机电一体化技术及应用 课件-第5章　液压与气动控制技术

第5章·液压与气动控制技术5.1认识液压传动以液体为介质——从帕斯卡原理到典型基本回路本节知识链液压原理→五大组成→图形符号→优缺点→基本回路5.1.1液压传动工作原理|5.1.2液压传动系统的组成|5.1.3典型液压传动系统机电系统控制原理及应用·数字教材配套授课课件本节导图5.1认识液压传动·内容与知识主线数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件0201液压传动工作原理液体静压传动与帕斯卡原理；液压千斤顶四步工作过程；力的放大公式与教材示例；两次能量转换02系统的构成与组成机床工作台液压传动系统实例；动力/执行/控制/辅助元件与传动介质五大组成03图形符号与典型元件结构原理图与职能符号图；液压泵与液压马达、液压阀三大类、液压缸的图形符号04液压传动主要优缺点7条优点与5条缺点；总评：优点十分突出，缺点将随科学技术的发展逐渐克服05典型液压传动系统基本回路的定义与分类；方向控制、压力控制、速度控制三类共6个典型回路主线·知识链帕斯卡原理↓千斤顶四步↓五大组成↓职能符号↓三类回路学习目标学完5.1，你将能够…数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件03知识目标①说出液压传动的介质与理论基础②复述千斤顶的四步工作过程③写出力的放大公式并会代入计算④说明两次能量转换各由谁完成⑤列出五大组成部分及各自功能⑥认识常用液压元件的图形符号⑦说出液压传动的主要优缺点⑧说明三类基本回路的划分口径技能目标①会用F₂=F₁×D²/d²算输出力②能对照符号读懂液压系统图③能按“泵→阀→缸”顺序读回路④能写出换向回路的进油与回油路⑤能辨别回路属于哪一类控制素质目标①建立“压力等值传递”的物理直觉②形成“先读符号、再读回路”习惯③认识优缺点，建立选型意识④体会基本回路组合成系统的思维⑤关注国产液压元件，增强自信本节关键液压传动有两条主线：一是“压力等值传递”的物理原理（帕斯卡原理），二是“元件→基本回路→系统”的工程组织方式。5.1.1液压传动工作原理液体静压传动·帕斯卡原理·千斤顶四步过程·力的放大·两次能量转换帕斯卡原理→千斤顶四步→力的放大→两次转换机电系统控制原理及应用·数字教材配套授课课件知识储备5.1认识液压传动：以液体为介质传递动力数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件05液压传动利用液体（通常是液压油）作为传递动力和控制的介质，通过液体的压力来实现动力传递。发展背景得益于机电一体化技术的进步，以及与微电子、计算机技术的融合，液压传动技术迈入了一个崭新的发展时期。系统构成由多种元件构成不同功能的基础回路，这些基础回路经过有机组合，形成具有特定控制功能的传动系统。能量路线液压泵把电动机提供的机械能转换为压力能，经管路、控制阀送到执行元件，再转换为机械能驱动负载。能量传递链条电动机（机械能）→液压泵（机械能→液体压力能）→管路、控制阀（传递与调节压力能）→执行元件：液压缸/液压马达（液体压力能→机械能）→驱动负载、实现执行机构的运动。本节主线原理（帕斯卡定律）→组成（五大类元件+图形符号）→典型回路（方向控制/压力控制/速度控制）知识要点理论基础：液体静压传动与帕斯卡原理数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件06帕斯卡原理（帕斯卡定律）式中符号与结论F₁——小活塞上的输入力；A₁——小活塞面积（直径d）；F₂——大活塞的输出力；A₂——大活塞面积（直径D）。结论：大、小活塞面积比越大，力的放大倍数越大。为什么力能被放大在密闭容器中，施加于静止液体上的压力将以等值同时传递到液体各点，所以两个活塞下的压力p相同；而F₂=p×A₂，面积A₂越大，输出力就越大。记住帕斯卡原理保证的是“压力等值传递”，而面积比D²/d²决定的是“力放大的倍数”。教材图示图5-1液压千斤顶工作原理图数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件07从千斤顶看液压传动液压千斤顶是说明液压传动工作原理最经典的装置：小液压缸+大液压缸，配上吸油单向阀、排油单向阀与截止阀，由杠杆驱动。小液压缸与排油单向阀、吸油单向阀一起完成吸油与排油，把杠杆的机械能转换为油液的压力能输出，称为（手动）液压泵。大液压缸把油液的压力能转换为机械能输出，抬起重物，称为（举升）液压缸。吸油、排油各由一个单向阀控制，油液只能单向流动；单向阀的启闭决定了油路的通断。不断上下扳动杠杆，重物就被一点一点举升起来。图5-1液压千斤顶工作原理图看图提示图中左侧的小液压缸就是“手动泵”，右侧的大液压缸就是“举升缸”，两者的面积比决定了力的放大倍数。知识要点液压千斤顶的四步工作过程数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件08①吸油过程向上抬起杠杆时，小液压缸中的小活塞向上运动，小液压缸下腔容积增大形成局部真空，排油单向阀关闭，油箱中的油液在大气压作用下经吸油管顶开吸油单向阀进入小液压缸的下腔。②压油过程向下压杠杆时，小液压缸下腔容积减小，油液受挤压压力升高，关闭吸油单向阀，顶开排油单向阀，油液经排油管进入大液压缸的下腔，推动大活塞上移顶起重物。③保压/顶升过程如此不断上下扳动杠杆，则不断有油液进入大液压缸下腔，使重物逐渐举升。杠杆停止动作时，大液压缸下腔油液压力使排油单向阀关闭，大活塞连同重物一起被锁住不动，停止在举高位置。④回落过程打开截止阀，大液压缸下腔通油箱，大活塞在自重作用下下移，回复到原始位置。元件归纳小液压缸与吸油单向阀、排油单向阀一起完成吸油与排油，将杠杆的机械能转换为油液的压力能输出，称为（手动）液压泵；大液压缸将油液的压力能转换为机械能输出、抬起重物，称为（举升）液压缸。例题精讲示例：液压千斤顶的力放大计算数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件09教材示例【题目】小活塞直径d=10mm，大活塞直径D=50mm。当施加F₁=200N的力时，大活塞可输出多大的力？【解析】①面积比：②由帕斯卡原理，密闭容器中的压力处处相等：③所以输出力：④代入数据：结论：F₂=5000N，力的放大倍数为25倍，足以顶起约500kg的重物。图5-1液压千斤顶工作原理图结论大、小活塞面积比越大，力的放大倍数越大——这就是液压千斤顶“四两拨千斤”的道理。知识要点核心概念：液压系统中的两次能量转换数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件10核心概念：在液压系统中发生两次能量转换。第一次机械能→液体压力能由液压泵完成——液压泵把原动机输入的机械能转换成油液的压力能。第二次液体压力能→机械能由执行元件（液压缸或液压马达）完成——把油液的压力能转换成机械能，驱动负载。为什么强调“两次”千斤顶最能说明问题：小液压缸（手动液压泵）把杠杆的机械能变成油液的压力能，大液压缸（举升液压缸）再把压力能变回机械能抬起重物。中间起连接作用的是管路与控制阀——它们传递并调节压力能。一条能量主线机械能→（液压泵）→液体压力能→（液压缸/液压马达）→机械能，中间靠管路与控制阀传递和调节。