模块四电气液压系统装调及典型回路分析电子课件 液压与气动技术（第2版）.pptx

模块四电气液压系统装调及典型回路分析电子课件 液压与气动技术（第2版）模块四 电气液压系统装调及典型回路分析ChartChart模块导读电气液压系统广泛应用于工业生产领域和工程机械中,如 机床、各种产品的自动生产线、橡胶产品加工机械、锻压设备、化工产品生产设备、行走机械等。电气液压系统所涉及的内容 主要包括电气元件、液压元件和控制电路。本模块主要针对电气液压系统所涉及的常用元件、典型的 液压回路进行介绍和安装调整的指导,使学习者对典型电气液 压系统的设计、安装与调整有所了解,为后续课程做铺垫。ChartChart学习单元一 电气液压系统装调【任务介绍】图4-1所示为利用液压传动驱动的压力机示意图。启动按钮开关,液压缸驱动的压头 缓慢伸出,将工件压入工件的凹槽中,此时液压缸的活塞杆处于伸出状态,且保压3min(此时的压力可维持在120130bar之间)后,液压缸带动压头自动返回。图4-2所示为此 压力机的电气液压回路图,结合电气液压回路图识别图中所使用的元件和在系统中所起的 作用,从实验台中找出相对应的元件并进行安装与调试。ChartChart学习单元一 电气液压系统装调【任务分析】要想完成此任务,需要认识既能控制液压缸运动,又能接收电气控制信号的电液转换元件电磁换向阀；掌握能检测压力变化并传递控制信号的压力继电器(即压力开关)的工作 原理,并能进行电气液压系统的安装与调整,因此本单元对这些知识进行学习和认识。【知识目标】l掌握液压传动控制系统常用的电磁换向阀;l掌握执行元件与电磁换向阀的类型匹配;l掌握压力继电器工作原理;l掌握基本电气控制回路的设计。【能力目标】l能够安全、正确使用液压、电气元件;l掌握电磁换向阀的安装和压力继电器的调整;l掌握电气液压控制系统的安装与调整、故障分析及排除方法。ChartChart电磁换向阀最常用,很容易实现自动控制。电磁铁类型主要有交流和直流两大类,每一 类电磁铁又分干式和湿式。目前,滑阀式方向控制阀主要采用湿式电磁铁。它具有衔铁在 油内移动时磨损小、换向柔和、可缓冲衔铁造成的冲击、内部部件不易生锈、散热性好等 特点。20%30%50%一、电磁换向阀ChartChartSTART10%20%30%40%1.电磁铁1)直流电磁铁 直流电磁铁一般使用24V直流电压,因此需要专用直流电源。其优点是不会因铁心卡 住而烧坏,体积小,工作可靠,允许切换频率为120次/分钟,换向冲击小,使用寿命较长,但 启动力比交流电磁铁小。2)交流电磁铁 交流电磁铁使用电压一般为交流220V,电气线路配置简单。交流电磁铁启动力较大,换向时间短,但换向冲击大,工作时温升高。当阀芯卡住时,电磁铁因电流过大易烧坏,可靠 性较差,所以切换频率不许超过30次/分钟,寿命较短。电磁铁带有应急操纵装置,可从外部手动地操纵电磁铁。这样可以方便地检查阀的换 向功能。ChartChart2.直动式电磁换向阀1)单电控二位四通电磁换向阀 图4-3所示为干式电磁铁的单电控二位四通电磁换向阀。当干式电磁铁1不带电时,阀芯4在复位弹簧5的作用下处于阀体6左端,P口与 A口相通,B口与T口相通。当干式电磁铁1带电时,阀芯4在电磁力推动下右移,P口与B口相通,A口与 T口相通。密封元 件3的作用是防止液压油进入干式电磁铁1中。1干式电磁铁;2推杆;3密封元件;4阀芯;5复位弹簧;6阀体ChartChart45%55%注意:二位二通电磁换向阀、二位三通电磁换向阀一般可用二位四通电磁换向阀替代,将 不需要的油口封闭即可。但前提是电磁换向阀额定工作压力小于等于该阀 T口耐压,否则 T口要与回油口接通才能保证电磁换向阀正常工作。T口耐压在换向阀样本上可查到。ChartChart2)双电控三位四通电磁换向阀图4-4所示为湿式电磁铁的双电控三位四通电磁换向阀,中位机能为中间封闭型,即 O 型。当电磁铁a通电时,电磁线圈产生的磁场吸引或推斥衔铁,通过推杆5使阀芯1向右移 动,P口与 A口相通,B口与T口相通。电磁铁a断电后,复位弹簧4将阀芯1复位回到初 始位置,P、A、B、T四个油口互不相通。当电磁铁b通电时,阀芯左移,P口与B口相通,A 口与T口相通。手动应急装置6从外部可以手动地操纵电磁铁,这样一来可以容易地检查阀的换向 功能。1阀芯;2阀体;3湿式电磁铁;4复位弹簧;5推杆;6手动应急装置ChartChart知识拓展1-直流电磁铁,2-交流电磁铁,3-弹簧,4-应急操纵装置为几位几通电磁换向阀？