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1、教学目标知识目标： 液压控制阀基本情况；压力控制回路设计、分析与仿真；速度控制回路设计、分析与仿真。能力目标：能用方向控制阀设计基本方向控制回路；能识读液压控制中的基本电气回路；能熟练使用FluidSIM软件对液压控制系统进行仿真设计；能设计和仿真纸箱抬升推出装置的液压系统。能识读流量控制阀的结构图；能用流量控制阀设计速度控制回路；能设计和仿真小型钻孔设备的液压控制系统。素质目标：沟通、协作能力；观察、信息收集能力；分析总结能力。良好的职业道德和严谨的工作作风教学重点液压基本回路教学难点液压基本回路教学手段理实一体实物讲解小组讨论、协作教学学时18教 学 内 容 与 教 学 过 程 设 计注
2、释学习情境五 液压基本回路的设计与仿真任务一 方向控制回路设计、分析与仿真知识链接一、液压控制阀概述1.液压控制阀的阀芯结构液压的控制阀根据阀芯结构不同可分为座阀和滑阀两种。座阀式结构的液压控制阀其阀芯大于管路直径，是从端面上对液流进行控制的；滑阀式结构的液压控制阀是通过圆柱形阀芯在阀套内作轴向运动来实现控制作用的。1） 座阀（1）分类：球阀和锥阀（2）操作力。座阀式结构的液压控制阀可以保证关闭时的严密性，但由于背压的存在使得阀芯运动所需的操作力也相应提高，这时可以采用压力平衡回路来降低操作力2）滑阀（1）液压卡紧现象。滑阀的阀芯有时会出现阀芯移动困难或无法移动的现象，这种现象称为液压卡紧现象
3、。（2）覆盖面。可分为正覆盖面、负覆盖面和零覆盖面。（3）控制边缘。阀芯的控制边缘如果十分平整，在接口通断切换时会造成较强的压力冲击。这时可以将控制边缘加工出一定的斜坡或多个轴向三角槽，让接口的通断有一个过渡阶段，可减小压力冲击2.液压控制阀的连接方式1）管式连接：将管式液压阀用管道互相连接起来，构成液压回路。2）板式连接：板式连接就是将液压阀用螺钉安装在专门的连接板上，液压管与连接板背面相连。3）集成式连接：集成块式连接、叠加阀式连接、插装阀式连接。二、方向控制阀1.单向阀1）普通单向阀的结构和原理普通单向阀简称单向阀，其作用是只允许液流单方向流动，不允许反向流动，故又称为逆止阀或止回阀。按
4、进出油液流向的不同，普通单向阀可分为直通式和直角式两种形式。2）液控单向阀的结构和原理液控单向阀是一种通入控制压力油即允许油液双向流动的单向阀。液控单向阀的结构，它由单向阀和微型液压缸组成。3）单向阀的常见故障与及其原因2.换向阀1）换向阀的工作原理和分类换向阀是通过改变阀芯与阀体的相对位置使油路接通、切断或变换油流的方向，从而实现液压执行元件的启动、停止或变换方向。换向阀可按照如下方式进行分类。 （1）按换向阀阀芯在阀体内的工作位数和油口通路数分，换向阀有二位二通、二位三通、二位四通、三位四通、二位五通、三位五通等类型。（2）按换向阀阀芯换位的控制方式分，换向阀有手动、机动、电动、液动和电液
5、动等类型。（3）按换向阀阀芯结构及运动方式分，换向阀有滑阀、转阀、锥阀等。（4）按换向阀的安装方式分，换向阀有管式、板式、法兰式等。2）换向阀的符号表示3）换向阀的中位机能在分析和选择三位换向阀的中位机能时，通常应考虑以下几个问题。（1）系统是否需要保压。（2）系统是否需要卸荷。（3）启动平稳性要求。（4）换向平稳性和换向精度要求。（5）是否需液压缸“浮动”和能在任意位置停止。4）换向阀的控制方式（1）手动换向阀。手动换向阀一般是利用手动杠杆来改变阀芯位置实现换向。（2）机动换向阀。机动换向阀利用行程挡块或凸轮迫使阀芯移动，从而达到改变油液流向的目的,实现换向。(3)电磁换向阀。电磁换向阀利用