5.1.2液压传动系统的组成机床工作台系统实例·五大组成·结构原理图与职能符号图·泵/阀/缸的图形符号·优缺点五大组成→图形符号→液压泵→液压阀→液压缸→优缺点机电系统控制原理及应用·数字教材配套授课课件教材图示图5-2机床工作台液压传动系统数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件12一台简化了的机床工作台液压传动系统图5-2所示为一台简化了的机床工作台液压传动系统。液压泵3由电动机（图中未标出）带动旋转，从油箱1中吸油；油液经过滤器2过滤后流往液压泵，经泵向系统输送。来自液压泵的压力油经节流阀5和换向阀6进入液压缸7的左腔，推动活塞连同工作台8向右移动；这时液压缸右腔的油通过换向阀经回油管排回油箱。如果把换向阀手柄扳到左边位置，使换向阀处于图5-2（b）所示的状态，压力油经换向阀进入液压缸的右腔，推动活塞连同工作台向左移。图中：1-油箱2-过滤器3-液压泵4-溢流阀5-节流阀6-换向阀7-液压缸8-工作台。图5-2机床工作台液压传动系统读图顺序先看动力源（液压泵3从油箱1吸油、经过滤器2过滤），再看控制元件（溢流阀4、节流阀5、换向阀6），最后看执行元件（液压缸7）与负载（工作台8）。知识要点图5-2的动作解析：右移、左移、调速、调压数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件13向右移动压力油经节流阀5和换向阀6进入液压缸7的左腔，推动活塞连同工作台8向右移动；液压缸右腔的油通过换向阀经回油管排回油箱。向左移动将换向阀手柄扳到左边位置（图5-2（b）状态），压力油经换向阀进入液压缸的右腔，推动活塞连同工作台8向左移动；液压缸7左腔的油亦经换向阀和回油管排回油箱。调节速度工作台的移动速度是通过节流阀来调节的：节流阀开口较大时，进入液压缸的流量较大，工作台的移动速度也较快；反之开口较小时，移动速度则较慢。调整压力工作台移动时必须克服阻力（切削力、相对运动表面的摩擦力等）。调节溢流阀弹簧的预压力就能调整泵出口的油液压力，并让多余的油在相应压力下打开溢流阀，经回油管流回油箱。四个动作，四个元件在管换向阀管“往哪走”，节流阀管“走多快”，溢流阀管“出多大力、多余的油去哪”——动力源（液压泵）则由电动机带动。知识要点液压传动系统的五大组成部分数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件14组成部分功能与典型元件（1）动力元件一般是液压泵。它的功能是将原动机输入的机械能转换成流体的压力能，以驱动执行元件运动。（2）执行元件一般指作直线运动的液压缸、作回转运动的液压马达。它的功能是将流体的压力能转换为机械能，以驱动工作部件。（3）控制元件指各种阀类元件，作用是控制和调节液压系统中流体的压力、流量和流动方向，以保证工作机构完成预定的工作运动。（4）辅助元件指除上述三种以外的其他装置，如油箱、滤油器、储能器等，作用是提供必要的条件，使系统得以正常工作和便于监测控制。（5）传动介质即液压油，其作用是传递运动和动力的。五者如何协同动力元件提供压力油，控制元件调节压力、流量和方向，执行元件驱动工作部件，辅助元件与传动介质保证系统得以正常工作。一句话液压系统=动力元件+执行元件+控制元件+辅助元件+传动介质（液压油）。知识要点液压系统的两种图形符号数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件15结构原理图组成液压系统的各个元件是用半结构式图形画出来的。直观性强，较易理解；但难于绘制，系统中元件数量多时更是如此。职能符号图用国家标准GB786.1-1993规定的液压图形符号绘制。符号只表示元件的功能，不表示元件的结构和安装位置。可使液压系统图简单明了，便于绘制。图5-2里的两种画法图5-2（a）中组成液压系统的各个元件是用半结构式图形画出来的，即结构原理图；图5-2（c）是用国家标准GB786.1-1993规定的液压图形符号绘制的系统原理图。在工程实际中，除某些特殊情况外，一般都用简单的图形符号来绘制液压系统原理图。约定往后各图均为职能符号图：一个符号只说明“功能”，不说明“结构”和“安装位置”。知识要点（1）液压泵与液压马达数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件16液压泵：动力元件液压泵是液压传动系统的动力装置，它将原动机输入的机械能转换成液体压力能，属于动力元件，是液压传动系统的重要组成部分。工程上常用的液压泵有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵三种。液压马达：执行元件液压马达是执行元件，它将液体的压力能转换为机械能，输出转矩和转速。泵与马达的可逆性液压马达的工作原理在理论上与液压泵具有可逆性，它们的结构也基本相同；但由于工作任务和具体要求不同，所以在实际结构上只有少数泵能做马达使用。分类依据类别按转速高速液压马达、低速液压马达按排量可否调节定量马达；变量马达（变量马达又可分为单向变量马达和双向变量马达）其他摆动液压马达教材图示图5-3液压泵的工作原理数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件17柱塞泵是怎么吸油、压油的图中：1-偏心轮2-柱塞3-弹簧4、5-单向阀6-密封腔。柱塞2靠弹簧3压在偏心轮1上，偏心轮转动时，柱塞便作往复运动。柱塞向下移动时，密封腔6因容积增大而形成一定真空，在大气压力的作用下通过单向阀4从油箱中吸入油液，这时单向阀5将压油口封闭，以防止系统油液回流。柱塞向上移动时，密封腔的容积减小，将已吸入的油液通过单向阀5压出，这时单向阀4将吸油口封闭，以防止油液回流到油箱中。于是偏心轮便不停地转动，泵就不断地进行吸油和压油过程。图5-3液压泵的工作原理读图提示工程上常用的液压泵有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵三种；图5-3以柱塞泵为例说明泵的吸油与压油过程，两个单向阀保证油液只能单向流动。教材图示图5-4液压泵的图形符号数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件18图5-4液压泵的图形符号（a）一般符号（b）单向定量泵（c）单向变量泵（a）一般符号液压泵的一般表示。（b）单向定量泵单向表示油液只能按一个方向流动；定量表示排量不可调节。（c）单向变量泵在单向的基础上，排量可以调节——符号上多出一根斜箭头。记住符号只表示元件的功能，不表示元件的结构和安装位置——先认“形状”，再想“功能”。知识要点（2）液压阀：控制元件的三大类数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件19为什么需要液压阀在液压系统中，除了需要液压泵提供动力和液压执行元件来驱动工作装置外，还需要对执行元件的启动、停止、速度大小、运动方向，以及力、转矩大小和动作顺序等进行控制，这就需要控制元件（简称控制阀）。液压控制阀在液压系统中占有很大比重，它的性能好坏直接影响液压系统的工作过程和工作性能。按用途分类简称典型元件方向控制阀方向阀单向阀、换向阀等压力控制阀压力阀溢流阀、顺序阀、减压阀和压力继电器等流量控制阀流量阀节流阀、调速阀等组合阀这三类阀还可根据需要互相组合成组合阀，如单向顺序阀、单向减压阀、卸荷阀和单向节流阀等。一句话液压阀按“管什么”分成三类：管方向（方向阀）、管压力（压力阀）、管流量（流量阀）。教材图示图5-5单向阀图形符号数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件20（a）普通单向阀（b）液控单向阀普通单向阀：控制油液只能按一个方向流动而反向截止，故简称单向阀，又称止回阀。