ChartChart微课电磁换向阀ChartChart3.先导式电磁换向阀(电液换向阀)较大公称通径的换向阀需要采用先导式控制。其原因在于推动阀芯换向时需要较大 的操作力,并且由此导致需要较大功率的电磁铁。先导式电磁换向阀又称为电液换向阀。电液换向阀是由小通径的电磁换向阀(先导阀)和大通径的液动换向阀(主阀)组合而成 的。其中,先导阀用来改变主阀控制油口的液流方向,即使主阀换向,以实现执行元件的 换向。因为主阀芯的结构尺寸较大,所以主阀允许的通流量就大,因此电液换向阀可以实 现大流量的换向。先导式电磁换向阀按照先导阀进油口和回油口的连通方式分为外控外泄、外控内泄、内 控内泄和内控外泄四种类型。ChartChart微课电液换向阀1ChartChart微课电液换向阀2ChartChart图4-5(a)所示为外控外泄式三位四通电液换向阀,先导阀2为三位四通 Y型中位机能的电磁换向阀,主阀1为三位四通 O 型中位机能的液动换向 阀。当先导阀2电磁铁a通电时,控制油口 X与主阀芯3左侧控制油路6接 通,主阀芯右侧的控制油路7通过先导阀2与外泄油口 Y 接通,此时主阀芯 在左侧压力油的作用下向右移动,使得P与B接通,A 与 T接通当;当先导 阀2电磁铁b通电时,主阀芯左移,使得P与 A 接通,B与 T接通;先导阀2 的电磁铁a、b均不带电时,主阀芯3的控制油路6、7两侧的油液均通过先导阀2的回油口 与外泄口 Y接通,主阀芯3在复位弹簧4.1、4.2的作用下回到中位,P、A、B、T各油口封闭。1-主阀（液动换向阀）2-先导阀（电磁换向阀）3-主阀芯 4-先导阀阀体 4.1，4.2-复位弹簧 5-外控口 6，7-控制油路 9-先导阀芯 10-泄油口 职能符号：ChartChart图4-5(b)所示为电液换向阀的职能符号,图4-5(c)所示为电液换向阀的简化职能符号。对于三位四通电液换向阀,当先导阀的电磁铁断电后,主阀应回到初始位置,基于这样的要求,先导阀应使用 Y、H、P型中位机能的电磁换向阀。ChartChart压力继电器是利用液体的压力来启闭电气触点的,当达到预先调节的压力时,它将电路接通,发出电信号,使电气元件(如电磁铁、电机、继电器等)动作,使油路卸压、换向、执行元 件实现顺序动作等,因此它是一个液电转换元件。开关触点不直接接触所监控的介质,如 水、油等,而是通过压力变化使传感元件(柱塞、膜片、弹簧管、波纹管)产生偏移,借此操纵开 关顶杆。压力继电器结构有柱塞式、膜片式、弹簧管式和波纹管式四种形式。二、压力继电器35%15%13%49%ChartChart图4-6(a)所示为柱塞式压力继电器的结构。受监测的压力油从P口进入作用于阀芯 2的左端面,弹簧的弹力通过弹簧座4作用在阀芯2的右端,当压力油的压力低于弹簧设 定力时,阀芯2不动。当压力油的压力大于弹簧设定力时,阀芯2右移,弹簧座4把阀芯2 的运动传递给微动开关3,微动开关3动作驱动其触点闭合或断开。通过调节元件6,控 制弹簧8的压缩量,即控制压力继电器发讯的工作压力,弹簧座4的机械结构设计意在压 力突然降低时保护微动开关3免受损害,同时定位销钉5在压力过高时防止弹簧8被压 缩过量而损坏。1阀体;2阀芯;3微动开关;4弹簧座;5定位销钉;6调节元件;7调节口;8弹簧ChartChart压力开关有一个滞后,也就是说,压力开关的信号在一定的压力范围内会继续存 在,即压力上升的开关点和压力下降的开关点之间,如图4-6(b)所示,主要是开关中的 弹簧位移以及在铰接处和动态受力的密封位置出现的摩擦力引起的。滞后是一种作用 的持续,若压力开关的这种滞后变小,则开关特性会不稳定,压力开关会变得“太灵敏”。ChartChart知识拓展压力继电器应用压力继电器应用动作要求：液压缸慢速伸出，当压力达到40bar时，液压缸自动返回。应该采用进口节流和出口节流哪种方式控制液压缸的速度？小结：1.压力继电器能够控制由压力的液压缸的顺序动作2.压力继电器应放置的位置？ChartChart知识拓展压力继电器压力继电器p作用：作用：利用系利用系统中中压力力变化，控制化，控制电路的通断。路的通断。p类型：型：柱塞式柱塞式压力开关，力开关，弹簧管式簧管式压力开关力开关p压力开关力开关绝大多数大多数为转换开关，通开关，通过相相应的的连接件来接件来驱动常开触点或常常开触点或常闭触点触点微动开关调节螺钉顶杆柱塞工作原理：工作原理：职能符号：能符号：应用：用：1.