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1、第7章 典型液压与气动系统分析,7.1 液压系统应用与分析 7.2 气动系统应用与分析,7.1 液压系统应用与分析,1.液压系统图的阅读方法 机械设备液压系统是根据该设备的工作要求.采用各个功能不同的基本回路组成的。液压系统图用来表不液压系统内所有液压元件及其连接、控制情况和执行元件实现运动的工作原理。通过对典型液压系统图的学习可进一步加深对各种基本回路和液压元件的综合应用的理解.为液压系统的调整、维护和使用打下基础。,下一页,返回,7.1 液压系统应用与分析,2.阅读、分析液压系统图步骤 了解机械设备的功用、设备工况对液压系统的要求以及设备的工作循环。 初步阅读液压系统图.了解系统中包含哪些
2、元件.且以执行元件为中心.将系统分为若干个子系统。 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之间的关系。 根据系统中对各个执行元件间的互锁、同步、防干扰等要求.分析各个系统之间的关系.弄懂整个液压系统的各种原理。 归纳出设备液压系统的特点和使设备正常工作的要领.加深对整个液压系统的理解。,上一页,下一页,返回,7.1 液压系统应用与分析,7.1.1 YT4543型动力滑台液压系统的工作原理 图7-1所示的动力滑台液压系统能实现的典型工作循环为快进一工进二工进止位钉停留快退原位停止。 1.动力滑台液压系统工作原理 (1)快进 按下启动按钮.电液换向阀1的电磁铁1YA
3、通电.使电液换向阀1的先导阀左位工作.控制油液经先导阀左位经单向阀进入主液动换向阀的左端.使其左位接入系统.变量叶片泵2输出的油液经主液动换向阀左位进入液压缸5的左腔(无杆腔)，因为此时为空载，系统压力不高.液控顺序阀13仍处于关闭状态.故液压缸右腔(有杆腔)排出的油液经主液动换向阀左位也进入了液压缸的无杆腔。这时液压缸5为差动连接.限压式变量泵输出流量最大.动力滑台实现快进。,上一页,下一页,返回,7.1 液压系统应用与分析,(2)第一次工进 当快进完成时.滑台上的挡块压下行程换向阀6.行程换向阀上位工作.阀口关闭.这时电液换向阀1仍工作在左位.泵输出的油液通过阀1后只能经调速阀11和二位二
4、通电磁换向阀9右位进入液压缸5的左腔。由于油液经过调速阀而使系统压力升高.于是将液控顺序阀13打开.并关闭单向阀12.液压缸差动连接的油路被切断.液压缸5右腔的油液只能经液控顺序阀13、背压阀12流回油箱.这样就使滑台由快进转换为第一次工进。由于工作进给时液压系统油路压力升高.所以限压式变量泵的流量自动减小.滑台实现第一次工进.工进速度由调速阀11调节。,上一页,下一页,返回,7.1 液压系统应用与分析,(3)第二次工进 第二次工进时的控制油路和主油路的回油路与第一次工进时的基本相同.不同之处是当第一次工进结束时.滑台上的挡块压下行程开关.发出电信号使电磁换向阀9的电磁铁3YA通电.电磁换向阀
5、9左位接入系统.切断了该阀所在的油路.经调速阀11的油液必须通过调速阀10进入液压缸5的左腔。此时液控顺序阀13仍开启。由于调速阀10的阀口开口量小于调速阀11.系统压力进一步升高.限压式变量泵的流量进一步减少.使得进给速度降低.滑台实现第二次工进。工进速度可由调速阀10调节。,上一页,下一页,返回,7.1 液压系统应用与分析,(4)止位钉停留 当滑台完成第二次工进时.动力滑台与止位钉相碰撞.液压缸停止不动。这时液压系统压力进一步升高.当达到压力继电器8的调定压力后.压力继电器动作.发出电信号传给时间继电器.由时间继电器延时控制滑台停留时间。在时间继电器延时结束之前.动力滑台将停留在止位钉限定