液控单向阀：与普通单向阀相比，增加了一个控制油口。怎么工作：当控制油口处无压力油通入时，液控单向阀起普通单向阀的作用，主油路上的压力油不能反向流动。看图：图5-5（b）液控单向阀是在（a）普通单向阀的基础上，多画了一条表示控制油口的虚线。归类：单向阀与换向阀同属方向控制阀，都是用来控制液流方向的元件。教材图示图5-6常用换向阀的图形符号数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件21（a）二位二通（b）二位三通（c）二位四通（d）二位五通（e）三位四通（f）三位五通换向阀的作用：利用阀芯相对于阀体的运动（位置的改变）来控制液流方向，接通或断开油路，从而改变执行机构的运动方向、启动或停止。按工作位置数分：二位、三位、四位。按通路数分：二通、三通、四通、五通。读符号的窍门：方框的个数=工作位置数；一个方框上的接口数=通路数。例如（e）有三个方框、每个方框4个接口，所以是三位四通。图5-6（a）~（f）依次为：二位二通、二位三通、二位四通、二位五通、三位四通、三位五通。两位与三位的差别：二位阀只有两个工作位置（左位、右位）；三位阀多一个中间位，常用于让执行元件在中位停止。归类：换向阀属于方向控制阀，与单向阀同属一大类（图5-5）。教材图示图5-7常见换向阀的图形符号数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件22图5-7常见换向阀的图形符号（a）三位四通手动换向阀（b）二位三通电磁换向阀右位工作P口与B口接通，A口与T口接通。左位工作P口与A口接通，B口与T口接通。中间位P、B、A和T口互不相通。油口与操纵方式P口通液压泵，A、B口通液压缸或液压马达，T口通油箱。图5-7（a）三位四通手动换向阀：当手柄拨动阀芯移动时，可使液压阀工作在不同的位置。图5-7（b）二位三通电磁换向阀通过控制电磁铁线圈通断电，使阀芯移动来控制液流方向。按阀芯所受操纵外力的方式不同，主要有手动、机动、电动、液动、电液动等换向阀。教材图示图5-8常见流量阀的图形符号数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件23图5-8常见流量阀的图形符号（a）普通节流阀（b）调速阀作用主要用来调节通过阀口的流量，以满足对执行元件运动速度的要求。原理均以节流单元为基础：改变阀口通流截面的大小或通流通道的长短→改变液阻→调节流量。常见类型节流阀、调速阀、分流阀及其与单向阀、行程阀组成的各种组合阀。液阻是什么液阻即为小孔缝隙对液体流动产生的阻力。改变阀口通流截面的大小或通流通道的长短，就改变了液阻，也就改变了通过阀口的流量——流量控制阀正是靠这一条来调速度的。教材图示图5-9常见液压缸的图形符号数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件24图5-9常见液压缸的图形符号（a）双作用单杆活塞缸（b）单作用单杆活塞缸（c）双作用双杆活塞缸功能将液压系统中的压力能转化为机械能，以驱动外部工作部件。与液压马达的区别液压缸输出直线（或往复直线）运动，液压马达输出旋转运动。分类按结构分活塞式/柱塞式/摆动式；按供油方式分单作用式和双作用式。单作用式与双作用式单作用式液压缸中液压力只能使活塞（或柱塞）单方向运动，反方向运动必须靠外力（如弹簧力或自重等）实现；双作用式液压缸可由液压力实现两个方向的运动。读符号图5-9三个符号依次对应双作用单杆、单作用单杆、双作用双杆——差别在供油腔数与活塞杆数。知识要点液压传动的主要优点（7条）数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件251）液压传动能方便地实现无级调速，调速范围大。2）在相同功率情况下，液压传动能量转换元件的体积小，重量较轻。3）液压传动工作平稳，反应速度快，冲击小，能高速启动、制动和换向。4）液压系统便于实现过载保护。5）液压系统操作简单，便于实现自动化。特别是和电气控制联合使用时，易于实现复杂的自动工作循环。6）油液元件能够自行润滑，元件的使用寿命长。7）液压元件易于实现系列化、标准化和通用化，故便于设计、制造。归纳优点集中在“无级调速、体积小重量轻、工作平稳、过载保护、易自动化、自行润滑寿命长、易标准化”。知识要点液压传动的主要缺点（5条）数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件261）由于泄漏及流体的可压缩性，使它们无法保证严格的传动比。2）液压传动对油温的变化比较敏感，不宜在很高和很低的温度下工作，易污染环境。3）不宜远距离输送动力。4）油液元件制造精度要求高，加工装配较困难，且对油液的污染较敏感。5）由于液压元件和工作介质都在封闭的油路内工作，发生故障不易检查。总的评价总的来说，液压传动的优点是十分突出的，它的缺点将随着科学技术的发展而逐渐得到克服。易混辨析优点说的是“能力”，缺点说的是“限制”——逐条对照记忆，不要记混。5.1.3典型液压传动系统液压基本回路·方向控制回路·压力控制回路·速度控制回路基本回路→方向控制→压力控制→速度控制机电系统控制原理及应用·数字教材配套授课课件知识要点典型液压传动系统：从元件到基本回路数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件28什么是液压基本回路一个液压系统不管是简单还是复杂，均由一些基本回路所组成。液压基本回路是由若干液压元件组成的、用来完成特定功能的典型回路。按功能分类本节对应的典型回路方向控制回路图5-10液压自动换向回路；图5-11电磁换向阀换向回路压力控制回路图5-12调压回路；图5-13卸荷回路速度控制回路图5-14进油节流阀调速回路；图5-15速度换接回路多缸工作控制回路按功能划分的第四类基本回路，本节未给出图示看图顺序先分清回路类型（方向/压力/速度），再顺着“液压泵→控制阀→执行元件→油箱”把油路走一遍；进油路与回油路要分别写清楚。教材图示图5-10液压自动换向回路数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件29二位四通电磁阀换向：1YA通电与断电1YA通电：换向阀左位接入系统工作，活塞向右移动。进油路：液压泵1→换向阀2左位P口→A口→液压缸左腔。回油路：液压缸右腔→换向阀2左位B口→T口→油箱。1YA断电：换向阀的右位接入系统工作，活塞向左移动。进油路：液压泵1→换向阀2右位P口→B口→液压缸右腔。回油路：液压缸左腔→换向阀2右位A口→T口→油箱。图5-10液压自动换向回路延伸根据执行元件的换向要求，也可采用二位（或三位）四通或五通控制阀；控制方式可以是人力、机械、电气、直接压力或间接压力（先导）等。教材图示图5-11电磁换向阀换向回路数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件30限位开关控制三位四通电磁阀：往复自动换向按下启动按钮，1YA通电，换向阀左位工作，液压缸左侧进油，液压缸活塞向右运动。当碰上限位开关2时，2YA通电、1YA断电，换向阀切换到右位工作，液压缸右腔进油，活塞向左运动。当碰上限位开关1时，1YA通电、2YA断电，换向阀切换到左位工作，液压缸左腔进油，活塞又向右运动。这样往复变换换向阀的工作位置，就可自动变换活塞的运动方向。当1YA和2YA都断电时，换向阀处于中位，活塞停止运行。图5-11电磁换向阀换向回路小结“限位开关发信号→电磁铁通断电→阀芯换位→活塞换向”，这就是机床工作台自动往复运动的电气—液压配合方式。