控制电磁阀动作。2.控制系统压力，出故障时，制动停车。ChartChart知识拓展压力继电器应用压力继电器应用p控制电磁阀，实现油缸顺序动作。ChartChart三、电气控制原理介绍40%20%20%27%1.继电器的接线说明 从图4-7所示,+24V与继电器 K1和两个按钮开关S1、S2串联后与0V 相连。理论 上继电器与正极相连也是可行的,然而,这样做会发生危险,且由于绝缘缺陷或者其他的原 因会导致负极接线柱接地,形成错误导通连接而发生危险。ChartChart2.绘制电路图说明 从图4-8所示继电器控制电路图可以清楚地看出控制情况。但它没有表示出单个元件 的接线情况,而表示的只是理论的过程。实际上继电器 K1的触点不是与继电器分开的,而 是集成在继电器的壳体内的。电路图是由标准的图形符号组合而成的。所有的元件都平行 摆放、呈纵线分布。这些纵线都带有编号并且称其为电流线。绘制电路图时,要遵循以下规则。l开关和继电器被清晰地标注出来,且不考虑元件的机械关系。l电路图中表示的是不带电状态。l画出的元件为不操纵的状态。l图形符号的运动方向应该平行于图面,并且总是成一体地从左向右动作。ChartChart 3.主电路和控制电路 在实际中要将主电路和控制电路区分开来。控制电路只用于控制需要小功率的场合。在主电路上绝大多数是通过继电器控制的高功率的耗能元件。主电路和控制电路的供电可 以分开或连接在一起。图4-9(a)所示为在主电路上直接控制,图4-9(b)所示为主电路和控 制电路分开控制。ChartChartChartChart 4.自锁电路 在电路设计中必不可少地要使用电气自锁回路来储存电信号。通过对开关和继电器进 行相应的配置可以组成一个存储开关脉冲信号的电路。信号存储或自锁电路是通过继电器的常开触点和常闭触点的不同配置来实现。在中断 优先的电路中(见图4-10),当同时按下两个按钮S1和S2,继电器 K1不带电;然而,在接通优先的电路中(见图4-11),同时按下按钮S1和S2,继电器 K1带电。出于安全原因的考虑,绝大多数电路采用中断优先。自锁电路在断电后,当重新通电时,没有操作开关S1,继电器不会自动带电,因此可实现断电后的保护。5.通过按钮开关触点的机械互锁 通过互锁回路可以防止电流线路相互接通。例如,互锁抑制两个或更多的继电器同时接通或者开关过程的短时重叠。图4-12所示的机械互锁电路描述了使用按钮触点进行互锁的情况。当同时按动两个按钮时,继电器不能带电。图4-12所描述的互锁是一个纯机械互锁。大多数情况下,两组触点都集成在一个 壳体中并且通过杠杆作用进行接通。当使用交流电磁阀时,按钮 S1和按钮 S2必须要 进行互锁,为的是防止电磁线圈同时带电时被损坏。当使用直流电磁铁时,出于安全的 原因也要进行互锁。机械互锁适用于简单的电路,对于复杂的控制过程来讲,要采用电气互锁。ChartChartChartChart85%6.通过继电器触点的电气互锁 通过在继电器线圈的前面直接连接相对应的常闭触点可以实现继电器的电气互锁。当 主电流线路断开时,得到的是断开优先,即继电器被可靠地断开。图4-13所示的电气交叉互锁电路中使用了继电器的常闭触点,这样会出现重叠的可能 性。当同时按动所属的按钮开关时,两个继电器线圈会同时带电,其触点会出现短时接通(重叠)。ChartChart完成理论任务(1)动作要求。如图4-1所示,压力机通过液压缸的缓慢伸出将工件压入工件的凹 槽中。当工件压入后需要保压3min,加工结束后液压缸带动压头自动返回。43%30%19%ChartChart完成理论任务 (2)电气液压系统工作原理:如图4-14压力机电气液压回路参考图所示。当按下按钮开关S1,电磁铁 Y1得电,换向阀左位工作,夹紧缸A缓慢伸出。将工件压入工件的凹槽中,即液压缸到达B1位置,且压力开关压力达到120bar时,保压3min。保压时间 达到3min后,电磁铁 Y2得电,换向阀右位工作,液压缸快速退回。ChartChart完成理论任务 (3)液压参数设定。调节液压缸伸出过程(工件压入)的时间为10s。通过溢流阀来调 节压力开关的发信压力为120bar。(4)附加工作要求。采用双手动安全回路控制。只有双手同时按下两个按钮开关,且 按下的时间差不大于1s,液压缸才会动作。出现紧急情况,按下急停开关后,液压缸应立 刻停在当前位置。(5)实验要求。分析压力机电气液压系统工作原理。