第九章-典型液壓系統(tǒng)

液壓與氣壓傳動技術

設計與制作：閆芳審核：孟慶東

組合機床是由一些通用和專用零部件組合而成的專用機床，廣泛應用于批大量的生產(chǎn)中。組合機床上的主要通用部件——動力滑臺是用來實現(xiàn)進給運動的，只要配以不同用途的主軸頭，即可實現(xiàn)鉆、擴、鉸、鏜、銑、刮端面、倒角及攻螺紋等加工。動力滑臺有機械滑臺和液壓滑臺之分。液壓動力滑臺是利用液壓缸將泵站所提供的液壓能轉(zhuǎn)變成滑臺運動所需的機械能的。它對液壓系統(tǒng)性能的主要要求是速度換接平穩(wěn)，進給速度穩(wěn)定，功率利用合理，效率高，發(fā)熱少。9.1組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)1、概述2、YT4543型動力滑臺液壓系統(tǒng)的工作原理快進

第一次工作進給

第二次工作進給

第一次工進結(jié)束后，行程擋塊壓下行程開關，使3YA通電，二位二通換向閥將通路切斷，進油必須經(jīng)調(diào)速閥7和調(diào)速閥8才能進入液壓缸，此時，由于調(diào)速閥8的開口量小于調(diào)速閥7的，所以進給速度再次降低，其他油路情況同一工進。止擋塊停留

當滑臺工作進給完畢之后，碰上止擋塊的滑臺不再前進，停留在止擋塊處，同時，系統(tǒng)壓力升高，當升高到壓力繼電器9的調(diào)整值時，壓力繼電器動作，經(jīng)過時間繼電器的延時，再發(fā)出信號使滑臺返回，滑臺的停留時間可由時間繼電器在一定范圍內(nèi)調(diào)整。

快退

原位停止

當滑臺退回到原位時，行程擋塊壓下行程開關，發(fā)出信號，使2YA斷電，換向閥6處于中位，液壓缸失去液壓動力源，滑臺停止運動。液壓泵輸出的油液經(jīng)換向閥6直接回到油箱，泵卸荷。該系統(tǒng)的各電磁鐵及行程閥動作如表所示。3、YT4543型動力滑臺液壓系統(tǒng)的特點系統(tǒng)采用了限壓式變量葉片泵——調(diào)速閥(一背壓閥式)的調(diào)速回路，能保證穩(wěn)定的低速運動(進給速度最小可達6．6mm／min)，較好的速度剛性和較大的調(diào)速范圍。系統(tǒng)采用了限壓式變量泵和差動連接式液壓缸來實現(xiàn)快進，能源利用比較合理。當滑臺停止運動時，換向閥使液壓泵在低壓下卸荷，減少了能量損耗。系統(tǒng)采用了行程閥和順序閥實現(xiàn)快進與工進的換接，不僅簡化了電氣回路，而且使動作可靠，換接精度亦比電氣控制高。至于兩個工進之間的換接，由于兩者速度都比較低，因此采用電磁閥完全能保證換接精度。壓力機是一種用靜壓來加工金屬、塑料、橡膠、粉末制品的機械設備，在許多工業(yè)部門得到了廣泛的應用。壓力機的類型很多，其中四柱式液壓機最為典型，應用也最廣泛。它可以進行沖剪、彎曲、翻邊、拉伸、冷擠、成型等多種加工。為完成上述工作，壓力機應能產(chǎn)生較大的壓制力，因此其液壓系統(tǒng)工作壓力高，液壓缸的尺寸大，流量也大，是較為典型的高壓大流量系統(tǒng)。壓力機在壓制工件時系統(tǒng)壓力高，但速度低，而空行程時速度快、流量大、壓力低，因此各工作階段的轉(zhuǎn)接要平穩(wěn)，功率的利用應合理。為滿足不同工藝需要，系統(tǒng)的壓力要能方便地變換和調(diào)節(jié)。9.2壓力機液壓系統(tǒng)1、概述YB32—200型四柱液壓機的液壓系統(tǒng)由主缸、頂出缸、軸向柱塞式變量泵1、安全閥2、遠程調(diào)壓閥3、減壓閥4、電磁換向閥5、液動換向閥6、順序閥7、預泄換向閥8、主缸安全閥13、頂出缸電液換向閥14、下缸背壓閥l5、下缸安全閥l6組成。該系統(tǒng)采用變量泵一液壓缸式容積調(diào)速回路，工作壓力范圍為10～32MPa，其主油路的最高工作壓力由安全閥2限定，實際工作壓力可由遠程調(diào)壓閥3調(diào)整，控制油路的壓力由減壓閥4調(diào)整，液壓泵的卸荷壓力可由順序閥7調(diào)整。2、YB32-200型四柱液壓機液壓系統(tǒng)工作原理主缸運動

