機械設備控制技術電子教案第8章

第8章典型液壓傳動系統(tǒng)為了使液壓設備實現特定的運動循環(huán)或工作要求，將實現各種不同運動的執(zhí)行元件及其液壓基本回路合理組合起來，用液壓泵站集中供油，形成一個網絡，就構成了設備的液壓傳動系統(tǒng)。液壓傳動系統(tǒng)圖是用規(guī)定的圖形符號來畫出的，這種圖表明了組成液壓系統(tǒng)的所有元件及它們之間相互連接的情況，還表明了各元件所實現的運動循環(huán)及循環(huán)的控制方式等，從而表明了整個液壓系統(tǒng)的工作原理。分析和閱讀一個較復雜的液壓系統(tǒng)圖，大致可按以下幾個步驟進行：1）了解機械設備工況對液壓系統(tǒng)的要求，了解在工作循環(huán)中的各個工步對力、速度和方向這三個參數的質與量的要求。2）初讀液壓系統(tǒng)圖，了解系統(tǒng)中包含哪些元件，且以執(zhí)行元件為中心，將系統(tǒng)分解為若干個工作單元。3）先單獨分析每一個子系統(tǒng)，了解其執(zhí)行元件與相應的閥、泵之間的關系和哪些基本回路。參照電磁鐵動作表和執(zhí)行元件的動作要求，理清其液流路線。4）根據系統(tǒng)中對各執(zhí)行元件間的互鎖、同步、防干擾等要求，分析各子系統(tǒng)之間的聯系以及如何實現這些要求。5）在全面讀懂液壓系統(tǒng)的基礎上，根據系統(tǒng)所使用的基本回路的性能，對系統(tǒng)作綜合分析，歸納總結整個液壓系統(tǒng)的特點，以加深對液壓系統(tǒng)的理解。8.1組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)8.1.1概述組合機床是一種高效率的機械加工專用機床，它由通用部件和專用部件組成，加工范圍較寬，自動化程度較高，在機械制造業(yè)的成批和大量生產中得到了廣泛的應用。動力滑臺是組合機床上實現進給運動的一種通用部件，配上動力頭和不同的主軸箱可以對工件完成鉆、擴、鉸、鏜、刮端面、倒角、銑削及攻螺紋等加工工序。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驅動，在電氣和機械裝置的配合下可以實現各種自動工作循環(huán)。如圖8-1所示組合機床液壓動力滑臺的組成和工作循環(huán)。它對液壓系統(tǒng)性能有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?，F以YT4543型液壓動力滑臺為例分析組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)的工作原理和特點。該動力滑臺要求進給速度范圍為6.6～600mm／min，最大進給力為4.5×104N8.1組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)8.1組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)

圖8-2所示為YT4543型動力滑臺的液壓系統(tǒng)原理圖，該系統(tǒng)用限壓式變量泵供油、電液換向閥換向液壓缸差動連接來實現快進。用行程閥實現快進與工進的轉換、用二位二通電磁換向閥進行兩個工進速度之間的轉換，為了保證進給的尺寸精度，用止擋塊停留來限位。通常實現的工作循環(huán)為：快進→第一次工作進給→止擋塊停留→快退原位停止。8.1.2T4543型動力滑臺液壓系統(tǒng)的工作原理T4543型液壓動力滑臺液壓系統(tǒng)可以實現多種自動工作循環(huán)，較典型的工作循環(huán)是：快進→第一次工作進給（一工進）→第二次工作進給（二工進）→固定擋鐵停留→快退一原位停止。自動循環(huán)是由擋鐵所控制的電磁鐵、行程閥及液壓缸油壓控制的壓力繼電器的動作來實現的。