说出图中各元件在回路中的 作用,主要元件作表详解见表4-1。在实验台上搭接、运行并调试压力机电气液压系统。根据附加工作要求,设计完善压力机电气液压系统。ChartChart完成理论任务ChartChart1.实训步骤(1)将实验元件找出,安装在实验台上。(2)参考图4-14(a)液压回路图用油管将液压元件连接可靠。(3)参考图4-14(b)电路图用红、蓝导线将线路连接好。(4)在不带电的前提下利用万用表检测电路连接是否有短路的情况出现。(5)启动开关,观察系统运行并进行调整。(6)总结实训过程,完成实训报告。完成实训任务 2.实训前准备ChartChart完成实训任务ChartChart 3.主要元件安装与调整方法介绍完成实训任务ChartChart4.完成工作任务评价考核表 本单元实训结束后需完成下面实训评价考核表,其中包括知识考核点、评价内容、评价 标准及配分。完成实训任务ChartChart完成实训任务5.完成实训报告 获取附录3实训报告,学生填写完成后提交。ChartChart思考与练习思考1:读图4-15,回答下面问题。(1)同时按下按钮开关S1和按钮开关S2,液压缸能动作吗?为什么?(2)按下按钮开关S1,液压缸如何动作?此时又按下按钮开关S2,液压缸如何动作?(3)液压缸动作的过程中,按下定位开关S5,液压缸如何动作?(4)如果将控制电路中的电气互锁换成机械互锁(开关互锁),两种方式有什么不同?思考2:压力开关共有四根接线,红色接+24V,蓝色接0V,两根黑色为输出端,分 别为常开和常闭,用什么方法区分这两根黑线是常开还是常闭呢?请设计一个实验,验 证压力开关的滞后。ChartChart思考与练习(1)动作描述。采用二位四通电磁换向阀直接控制双作用液压缸,可实现长柄勺舀 出、导出铝水的动作。使用长柄勺将铝水从熔炉中舀出,然后经导流槽流入模具中。采 用二位四通电磁换向阀直接控制双作用液压缸,通过双作用液压缸操作长柄勺,以完成 相应运动。(2)方案分析。当未驱动二位四通电磁换向阀动作时,长柄勺应浸入熔炉中;当二位 四通电磁换向阀电磁铁带电,长柄勺以可调的速度将铝水舀出倒入模具中;另外还需考 虑负载的影响,应满足长柄勺为轻负载的要求。如果长柄勺太重,那么在液压缸活塞杆 退回动作期间,其速度将很快(长柄勺向熔炉运动),这样长柄勺就会很快进入铝水中,可 能会出现危险。为避免此类现象发生,可以在油路适当的位置安装背压阀和单向节 流阀。(3)实训要求。依照动作要求完成液压回路图、电路图的设计,在实训台上完成液压 系统和电气控制系统的安装与调试,完成实训报告。练习1:铝水导出装置(见图4-16)中双作用液压缸驱动长柄勺的动作。ChartChart思考与练习(1)动作描述。通过皮带运输机将工件连续送入油漆烘干炉内。为减少通过炉门的 热损失,当关闭炉门后,炉门应紧紧地保持关闭位置,以便将炉门长期可靠地保持在期望 位置上而不下落,此时液压泵处于卸荷状态。选择适当的三位四通电磁换向阀作为控制 元件。(2)方案分析。要求将炉门长期可靠地保持在期望位置上,而不下落,即通过控制阀 将液压缸两腔内液压油封闭,使液压缸能在任意位置停留且有外力作用时也不能移动。如果采用座阀式换向阀,中位机能为O型的三位四通换向阀就可解决上述问题;如果采 用滑阀式控制阀,那么由于内渗漏,炉门将缓慢下滑。利用所学过的元件使其实现炉门 长期可靠地保持在期望位置上而不下落。(3)实训要求。依照动作要求完成液压回路图、电气控制原理图的设计,在实训台上 完成液压系统和电气控制系统的安装与调试,完成实训报告。练习2:利用三位四通换向阀控制油漆烘干炉(见图4-17)炉门的动作。ChartChart学习单元二 典型液压回路分析【任务介绍】如图4-18所示,机床X、Y、Z三轴的液压滑台进给均由液压缸驱动,根据机械加工设备 动作要求,各液压缸在机床X、Y、Z三轴的动作要求是快进、工进、快退。试分别设计速度切 换液压回路和压力切换液压回路,并设计相应的电气回路,满足以下条件,具体任务如下。任务一:液压缸快速伸出,到达 N1后慢速伸出,到达 N2点,油缸自动返回。在实验台 上完成上述电气液压控制系统安装与调试,填写实训报告。任务二:液压缸以30bar压力伸出,到达N1后系统压力转换为40bar,到达系统最高压 力时,到达N2点,油缸自动返回。在实验台上完成上述电气液压控制系统安装与调试,填写 实训报告。