6、的位置上.且停留期间液压系统的工作状态不变。停留时间可根据工艺要求由时间继电器来调定。设置止位钉的作用是可以提高动力滑台行程的位置精度。这时的油路与第二次工进的油路相同.但实际上.液压系统内的油液已停止流动.液压泵的流量已减至很小.仅用于补充泄漏油。,上一页,下一页,返回,7.1 液压系统应用与分析,(5)快退 动力滑台停留时间结束后.时间继电器发出电信号.使电磁铁2YA通电.1YA,3YA断电。这时阀4的先导阀右位接入系统.电液换向阀4的主阀也换为右位工作.油路换向。因滑台返回时为空载.液压系统压力低.变量叶片泵的流量又自动恢复到最大值.故滑台快速退回。 (6)原位停止 当动力滑台快退到原始
7、位置时.挡块压下行程开关.使电磁铁2YA断电.这时电磁铁1YA,2YA,3YA都失电.电液换向阀1的先导阀及主阀都处于中位.液压缸5两腔被封闭.动力滑台停止运动.滑台锁紧在起始位置上。变量叶片泵2通过电液换向阀生的中位卸荷。,上一页,下一页,返回,7.1 液压系统应用与分析,2. YT4543型动力滑台液压系统的特点 通过对YT4543型动力滑台液压系统的分析.可知该系统具有如下特点。 该系统采用了由限压式变量叶片泵和调速阀组成的进油路容积节流调速回路.这种回路能够使动力滑台得到稳定的低速运动和较好的速度一负载特性.而且由于系统无溢流损失.系统效率较高。 该系统采用了限压式变量泵和液压缸的差动
8、连接回路来实现快速运动.使能量的利用比较经济合理。动力滑台停止运动时.换向阀使液压泵在低压下卸荷.减少了能量损失。 系统采用行程换向阀和液控顺序阀实现快进与工进的速度换接.动作可靠.速度换接平稳。,上一页,下一页,返回,7.1 液压系统应用与分析,在行程终点采用了止位钉停留.不仅提高了进给时的位置精度.还扩大了动力滑台的工艺范围.更适合于锁削阶梯孔、刮端面等加工工序。 由于采用了调速阀串联的二次进给调速方式.可使启动和速度换接时的前冲量较小.并便于利用压力继电器发出信号进行控制。 7. 1. 2 数控车床液压系统 数控车床容易实现柔性自动化.近年来得到了高速发展和应用。数控车床对控制的自动化程
9、度要求很高.液压与气动能方便地实现电气控制与自动化.在数控车床中广泛采用液压系统的特点如下,上一页,下一页,返回,7.1 液压系统应用与分析,数控车床控制的自动化程度要求较高.它对动作的顺序要求较严格.并有一定的速度要求.液压系统一般由数控车床的PLC或CNC来控制.所以动作顺序直接用电磁换向阀切换来实现的较多。 数控车床的主运动已趋于直接用伺服电动机驱动.所以液压系统的执行兀件主要承担各种辅助功能.虽其负载变化幅度不是很大.但要求稳定.因此常采用减压阀来保证各油路的压力恒定。,上一页,下一页,返回,7.1 液压系统应用与分析,图7-2是MJ-50型数控车床液压系统原理.它主要承担卡盘、回转刀
10、盘及尾架套筒的驱动与控制。 1. MJ-50型数控车床液压系统工作原理 (1)卡盘分系统 卡盘分系统由一个二位四通换向阀3(带两个电磁铁)、一个二位四通电磁换向阀4、两个减压阀8和9及一个液压缸组成高压夹紧1YA得电.3YA失电.换向阀3和4均位于左位.夹紧力的大小可通过减压阀8调节.这时液压缸活塞左移使卡盘夹紧(称正卡或外卡).减压阀8的调定值高于减压阀9.卡盘处于高压夹紧状态。松夹时.使1YA失电.2YA得电.阀3切换至右位。活塞右移.卡盘松开低压夹紧。这时3YA得电而使换向阀4切换至右位.压力油经减压阀9进入.通过调节减压阀9便能实现低压夹紧状态下的夹紧力。,上一页,下一页,返回,7.1