表8-1列出了YT4543型液壓動力滑臺動作循環(huán)順序，可供分析油路時參考。（1）快進進油路：變量泵1→單向閥2→換向閥6（左位）→行程閥11（下位）→缸14左腔；回油路：缸14右腔→換向閥6（左位）→單向閥5→行程閥11（下位）→缸14左腔。（2）一工進進油路：變量泵1→單向閥2→換向閥6（左位）→調速閥8→電磁閥12（右位）→缸1左腔；回油路：缸14右腔→換向閥6（左位）→順序閥4→背壓閥3→油箱。（3）二工進進油路：變量泵1→單向閥2→換向閥6（左位）→調速閥8→調速閥9→缸14左腔；回油路：缸14右腔→換向閥6（左位）→順序閥4→背壓閥3→油箱。（4）停留停留是在滑臺以二進速度行進到碰上死擋鐵不再前進時開始，并在系統(tǒng)壓力進一步升高，壓力繼電器13發(fā)出信號后終止。（5）快退進油路：變量泵1→單向閥2→換向閥6（右位）→缸14右腔；回油路：缸14左腔→單向閥10→換向閥6（右位）→油箱。（6）停止變量泵1→單向閥2→換向閥6（中位）→油箱。

8.1組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)8.1.3YT4543型動力滑臺液壓系統(tǒng)的特點1）系統(tǒng)采用了限壓式變量泵和調速閥組成的容積節(jié)流調速回路，無溢流功率損失，系統(tǒng)效率高，且能保證穩(wěn)定的低速運動（最小進給速度可達6.6mm／min）、較好的速度剛性和較大的調速范圍（達100左右）。2）用限壓式變量泵與差動連接液壓缸來實現快進，能量利用比較合理?；_停止運動時，液壓泵在低壓下卸荷，減少了能量損耗。3）用行程閥和順序閥實現快進與工進的換接，動作可靠，換接精度高。4）用電液換向閥換向，換向性能好。利用控制油路上的單向節(jié)流閥15、16可調節(jié)液動換向閥的換向時間，從而減小換向沖擊，保證換向的平穩(wěn)性。8.1組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)8.2壓力機液壓系統(tǒng)壓力機是一種用靜壓對各種材料（金屬、木材、塑料、橡膠等）進行壓力加工的機械。液壓傳動作為一種傳動方式最早就應用在壓力機上。由于液壓傳動具有易于傳遞很大力的突出優(yōu)點，因此液壓傳動已成為壓力機的主要傳動形式。8.2.1液壓壓力機概述液壓機類型很多，其中四柱式液壓壓力機最為典型，應用也最廣泛。這種壓力機由四個導向立柱、上、下橫梁和滑塊組成，在上、下橫梁中安置著上、下兩個液壓缸，上缸驅動滑塊，實現“快速下行→慢速加壓→保壓延時→快速返回→原位停止”的動作循環(huán)；下缸為頂出缸，實現“頂出→停留→退回”的動作循環(huán)，如圖8-3所示。液壓系統(tǒng)的壓力要經常變換和調節(jié)，并能產生較大的壓制力（噸位）。工作平穩(wěn)性和安全可靠性要高。在這種壓力機上，可以進行沖剪、彎曲、翻邊、拉伸、裝配、冷擠、成形等多種壓力加工工藝。8.2壓力機液壓系統(tǒng)8.2.2YB32—200型壓力機液壓系統(tǒng)工作原理圖8-4為YB32—200型壓力機液壓系統(tǒng)圖，該系統(tǒng)由一高壓泵供油，控制油路的壓力油由減壓閥15減壓后得到，現以一般的定壓成型壓制工藝為例，說明該壓力機液壓系統(tǒng)工作原理，其中液壓機的上滑塊的工作情況為：（1）快速下行快速下行時，電磁鐵1YA通電，先導閥3（電磁換向閥）和上缸換向閥11（液動換向閥）左位接入系統(tǒng)，液控單向閥8被打開，這時系統(tǒng)中油液進入液壓缸上腔，因上滑塊在自重作用下迅速下降，而液壓泵的流量較小，所以液壓機頂部充液筒中的油液經液控閥6也流入液壓缸上腔，其油液流動的情況為進油路：液壓泵→順序閥14→上缸換向閥11（左位）→單向閥9→上液壓缸5上腔；充液筒7→單向閥6→上液壓缸5上腔；回油路：上液壓缸5下腔→液控單向閥8→上缸換向閥11（左位）→下缸換向閥2（中位）→油箱。