教材图示图5-12调压回路数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件31用溢流阀调定液压泵的工作压力溢流阀的调定压力应大于系统的最高工作压力。这种调压回路在定量泵节流调速系统中应用。由图可见，由于泵的流量大于通过调速阀进入液压缸中的流量，油压升高到溢流阀的调定值后顶开溢流阀，多余的油流回油箱。在溢流的过程中，系统的油压与溢流阀弹簧力保持平衡，使系统在不断溢流的过程中保持压力基本稳定。图5-12调压回路注意溢流阀在这里同时干两件事：一是调定（限定）泵出口的油液压力，二是让多余的油在相应压力下流回油箱。教材图示图5-13卸荷回路数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件32用H型中位机能实现液压泵卸荷图5-13所示是采用H型（也可以用M型或K型）中位滑阀机能的三位四通电磁换向阀来实现卸荷的回路。当换向阀的两个电磁铁1YA与2YA都断电时，液压泵输出的油液经换向阀中间通道直接流回油箱，实现液压泵卸荷。图5-13卸荷回路对比记忆调压回路解决“系统压力多高”，卸荷回路解决“两个电磁铁都断电时泵的油往哪里去”。教材图示图5-14进油节流调速回路数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件33速度控制回路：调的是流量，变的是速度用来控制执行元件运动速度的回路称为速度控制回路。液压系统执行元件的速度控制包括速度的调节和变换。节流阀调速的原理是通过控制进入运动部件的流量来控制运动部件的速度。按照节流阀（或调速阀）在系统中安装的位置不同，有进油节流调速、回油节流调速和旁路节流调速。图5-14为进油节流阀调速回路：节流阀安装在进油路上，液压泵输出的油液经节流阀进入液压缸左腔，推动活塞向右运动，多余的油液自溢流阀回油箱。调节节流阀的开口大小，即可调节进入液压缸的流量，从而改变液压缸的运动速度。图5-14进油节流阀调速回路三种调速进油节流调速/回油节流调速/旁路节流调速——区别就在节流阀（调速阀）装在油路的哪个位置。教材图示图5-15速度换接回路数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件34把活塞快速右移换接成慢速右移当1YA通电、2YA断电、3YA通电时，活塞向右快速移动：液压缸右腔的油液经换向阀1的左位和换向阀2的右位直接流回油箱。当3YA断电时，回油则经调速阀3流回油箱，活塞向右运动的速度由快速转为慢速。两个状态对照：3YA通电→回油直接回油箱（快速）；3YA断电→回油经调速阀3（慢速）。（3YA断电后回油改走调速阀3，相当于切换到回油节流调速，所以速度由快转慢。）图5-15速度换接回路1、2-换向阀3-调速阀对照与图5-14的“调速”不同，速度换接回路要解决的是“同一行程内先快后慢”。课堂小结5.1知识链串讲数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件35①液压传动以液体（液压油）为介质、靠液体压力传递动力；理论基础是液体静压传动与帕斯卡原理。②帕斯卡原理密闭容器中压力处处相等：p=F₁/A₁=F₂/A₂，故F₂=F₁×D²/d²。③千斤顶四步吸油→压油→保压/顶升→回落；小液压缸=（手动）液压泵，大液压缸=（举升）液压缸。④两次转换机械能→液体压力能（液压泵）；液体压力能→机械能（液压缸或液压马达）。⑤五大组成动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件、传动介质（液压油）。⑥图形符号结构原理图直观但难绘；工程上一般用GB786.1-1993规定的职能符号图。⑦优缺点优点：无级调速、体积小、平稳、过载保护、易自动化、寿命长、易标准化；缺点：传动比不严、怕油温、不宜远距离、精度要求高、故障难查。⑧三类回路方向控制（图5-10、5-11）、压力控制（图5-12、5-13）、速度控制（图5-14、5-15）。本节知识链帕斯卡原理→千斤顶原理→五大组成→图形符号→优缺点→方向/压力/速度三类基本回路思考练习带着问题巩固5.1数字教材第5章·5.1认识液压传动配套授课课件36简答题①液压传动以什么为介质？它的理论基础是什么？②帕斯卡原理的内容是什么？据此写出力放大公式。③液压千斤顶的四个工作过程分别是什么？④两次能量转换分别由什么元件完成？⑤液压传动系统由哪五部分组成？各有什么作用？⑥结构原理图与职能符号图各有什么优缺点？工程上用哪种？⑦液压阀按用途分哪三大类？各举两种典型阀。⑧液压传动的主要优点和缺点各有哪些（各答三点以上）？⑨什么是液压基本回路？按功能可分哪几类？⑩简述图5-10中1YA通电时的进油路与回油路。计算与分析题⑪（拓展练习）小活塞直径d=20mm，大活塞直径D=80mm，施加F₁=150N，求F₂与力放大倍数。⑫图5-2中工作台的移动速度由哪个阀调节？泵出口压力由哪个阀调整？多余的油液最终到哪里去了？⑬图5-11中碰上限位开关2后，哪个电磁铁通电、哪个断电？活塞向哪边运动？⑭图5-13中1YA与2YA都断电时，泵输出的油液经哪里回到油箱？用的是哪种中位机能？⑮某机床要求工作台实现“快进—工进”自动循环，应选用哪种速度控制回路？为什么？自查标准能说清“压力为什么处处相等”“两次能量转换各由谁完成”“五大组成与三类基本回路”，并会按“泵→阀→缸”的顺序读常用的职能符号图。5.1认识液压传动·完先懂原理，再读回路下一节5.2认识气压传动气压传动概述·气压传动工作原理·气动元件与典型回路气压传动→气源装置→气动元件→气动回路机电系统控制原理及应用·第5章液压与气动控制技术5.1认识液压传动第5章·液压与气动控制技术5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制气压传动与工业机器人气路以压缩空气为工作介质——从气动剪切机到机器人末端气路本节知识链工作原理→系统组成→基本回路→供料单元→电液控制→机器人气路5.2认识气压传动（工作原理/系统组成/典型系统/电液控制回路）|5.3工业机器人气路控制（基本结构/气路连接/工具快换原理）机电系统控制原理及应用·数字教材配套授课课件本节导图5.2-5.3内容与知识主线数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件0201气压传动工作原理空气压缩机把机械能变成压力能，气缸把压力能变回机械能；气动剪切机一个完整循环讲清“行程阀—气控换向阀—气缸”的自动配合02气压传动系统的组成动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件四部分；气压泵、气缸、压力控制阀、方向控制阀、流量控制阀五类图形符号03典型气压传动系统气动基本回路四类：方向控制、压力控制、调速控制、多缸运动；以YL-335B供料单元为例看回路的实际应用04电液控制回路液压动力头一次工进系统：原位停止→快进→工进→快退；表5-1给出1YA/2YA/3YA的电磁铁动作顺序05工业机器人气路控制气路控制系统组成部分、J4手臂气路接口（AIR1/AIR2）、电磁阀与机器人控制IO对照、工具快换的卡紧与分离原理主线·知识链空气→压力能↓四类元件↓五类符号↓四类回路↓供料单元↓电液/机器人学习目标学完5.2-5.3，你将能够…数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件03知识目标①说出气压传动的定义、特点与主要