11、 液压系统应用与分析,(2)回转刀盘(自动卡刀)分系统 自动回转刀盘分系统有两个执行兀件.刀盘的松开与夹紧由液压缸执行.而液压马达则驱动刀盘回转。控制刀盘的放松与夹紧是通过电磁换向阀6的切换来实现的。液压马达即刀盘正、反都通过三位四通换向阀5的切换控制.两个单向调速阀11和12与变量液压泵使液压马达在正、反转时都能通过进油路容积节流调速阀来调节旋转速度。自动换刀完整过程是:刀盘松开一刀盘通过左转或右转就近到达指定刀位一刀盘夹紧。因此电磁铁的动作顺序是2YA得电(刀盘松开) 8YA(正转)或7YA(反转)得电(刀盘旋转) 2YA失电(刀盘夹紧),上一页,下一页,返回,7.1 液压系统应用与分析,
12、(3)尾架套筒分系统 尾架套筒通过液压缸来实现顶出与缩回 o控制回路由减压阀10、三位四通换向阀7和单向调速阀13组成减压阀10将系统压力降为尾架套筒顶紧所需的压力但单向调速阀13用于在尾架套筒伸出时实现回油节流调速控制伸出速度。5YA得电.尾架套筒缩回。 机床中由液压系统实现的动作有:卡盘的夹紧与松开、刀架的夹紧与松开、刀架的正转与反转、尾座套筒的伸出与缩回。液压系统中各电磁铁动作由数控系统的PC控制实现.如表7-2所示。,上一页,下一页,返回,7.1 液压系统应用与分析,7. 1. 3 双面组合铣床液压系统 1.主机功能结构 该双面组合铣床是从德国引进的抬起运输通过式汽缸体铣钻自动生产线中
13、的一台专用加工设备.用于某轿车汽油发动机汽缸体上发动机安装结合面、汽油泵及机油过滤器结合面、发动机安装结合面等部位的铣削加工。该铣床的主机结构如图7-3所示.它采用了立卧复合式双面双主轴铣削头跨两个工位的大主轴箱配置方案。穿越本机床及自动生产线中其他各机床中间底座的运输带完成工件的自动拔销、向前和定位;门式夹紧机构安装在中间底座2上方.由两个同规格夹紧液压缸10分别驱动两个压板12完成工件1和工件2的夹紧、松开。铣床左面的双轴铣削头9由立置滑台8驱动.完成铣削加工时的垂直进给和复位动作.立柱6安装在卧式纵向滑台5上.故纵向滑台5用以驱动立柱与立置滑台8完成铣削前后的空程快速进退动作。,上一页,
14、下一页,返回,7.1 液压系统应用与分析,机床右面的两个滑台均为卧式配置.横向动力滑台14驱动双轴铣削头13完成铣削加工时的横向进给和复位动作.横向滑台15兼作纵向滑台14的滑座.用来驱动纵向滑台14完成铣削前后的空程快速进退动作。空腔立柱6装有铸铁块平衡锤.用以平衡立置滑台8及铣削头9的自重。纵向滑台5及横向滑台15快速前进采用可调限位挡块限位.以防止冲击 。除铣削头的旋转切削动力是由电动机提供外.夹具及各动力滑台的动力均由液压系统提供。铣床的工作循环如图7-4所示.机床的工作节拍为28s。,上一页,下一页,返回,7.1 液压系统应用与分析,2.液压系统及其工作原理 图7-5所示为该铣床的工
15、作原理.它是一个由双联叶压泵(泵1和泵2)组成的有级容积调速液压系统。泵1的压力按系统所需最大工作压力(即机床切削工件时所需压力)由溢流阀V5调定.泵2的压力按大于快速运动时系统所需压力由卸荷阀V2调定.溢流阀V3用于系统的安全保护。,上一页,下一页,返回,7.1 液压系统应用与分析,液压缸C1C6(均为缸筒固定式单杆活塞缸)的作用及其主要几何参数见表7-3 , C1C6均分别采用电液换向阀V13V17换向其中缸C1与缸C4并联.故共用V15换向;V15为二位四通换向阀.其余为带阻尼器Y型中位机能三位四通换向阀;各换向阀的导阀均为交流(50 Hz/110 V)电磁阀。减压阀V19用于维持夹紧缸