8.2壓力機液壓系統(tǒng)（2）慢速加壓上滑塊在運行中接觸到工件，這時上液壓缸5上腔壓力升高，液控單向閥6關閉，加壓速度便由液壓泵的流量來決定，主油路的油液流動情況與快速下行時相同。（3）保壓延時保壓延時是當系統(tǒng)中壓力升高到使壓力繼電器10起作用，電磁鐵1YA斷電，先導閥3和上液壓缸換向閥11都處于中位時出現的。保壓時間由時間繼電器控制，可在0~24min內調節(jié)。保壓時除了液壓泵在較低壓力下卸荷外，系統(tǒng)中沒有油液流動。其卸荷油路為：液壓泵→順序閥14→上缸換向閥11（中位）→下缸換向閥2（中位）→油箱。（4）泄壓快速返回保壓時間結束后，時間繼電器10發(fā)出信號，使電磁鐵2YA通電。但為了防止保壓狀態(tài)向快速返回狀態(tài)轉變過快，在系統(tǒng)中引起壓力沖擊并使上滑塊動作不平穩(wěn)而設置了預泄換向閥組12，它的功用就是在2YA通電后，其控制壓力油必須在上液壓缸上腔卸壓后，才能進入主換向閥右腔，使主換向閥11換向。預泄換向閥12的工作原理是：在保壓階段，這個閥以上位接入系統(tǒng)，當電磁鐵2YA通電，先導閥3右位接入系統(tǒng)時，控制油路中的壓力油雖到達預泄換向閥組12閥芯的下端，但由于其上端的高壓未曾卸除，閥芯不動。但是，由于液控單向閥I3可以在控制壓力低于其主油路壓力下打開，所以有上液壓缸5上腔→液控單向閥I3→預泄換向閥組12（上位）→油箱。于是上液壓缸5上腔的油液壓力被卸除，預泄換向閥組12的閥芯在控制壓力油作用下向上移動，以其下位接入系統(tǒng)，它一方面切斷上液壓缸5上腔通向油箱的通道，一方面使控制油路中的壓力油輸到上缸換向閥11閥芯的右端，使該閥右位接入系統(tǒng)。這時，液控單向閥8被打開：進油路：液壓泵→順序閥14→上缸換向閥11（右位）→液控單向閥8→上液壓缸5下腔；回油路：上液壓缸5上腔→單向閥6→充液筒。所以，上滑塊快速返回，從回油路進入充液筒中的油液，若超過預定位置時，可從充液筒中的溢流管流回油箱。由圖可見，上缸換向閥11在由左位切換到中位時，閥芯右端由油箱經單向閥補油，在由右位轉換到中位時，閥芯右端．的油經單向閥流回油箱。8.2壓力機液壓系統(tǒng)

（5）原位停止原位停止是上滑塊上升至預定高度，擋塊壓下行程開關，電磁鐵2YA失電，先導閥和上缸換向閥均處于中位時得到的，這時上缸停止運動，液壓泵在較低壓力下卸荷，由于閥8和安全閥4的支承作用，上滑塊懸空停止。（6）液壓壓力機下滑塊（頂出缸）的頂出和返回下滑塊向上頂出時，電磁鐵3YA通電，這時有進油路：液壓泵→順序閥14→上缸換向閥11（中位）→下缸換向閥2（右位）→下液壓缸1下腔；回油路：下液壓缸1上腔→下缸換向閥2（右位）→油箱。下滑塊向上移動至下液壓缸中活塞碰上缸蓋時，便停留在這個位置上。向下退回是在電磁鐵4YA斷電、3YA通電時發(fā)生的，這時有進油路：液壓泵→液控單向閥8→上缸換向閥11（中位）→下缸換向閥2（左位）→下液壓缸1上腔；回油路：下液壓缸1下腔→下缸換向閥2（右位）→油箱。原位停止是在電磁鐵3YA、4YA均失電，下缸換向閥2處于中位時得到，系統(tǒng)中閥18為下缸安全閥，閥17為下缸溢流閥，由它可以調整頂出壓力。液壓機完成上述動作的電磁鐵動作見表8-2。8.2壓力機液壓系統(tǒng)8.2.3YB32—200型液壓壓力機液壓系統(tǒng)的特點1）系統(tǒng)中使用一個軸向柱塞式高壓變量泵供油，系統(tǒng)工作壓力由遠程調壓閥15調定。2）系統(tǒng)中的順序閥14調定壓力為2.5MPa，從而保證了液壓泵的卸荷壓力不致太低，也使控制油路具有一定的工作壓力（＞2.0MPa）。