第7章典型液压传动系统

第7章典型液压传动系统实例分析7.1YT4543型动力滑台液压系统7.2M1432A型万能外圆磨床液压系统7.33150kN型液压机液压系统7.4SZ—250A型塑料注射成型机液压系统7.5Q2—8型汽车起重机液压系统7.6液压伺服恒功率控制系统7.7JS01型工业机械手液压系统燕山大学近年来，液压传动技术已广泛应用于工程机械、起重运输机械、机械制造业、冶金机械、矿山机械、建筑机械、农业机械、轻工机械、航空航天等领域。由于液压系统所服务的主机的工作循环、动作特点等各不相同，相应的各液压系统的组成、作用和特点也不尽相同。本章通过对典型液压系统的分析，进一步熟悉各液压元件在系统中的作用和各种基本回路的组成，并掌握分析液压系统的方法和步骤。燕山大学阅读一个较复杂的液压系统图，大致可按以下步骤进行：(1)了解设备的工艺对液压系统的动作要求；(2)初步浏览整个系统，了解系统中包含哪些元件，并以各个执行元件为中心，将系统分解为若干块(以下称为子系统)；(3)对每一子系统进行分析，搞清楚其中含有哪些基本回路，然后根据执行元件的动作要求，参照动作循环表读懂这一子系统；(4)根据液压设备中各执行元件间互锁、同步、防干扰等要求，分析各子系统之间的联系；(5)在全面读懂系统的7.2.3YT4543型动力滑台液压系统的工作原理基础上，归纳总结整个系统有哪些特点，以加深对系统的理解。燕山大学7.1.1组合机床概述•组合机床是一种高效率的专用机床，它由具有一定功能的通用部件(如动力头、动力滑台等)和一部分专用部件（如主轴箱、夹具等）组成，加工范围较广，自动化程度较高，经济性好，因而被广泛用于产品批量较大的生产流水线中，如汽车制造厂的气缸生产线等。•动力滑台是组合机床上用以实现进给运动的一种通用部件，根据加工需要滑台上装有各种用途的动力头和主轴箱，以完成钻、扩、铰、镗、刮端面、倒角、铣削及攻丝等工序。动力滑台有机械动力滑台和液压动力滑台之分，液压动力滑台上一般只装上液压缸，有时也可能再装个行程阀，至于液压泵和阀类元件则通常都安装在专门的液压泵站上。燕山大学7.2.2YT4543型动力滑台液压系统的功能•根据组合机床的工作特点，动力滑台上的液压系统应具备如下的功能：•（1）能在变负载或断续负载的条件下工作，能保证动力滑台的进给速度，特别是最小进给速度稳定。进给范围要求为0.006~0.66m/min。•（2）能承受规定的最大负载，并具有较大的“工进”调速范围，以适应不同工序的工艺需要。例如，钻孔时轴向进给力和进给量都较大，而精镗时进给力和进给量都很小。为此，像YT4543型那样的液压滑台的最大进给力规定为45000N，而调速范围Re100。图7.1液压动力滑台的工作循环图•（3）能实现快速前进和快速退回，（YT4543型液压动力滑台的快速运动速度为7.3m/min）。•（4）合理利用能量，提高系统效率，减少发热，合理解决工进速度和快动速度差值间的矛盾。•动力滑台的液压系统，在电气和机械装置的配合下，可以根据不同的加工要求，实现图7.1所示的各种工作循环。燕山大学•图7.2所示为YT4543型他驱式动力滑台的液压系统原理图。•由图可见，这个系统采用限压式变量泵供油，用电液换向阀换向，用行程阀实现快进和工进的变换，用电磁阀实现两个工作进给间的变换。•下面以能实现二次工作进给的自动循环为例来说明系统的工作原理。•实现工作循环的工作原理如下：见动画演示•图7.2YT4543型组合机床动力滑台液压系统原理图1-滤油器;2-变量泵;3、9、16-单向阀，4、8、10、1l、18、20-管路;15-电液动换向阀;6-背压阀;7-远控顺序阀;12、13-节流阀;14-电磁阀;15-压力继电器;l7-行程阀;19-液压缸动画演示7.2.3YT4543型动力滑台液压系统的工作原理燕山大学燕山大学(1)快进(差动连接)•按下启动按钮，三位五通电液动换向阀5的先导电磁换向阀1YA得电，使之阀芯右移，左位进入工作状态，这时的主油路是：进油路：滤油器1→变量泵2→单向阀3→管路4→电液换向阀5的P口到A口→管路10、11→行程阀17→管路18→液压缸19左腔。