40%20%20%ChartChart学习单元二 典型液压回路分析【任务分析】根据任务要求,分析液压滑台动作组成,除要求液压缸能正常伸出、返回外,还要求在活 塞杆伸出过程中,有速度、压力切换,先是快速或低压伸出,到N1位置转为工作进给(以刀具 切削速度进给),到达N2位置返回。设计液压回路图,除了对各种液压元件的结构和工作原 理要熟悉之外,还要掌握压力控制回路、方向控制回路、速度控制回路相关知识,理解液压回 路实现速度切换的方法,各种机械加工的大致速度范围等。ChartChart【知识目标】l熟练应用各种液压元件,尤其是三类控制元件;l掌握典型压力控制回路实现方法;l掌握典型方向控制回路控制方法;l掌握典型速度控制回路的适用范围;l理解速度切换方法、思路。【能力目标】l能按照液压回路图在实训设备上正确安装并调试;l具备典型液压系统回路图的识读能力;l装调过程出现问题能基本独立解决。ChartChart液压基本回路是指由若干液压元件组成的且能完成一定功能的简单液压回路。熟悉掌握基本液压回路的组成有利于更好地分析、设计和维护各种液压系统。不管多复杂的液压 系统,都可以分解成几个基本液压回路。为了准确说明一种基本液压回路的功能,有必要将它和有关回路或元件放在一起,这样的回路实际是系统的一部分,不是严格意义的基本回路了。要确切地了解一个回路的功用,必须熟悉回路中各元件的结构和工作原理,还需要从该回路所在的系统去理解,就像要确切 了解一个元件的作用,必须从它所在的回路中去理解一样。40%20%20%ChartChart压力控制回路是利用压力控制阀来控制系统整体或某一部分的压力,以满足液压回路的压 力控制要求及液压执行元件对力或力矩要求的回路,包括调压回路、减压回路、增压回路、保压回 路、卸荷回路等。1.调压回路 调压回路的作用是控制液压系统整体或部分支路的压力保持恒定或不超过设定值。在 定量泵供油系统中,液压泵的供油压力可以通过溢流阀来调节;在变量泵供油系统中,用溢 流阀(做安全阀用)来限定系统最高压力,防止系统过载。如果系统需要两种以上的压力,那 么可以采用多级调压回路。一、压力控制回路ChartChart1)单级调压回路 单级调压回路可保持系统压力恒定或限定系统最高工作压力。如图4-19所示,在定量 泵出口并联溢流阀,组成单级调压回路,通过调节溢流阀的溢流压力,可控制泵出口工作压 力,从而控制整个系统压力,使溢流压力保持基本恒定。如图4-20所示,在变量泵供油系统出口处并联溢流阀,限定系统最高压力,防止系统过 载,这时的溢流阀又称安全阀。作为安全阀,其调定压力一般要比变量泵的变量机构动作压 力高1MPa以上,才能保证该系统为变量泵供油系统性能。ChartChart2)多级调压回路图4-21所示的定量泵供油回路为两级调压回路,定量泵出口并联先导式溢流阀。先导 式溢流阀遥控口通过二位三通电磁换向阀连接两个直动式溢流阀。当二位三通电磁换向阀 处于初始位置时,泵出口压力由直动式溢流阀4调定;当电磁铁Y通电时,换向阀换向,泵出 口的压力由直动式溢流阀5调定。需要注意的是,这时先导式溢流阀的调定压力一定要高 于两个直动式溢流阀调定压力,一般是高1MPa或系统压力的10%。ChartChart如图4-22所示,先导式溢流阀A口接泵出口,B口接油箱。遥控口分别接三个二位二通电 磁换向阀,二位二通电磁换向阀3、4出口分别接两个直动式溢流阀6、7。先导式溢流阀调定压力为p1,直动式溢流阀6、7调定压力分别为p2和p3,其中,p1p2,p1p3。当电磁铁Y1带电时,系统压力为p2;当电磁铁Y2带电时,系统压力为p3;当电磁铁Y3带电时,系统压力为0,这时系统卸荷;当3个二位二通电磁换向阀电磁铁都不带电时,系统压力为p1。由上面的例子可以看出,当系统压力等级较多时,通过多个换向阀和直动式溢流阀及先 导式溢流阀的组合可以实现多级调压。但系统压力等级越多,需要的液压元件也越多,造成成本上升,系统复杂化,这时应该优先选择比例溢流阀,利用输入电信号由小到大无级变化,控制系统压力也相应地有效达到无级调节,使液压回路更简单。ChartChart2.减压回路 减压回路一般是使系统某一部分油路获得较低的、稳定的压力,一般用于夹紧、定位、分 度、控制油路等。图4-23所示的定量泵供油系统为直动式减压阀减压回路。出口并联溢流阀,调定主系 统压力;并联直动式减压阀,调定减压阀分支比主系统压力更低的稳定压力。显然,依靠定 值减压阀调定的分支压力只能为一个定值,在系统工作过程中,分支压力一般不是随时变化 的。