3）系統(tǒng)中采用了專用的預泄換向閥組12來實現上滑塊快速返回前的泄壓，保證動作平穩(wěn)，防止換向時的液壓沖擊和噪聲。4）系統(tǒng)利用管道和油液的彈性變形來保壓，方法簡單，但對液控單向閥和液壓缸等元件密封性能要求較高。5）系統(tǒng)中上、下兩缸的動作協調由兩換向閥11和2的互鎖來保證，一個缸必須在另一個缸靜止時才能動作。但是，在拉深操作中，為了實現“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液壓油進入下液壓缸的上腔，而下液壓缸下腔中的液壓油則經下缸溢流閥排回油箱，這時雖兩缸同時動作，但不存在動作不協調的問題。6）系統(tǒng)中的兩個液壓缸各有一個安全閥進行過載保護。8.2壓力機液壓系統(tǒng)*8.3數控機床液壓系統(tǒng)8.3.1數控車床概述圖8-5所示為MJ50數控車床的液壓系統(tǒng)原理圖。8.3.2MJ50數控車床液壓系統(tǒng)的工作原理（1）卡盤的夾緊與松開當卡盤處于正卡（也稱外卡）且高壓夾緊狀態(tài)下，夾緊力的大小由減壓閥6來調整，由壓力計12顯示卡盤壓力。3YA斷電、2YA通電、1YA斷電時，系統(tǒng)壓力油經閥6→閥2（左位）→閥1（右位）→液壓缸左腔；液壓缸的右腔油液經閥1（右位）直接回油箱。活塞桿右移，卡盤松開。當卡盤處于正卡且在低壓夾緊狀態(tài)下，夾緊力的大小由減壓閥7來調整。當1YA、3YA通電時，系統(tǒng)壓力油經閥7→閥2（右位）→閥1（左位）→液壓缸右腔，卡盤夾緊；反之，當1YA斷電、3YA通電時，系統(tǒng)壓力油經閥7→閥2（右位）→閥1（右位）→液壓缸左腔，卡盤松開。*8.3數控機床液壓系統(tǒng)（2）回轉刀架動作回轉刀架換刀時的動作過程是：刀盤松開→刀盤轉到指定的刀位→刀盤復位夾緊。二位四通電磁閥4控制刀盤的夾緊與松開。三位四通電磁閥3控制刀盤的正轉和反轉，單向調速閥9和10控制刀盤旋轉速度。當4YA通電時，閥4右位工作，刀盤松開；4YA斷電時，閥4左位工作，刀盤夾緊。當8YA通電時，系統(tǒng)壓力油經閥3（左位）個調速閥9→液壓馬達，刀架正轉；若7YA通電時，系統(tǒng)壓力油經閥3（右位）→調速閥10→液壓馬達，刀架反轉。（3）尾座套筒伸縮動作尾座套筒的伸出與縮回由一個三位四通電磁閥5控制。當電磁鐵6YA通電、5YA斷電時，系統(tǒng)壓力油經減壓閥8→閥5（左位）→液壓缸左腔；液壓缸右腔油液經單向調速閥11→閥5（左位）回油箱，套筒伸出。當電磁鐵6YA斷電和5YA通電時，系統(tǒng)壓力油經減壓閥8→電磁閥5（右位）→閥11→液壓缸右腔；液壓缸左腔的油液經電磁閥5右）直接回油箱，套筒縮回。套筒伸出時的工作預緊力大小通過減速閥8來調整，并由壓力計13顯示；伸出速度由調速閥11控制。*8.3數控機床液壓系統(tǒng)

各電磁閥電磁鐵的動作如表8-3所示。8.3.2MJ50數控車床液壓系統(tǒng)的特點1）系統(tǒng)采用了單向變量泵向系統(tǒng)供油。2）卡盤夾緊可在高壓、低壓二種狀態(tài)下控制。3）液壓系統(tǒng)各電磁閥電磁鐵的動作由數控系統(tǒng)的PLC控制，保證了控制的

表8-3電磁閥電磁鐵的動作*8.3數控機床液壓系統(tǒng)電磁鐵線圈動作1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA卡盤正卡高壓夾緊+－－松開－+－低壓夾緊+－+松開－++卡盤反卡高壓夾緊－+－松開+－－低壓夾緊－++松開+－+回轉刀架刀架正轉－+刀架反轉+－刀盤松開刀盤夾緊尾座套筒伸出－+套筒縮回+－8.4液壓設備的使用與維護據統(tǒng)計表明，液壓系統(tǒng)發(fā)生的故障有90％是由于使用管理不善所致。