应用领域②说明气压传动的能量转换过程（机械能→压力能→机械能）③说出气压传动系统四个组成部分及各自动能④认识气压泵、气缸、压力阀、方向阀、流量阀的图形符号⑤说出气压传动的主要优点与缺点⑥区分方向、压力、调速、多缸运动四类基本回路⑦说出电磁阀与行程开关在电液回路中的配合关系⑧说出机器人气路系统的组成部分与接口作用⑨说明工具快换装置卡紧与分离的工作原理技能目标①能读懂气动剪切机工作原理图并说出各元件编号②能按“先强电、后弱电”的顺序读气动/电液回路图③能分析YL-335B供料单元气缸的动作顺序④能读懂表5-1电磁铁动作顺序表并复述工作循环⑤能对照表5-2把机器人IO与电磁阀动作对应起来⑥能估算气缸动作时间、循环节拍与电磁阀寿命素质目标①建立“介质清洁干燥、集中供气”的规范用气意识②养成强弱电分离、按图接线、先接线后上电的习惯③体会“机—电—液—气”一体化系统的综合分析方法④通过国产自动化生产线案例增强工程自信⑤团队协作与安全操作意识本节关键气压传动靠“压缩空气”传递能量，靠“阀”控制方向、压力和流量；把这些元件按回路串起来，就能驱动气缸——从气动剪切机到工业机器人末端气路，原理完全一致。5.2.1气压传动工作原理能量转换三步走·气动剪切机的自动循环机械能→压力能→控制与辅助→压力能→机械能→剪切机循环机电系统控制原理及应用·数字教材配套授课课件知识储备认识气压传动：以空气为工作介质数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件05什么是气压传动气压传动简称气动，是以空气为工作介质，进行能量传递或信号传递及控制的技术，通过控制和驱动各种机械和设备，可以实现生产过程机械化、自动化。四种突出特点防火、防爆、防电磁干扰；抗振动、冲击、辐射；无污染；结构简单、工作可靠。为什么应用这么广气动技术与液压、机械、电气和电子技术一起，互相补充，已成为实现生产过程自动化的重要手段，广泛应用于机械、冶金、轻纺食品、化工、交通运输、航空航天、国防建设等各部门。与液压的关键区别气压传动系统的工作介质是压缩空气，在进入系统时，压缩空气必须保持清洁和干燥；在工厂中一般都是由压缩空气站集中供气。气动与液压在动力源上的区别气压传动的动力源是压缩空气，由压缩空气站集中供给；液压传动的动力源是液压泵与液压油。正因为介质不同，两者在密封、润滑、速度稳定性和输出力上各有取舍。一句话空气取之不尽、排气不污染环境、还能防火防爆——这就是气动在自动化产线上不可替代的原因。知识要点5.2.1气压传动的工作原理数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件06工作原理：一条能量转换链利用空气压缩机将电动机或其他原动机输出的机械能转变为空气的压力能，然后在控制元件的控制和辅助元件的配合下，通过执行元件把空气的压力能转变为机械能，从而完成直线或回转运动并对外作功。第一环产生压力能空气压缩机把原动机的机械能转变为空气的压力能。→第二环控制与净化控制元件控制压力、流量和方向；辅助元件（过滤器、减压阀、油雾器等）保证空气清洁干燥。→第三环输出机械能执行元件（气缸、气马达）把压力能转变为机械能，完成直线或回转运动并对外作功。三个环节靠什么衔接机械能→压力能→机械能，中间两环全靠“阀”来指挥：控制元件决定压缩空气什么时候进、进多少、往哪个方向进，辅助元件则保证进入系统的空气始终清洁、干燥、压力合适。记住气动系统=动力元件（造压力能）+控制元件（管压力能）+辅助元件（护压力能）+执行元件（用压力能）。教材图示图5-16气压传动系统工作原理图数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件07图5-16(a)气动剪切机工作原理图图5-16(b)气动剪切机设备图5-16的元件编号（读图必备）：1-空气压缩机2-后冷却器3-分水排水器4-储气罐5-空气过滤器6-减压阀7-油雾器8-行程阀9-气控换向阀10-气缸11-工料从图到实物：图(a)是原理图，用标准图形符号表达元件与管路连接关系；图(b)是对应的气动剪切机实物，可以看到气缸、剪切刀、送料机构与管路的实际布置。为什么这个例子典型：它把“气源—净化—调压—润滑—换向—执行”一条完整气路和“行程阀发令、换向阀换向、气缸动作”的自动循环都讲清楚了。知识要点教材示例气动剪切机的一个完整工作循环数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件08示例说明以气动剪切机为例，简单介绍气压传动的工作原理：一个循环包含“预备→剪切→复位→等待”四个阶段，由行程阀8不断发令、气控换向阀9不断换向完成。①预备状态空压机1的压缩空气经后冷却器2、分水排水器3降温净化后储存在储气罐4中，再经空气过滤器5、减压阀6和油雾器7后，部分气体到达气控换向阀9的下腔。下腔压力把阀芯推到上端，气体经换向阀使气缸10的上腔充压，活塞处于下位，剪口张开。②送料压下行程阀送料机构把工料11送入剪切机柄并到达规定位置时，压下行程阀8的顶杆，使其阀芯向右移动，行程阀使换向阀的下腔与大气相通。③换向阀复位气控换向阀9的阀芯在弹簧力作用下下移复位，使气缸上腔经换向阀与大气相通，下腔则与压缩空气连通。④剪切工料活塞带动下剪切刀快速向上，形成剪切运动，将工料切下。⑤工料落下、行程阀复位工料被切后落下，即与行程阀脱开。行程阀8的阀芯左移复位，将排气通道封闭，使换向阀9的下腔气压上升，导致其阀芯上移，气路换向。⑥回到预备状态压缩空气经换向阀进入气缸上腔，下腔排气，活塞带动下剪切刀向下运动，系统恢复到图示的预备状态，等待第二次进料剪切。循环要点气路中的换向阀，根据行程阀的指令不断改变压缩空气的通路，使气缸活塞带动剪切机构实现剪切工料和剪切刀复位工作。可见气动系统的自动循环不需要电动机正反转，只要“阀”换向，气缸就会换向。5.2.2气压传动系统的组成四类元件·五类元件符号·主要优缺点四类元件→气压泵→气缸→压力阀/方向阀/流量阀→优缺点机电系统控制原理及应用·数字教材配套授课课件知识要点5.2.2气压传动系统的四大部分数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件10由上例可知，气压传动系统由以下四部分组成动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件——四类元件分工明确，缺一不可。（1）动力元件它将原动机（如电动机）供给的机械能转变为气体的压力能，为各类气动设备提供动力。用气量较大的厂矿一般都专门建立压缩空气站，通过输送管道统一向各用气点分配压缩空气。（2）执行元件它能将气体的压力能转换为机械能，输出力和速度（或转矩和转速），以驱动工作部件。如气缸和气马达。（3）控制元件它用以控制压缩空气的压力、流量和流动方向，以保证执行元件具有一定的输出力和速度。这类元件包括压力阀、流量阀、方向阀和逻辑元件等。（4）辅助元件除上述三类元件之外的辅助元件。如过滤器、干燥器、消声器、油雾器和管件等。它们对保证系统可靠、稳定地工作起着重要作用。记忆链动力造能（空压机/气泵）→控制调能（压力阀、流量阀、方向阀）→辅助护能（过滤器、干燥器、消声器、油雾器）→执行用能（气缸、气马达）。知识要点气压动力元件：空气压缩机的分类数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件11空气压缩机的两种分类口径空气压缩机的种类很多，分类形式也有多种。如按工作原理的不同来划分，则可分为动力式空气压缩机和容积式空气压缩机；在气压传动中，一般采用容积式空气压缩机。