如果要求分支压力随时无级可调,这时可选择比例减压阀,具体可参见模块五相关内容。ChartChart如图4-24所示,A油缸为进给缸,B油缸为夹紧缸。因为进给缸用于驱动动力头加工工 件,所以一般需要的工作压力相对较高。夹紧缸用于夹紧被加工工件,为避免夹紧变形,需 要的工作压力相对较低。为适应工况要求,在B缸支路设置减压阀2,用于调定夹紧力的大 小;减压阀出口设置单向阀3,防止当A缸快进时油液倒流,影响夹紧力,起到防止相互干扰的作用;在B缸无杆腔设置压力继电器1,可以实现工件压紧后自动开始加工,并监测夹紧力的大小。40%20%20%ChartChart3.增压回路 增压回路一般用于提高系统中某一支路的工作压力,用以满足系统中局部工作压力所需的高压。在某些条件下,采用增压回路可省去高压泵,系统整个工作压力较低,目的是降低 成本、节省能源、减少系统发热。典型应用工况是液压缸出厂试验台,国家标准要求液压缸出厂试验的压力为液压缸工作压力的1.31.5倍,因此液压缸出厂试验台经常使用增压缸做液压缸对顶试验。1)单向增压缸增压回路 如图4-25所示,单向增压缸安装在液压缸和换向阀之间。当换向阀电磁铁Y带电时,压力油进入单向增压缸A腔,增压缸活塞向右移动,经增压后C腔的油液流入液压缸无杆腔,对外做功。当换向阀断电后,压力油进入增压缸B腔,增压缸活塞向左移动,准备下一个增压过程。很显然,单向增压缸所输出的高压是间断的。ChartChart2)双向增压缸增压回路 如果系统需要连续输出的高压油,那么可采用图4-26所示的双向增压缸增压回路。当换向阀处于图示位置时,压力油进入双向增压缸的c、d腔,增压缸活塞向左移动,经增压后a腔的油液经单向阀8流入液压缸无杆腔,对外做功。当换向阀电磁铁Y带电后,压力油进入增压缸a、b腔,增压缸活塞向右移动,经增压后d腔的油液经单向阀10流入液压缸无杆腔,继续对外做功。双向增压缸活塞不断往复运动,两端交替输出高压油,实现连续增压。ChartChart4.保压回路 保压回路的作用是在液压缸不动或微动时维持稳定的压力。液压系统保压方法最简单 的是利用密封性能相对较好的液控单向阀保压,由于元件的泄漏,这种保压回路的保压时间 较短。如果用蓄能器做补油元件,再加上液控单向阀,可以维持相对较长时间的保压。ChartChart1)液压泵保压回路 如图4-27所示,在保压过程中,如果没有二位三通电磁换向阀切换,定量泵所供给的液 压油几乎全部通过溢流阀流回油箱,功率损失大,发热多。用二位三通电磁换向阀结合压力 继电器,可实现系统在一个压力范围内保压。当液压缸工作压力低于要求的压力范围或达 到保压范围下限时,压力继电器发信号,使二位三通电磁换向阀处于断电状态,液压泵供油 给液压缸,使压力上升;当液压缸工作压力达到要求的压力范围上限时,压力继电器发信号,使二位三通电磁换向阀电磁铁Y得电,液压泵实现卸荷。这一回路可以自动使液压缸工作 压力长时间保持在一定范围内,且系统发热少,功率损失小。40%20%20%ChartChart2)蓄能器保压回路 如图4-28所示,当液压缸工作压力处于保压范围下限时,二位二通电磁换向阀处于断 电状态,液压泵输出的压力油供给液压缸和蓄能器;当液压缸工作压力达到保压范围上限 时,压力继电器发信号使二位二通电磁换向阀电磁铁Y带电,液压泵输出的压力油经溢流阀 流回油箱,液压泵此时处于卸荷状态。很显然,因为这个保压回路多了蓄能器,所以其保压效率相对较高。相对同样的保压范围,与图4-27相比,带蓄能器的保压回路的油泵卸荷时间更长。ChartChart图4-29所示为液压进给蓄能器保压夹紧回路。定量泵供油,溢流阀设定系统压力。双 电控二位四通电磁换向阀控制的水平缸为夹紧缸,用于工件夹紧。三位四通电磁换向阀控 制的垂直缸为液压进给缸。为了防止工件夹紧后垂直的进给缸动作,尤其是快进时影响夹 紧力,设置了单向阀防止相互干扰。同时,为了实现较长时间保压,在夹紧缸无杆腔设置了 蓄能器。ChartChart5.卸荷回路 卸荷回路用于在液压泵不频繁开关的情况下,使液压泵在特定工况下低压(接近于零)工作,达到降低功率消耗、减少发热、延长液压泵使用寿命的目的。液压系统卸荷是指当液 压系统执行元件不需要继续供油时,液压系统以接近于零的工作压力运转。常见的卸荷方 法有以下两种。1)利用换向阀中位卸荷 如图4-30所示,当三位四通电磁换向阀处于中位时,因为换向阀中位为 M 型,P口与 T口 直接连通,所以这时液压泵输出的液压油直接通过换向阀中位流回油箱,液压泵工作压 力很低,接近于零,这时泵处于卸荷状态。