6、电磁线圈的通电吸合与断电释放，直接推动阀芯运动来控制液流方向。（4）液动换向阀。液动换向阀利用控制油路的压力油来推动阀芯实现换向。（5）电液换向阀。电液换向阀是由小型电磁换向阀（先导阀）和大型液动换向阀（主阀）两部分组合而成。电磁阀起先导作用，它利用电信号改变主阀阀芯两端控制液流的方向，控制液流再去推动液动主阀阀芯改变位置实现换向, 实现主油路的换向。阀体内的节流阀可用来调节主阀芯的移动速度，使其换向平稳，无冲击，在此必须注意以下几点。(1)当液动主阀为弹簧对中型时，先导电磁阀的中位机能必须保证先导阀处于中位时液动阀两端的控制油路卸荷（如电磁阀Y型中位机能），否则液动阀无法回到中位。(2)控制
7、压力油可来自主油路的P口（内控式），也可以另设独立油源（外控式）。当采用内控式并且主油路又有卸荷要求时，必须在P口安装一预控压力阀，以保证最低的控制压力。当采用外控时，独立油源的流量不得小于主阀最大流量的15%，以此来满足换向时间的要求。5）换向阀的常见故障及排除方法三、电气基本回路1.常用电气元件1）常用电气控制元件（1）按钮。按钮是一种最基本的主令电器，它是通过人力来短时接通或断开电路的电气元件。（2）控制继电器。控制继电器是一种当输入量变化到一定值时，电磁铁线圈通电励磁，吸合或断开触点，接通或断开交、直流小容量控制电路中的自动化电器。2）常用位置传感器（1）行程开关。行程开关是利用机械外
8、力改变其内部电触点的通断情况。（2）电容式传感器。电源接通时，RC振荡器不振荡，当一物体朝着电容器的电极靠近时，电容器的容量增加，振荡器开始振荡。通过后级电路的处理，将不振荡和振荡两种信号转换成开关信号，从而起到了检测有无物体存在的目的。（3）电感式传感器。电感式传感器内部的振荡器在传感器工作表面产生一个交变磁场。当金属物体接近这一磁场并达到感应距离时，在金属物体内产生涡流，从而导致振荡衰减，以至停振。（4）光电式传感器。光电式传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现检测。常用的光电式传感器又可分为漫射式、反射式、对射式等几种。（5）磁感应式传感器。磁感应式传感器是利用磁性物体的磁场
9、作用来实现对物体感应的，主要有霍尔式传感器和磁性开关两种。（6）光纤式传感器。光纤式传感器用光导纤维将发射器发出的光引导到检测点，再把检测到的光信号用光纤引导到接收器。按动作方式的不同，光纤式传感器也可分成对射式、反射式、漫射式等多种类型。2.电气回路图绘图原则（1）水平绘制时，如电源为交流电，则图中上母线为火线，下母线为零线；如电源为直流电，则图中上母线为“”极，下母线为“”极。（2）电路图的构成是由左到右或由上向下进行的。（3）连接线所连接的元件均用电气符号表示，且均为未操作时的状态。（4）在连接线上，所有的开关、继电器等的触点位置由垂直电路左母线开始连接。（5）一个梯形图网络由多个梯级组
10、成，每个输出元素(继电器线圈等)可构成一个梯级。（6）在回路图中各元件的电气符号旁应标注上文字符号。3.基本电气回路：是门电路、或门电路、与门电路、自锁电路、互锁电路、延时电路。四、方向控制回路方向控制回路利用各种方向控制阀来控制液流的通断与变向调节，从而控制执行元件的启动、停止和换向。各种控制方式的换向阀或双向变量泵均可组成方向控制回路。任务二 压力控制回路设计、分析与仿真知识链接一、压力控制阀1.溢流阀1）直动式溢流阀直动式溢流阀的特点。直动式溢流阀结构简单，动作灵敏，但当控制较高压力或较大流量时，需要安装较大的硬弹簧，不但手动调节困难，而且阀口开度（弹簧的压缩量）略有变化便会引起较大的压