动力式空气压缩机按工作原理划分的另一大类。气压传动中一般不采用。容积式·往复式通过运动部件的位移，使一定容积的气体顺序地吸入和排出封闭空间以提高静压力。最常用的是油润滑的活塞式低压空气压缩机。容积式·回转式同属容积式，靠回转部件的位移改变封闭容积，实现气体的吸入与排出。结构紧凑、连续排气。压力等级由油润滑的活塞式低压空气压缩机产生的空气压力通常小于1MPa——这也是气动系统“压力等级低、故使用安全”的由来。归纳按工作原理：动力式/容积式；容积式按结构：往复式/回转式；气动最常用：油润滑活塞式低压空压机（压力通常<1MPa）。教材图示图5-17气压泵（气马达）的图形符号数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件12图5-17气压泵的图形符号（a）一般符号气马达（有时也叫气泵）是以压缩空气为工作介质的原动机，它采用压缩气体的膨胀作用，把压力能转换为机械能。注意与空气压缩机区分：空压机把机械能变成压力能，气马达把压力能变成机械能，两者符号同源、作用相反。（b）单向定量泵教材给出的常用符号之一。三个符号都带有表示“气动”特征的三角箭头，“定量”表示排量固定、不可调节。（c）单向变量泵与定量泵的区别在于带可调斜箭头——“变量”表示排量可以调节。（a）一般符号（b）单向定量泵（c）单向变量泵知识要点执行元件：气缸的分类与特点数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件13气缸是什么气缸是将压缩空气的压力能转换为机械能的执行元件。气缸有做往复直线运动的和做往复摆动的两类。类型说明与特点往复直线运动气缸又可分为单作用、双作用、膜片式和冲击气缸四种。单作用气缸特点是压缩空气只能使活塞向一个方向运动，另一个方向的运动则需要借助外力，如重力、弹簧力等。双作用气缸单活塞杆双作用气缸可以在活塞的两个面上施力以控制其主动运动。往复摆动气缸输出的是往复摆动的角位移，用于需要转角输出的场合。最常用的是标准气缸目前最常选用的是标准气缸，其结构和参数都已系列化、标准化、通用化。记忆直线往复看“几个方向施力”，摆动看“输出转角”。教材图示图5-18气缸实物及常用图形符号数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件14图5-18(a)标准化气缸实物图5-18(b)双作用单杆活塞缸图5-18(c)单作用单杆活塞缸看图要点（a）标准化气缸实物：结构与参数已系列化、标准化、通用化，是目前最常选用的气缸。（b）双作用单杆活塞缸符号：缸体两侧都有进气口，可以在活塞的两个面上施力，实现两个方向的主动运动。（c）单作用单杆活塞缸符号：只有一个进气口，压缩空气只能使活塞向一个方向运动，反方向要靠重力、弹簧力等外力复位。符号读法：方框代表缸体，活塞与活塞杆画在缸内；进气口的数量决定了它是单作用还是双作用。知识要点控制元件（1）：压力控制阀数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件15压力控制阀的共同特点在气压传动系统中，控制压缩空气的压力和依靠气压来控制执行元件动作顺序的阀统称为压力控制阀。这类阀的共同特点是：利用作用于阀芯上的压缩空气压力和弹簧力相平衡的原理来进行工作的。减压阀气动设备和装置的气源一般都来自压缩空气站。压缩空气站供给的压缩空气的压力通常都高于气动设备和装置的实际需要，且波动较大。因此需要用调节压力的减压阀来降低到实际需要的压力，并保持该压力值的稳定。顺序阀是依靠气路中压力的作用而控制执行组件按顺序动作的压力控制阀。顺序阀一般很少单独使用，它往往与单向阀组合在一起，构成单向顺序阀。溢流阀是防止管路、储气罐等的破坏，限制回路中最高压力的一种压力阀，又称安全阀。三种阀的分工减压阀管“降到多少”（稳压）；顺序阀管“谁先谁后”（按压力顺序动作）；溢流阀管“不许超过多少”（限压保护，故又称安全阀）。记忆减压＝稳压、顺序＝按顺序、溢流＝安全。教材图示图5-19压力控制阀常用图形符号数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件16图5-19压力控制阀常用图形符号（a）减压阀图形符号压力控制阀按控制功能可分为减压阀、顺序阀和溢流阀。三种阀都靠“压缩空气压力与弹簧力相平衡”工作。（b）顺序阀图形符号顺序阀依靠气路中压力的作用控制执行组件按顺序动作，常与单向阀组合成单向顺序阀。（c）溢流阀图形符号溢流阀限制回路中的最高压力，防止管路、储气罐等被破坏，又称安全阀。知识要点控制元件（2）：方向控制阀的四种分类口径数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件17方向控制阀是什么方向控制阀是控制压缩空气的流动方向和气路的通断，以控制执行元件动作的一类气动控制元件，它是气动系统中应用最多的一种控制元件。分类依据具体类别按气流在阀内的流动方向单向型方向控制阀、换向型方向控制阀按控制方式人力控制阀、气动控制阀、机动控制阀、电气控制阀等按切换的通路数目二通阀、三通阀、四通阀和五通阀等按阀芯工作位置的数目二位阀、三位阀符号来源常用的气压换向阀的符号与液压换向阀的符号类似——学过液压阀符号，气动阀符号可以直接迁移。读阀名的方法“二位五通”＝阀芯有2个工作位置+阀体有5个通口；“三位四通”＝3个工作位置+4个通口。先看位数、再看通数。教材图示图5-20常用电磁换向阀数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件18图5-20(a)两位五通电磁换向阀图5-20(b)三位五通电磁换向阀图5-20(a)两位五通电磁换向阀：由方向阀的分类规则可知，“两位”指阀芯有两个工作位置，“五通”指阀体上有五个通口；电磁控制方式属于“电气控制阀”。图5-20(b)三位五通电磁换向阀：三个工作位置、五个通口。前面讲过：二位三通电磁阀控制气缸只能换向，不能在任意位置停留；如需要在任意位置停留，则必须使用三位四通电磁阀或三位五通电磁阀控制。共同点：常用的气压换向阀的符号与液压换向阀的符号类似，识别方法与液压阀一致。知识要点控制元件（3）：流量控制阀数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件19为什么需要流量控制阀在气压传动系统中，有时要求控制气缸的运动速度，有时要求控制换向阀的切换时间和气动信号的传递速度，这都需要通过调节压缩空气的流量来实现。流量控制阀即通过改变阀的流通截面积来实现流量控制的元件。流量控制阀包括节流阀、单向节流阀、排气节流阀等。图5-21常用节流阀图形符号（a）普通节流阀图形符号（b）排气节流阀图形符号三种节流元件的分工节流阀：改变流通截面积，直接限制通过阀的流量。单向节流阀：一个方向节流、反方向自由通过，用于实现“单向调速、快速返回”。排气节流阀：装在气缸的排气侧，靠限制排气量来控制气缸运动速度，运行更平稳。知识要点气压传动的主要优点（上）数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件20气压传动与其他传动和控制方式相比气压传动主要有以下优点（1）～（4）：1）结构简单、使用安全气动装置结构简单、轻便、安装维护简单，压力等级低，故使用安全。2）介质取之不尽工作介质是取之不尽、用之不竭的空气，排气处理简单，不污染环境，成本低。3）输出力与速度易调输出力及工作速度的调节非常容易。气缸的动作速度一般为50～500mm/s，比液压和电气方式的动作速度快。