快速下行

慢速加壓

當主缸上滑塊接觸到被壓制的工件時，主缸上腔壓力升高，液控單向閥12關閉，且液壓泵流量自動減小，滑塊下移速度降低，慢速壓制工件。這時除充液箱不再向液壓缸上腔供油外，其余油路與快速下行油路完全相同。

保壓延時液壓泵1→順序閥7→閥6(中位)→閥l4(中位)→油箱卸壓換向

保壓延時結(jié)束后，時間繼電器發(fā)出信號，使電磁鐵2YA通電，閥5換為右位，控制油路經(jīng)閥5進入液控單向閥I的控制油腔，頂開其卸荷閥芯，使主缸上控油路的高壓油經(jīng)1。卸壓閥芯上的槽口及預泄換向閥8上位的孔道與油箱連通，從而使主缸上腔油卸壓?？焖偻嘶卦煌Ｖ?/p>

當上滑塊返回至原始位置，壓下行程開關時，電磁鐵2YA斷電，閥5和閥6換為中位，主缸上下腔封閉，上滑塊停止運動。閥13為上缸安全閥，起平衡上滑塊重量作用，可防止與上滑塊相連的運動部件在上位時因自重而下滑。

向上頂出

當下滑塊上移到其活塞碰到缸蓋時，便可停留在這個位置上，同時碰到上位開關，使時間繼電器動作，停留時間可由時間繼電器調(diào)整。頂出缸運動停留

向下退回

原位停止

當下滑塊退至原位時，擋塊壓下下位開關S。，使電磁鐵3YA斷電，閥l4換為中位，運動停止。采用了變量泵一液壓缸式容積調(diào)速回路。所用液壓泵為軸向柱塞式高壓變量泵供油，系統(tǒng)壓力由泵站溢流閥調(diào)定。系統(tǒng)中的順序閥規(guī)定了液壓泵須在2．5MPa的壓力下卸荷，從而使操縱油路能確保具有2MPa左右的壓力。系統(tǒng)中采用了專用的QFl型閥來實現(xiàn)上滑塊快速返回時上缸換向閥的換向，保證液壓機動作平穩(wěn)，不會在換向時產(chǎn)生液壓沖擊和噪聲。系統(tǒng)利用管道和油液的彈性變形來實現(xiàn)保壓，方法簡單，但對液控單向閥和液壓缸等元件的密封性能要求較高。系統(tǒng)中上下兩缸的動作協(xié)調(diào)是由兩個換向閥互鎖來保證的：一個缸必須在另一個缸靜止不動時才能動作。但是，在拉伸操作中，為了實現(xiàn)“壓邊”這個工步，上液壓缸活塞必須推著下液壓缸活塞移動；這時上液壓缸下腔的油進入下液壓缸的上腔，而下液壓缸下腔中的油則經(jīng)下缸溢流閥排回油箱，這時雖兩缸同時動作，但不存在動作不協(xié)調(diào)的問題。系統(tǒng)中的兩個液壓缸各有一個安全閥進行過載保護。3、YB32-200型型液壓機液壓系統(tǒng)的特點板金沖床改變上、下模的形狀，即可進行壓形、剪斷、沖穿等工作。如圖所示為180噸板金沖床液壓系統(tǒng)回路。9.3板金沖床液壓系統(tǒng)