11、力波动，阀的精度就低，因此直动式溢流阀一般只用于小于2.5 MPa的低压小流量场合。2）先导式溢流阀（2）先导式溢流阀的特点。先导式溢流阀工作时振动小，噪声低，压力稳定，但反应不如直动式溢流阀快。先导式溢流阀适用于中、高压系统。3）溢流阀的应用（1）溢流作用。（2）安全保护作用。（3）实现远程调压。（4）用作卸荷阀。（5）用于产生背压。4）溢流阀的常见故障及排除方法2.顺序阀1）顺序阀的结构和工作原理当进油口压力低于调定压力时，阀口关闭；当进油口压力超过调定压力时，进、出油口接通，出口的压力油使其后面的执行元件动作。出口油路的压力由负载决定，因此它的泄油口需要单独接回油箱。调节弹簧的预紧力，即
12、能调节打开顺序阀所需的压力。2）顺序阀与溢流阀的异同3）顺序阀的应用3.减压阀1）定值减压阀（1）直动式减压阀。直动式减压阀与直动式顺序阀的结构相似，它们的差别在于以下两个方面。 压阀的控制压力来自出口侧，顺序阀的控制压力来自进油口。减压阀口常开，即在减压阀的出口压力未达到设定值时，阀口全开。而顺序阀在进口未达到设定值时，其阀口为关闭状态。（2）溢流减压阀。直动式减压阀和溢流减压阀都是用弹簧力与油液压力直接平衡，也就是意味着工作压力越高，弹簧刚度就要越大，所以在中、高压系统中更常用的是先导式减压阀。（3）先导式减压阀。2）定差减压阀3）定比减压阀4）减压阀、溢流阀、顺序阀的区别（1）从控制压力
13、来看。减压阀是出口压力控制，保证出口压力为定值；溢流阀是进口压力控制，保证进口压力为定值；顺序阀可用进口压力控制，也可用外部压力控制。（2）从不工作时阀口状态来看。减压阀阀口常开；溢流阀阀口常闭；顺序阀阀口常闭。（3）从工作时阀口状态来看。减压阀阀口关小；溢流阀阀口开启；顺序阀阀口开启。（4）从泄油口来看。减压阀有单独的泄油口；顺序阀通常有单独的泄油口；溢流阀弹簧腔的泄漏油经阀体内流道内泄至出口。5）减压阀的应用（1）降低液压泵输出油的压力，供给低压回路使用。（2）在供油压力不稳定的回路中串接减压阀来进行稳压，避免一次压力波动对执行元件工作产生影响。（3）根据不同的需要，将液压系统分成若干不同
14、压力回路，以满足控制油路、辅助油路或各种执行元件不同工作压力的需要。（4）利用溢流减压阀的特性来减小压力冲击。6）减压阀的常见故障4.压力继电器1）压力继电器的结构和工作原理压力继电器按压力位移转换装置的结构分，有柱塞式压力继电器、弹簧管式压力继电器、膜片式压力继电器和波纹管式压力继电器四类，其中以柱塞式压力继电器最常用。2）压力继电器的主要性能3）压力继电器的应用（1）用于控制执行元件，实现顺序动作。（2）用于安全保护。二、压力控制回路1.调压回路单级调压回路、远程调压回路、多级调压回路、比例调压回路。2.减压回路减压回路的功用是使系统中的某一部分油路具有低于主油路的稳定压力。最常见的减压回
15、路采用定值减压阀与主油路相连。3.增压回路1）单作用增压缸的增压回路该回路只能间断增压，故称单作用增压回路，适应于液压缸需要较大单向作用力，但行程小、作业时间短的液压系统。2）双作用增压缸的增压回路能连续输出高压油，适应于增压行程要求较长的场合。4.卸荷回路常见的卸荷方式有：换向阀卸荷回路、先导式溢流阀卸荷回路、二位二通阀卸荷回路、卸荷阀卸荷回路。5.保压回路常用的保压回路有：辅助泵保压回路、压力补偿变量泵保压回路、利用蓄能器的保压回路。6.平衡回路1）采用单向顺序阀的平衡回路2）采用液控单向顺序阀的平衡回路三、专用零件装配设备液压控制系统设计与仿真任务三 速度控制回路设计、分析与仿真一、流量