•回油路：缸19右腔→管路20→电液动换向阀5的B口到T口→油路8→单向阀9→油路11→行程阀17→管路18→缸19左腔。•这时形成差动连接回路。因为快进时，滑台的载荷较小，同时进油可以经阀17直通油缸左腔，系统中压力较低，所以变量泵2输出流量大，动力滑台快速前进，实现快进。动画演示燕山大学(2)第一次工进•在快进行程结束时，滑台上的挡铁压下行程阀17，行程阀上位工作，使油路11和18断开。电磁铁1YA继续通电，电液动换向阀5左位仍在工作，电磁换向阀14的电磁铁处于断电状态。进油路必须经调速阀12进入液压缸左腔，与此同时，系统压力升高，将液控顺序阀7打开，并关闭单向阀9，使液压缸实现差动连接的油路切断。回油经顺序阀7和背压阀6回到油箱。这时的主油路是：进油路：滤油器1→变量泵2→单向阀3→电液动换向阀5的P口到A口→油路10→调速阀12→二位二通电磁换向阀14→油路18→液压缸19左腔。•回油路：缸19右腔→油路20→电液动换向阀5的B口到T口→管路8→顺序阀7→背压阀6→油箱。•因工作进给时油压升高，则变量泵2的流量自动减小，动力滑台向前做第一次工作进给，进给量的大小可以用调速阀12调节。动画演示燕山大学(3)第二次工作进给•在第一次工作进给结束时，滑台上的挡铁压下行程开关，使电磁阀14的电磁铁3YA得电，阀14右位接入工作，切断了该阀所在的油路，经调速阀12的油液必须经过调速阀13进入液压缸的右腔，其它油路不变。•由于调速阀13的开口量小于阀12，进给速度降低，进给量的大小可由调速阀13来调节。动画演示燕山大学(4)死挡铁停留•当动力滑台第二次工作进给终了碰上死挡铁后，液压缸停止不动，系统的压力进一步升高，达到压力继电器15的调定值时，经过时间继电器的延时，再发出电信号，使动力滑台退回。•在时间继电器延时动作前，滑台停留在死挡铁限定的位置上。动画演示燕山大学(5)快退•时间继电器发出电信号后，2YA得电，1YA失电，3YA断电，电液动换向阀5右位工作，这时的主油路是：•进油路：滤油器1→变量泵2→单向阀3→油路4→换向阀5的P口到B口→油路20→缸19的右腔。•回油路：缸19的左腔→油路18→单向阀16→油路11→电液动换向阀5的A口到T口→油箱。•这时系统的压力较低，变量泵2输出流量大，动力滑台快速退回。由于活塞杆的面积大约为活塞的一半，所以动力滑台快进、快退的速度大致相等。动画演示燕山大学(6)原位停止•当动力滑台退回到原始位置时，挡块压下行程开关，这时电磁铁1YA、2YA、3YA都失电，电液动换向阀5处于中位，动力滑台停止运动，变量泵2输出油液的压力升高，使泵的流量自动减至最小。•表7.1是这个液压系统的电磁铁和行程阀的动作表。动画演示燕山大学表7.1YT4543型组合机床动力滑台液压系统电磁铁和行程阀动作表1YA2YA3YA17快进+－－－一工进+－－+二工进+－++死挡铁停留+－++快退－+－－原位停止－－－－动画演示燕山大学7.2.4YT4543型动力滑台液压系统性能分析•YT4543型液压动力滑台的液压系统主要由下列一些回路组成：“限压式变量叶片泵－调速阀－背压阀”式调速回路，差动连接式快速运动回路，电液换向阀式换向回路，行程阀和电磁阀式速度换接回路，三位换向阀式换向回路。系统的性能主要是由这些基本回路决定的，具体特点如下：•（1）“限压式变量泵－调速阀－背压阀”式调速回路能保证稳定的低速运动，较好的速度刚性和较大的调速范围。•YT4543型液压动力滑台的最小进给速度较低（6.6mm/min），进给调速范围较大（约100），单纯容积调速回路由于存在泄漏，低速运动时稳定性较差，而且普通变量泵调速范围也不够宽；调速阀式节流调速回路虽然速度刚性较好，调速范围也能满足要求，但由于有溢流损失，功率损耗很大（低速进给和死挡块停留时尤其严重），发热也大。