1、概述如圖所示為其控制動作順序圖。動作情形為壓缸快速下降→壓缸慢速下降(加壓成型)→壓缸暫停(降壓)→壓缸快速上升。壓缸快速下降

2、180噸板金沖床液壓系統(tǒng)的工作原理壓缸慢速下降

當上模加壓成型時，進油管路壓力達到20MPa，壓力開關26動作，Yl、Y3斷電，電磁閥l9、電磁閥ll恢復正常位置。此時，壓缸上腔壓油經(jīng)節(jié)流閥21、電磁閥l9中位流回油箱，如此，可使壓缸上腔壓油壓力下降，防止了壓缸在上升時上腔油壓由高壓變成低壓而發(fā)生的沖擊、振動等現(xiàn)象。缸暫停(降壓)

壓缸快速上升3、180噸板金沖床液壓回路圖的特點當壓缸快速下降時，下腔回油由順序閥23建立背壓，以防止壓缸自重產(chǎn)生失速等現(xiàn)象。同時，系統(tǒng)又采用差動回路，泵流量可以比較少，亦為一節(jié)約能源的回路。當壓缸慢速下降做加壓成型時，順序閥22由于外部引壓被打開，壓缸下腔壓油幾乎毫無阻力地流回油箱，因此，在加壓成型時，上型模重量可完全加在工件上。在上升之前作短暫時間的降壓，如此，可防止壓缸上升時產(chǎn)生振動、沖擊現(xiàn)象，100噸以上的沖床尤其需要降壓。當壓缸上升時，有大量壓油要流回油箱，回油時，一部分壓油經(jīng)液控單向閥20流回油箱，剩余壓油經(jīng)電磁閥l9中位流回油箱，如此，電磁閥19可選用額定流量較小的閥件。當壓缸下降時，系統(tǒng)壓力由溢流閥9控制，上升時，系統(tǒng)壓力由遙控溢流閥12控制，如此，可使系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量減少，防止了油溫上升。叉車是一種由自行輪式底盤和能垂直升降并可前后傾斜的工作裝置組成的物流裝卸搬運車輛。叉車按其動力分為內(nèi)燃叉車和電瓶叉車兩種。電瓶叉車主要用于室內(nèi)作圖為內(nèi)燃平衡重式叉車的外形圖。在結(jié)構(gòu)上，叉車由工作裝置(包括貨叉、門架等)和底盤(包括車架、行走及動力裝置等)組成。為保持起升貨物時車輛的整體穩(wěn)定性，在底盤后部配有足夠的平衡重物。叉車的貨叉起升、門架傾斜和轉(zhuǎn)向均采用液壓傳動。9.4叉式裝卸車液壓系統(tǒng)

圖為某內(nèi)燃平衡重式叉車的典型液壓系統(tǒng)原理圖。該系統(tǒng)由工作液壓回路及轉(zhuǎn)向液壓回路組成。

注塑機是將顆粒狀塑料加熱至流動狀態(tài)后，以高壓、快速注入模具內(nèi)腔，保壓一定時間后冷卻凝固，成型為塑料制品的塑料注塑成型設備。其注塑工作程序如圖所示。

根據(jù)注塑成型工藝的需要，注塑機液壓系統(tǒng)應滿足如下要求：1）要求有足夠的合模力；2）可調(diào)節(jié)的合模、開模速度，可調(diào)節(jié)的注射壓力和注射速度：3）可調(diào)節(jié)的保壓壓力，系統(tǒng)還應設有安全聯(lián)鎖裝置。9.5注塑機液壓系統(tǒng)