16、工作压力恒定;单向阀V20供夹紧缸退回时防止油液倒流.起平衡自重作用;压力继电器YP是工作缸开始动作时的发信装置;单向阀V18供夹紧缸松开工件上行时回油作用。,上一页,下一页,返回,7.1 液压系统应用与分析,系统共有5个并联回路.用单向阀V6V10防止各回路间的相互干扰。阻尼器V12和V11可防止缸C2和C5瞬时突然接通高压油产生的冲击.提高启动平稳性。系统中4个测压点P1P4的压力通过压力表6点压力表及其开关(测压口P5和P6封死)V21观测。各液压缸行程上或滑台侧面布置有移动挡块和电气行程开关.控制换向阀电磁铁的通、断电.电液结合实现循环。由电磁铁工作顺序表(见表7-4).可以清楚地了解
17、系统在各工况下油液的流动路线与原理。,上一页,下一页,返回,7.1 液压系统应用与分析,3.技术特点 采用高低压双泵供油.实现了液压源与负载要求的流量匹配.在传递动力的同时.提高 了系统的传动性能和效率.因而是一个节能液压系统。 相互并联的各个回路中的电液换向阀的进油口与总的压力油路相连.各回油口与总的回油路相连.各泄油口与总的泄油路相连.故各回路中的进油、回油及泄油互不干扰;通过在各路上的设置单向阀.以分隔回路.达到防止回路间相互干扰的目的。 采用带阻尼器的Y型中位机能电液换向阀.减小了换向冲击.提高了换向平稳性。 由电气行程开关作为系统中各换向阀的信号源.故本系统基本上是一个行程控制多缸顺
18、序动作系统.位置和行程调整方便.电气互琐动作可靠。,上一页,下一页,返回,7.1 液压系统应用与分析,系统中的液压元件均为著名的Vickers公司产品.性能优越;在机构上.液压系统的动力源.控制调节装置采用了上置式液压站结构配置方案;5个回路的液压阀分别固定在5个专用箱形通油体上.各箱体与总的压油路和回油路通过金属管道连接。液压站独立于机床.另行放置.故便于使用维护且有利于消除动力源的振动与油温对机床精度的影响.但占地面积较大。 该组合机床及其液压系统运行平稳.振动、噪声及温升都较小.工作可靠。 4.技术参数 技术参数如表7-5所列。,上一页,下一页,返回,7.1 液压系统应用与分析,7.1.
19、4 180t钣金冲床液压系统 1.概述 钣金冲床改变上、下模的形状.即可进行压行、剪断、冲压等工作。图7-6所示为180 t钣金冲床液压系统回路.其工作情况为压缸快速下降一压缸慢速下降(加压成形)一压缸暂停(降压)一压缸快速上升。 2. 180 t钣金冲床液压系统的工作原理 参见图7-6对180 t钣金冲床液压系统的油路进行分析。,上一页,下一页,返回,7.1 液压系统应用与分析,(1)缸快速下降 按下启动按钮.Y1,Y3通电.进油路线为叶片泵1、泵7电液换向阀19左位液控单向阀8 压缸上腔。回油路线为压缸下腔顺序阀23 单向阀12压缸上腔。压缸快速下降时.进油管路压力低.末达到顺序阀22所设
20、定的压力.故压缸下腔压力油再回压缸上腔.形成差动回路。 (2)缸慢速下降 当压缸上模碰到工件进行加压成形时.进油管路压力升高.使顺序阀22打开.进油路线为泵1 电磁阀19左位液控单向阀8 压缸上腔。回油路线为压缸下腔顺序阀22 电液换向阀19左位油箱。此时.回油为一般油路.卸荷阀10被打开.叶片泵7的压油以低压状态流回油箱.送到压缸上腔的油仅由叶片泵生供给.故压缸速度减慢。,上一页,下一页,返回,7.1 液压系统应用与分析,(3)压缸暂停(降压) 当上模加压成形时.进油管路压力达到20 MPa.压力开关25动作.Y1,Y3断电.电液换向阀19、电磁换向阀11恢复常态位置。此时.压缸上腔节流阀2
