操纵。若仅需要七档压力其中之一的参数显示，将功能选择键拧到“调定检测开关则从系统压力表即可获得读(1)液压系统分析的动力源部分，采用一只电液比例溢流阀V3来实施对主溢流阀（安全阀）V1的先导调控。将上述设定的压力—电位器的电参数通过电子放大器，适时地输入到比例溢流阀V3的比例电磁铁，达到各档压力值的先导调定，从而自动进行负载跟随响应，以达到该液压系统中的速度调节由选择压力下，溢回油箱。定量泵输出的多余压力油，仍由主溢流阀V1溢回油箱。这种定量泵的输出压力适应负载压力以减少功率消耗的回路，在压力变化幅度较大时更能显示出良好的节XL350型注塑机无论手动、半自图7-9XL350型压力比例控制注塑机图7-10XL350型注塑机的液压系统原理图动和自动操纵，执行注塑工艺的动作顺序，即液压系统的动作顺序与工艺过程都相一致。表7-4XL350型压力比例控制注塑机的技术参数(2)液压系统的工作情况2)注射座前移4)预塑5)注（射缸）退6)注射座后退8)顶进9)顶退XL350型注塑机还有一种双比例电脑控制的机型。其液压系统中动力源部分还采用了比例节流阀，既可对多个执行元件进行压力控制，又可进行多级流量控制的比例功率调节回路。3.XL350型压力比例控制注塑机液压系统的特点(1)采用CAD、CAM技术优化设计，大容模量，大移模行程。(2)有严格的顺序动作。本机的执行元件较多，各动作之间有严格的顺序。执行元件通过电气行程开关和电磁阀来保证动作顺序。(3)压力、流量变化大。本机执行元件较多，且要求的压力、流量各不相同。本机采用比例压力阀和定量泵改进注塑机液压系统，使能量利用合理，所用元件少并减少发热。(4)在预塑时要求有背压，注射缸右腔回油，调整单向节流阀V10中的可调节流阀，可对预塑工作时的背压进行调节。(6)高位油箱布置，散热好，泵自吸性好，噪声低。(7)注塑机的注射压力很大，只有当操作者离开，将安全门关闭，开合模缸才能进油合模，从而保第四节多个执行元件配合工作的液压系统一、系统的特点和要求在液压设备中，有时采用一个液压泵(或一个高低压泵组)驱动多个执行元件，以实现工作部件的特定功能。这样可以节省元件，合理利用功率等，因而得到广泛应用。对每一个执行元件，在流量、压力即在动作关系上难免相互影响，相互牵制，所以可靠地控制各执行元件动作关系，成为系统的主要问题。这种液压系统通常具有如下要求：(1)系统及元件应保证各执行元件频繁换接、压力急剧变化的条件下，有足够的可靠性。(2)应能实现严格的顺序控制，完成工作部件规定的工作循环。充分利用功率，提高生产率。在自动机床刀架液压系统、工程机械液压系统及工业机器人、机械手液压系统中，得到广泛应用。二、JSS35型示教再现工业机器人图7-13运行机能符号图图7-12JSS35型机器人外形图图7-13运行机能符号图5-底座油箱6-俯仰缸机器人工作之前，先通过示教盒对其所要完成的工作进行人工示教，使其能记录工作过程的顺序、位置、动作、时间等信息，并自动编成程序，然后按其记忆的程序再现工作过程。示教再现机器人由于其功能多，适应性强，是国内外应用较多的一种机器人。目前国内外已有系列产品。JSS35型机器人是广州机床研究所研制的，它采用了电液伺服系统驱动(在第九章介绍)，微型计液压系统最高压力为6.3MPa，气压压力为0.2～0.6MPa。1.机器人的组成及动作该机器人的外形如图7-12所示。其运动类型为极坐标式。臂部有三个自由度，即手臂伸缩、手臂水平回转和手臂俯仰。腕部有两个自由度，即腕回转和腕上下摆动。图7-13为其运动机能符号图。在机器人的基本动作中，除上面五个动作外，还有手爪的夹紧动作。2.JSS35型机器人的液压系统及气动系统在机器人的六个基本动作中，除手爪夹紧动作采用气动驱动外，其他五个动作均采用电液伺服驱图7-14示教再现机器人的液压系统与气动系统原理动。液压系统和气动系统原理如图7-14所示。来自叶片泵3的油液经过精滤器9过滤后，通过单向阀10进入各电液伺服阀15、16、17、18、19，然后再进入各液压缸推动活塞带动相应机构运动，从而获得机器人各轴的运动。各轴运动速度和方向由输入电液伺服阀的电流大小和方向进行控制，所以机器人可实现高速精确定位。油路中单向阀10用来防止液压泵在小流量下工作或不工作时压力油回流。并联在高压油路中的蓄能器13为皮囊式蓄能器，其作用是贮存多余油液和保持系统压力稳定。系统压力由溢流阀6调定。在手臂水平回转缸28、手腕上下摆动缸29及手腕回转缸30的油路中，分别装有双向安全阀。机器人在工作中碰到障碍时，