1、概述

2、SZ-250A型注塑機液壓系統(tǒng)工作原理

關安全門為保證操作安全，注塑機都裝有安全門。關安全門，行程閥6恢復常位，合模缸才能動作，系統(tǒng)開始整個動作循環(huán)。合模動模板慢速啟動、快速前移，當接近定模板時，液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)為低壓、慢速控制。在確認模具內(nèi)沒有異物存在，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為高壓，使模具閉合。這里采用了液壓一機械式合模機構(gòu)，合模缸通過對稱五連桿結(jié)構(gòu)推動模板進行開模和合模，連桿機構(gòu)具有增力和自鎖作用。高壓合模，并使連桿產(chǎn)生彈性變形，牢固地鎖緊模具。

1)慢速合模(2Y、3Y1通電)：大流量泵1通過電磁溢流閥3卸載，小流量泵2的壓力由4調(diào)定，泵2的壓力油經(jīng)電液換向閥5右位進入合模缸左腔，推動活塞以帶動連桿慢速合模，合模缸右腔油液經(jīng)閥5和冷卻器回油箱。2)快速合模(1Y、2Y、3Y1通電)：慢速合模轉(zhuǎn)快速合模時，由行程開關發(fā)令使得電，泵l不再卸載，其壓力油經(jīng)單向閥22與泵2的供油匯合，同時向合模缸供油，實現(xiàn)快速合模，最高壓力由閥3限定。

3)低壓合模(2Y、3Y1、9Y1通電)：泵l卸載，泵2的壓力由遠程調(diào)壓閥18控制。因閥18所調(diào)壓力較低，合模缸推力較小，故即使兩個模板間有硬質(zhì)異物，也不致?lián)p壞模具表面。

4)高壓合模(2Y、3Y1通電)：泵l卸載，泵2供油，系統(tǒng)壓力由高壓溢流閥4控制，高壓合模，并使連桿產(chǎn)生彈性變形，牢固地鎖緊模具。

注射座前移(2Y、5Y1通電)在注塑機上安裝、調(diào)試好模具后，注塑噴槍要頂住模具注塑口，故注射座要前移。泵2的壓力油經(jīng)電磁換向閥9右位進入注射座移動缸右腔，注射座前移使噴嘴與模具接觸，注射座移動缸左腔油液經(jīng)閥9回油箱。注射注射是指注射螺桿以一定的壓力和速度將料筒前端的熔料經(jīng)噴嘴注入模腔，分慢速注射和快速注射兩種。

(1)慢速注射(2Y、5Y1、7Y1、8Y通電)：泵2的壓力油經(jīng)電液換向閥l5左位和單向節(jié)流閥14進入注射缸右腔，左腔油液經(jīng)電液換向閥ll中位回油箱，注射缸活塞帶動注射螺桿慢速注射，注射速度由單向節(jié)流閥14調(diào)節(jié)，遠程調(diào)壓閣20起定壓作用。

(2)快速注射(1Y、2Y、5Y1、6Y0、7Y1、8Y通電)：泵l和泵2的壓力油經(jīng)電液換向閥11右位進入注射缸右腔，左腔油液經(jīng)閥ll回油箱。由于兩個泵同時供油，且不經(jīng)過單向節(jié)流閥l4，因此注射速度加快了。此時，遠程調(diào)壓閥20起安全作用。