21、1 电液换向阀19中位油箱。如此.可使压缸上腔压油压力下降.防止了压缸在上升时上腔油压由高压变成低压而发生的冲击、振动等现象。,上一页,下一页,返回,7.1 液压系统应用与分析,(4)压缸快速上升 当降压完成时(通常为0. 57 s,视阀的容量而定),Y2通电。 进油路线为:叶片泵4、叶片泵7电液换向阀19右位单向阀5 压缸下腔 回油路线为: 因叶片泵4、叶片泵7的液压油一起送往压缸下腔.故压缸快速上升。,上一页,下一页,返回,7.1 液压系统应用与分析,3. 180 t钣金冲床液压回路图的特点 180 t钣金冲床液压系统包含差动回路、平衡回路(或顺序回路)、降压回路、二级压力控制回路、高压和
22、低压泵回路等基本回路。该系统有以下几个特点。 当压缸快速下降时.下腔回油由顺序阀23建立背压.以防止压缸自重产生失速等现象。同时.系统又采用差动回路.泵流量可适当减少.可节约能源。 当压缸慢速下降做加压成形时.单向顺序阀22由于外部引压被打开.压缸下腔压油直接流回油箱。因此.在加压成形时.上型模重量可完全加在工件上。 在上升之前作短暂时间的降压.如此可防止压缸时产生振动、冲击现象.100 t以上的冲床尤其需要降压。 当压缸下降时.系统压力由远程溢流阀12控制.由此.可使系统产生的热量减少.防止了油温上升。,上一页,返回,7.2 气动系统应用与分析,7.2.1 包装机械气动系统 在工业生产中.经
23、常要对传送带上连续供给的粒状物料进行计量.并按一定质量进行分装。图7-7即为这样一套气动计量装置。当计量箱中的物料质量达到设定值时.要求暂停传送带上物料的供给.然后把计量好的物料卸到包装容器中。当计量箱返回到图不位置后.物料再次落入计量箱中.开始下一次的计量。,下一页,返回,7.2 气动系统应用与分析,该装置的动作原理是:气动装置在停止工作一段时间后.因泄漏.计量气缸A的活塞会在计量箱重力作用下缩回，故首先要有计量准备动作使计量箱到达图示位置。随着物料落入计量箱中.计量箱的质量不断增加.计量气缸A慢慢被压缩计量的质量达到设定值时.止动气缸B伸出.暂时停止物料的供给;计量气缸换接高压气源后伸出把
24、物料卸掉。经过一段时间的延时后.计量气缸缩回，为下一次计量做好准备。,上一页,下一页,返回,7.2 气动系统应用与分析,图7-8所示为这个计量装置气动系统原理。工作原理是:计量装置启动时.先将手动换向阀12切换至左位.减压阀1调节的高压气体使计量气缸A外伸.当计量箱上的凸块(见图7-7)通过设置于行程中间的行程阀12的位置时.手动阀切换至右位.计量气缸A以排气节流阀17所调节的速度下降。当计量箱侧面的凸块切换行程阀12后.行程阀12发出的信号使换向阀6换至图示位置.使止动气缸B缩回。然后把手动阀换至中位.计量准备工作结束。,上一页,下一页,返回,7.2 气动系统应用与分析,随着来自传送带的粒状