4）可靠性高、寿命长电气元件的有效动作次数约为数百万次，而SMC的一般电磁阀的寿命大于3000万次，小型阀超过1亿次。记住这两组数气缸动作速度50～500mm/s；SMC一般电磁阀寿命>3000万次、小型阀>1亿次，而电气元件仅数百万次。知识要点气压传动的主要优点（下）数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件21气压传动主要有以下优点（5）～（7）这三条是气动在“储能、环境适应、远距离输送”上的独有优势。5）可储能、可缓冲、有自保护能力利用空气的可压缩性，可储存能量，实现集中供气。可以在短时间释放能量，以获得间歇运动中的高速响应；可实现缓冲，对冲击负载和过负载有较强的适应能力；在一定条件下，可使气动装置有自我保护能力。6）防火、防爆、耐潮、耐高温全气动控制具有防火、防爆、耐潮的能力。与液压方式相比，气动方式可以在高温场合下使用。7）流动损失小、可远距离输送由于空气流动损失小，压缩空气可集中供应，远距离输送。归纳优点可以按“结构—介质—性能—寿命—储能—环境—输送”七条记忆，其中最能体现气动特色的是“防火防爆耐潮”与“可储能缓冲”。知识要点气压传动的主要缺点与应对数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件221）速度随负载变化由于空气有压缩性，气缸的动作速度易随负载的变化而变化。采用气液联动方式可以克服这一缺陷。2）低速稳定性较差气缸在低速运行时，由于摩擦力占推力的比例较大，气缸的低速稳定性不如液压缸。3）输出力比液压缸小虽然在许多应用场合，气缸的输出力能满足工作要求，但其输出力比液压缸小。4）排气噪音较大有较大的排气噪音。5）需要供油润滑因空气无润滑性能，故在气路中一般应设置供油润滑装置。应对口径速度不稳→气液联动；低速抖动→慎用低速；力不够→选缸径或改液压；噪音→加消声器；无润滑→加油雾器。5.2.3典型气压传动系统方向·压力·调速·供料单元应用四类回路→换向回路→压力回路→调速回路→供料单元机电系统控制原理及应用·数字教材配套授课课件知识要点5.2.3气动基本回路的四大类数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件24什么是气动基本回路气动基本回路是由相关气动元件组成的，用来完成某种特定功能的典型管路结构。它是气压传动系统中的基本组成单元。方向控制回路用来控制执行元件运动方向的回路。压力控制回路用来控制系统或某支路压力的回路。调速回路用来控制执行元件速度的回路。多缸运动回路用来控制多缸运动的回路。为什么先学回路复杂的气动系统再大，也是这些基本回路串并联起来的。掌握四类回路，就能像搭积木一样读懂整台设备的气路：先找动力源，再找方向控制，最后找压力与速度控制。教材图示图5-22单作用气缸换向回路数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件25单作用气缸怎么换向单作用气缸可直接采用二位三通电磁换向阀控制换向。但二位三通电磁阀控制气缸只能换向而不能在任意位置停留；如需要在任意位置停留，则必须使用三位四通电磁阀或三位五通电磁阀控制。（a）单作用气缸直接控制换向回路：用二位三通电磁阀实现单作用气缸的直接控制换向，直接控制方式一般用在小口径气缸。（b）单作用气缸的间接控制换向回路：可用小口径换向阀来控制大口径的气控阀，适用于大口径气缸及气缸的远程控制。为什么二位阀停不住：二位阀只有两个工作位置，三位阀多一个“中位”——这正是“能否在任意位置停留”的差别所在。直接控制与间接控制怎么选：气缸口径小、不需要远程操作时用直接控制；口径大或需要远程控制时用间接控制。图5-22单作用气缸换向回路易混辨析直接控制＝小阀控小缸；间接控制＝小阀控大气控阀，再由大气控阀控大缸。教材图示图5-23双作用气缸换向回路数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件26图5-23双作用气缸换向回路（a）二位四通阀控制换向图5-23为双作用气缸的直接控制换向回路，分别用二位四通阀、二位五通阀、三位四通阀实现。（b）三位四通阀控制换向三位阀多出的中位可使气缸在中间位置停留，因此需要“任意位置停留”时选用三位阀。（c）二位五通阀控制换向可用手动换向阀、电磁换向阀、机动换向阀等实现——换向方式不同，回路结构不变。知识要点压力控制回路：三种常用形式数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件27压力控制回路的功能压力控制回路的功能是使系统保持在某一规定的压力范围内。常用的有一次压力控制回路、二次压力控制回路和高低压转换回路。（a）一次压力控制回路用于控制储气罐的压力，使其不超过规定值。空压机1排出的气体通过单向阀2储存在储气罐3中，空压机排气压力由溢流阀5限定。当储气罐中的压力达到阀5的高压值时，阀5启动，空压机排出的气体经溢流阀排向大气。（b）二次压力控制回路给被控逻辑元件提供稳定的气源压力控制，主要由溢流阀减压来实现压力控制。（c）高低压转换回路主要由减压阀和换向阀构成，用于对同一系统实现输出高低压力（p₁、p₂）的控制。气源提供特定压力，经过上、下两个减压阀后分别调节至所需压力。当某一执行器在运行过程中需要高、低两种不同压力时，可借助换向阀进行切换。三者的关系一次压力控制管“气源侧”，保证储气罐不超压；二次压力控制管“用气侧”，给逻辑元件稳定的气源压力；高低压转换回路则在同一系统里提供两种工作压力，靠换向阀切换。读图顺序先找压力源（空压机/气源）→再找限压元件（溢流阀）→最后找调压与切换元件（减压阀、换向阀）。教材图示图5-24压力控制回路（三个回路对照）数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件28图5-24(a)一次压力控制回路图5-24(b)二次压力控制回路图5-24(c)高低压转换回路图中元件编号（图注）（a）1-气压泵、2-单向阀、3-压力表、4-储气罐、5-溢流阀（b）1-气源、2-过滤器、3-减压阀、4-压力表、5-油雾器（c）1-换向阀对照看（a）用溢流阀“限压排气”；（b）用减压阀+油雾器给出稳定的二次压力；（c）用两个减压阀给出p₁、p₂并由换向阀切换。教材图示图5-25双向调速回路数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件29调速控制回路怎么分类速度控制回路，按其控制的气缸运动方向可分为单向调速回路和双向调速回路。按节流阀在气路中的安装位置，又可分为供气节流阀调速回路和排气节流调速回路。（a）供气节流阀调速：节流阀装在气缸的供气侧，限制进入气缸的流量。（b）排气节流阀调速：节流阀装在气缸的排气侧，限制排出的流量。两个子图对比看：节流阀的安装位置从“供气侧”换到了“排气侧”，回路结构随之改变——这正是“按节流阀安装位置分类”的含义。图5-25双向调速回路本质调速的本质就是“改变流通截面积”——流量控制阀正是通过改变阀的流通截面积来实现流量控制的。知识要点调速回路的应用：YL-335B供料单元数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件30供料单元的主要结构（图5-26）在YL-335B自动化生产线设备中，供料单元主要结构如图5-26所示。管形料仓和工件推出装置用于储存工件原料，并在需要时将料仓中最下层的工件推出到出料台上。它主要由管形料仓、推料气缸、顶料气缸、磁感应接近开关、漫射式光电传感器组成。