在三位四通电磁换向阀中,H 型中位机能的阀同 样也可实现中位卸荷。ChartChart如图4-31所示,当电磁铁 Y1得电时,液压泵输出的油液直接通过二位二通电磁换向阀 流回油箱,液压泵处于卸荷状态。上述两种卸荷方式均是通过电磁换向阀直接卸荷,因为电磁换向阀的通径一般不大,所 以卸荷流量也不能太大。大流量卸荷一般要通过先导式溢流阀或电液换向阀来实现。ChartChart2)利用先导式溢流阀遥控口卸荷 如图4-32所示,在大流量液压系统中,液压系统的卸荷可以通过先导式溢流阀来实现。当二位二通电磁换向阀电磁铁不带电时,先导式溢流阀不溢流,系统保压;当二位二通电磁 换向阀电磁铁带电时,先导式溢流阀低压溢流,实现系统大流量卸荷。ChartChart6.泄压回路 泄压回路的作用是使高压大流量液压缸中储存的能量缓慢释放,避免突然释放时产生 液压冲击。如图4-33所示,在换向阀处于中位时,液压泵通过换向阀中位卸荷。液压缸无杆腔的 高压油通过节流阀、单向阀和换向阀中位泄压,泄压速度取决于节流阀开口大小。使用泄压 回路有效避免了换向冲击。ChartChart7.防止过载和吸空回路 图4-34所示为防止液压缸过载和吸空回路。换向阀A、B口中位封闭,因此当液压缸运行速度快或运动惯性大时,换向阀突然回中位会产生液压冲击现象。为了防止压力失控,在液压缸两腔都安装了过载阀,起到防止系统过载、压力过高的作用。当液压缸活塞杆受力出现负载方向和运动方向一致的工况时,单向阀可以防止因液压泵供油不足而产生的吸空现象,从油箱直接补油。ChartChart液压系统执行元件运动方向控制方式很多,其他回路分析时已经涉及不少,这里再介绍 一个往复直线运动换向回路。往复直线运动换向回路的作用是使液压缸和与之相连的主机运动部件在其行程终端处 迅速、平稳、准确地变换运动方向。简单的换向回路只需采用标准的普通换向阀,但是在换 向要求高的磨床上,换向回路中的换向阀就须特殊设计。这类换向回路还可以按换向要求 的不同而分成时间控制制动式和行程控制制动式两种。二、方向控制回路40%20%20%ChartChart1.时间控制制动式换向回路 图4-35所示为一种比较简单的时间控制制动式换向回路。这个回路中的主油路只受 换向阀3控制。在换向过程中,当图中先导阀2操纵连杆在左端位置时,控制油路中的压力油经单向阀I2通向换向阀3右端,换向阀左端的油经节流阀J1流回油箱,换向阀阀芯向左移动,阀芯上的锥面逐渐关小回油通道,活塞速度逐渐减慢,并在换向阀3的阀芯移过一定距离后将通道闭死,使活塞停止运动。当节流阀J1和节流阀J2的开口大小调定之后,换向阀阀芯移过距离所需的时间即使活塞制动所经历的时间就确定不变,因此,这种制动方式被称为时间控制制动式。时间控制制动式换向回路的主要优点是它的制动时间可以根据主机部件运动速度v的快慢、惯性的大小通过节流阀J1和节流阀J2的开口量进行调节,以便控制换向冲击,提高工作效率。其主要缺点是换向过程中的冲击量受运动部件的速度和其他一些因素的影响,换向精度不高。这种换向回路主要用于工作部件运动速度较高但换向精度要求不高的场合,如平面磨床的液压系统。ChartChart2.行程控制制动式换向回路 图4-36所示为行程控制制动式换向回路,这种回路的结构和工作情况与时间控制制动式的主要差别在于这里的主油路除了受换向阀3控制外,还要受先导阀2控制。当图示位置的先导阀2在换向过程中向左移动时,先导阀阀芯的右制动锥将液压缸右腔的回油通道 逐渐关小,使活塞速度逐渐减慢,对活塞进行预制动。当回油通道被关得很小、活塞速度变得很慢时,换向阀3的控制油路才开始切换,换向阀阀芯向左移动,切断主油路通道,使活塞停止运动,并随即使它向相反的方向启动。不论运动部件原来的速度快慢如何,先导阀总是要先移动一段固定的行程,将工作部件先进行预制动后,再由换向阀来使它换向,因此这种制动方式被称为行程控制制动式。行程控制制动式换向回路的换向精度较高,冲出量较小,但是由于先导阀的制动行程恒定不变,制动时间的长短和换向冲击的大小就将受运动部件速度快慢的影响。这种换向回路适用于主机工作部件运动速度v不大、换向精度要求较高 的场合,如内、外圆磨床的液压系统。ChartChart支撑回路的作用在于防止液压缸及与之相连接的部件因自重或在其他外力作用下产生 不必要的运动或超速。