16、控制阀1.节流阀1）节流阀的结构和工作原理2）节流阀的特点（1）节流口的堵塞。（2）温度的影响。（3）节流阀输入输出口的压差。2.单向节流阀3.调速阀1）调速阀的结构和原理调速阀是由定差减压阀与节流阀串联而成的组合阀。节流阀用来调节通过的流量，定差减压阀则自动补偿负载变化的影响，使节流阀前后的压差为定值，消除了负载变化对流量的影响。2）调速阀的特点节流阀的流量随压力差变化较大，而调速阀在压力差达到一定值后，减压阀处于工作状态，流量基本保持恒定。4.流量控制阀的常见故障二、速度控制回路1.调速回路1）节流调速回路节流调速回路的工作原理是通过改变回路中流量控制元件（节流阀和调速阀）通流截面积的大小
17、来控制流入执行元件或自执行元件流出的流量，以调节其运动速度。2）容积调速回路容积调速回路是通过改变泵或马达的排量来实现调速的。容积调速回路具有的主要优点是没有节流损失和溢流损失，因而效率高，油液温升小，适用于高速、大功率调速系统。其缺点是变量泵和变量马达的结构较复杂，成本较高。3）容积节流调速回路容积调速回路虽然具有效率高、发热小的优点，但随着负载增加，容积效率将下降，低速稳定性差，为减少发热并满足速度稳定性要求，常采用容积节流调速回路。容积节流调速回路采用压力补偿型变量泵供油，用流量控制阀调节进入或流出液压缸的流量来调节其运动速度，并使变量泵的输油量自动地与液压缸所需流量相适应。这种调速回路
18、没有溢流损失，效率较高，速度稳定性也比容积调速回路好，所以常用在中小功率、速度范围大的场合。2.快速运动回路1）液压缸差动连接回路这种连接方式，可在不增加泵流量的情况下提高执行元件的运动速度。必须注意，泵的流量和有杆腔排出的流量合在一起流过的阀和管路应按合成流量来选择，否则会使压力损失增大，泵的供油压力过高，致使泵的部分压力油从溢流阀流回油箱而达不到差动快进的目的。2）采用蓄能器的快速运动回路3）双泵供油快速运动回路双泵供油快速运动回路的优点是双泵回路简单合理，功率损耗小，回路效率较高，常用在执行元件快进和工进速度相差较大的场合。4）用增速缸的快速运动回路3.速度换接回路速度换接回路用来实现运
19、动速度的变换，即在原来设计或调节好的几种运动速度中，从一种速度变换成另一种速度。对这种回路的要求是速度换接要平稳，即不允许在速度变换的过程中有前冲（速度突然增加）现象。1）快速与慢速的换接回路在这种速度换接回路中，因为行程阀的通油路是由液压缸活塞的行程控制阀芯移动而逐渐关闭的，所以换接时的位置精度高，冲出量小，运动速度的变换也比较平稳。这种回路在机床液压系统中应用较多，它的缺点是行程阀的安装位置受一定限制（要由挡铁压下），所以有时管路连接复杂。2）两种工作进给速度的换接回路对于某些自动机床、注塑机等，需要在自动工作循环中变换两种以上的工作进给速度，这时需要采用两种（或多种）工作进给速度的换接回路。讲解不同种类控制阀的结构。区分不同的链接方式，并思考其在实际生活中的应用。教师举实例讲解单向阀的常见故障与及其原因。学生分组讨论不同的传感器在实际生活中的应用。学生总结不同回路的特点。学生结合实际思考溢流阀的应用。比较分析顺序阀与溢流阀的异同。比较分析减压阀、溢流阀、顺序阀的不同点。比较不同的回路，总结其特点。根据调速阀的特点，思考其在生活中的应用。教师讲解各种不同的回路，学生总结特点。学生分组讨论各回路的实用性。6第 页