因此在生產中合理使用和正確維護液壓設備，可以防止元件與系統(tǒng)遭受不應有的損壞，從而減少故障的發(fā)生，并能有效地延長使用壽命；進行主動保養(yǎng)和預防性維護，做到有計劃地檢修，可以使液壓設備經常處于良好的技術狀態(tài)，發(fā)揮其應有的效能。8.4.1液壓設備的使用要求按設計規(guī)定和工作要求，合理調節(jié)系統(tǒng)的工作壓力和工作速度。壓力閥和流量閥調節(jié)到所要求的數值后，應將調節(jié)機構鎖緊，防止松動，不得隨意調節(jié)，嚴防調節(jié)失誤造成事故。不準使用有缺陷的壓力表，不允許在無壓力表的情況下調壓或工作；系統(tǒng)運行過程中，要注意油質的變化狀況，要定期進行取樣化驗，當油液的物理化學性能指標超出使用范圍，不符合使用要求時，要進行凈化處理或更換新油液。新更換的油液必須經過過濾后才能注入油箱。為保證油液的清潔度。過濾器的濾芯應定期更換；隨時注意油液的溫度。正常工作時，油液溫度不應超過60℃。一般控制在35～55℃之間。冬季由于溫度低，油液黏度較大，應升溫后再啟動。當系統(tǒng)某部位出現異常現象時，要及時分析原因進行處理，不要勉強運行，造成事故；不準任意調整電控系統(tǒng)的互鎖裝置，不準任意移動各行程開關和限位擋鐵的位置；液壓設備若長期不用，應將各調節(jié)手輪全部放松，防止彈簧產生永久變形而影響元件的性能。8.4液壓設備的使用與維護

8.4.2液壓設備的維護和保養(yǎng)液壓設備的維護保養(yǎng)分日常維護、定期檢查及綜合檢查三個階段進行。日常維護通常用目視、耳聽及手觸感覺等較簡單的方法。在泵起動前、后和停止運轉前，檢查油量、油溫、壓力、漏油、噪聲及振動等情況，并隨之進行維護和保養(yǎng)，對重要的設備應填寫“日常維護卡”；定期檢查包括調查日常維護中發(fā)現異?，F象的原因并進行排除。對需要維修的部位，必要時進行分解檢修。一般與過濾器的檢修期相同，通常為2—3個月。通過日常維護、定期檢查可以把液壓系統(tǒng)中存在的問題排除在萌芽狀態(tài)，還可以為設備維修提供第一手資料，從中確定修理項目，編制檢修計劃、并可以從中找出液壓系統(tǒng)出現故障的規(guī)律，以及液壓油、密封件和液壓元件的更換周期。綜合檢查主要內容是檢查液壓裝置的各元件和部件，判斷其性能和壽命，并對產生故障的部位進行檢修，對經常發(fā)生故障的部位提出改進意見，大約一年一次。由于液壓設備類別繁多，各有其特定用途和使用要求，具體維護保養(yǎng)的內容應根據實際情況來確定。8.4液壓設備的使用與維護8.5液壓系統(tǒng)常見故障的分析和排除方法8.5.1液壓系統(tǒng)發(fā)生故障的規(guī)律建立嚴格的維護和保養(yǎng)制度雖然可以減少故障的發(fā)生，但不能完全杜絕故障。液壓設備發(fā)生出現故障的概率隨使用時間而變化，大致可分為三個階段，即初期故障階段、正常工作階段和壽命故障階段。初期故障階段故障頻率高，但持續(xù)時間不長。此階段發(fā)生故障的主要原因，一是新系統(tǒng)設計可能存在一定問題，這時要按對系統(tǒng)的性能要求進行改進設計；二是系統(tǒng)安裝工藝不合理及系統(tǒng)調試不當。對于此類故障，一般由泵站到執(zhí)行元件依次進行診斷。保證安裝精度并進行合理調試后，故障會逐漸減少，從而轉入正常工作階段。在正常工作階段中，系統(tǒng)故障只有偶然發(fā)生。對于此類故障，可根據發(fā)生故障的現象尋找造成故障的元件，給予修復或更換，不一定非得從液壓泵開始依次查找。由于液壓元件的磨損和疲勞等原因，使系統(tǒng)進入一個新的故障階段，即壽命故障階段。本來在安全使用期處于隱發(fā)狀態(tài)的故障此時也就顯露出來，以致系統(tǒng)的效率和精度都將隨時間的推移而下降。這就要對液壓元件和系統(tǒng)進