保壓(2Y、5Y1、7Y1、9Y0通電)由于注射缸對模腔內(nèi)的熔料實行保壓并補塑，因此只需少量油液，所以泵l卸載，泵2單獨供油，多余的油液經(jīng)溢流閥4回油箱，保壓壓力由遠程調(diào)壓閥l9調(diào)節(jié)。預塑(1Y、2Y、5Y1、7Y0通電)保壓完畢(時間控制)，從料斗加入的熔料隨著螺桿的轉(zhuǎn)動被帶至料筒前端，進行加熱塑化，并建立一定壓力。當螺桿頭部熔料壓力到達能克服注射缸活塞退回的阻力時，螺桿開始后退。后退到預定位置，即螺桿頭部熔料達到所需注射量時，螺桿停止轉(zhuǎn)動和后退，準備下一次注射。與此同時，在模腔內(nèi)的制品冷卻成形。螺桿轉(zhuǎn)動由預塑液壓馬達通過齒輪機構(gòu)驅(qū)動。泵1和泵2的壓力油經(jīng)電液換向閥l5右位、旁通型調(diào)速閥13和單向閥l2進人馬達，馬達的轉(zhuǎn)速由旁通型調(diào)速閥13控制，溢流閥4為安全閥。當螺桿頭部熔料壓力迫使注射缸后退時，注射缸右腔油液經(jīng)單向節(jié)流閥14、電液換向閥l5右位和背壓閥l6回油箱，其背壓力由閥l6控制。同時，注射缸左腔產(chǎn)生局部真空，油箱的油液在大氣壓作用下經(jīng)閥ll中位進入其內(nèi)。

防流涎(2Y、5Y1、6Y1通電)當采用直通開敞式噴嘴時，旗馥加料結(jié)束，要使螺桿后退一小段距離以減小料筒前端壓力，防止噴嘴端部熔料流出。泵1卸載，泵2壓力油一方面經(jīng)閥9右位進入注射座移動缸右腔，使噴嘴與模具保持接觸，另一方面經(jīng)閥11左位進入注射缸左腔，使螺桿強制后退。注射座移動缸左腔和注射缸右腔，油液分別經(jīng)閥9和閥ll回油箱。注射座后退(2Y、5Y1通電)在安裝調(diào)試模具或模具注塑口堵塞需清理時，注射座要離開注塑機的定模座后退。泵1卸載，泵2壓力油經(jīng)閥9左位使注射座后退。

開模開模速度一般為慢一快一慢，由行程控制。

1)慢速開模(2Y、3Y0通電)：泵l(或泵2)卸載，泵2(或泵l)壓力油經(jīng)電液換向閥5左位進入合模缸右腔，左腔油液經(jīng)閥5回油箱。

2)快速開模(1Y、2Y、3Y0通電)：泵l和泵2合流向合模缸右腔供油，開模速度加快。

3)慢速開模(2Y、3Y0通電)：泵l(或泵2)卸載，泵2(或泵l)壓力油經(jīng)電液換向閥5左位進入合模缸右腔，左腔油液經(jīng)閥5回油箱。頂出(1)頂出缸前進(2Y、4Y通電)：泵l卸載，泵2壓力油經(jīng)電磁換向閥8左位、單向節(jié)流閥7進入頂出缸左腔，推動頂出桿頂出制品，其運動速度由單向節(jié)流閥7調(diào)節(jié)，溢流閥4為定壓閥。

(2)頂出缸后退(2Y通電)：泵2的壓力油經(jīng)閥8常位使頂出缸后退。

因注射缸液壓力直接作用在螺桿上，所以注射壓力Pz與注射缸的油壓P的比值為D2／d2（D為注射缸活塞直徑，d為螺桿直徑)。為滿足加工不同塑料對注射壓力的要求，一般注塑機都配備三種不同直徑的螺桿，在系統(tǒng)壓力為14MPa時，獲得的注射壓力為40～150MPa。為保證足夠的合模力，防止高壓注射時模具開縫產(chǎn)生塑料溢邊，該注塑機采用了液壓一機械增力合模機構(gòu)，還可采用增壓缸合模裝置。根據(jù)塑料注射成型工藝，模具的啟閉過程和塑料注射的各階段速度不一樣，而且快慢速之比可達50～100，為此，該注塑機采用了雙泵供油系統(tǒng)，快速時雙泵合流，慢速時泵2(流量為48L／min)供油，泵l(流量為194L／min)卸載，系統(tǒng)功率利用比較合理。有時在多泵分級調(diào)速系統(tǒng)中，還兼用差動增速或充液增速等方法。9.6液壓系統(tǒng)的特點