25、物料落入计量箱中.计量箱的质量逐渐增加.此时计量气缸A的主控换向阀4处于中位.缸内气体被封闭住而呈现等温压缩过程.即计量气缸A活塞杆慢慢缩回。当质量达到设定值时.切换行程阀13。行程阀13发出的气压信号使换向阀6切换至左位.使止动气缸B外伸.暂停被计量物料的供给。同时切换换向阀5至图不右位。止动气缸外伸至行程终点时.其无杆腔压力升高.顺序阀7打开。计量气缸A的主控阀4和高低压换向阀3被切换至左位.0. 6 MPa的高压空气使计量气缸A外伸。当计量气缸A行至终点时.行程阀11动作.经过由单向节流阀10和气容C组成的延时回路延时后.换向阀5被切换至左位.其输出信号使阀4和阀3换向至右位.0. 3
26、MPa的压缩空气进入计量气缸A的有杆腔.计量气缸A活塞杆以单向节流阀8调节的速度内缩。单方向作用的行程阀12动作后.发出的信号切换气压换向阀6.使止动气缸B内缩.来自传送带上的粒状物料再次落入计量箱中。,上一页,下一页,返回,7.2 气动系统应用与分析,7.2.2 金属切削机床及加工中心气动系统 在各类金属切削机床及数控加工中心中.大量采用了气压传动与控制.此类设备主要利用气动技术可进行无级调速.具有良好的换向及速度换接性能、易于实现自动工作循环等优点.完成工件的夹紧、刀具的交换、动力滑台的驱动与进给速度控制等作业.采用气压传动与控制已成为现代机械制造业自动化不可缺少的重要技术手段。 数控加工
27、中心是由CNC控制.可在一次装夹中完成铣、钻、扩、锁及螺纹加工等多种加工工序的机、电、液、气一体化高效自动化机床.气动技术在加工中心中多用于刀库、机械手自动进行刀具交换及选择、主轴松夹刀装置等动作.如图7-9所示。,上一页,下一页,返回,7.2 气动系统应用与分析,其工作原理是:当需要换刀时.控制系统发出指令.主轴停止转动.电磁铁2YA通电使换向阀2换至右位.气体进入定位缸A的右腔.活塞杆伸出使主轴定位。定位后.压下行程开关使电磁铁6YA通电.换向阀3换至右位.气源通过换向阀3、快速排气阀10进入松夹缸B的上腔.缸的活塞下行.下腔通过快速排气阀9排气。当增压腔油压升高时.增压活塞杆向外伸出松开
28、刀具。同时.8YA通电使换向阀生换至右位.气源经换向阀生、单向节流阀8的单向阀进入插拔缸C上腔.缸C下腔经阀7的节流阀、换向阀1排气.缸C活塞下行拔去刀具.并通过回转刀库换刀。,上一页,下一页,返回,7.2 气动系统应用与分析,接着电磁铁1YA通电使阀1换至左位.气源经阀1,阀5的节流阀向主轴插刀锥孔吹气。延时后.电磁铁1YA断电、2YA通电停止吹气。同时8YA断电、7YA通电.阀1切换至左位.缸C下腔进气、上腔排气.活塞退回完成主轴插刀接着6YA断电.5YA通电.B腔下腔进气、上腔排气.活塞退回并完成夹紧刀具。接着2YA断电.3YA通电.A缸在弹簧力作用下复位退回.完成更换刀具的动作。,上一
29、页,下一页,返回,7.2 气动系统应用与分析,数控加工中心气动换刀系统技术特点如下。 全部采用电磁换向阀的换向回路.有利于数控系统的控制。 各换向阀排气口均安装了消声器.以减小噪声。 刀具松夹气缸采用气液增压结构.使运动平稳。 吹气、定位及刀具插拔机构均采用单向节流阀调节流量或速度.结构简单.操纵方便。,上一页,返回,图7-1 YT4543型液压动力滑台的液压系统,返回,图7-2 MJ-50型数控车床液压系统原理,返回,表7-2 电磁铁动作表,返回,图7-3 组合铣床主机结构,返回,图7-4 铣床的工作循环,返回,图7-5 铣床液压系统原理,返回,表7-3 液压缸的作用及其主要几何参数,返回,表7-4 电磁铁动作顺序,返回,表7-5 双面组合铁床液压系统技术,返回,图7-6 180 t钣金冲床液压系统回路,返回,图7-7 粒状物料计量装置气动系统的主机功能机构,返回,图7-8 计量装置气动系统原理,返回,图7-9 数控加工中心气动换刀系统原理,返回,