图5-26(a)供料单元结构示意图图5-26(b)供料单元结构补充图两个气缸的分工推料气缸（1A）：把料仓最下层工件推到物料台上；顶料气缸（2A）：压住次下层工件，防止多件同时被推出。检测靠磁感应接近开关（1B1/1B2、2B1/2B2）判断气缸是否到位，另有漫射式光电传感器用于检测工件。教材图示图5-27供料单元气动控制回路工作原理图数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件31回路里的元件代号图中1A和2A分别为推料气缸和顶料气缸。1B1和1B2为安装在推料缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关，2B1和2B2为顶料缸两个极限工作位置的磁感应接近开关。1Y1和2Y1分别为控制推料缸和顶料缸的电磁阀的电磁控制端。读图思路：气缸1A/2A是执行元件，电磁阀控制端1Y1/2Y1是控制元件，接近开关1B1～2B2是检测元件——检测、控制、执行三者构成一个闭环。（a）供料单元结构示意图（b）供料单元结构补充图：两图配合看，可以看清推料缸与顶料缸在料仓下方的相对位置。图5-27供料单元气动控制回路工作原理图初始状态通常，这两个气缸的初始位置均设定在缩回状态。知识要点供料单元的工作原理：四个动作推出一件工件数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件32工件是怎么叠放与定位的工件垂直叠放在料仓中，推料缸处于料仓的底层并且其活塞杆可从料仓的底部通过。当活塞杆在退回位置时，它与最下层工件处于同一水平位置，而夹紧气缸则与次下层工件处于同一水平位置。①电磁阀2Y1线圈得电使夹紧（顶料）气缸的活塞杆推出，压住次下层工件。②电磁阀1Y1线圈得电使推料气缸活塞杆推出，从而把最下层工件推到物料台上。③电磁阀1Y1线圈失电推料气缸返回，并从料仓底部抽出。④电磁阀2Y1线圈失电夹紧气缸返回，松开下层工件。这样，料仓中的工件在重力的作用下，就自动向下移动一个工件，为下一次推出工件做好准备。动作顺序小结先在需要推出工件时让2Y1得电压住次下层工件，再让1Y1得电推出最下层工件；推出后1Y1先失电（推料缸退回），2Y1再失电（夹紧缸退回），工件靠重力自动下移一位——顺序不能颠倒，否则会一次推出多件工件。5.2.4电液控制回路液压动力头的电气—液压配合·表5-1动作顺序表电液结合→动力头→液压原理图→电气控制图→动作顺序表机电系统控制原理及应用·数字教材配套授课课件知识要点5.2.4电液控制回路：动力头的自动工作循环数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件34什么是电液控制系统液压传动系统和电气控制电路相结合的电液控制系统，在组合机床、自动化机床、自动化生产线、数控机床中的应用越来越广泛。动力头是什么动力头是既能完成进给运动，又能同时完成刀具切削运动的动力部件。液压动力头的自动工作循环是由电气控制电路控制液压系统来实现的。快进1YA、3YA通电，回油排入大腔，动力头快速向前。→工进3YA断电，动力头自动转为工作进给状态。→快退2YA通电，液压缸活塞左移，动力头快速退回。→原位停止退回原位后ST1被压动，KA3断电、2YA断电。配套图纸图5-28、图5-29和表5-1是一次工作进给液压系统及其电气控制电路。这种电路的自动工作循环是：动力头快进→工作进给→快速退回到原位。教材图示图5-28液压动力头一次工进进给液压系统原理图数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件35液压侧看什么动力头由液压缸YG带动，可做前后进给运动。当电磁铁1YA、2YA、3YA都断电时，电磁阀1YV处于中间位置，动力头停止不动。1YA通电后液压油把液压缸的活塞推向右端，动力头向前运动。由于1YA、3YA同时通电，除了接通工进油路外，还经阀2YV将液压缸小腔内的回油排入大腔，加大了油的流量，所以动力头快速向前运动。2YA通电时，电磁阀1YV使液压缸活塞左移，动力头快速退回。读图提示：1YV的三个电磁铁都断电时阀芯处于中间位置，动力头停止；2YV在快进时把液压缸小腔的回油引入大腔，这就是“快进”的来源。图5-28液压动力头一次工进进给液压系统原理图读图顺序先看电磁铁通断（1YA/2YA/3YA）→再看阀芯位置（1YV、2YV）→最后看液压缸两腔油路。教材图示图5-29液压动力头电气控制线路原理图数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件36电气侧看什么图5-29是与图5-28配套的电气控制线路原理图。输入元件：按钮SB1、SB2；转换开关S（“自动”/“手动”）；行程开关ST1、ST2、ST3。中间元件：中间继电器KA1、KA2、KA3（靠自身的动合触点自锁，靠动断触点互锁）。输出元件：电磁铁1YA、2YA、3YA——电气信号最终通过它们作用到液压阀上。读图思路：输入（按钮/行程开关）→逻辑（继电器KA的自锁与互锁）→输出（电磁铁YA）。注意：图5-28与图5-29是一对——液压原理图上的电磁铁，正是电气原理图上的执行输出；行程开关ST1～ST3则是电气图上的输入，对应液压动力头的三个位置。图5-29液压动力头电气控制线路原理图电液配合电气负责“什么时候动、按什么顺序动”，液压负责“出多大力、走多快”，两者通过电磁铁与行程开关交换信号。知识要点表5-1动力头工作时电磁铁动作顺序表数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件37表格说明“+”表示该电磁铁通电，“−”表示断电；“转换指令”一列给出该状态被触发（或切换）的信号来源。动力头状态1YA2YA3YA转换指令快进+-+SB1工进+--ST2快退-+-ST3停止---ST1读表方法每一行是一个稳定状态，每一列是一个电磁铁：看“哪几个通了、哪几个断了”，就知道液压阀在什么位置、动力头在做什么运动。记忆快进双通（1YA+3YA）、工进单通（1YA）、快退换向（2YA）、停止全断。知识要点动力头工作过程（1）（2）：原位停止与快进数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件38（1）动力头原位停止动力头由液压缸YG带动，可做前后进给运动。当电磁铁1YA、2YA、3YA都断电时，电磁阀1YV处于中间位置，动力头停止不动。动力头在原位时，限位开关ST1由撞块压动，其动合触点闭合，动断触点断开。（2）动力头快进把转换开关S拨在“自动”位置。按动按钮SB1，中间继电器KA1得电动作并自锁，其动作触点闭合使电磁铁1YA、3YA通电。1YA通电后液压油把液压缸的活塞推向右端，动力头向前运动。由于1YA、3YA同时通电，除了接通工进油路外，还经阀2YV将液压缸小腔内的回油排入大腔，加大了油的流量，所以动力头快速向前运动。要点“快”不是因为油泵流量变大，而是因为回油被引回大腔——差动连接让小腔的回油也参与推动活塞。知识要点动力头工作过程（3）（4）：工进与快退数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件39（3）动力头工进在动力头快进的过程中，当撞块压动行程开关ST2时，其动合触点闭合，使KA2得电动作。KA2的动断触点使3YA断电，使动力头自动转为工作进给状态。KA2的动合触点接通自锁电路。（4）动力头快退当动力头工作进给到期望点时，撞块压动行程开关ST3，其动合触点闭合，使KA3得电动作，并自锁。KA3动作后，其动