系統(tǒng)所需多級壓力，并由多個并聯(lián)的遠程調(diào)壓閥控制。如果采用電液比例壓力閥來實現(xiàn)多級壓力調(diào)節(jié)，再加上電液比例流量閥調(diào)速，不僅減少了元件，降低了壓力及速度變換過程中的沖擊和噪聲，還為實現(xiàn)計算機控制創(chuàng)造了條件。注塑機的多執(zhí)行元件的循環(huán)動作主要依靠行程開關按事先編程的順序完成。這種方式靈活、方便。

液壓系統(tǒng)設計步驟大體如下：

1)明確液壓系統(tǒng)的設計要求及工況分析；

2)主要參數(shù)的確定；

3)擬定液壓系統(tǒng)原理圖，進行系統(tǒng)方案論證；

4)設計、計算、選擇液壓元件；

5)對液壓系統(tǒng)主要性能進行驗算；

6)設計液壓裝置，編制液壓系統(tǒng)技術文件。9.7液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)設計簡介

主機用途，總體布局與結(jié)構(gòu)，主要技術參數(shù)號陛能要求，工藝流程或工作循環(huán)，作業(yè)環(huán)境與條件等。液壓系統(tǒng)應完成哪些動作，各個動作的工作循環(huán)及循環(huán)時間；負載大小及性質(zhì)、運動形式及速度快慢；各動作的順序要求及互鎖關系，各動作的同步要求及同步精度；液壓系統(tǒng)的工作性能要求，如運動平穩(wěn)性、調(diào)速范圍、定位精度、轉(zhuǎn)換精度，自動化程度、效率與溫升、振動與噪聲、安全性與可靠性等。液壓系統(tǒng)的工作溫度及其變化范圍，濕度大小，風沙與粉塵情況，防火與防爆要求，外廓尺寸與質(zhì)量限制等。經(jīng)濟性與成本等方面的要求。

1、液壓系統(tǒng)的設計依據(jù)和工況分析液壓系統(tǒng)的設計依據(jù)運動分析，就是研究工作機構(gòu)根據(jù)工藝要求應以什么樣的運動規(guī)律完成工作循環(huán)、運動速度的大小、加速度是恒定的還是變化的、行程大小及循環(huán)時間長短等。為此必須確定執(zhí)行元件的類型，并繪制位移一時間循環(huán)圖或速度一時間循環(huán)圖。

液壓系統(tǒng)的工況分析1.運動分析定義：通過計算確定各液壓執(zhí)行元件的負載大小和方向，并分析各執(zhí)行元件運動過程中的振動、沖擊及過載能力等情況。分類：約束性負載和動力性負載兩類。約束性負載的特征：其方向與執(zhí)行元件運動方向永遠相反，對執(zhí)行元件起阻止作用，而不會起驅(qū)動作用。例如庫侖固體摩擦阻力、粘性摩擦阻力是約束性負載。動力性負載的特征：其方向與執(zhí)行元件的運動方向無關，其數(shù)值由外界規(guī)律所決定。

2.負載分析

1）工作負載：工作負載與主機的工作性質(zhì)有關，它可能是定值，也可能是變值。一般工作負載是時間的函數(shù)，即Fω=f(t)，需根據(jù)具體情況分析決定。2）慣性負載：3）摩擦阻力

液壓缸的負載計算

平導軌：

V形導軌：

4）重力負載

當工作部件垂直或傾斜放置時，自重也是一種負載，當工作部件水平放置時，F(xiàn)g=0。

5）背壓負載

液壓缸的負載計算

6）液壓缸自身的密封阻力液壓缸工作時還必須克服其內(nèi)部密封裝置產(chǎn)生的摩擦阻力Fsf，其值與密封裝置的類型、油液工作壓力，特別是液壓缸的制造質(zhì)量有關，計算比較繁瑣，一般將它計入液壓缸的機械效率η中考慮，通常取η=0.9～0.95。

液壓缸運動循環(huán)各階段的負載

啟動時：加速時：恒速運動時