如图4-37所示,在垂直安装的液压缸下腔串联单向平衡阀,当平衡阀的压力调整与液 压缸所受外力匹配时,即刚好支撑液压缸所受向下的外力,这时平衡阀就可以防止液压缸活 塞杆因受外力而下降。液压缸活塞杆向上运动时,油液通过单向阀进入液压缸有杆腔。三、支撑回路ChartChart如图4-38所示，水平缸通过双向液压锁与三位四通电磁换向阀相连接。为了防止液压缸活塞杆在受外力时产生移动,采用了双向液压锁,因为双向液 压锁的泄漏很少,同时为了保证双向液压锁密封效果,换向阀中位一定要选择 Y型或 H型中位机能。40%20%20%ChartChart液压系统速度控制回路的作用是控制和调节系统流量,从而控制执行元件的运行速度。一般情况下,工况要求液压执行元件的速度可调;有些工况要求执行元件速度在整个行程过 程中能迅速切换,如要求活塞速度由快速进给转为工作进给。许多设备对液压系统调速性 能要求都比较高。1.调速方法分类 液压系统中,执行元件常用的有两大类,即液压缸和液压马达。它们的运动速度与输入流量和各自的几何参数有关。忽略油液的可压缩性和元件内泄漏,液压缸的速度v为液压马达的转速n为 式中,q为输入流量;A 为液压缸有效作用面积；V 为液压马达的排量。由以上两式可以看出,要调节液压缸的速度,不可能改变液压缸有效作用面积,因为一旦液压缸制作完成,其有效作用面积就是固定的,所以要改变液压缸的运行速度,只能改变 液压缸的输入流量。四、速度控制回路ChartChartSTART10%20%30%40%对于液压马达,它的排量可以是固定的,即定量液压马达;也可以是可调的,即变量液压 马达。因此,对于变量液压马达来说,既可以改变输入流量q来调速,又可以用改变液压马 达的排量V 来调速。改变输入执行元件的流量q也有两种方法:一是采用定量泵,用节流元件来调节输入执 行元件的流量q;二是采用变量泵,调节泵的排量来调节输入执行元件的流量q。目前常用的调速方法有以下几种。(1)节流调速。用定量泵供油,采用节流元件调节输入执行元件的流量q来实现调速。(2)容积调速。改变变量泵的供油量q和(或)改变变量马达的排量V 来实现调速。(3)容积节流调速。一般采用反馈式变量泵供油,用自动改变流量的变量泵及节流元件 联合进行调速。ChartChart2.节流调速回路 节流调速回路根据流量控制元件在液压回路中安装位置的不同,分为进油节流调速、回 油节流调速和旁路节流调速三种形式。下面以定量泵供油,执行元件为液压缸为例,简单分 析三种调速回路的优、缺点。1)进油节流调速回路 如图4-39所示,将流量控制元件串联于液压泵出口和液压缸之间,通过调节流量控制 阀开口面积的大小,从而达到调节进入液压缸流量的目的,称为进油节流调速回路。进油节 流调速回路中,定量泵输出的多余油液通过溢流阀回油箱。由于多余油液通过溢流阀回油 箱,因而液压泵出口压力为溢流阀调定压力。ChartChart根据流量特性,液压缸的运动速度与节流阀通流面积成正比。当节流阀通流面积一定时,液压缸的运动速度随着负载增加而减小;当负载一定时,节流阀通流面积越小,速度负载 刚度越大。低速轻载情况下速度稳定性比高速重载时好。增大液压缸有效面积和提高液压泵供油压力,可提高速度负载刚度。进油节流调速回路适用于轻载、低速、负载变化不大和对速度稳定性要求不高的小功率 液压系统。这一回路的优点是流量控制阀和执行元件液压缸之间的压力仅取决于液压缸负 载的大小,与回油节流调速回路相比,克服同样大小的负载,液压缸密封处的工作压力相对较低,液压缸密封处的摩擦力也较小。这一回路的缺点是:溢流阀处于流量调节元件的前面,流量调节元件进出口因为节流存在压差,所以液压泵的供油压力总是比液压缸需要克服的负载压力要高;即使在空载时,为了使液压泵多余油液流回油箱,液压泵出口压力也要达到溢流阀调定压力,系统效率较低;节流产生的热量进入液压缸,会提高液压缸工作温度。ChartChart知识拓展进油节流调速系统油缸承受正负载时选用油缸承受正负载时选用ChartChart2)回油节流调速回路 如图4-40所示,将流量调节元件串联在液压缸回油路上,通过调节流量控制阀开口 面积的大小,从而达到调节流出液压缸流量大小的目的,称为回油节流调速回路。回油节流调速回路中定量泵输出的多余油液通过溢流阀回油箱。液压泵出口压力为溢流阀调定 压力。此回路的优点是流量调节元件安装在液压缸回油腔,相当于给液压缸加一个背压,运动 平稳性好,不需要平衡阀,节流产生的热量直接带回油箱;缺点是即使在空载的情况下,液