•由此可见，这里采用“限压式变量泵－调速阀”式容积节流调速回路是比较合理的。进给时，在回油路上增加了一个背压阀，这样做一方面是为了改善速度稳定性（避免空气渗入系统，提高传动刚度），另一方面是为了使滑台能承受一定的与运动方向一致的切削力。因而这个调速回路中增加一个背压阀亦是十分必要的。燕山大学7.2.4YT4543型动力滑台液压系统性能分析•此外，滑台液压系统采用进口节流式的调速还有以下一些优点：•（a）起动时、快进转工进时前冲量都较小；•（b）死挡块停留时便于利用压力继电器发出信号；•（c）在液压缸中不致出现过大的压力（在出口节流系统中，当油腔面积比A1/A2=2，且负载和速度同向时，液压缸回油腔中压力会比泵的供油压力大一二倍）。燕山大学7.2.4YT4543型动力滑台液压系统性能分析•（2）限压式变量泵加上差动连接式快动回路使能量利用经济合理。•YT4543型液压动力滑台快速运动速度约为最大工进速度的10倍，这里如只采用差动连接式快动回路，或流量能自动匹配的变量泵式供油回路，问题不能得到解决。限压式变量泵供油回路在快动时能输出最大流量，工进时只输出与液压缸需要相适应的流量，在死挡块停留时只输出补偿系统泄漏所需的流量，没有溢流损失，故能量损耗小。•这个系统在滑台停止时由于变量泵要输出一些流量来补偿泄漏，仍须损耗一部分功率，因此采用了换向阀式低压卸荷回路来减少这种损耗。•（3）采用行程阀与远控顺序阀实现快进转工进的换接，不仅能简化机床电路，而且动作可靠，转换精度也比电气控制式的高。至于一次工作进给与二次工作进给之间的转换，则由于工进速度都较低，通过调速阀6的流量很小，转换过程中调速阀7动作滞后和滑台惯性等的影响都很小，采用电磁阀式换接完全能保证所需的转换精度。•采用了由限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速回路。它既满足系统调速范围大，低速稳定性好的要求，又提高了系统的效率。燕山大学动力滑台工作演示燕山大学7.2M1432A型万能外圆磨床液压系统•7.2.1外圆磨床概述•外圆磨床主要用来加工回转体工件的外圆或内孔（需配备内圆磨具）。外圆磨削的对象主要是各种圆柱体、圆锥体、带肩台阶轴，环形工件和旋转曲面等。如MGl432A高精度万能外圆磨床主要用来加工高精度轴类、套类、箔材轧辊、环规、塞规等零件。外圆磨床主要类型有：万能外圆磨床，如M1450，M1432A、M1432B，M1412，M1332B；高精度万能外圆磨床，如MGl432。MGl432A，MGl432B；精密半自动外圆磨床，如MMBl420，MMBl412等。•外圆磨床主要技术参数有机床最大磨削直径、最大磨削长度、头架主轴转速、磨头主轴转速、工作台驱动速度等。•外圆磨床的主参数是最大磨削直径。M1432A型万能外圆磨床除了砂轮与工件的旋转是由电动机驱动外，工作台带动工件的往复直线运动、砂轮架的快速进退和周期进给运动、尾架顶尖的伸缩运动等均由液压传动来实现。燕山大学7.2.2M1432A型万能外圆磨床液压系统的功能•M1432A型万能外圆磨床主要用于磨削IT5～IT7精度的圆柱形或圆锥形外圆和内孔，表面粗糙度在Ra1.25～0.08之间。•该机床的液压系统具有以下功能：•（1）能实现工作台的自动往复运动，实现液压自动润滑。并能在0.05～4m/min之间无级调速，工作台换向平稳，起动制动迅速，换向精度高。•（2）在装卸工件和测量工件时，为缩短辅助时间，砂轮架具有快速进退动作，为避免惯性冲击，控制砂轮架快速进退的液压缸设置有缓冲装置。•（3）为方便装卸工件，尾架顶尖的伸缩采用液压传动。•（4）工作台可作微量抖动：切入磨削或加工工件略大于砂轮宽度时，为了提高生产率和改善表面粗糙度，工作台可作短距离(1～3mm)、频繁往复运动(100～150次/min)。•（5）传动系统具有以下必要的联锁动作：•1)工作台的液动与手动联锁，以免液动时带动手轮旋转引起工伤事故。•2)砂轮架快速前进时，可保证尾架顶尖不后退，以免加