模塊四

壓力控制回路的設(shè)計1課題一半自動車床夾緊回路的設(shè)計課題二切割裝置回路的設(shè)計2課題一半自動車床夾緊回路的設(shè)計

3學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握溢流閥、減壓閥的結(jié)構(gòu)及工作原理。2.了解溢流閥、減壓閥在回路中的正確應(yīng)用。3.熟悉簡單的壓力控制回路。4任務(wù)引入圖1a所示為一臺半自動車床，該半自動車床在加工工件時，工件的夾緊是由如圖1b所示的夾緊裝置——液壓卡盤來完成的。當(dāng)液壓缸右腔輸入壓力油后，活塞向箭頭所示方向運動，并通過搖臂使卡爪向中心運動，從而夾緊放在卡爪中的工件。為了保證加工安全，液壓系統(tǒng)必須能夠提供穩(wěn)定的工作壓力以便夾緊工件，且壓力大小可調(diào)。本任務(wù)要求設(shè)計半自動車床液壓卡盤的液壓控制回路。5圖1半自動車床夾緊裝置a）半自動車床

b）液壓卡盤6任務(wù)分析半自動車床在進(jìn)行切削時，液壓卡盤起裝夾工件的作用，由于被加工工件的材質(zhì)、類型不同（如薄壁工件），液壓卡盤的夾緊力一方面要能保證工件在切削過程中不松動，同時又要防止夾緊力過大造成工件被夾變形，這就要求液壓卡盤的夾緊力是可控制的。在液壓系統(tǒng)中，可以通過選用壓力控制閥控制進(jìn)入液壓卡盤液壓缸的液壓油的壓力來控制夾緊力的大小。7在液壓系統(tǒng)中，控制工作液體壓力的閥稱為壓力控制閥，簡稱壓力閥。常用的壓力閥有溢流閥、減壓閥和順序閥等。它們的共同特點是利用作用于閥芯上的油液壓力和彈簧力相平衡的原理進(jìn)行工作。1．溢流閥圖2所示為溢流閥的實物圖、職能符號和工作原理圖。一、壓力控制閥8圖2溢流閥a）實物圖b）職能符號9圖2溢流閥c）工作原理圖10其中，彈簧用來調(diào)節(jié)溢流閥的溢流壓力，p為作用在滑閥端面上的液壓力，F(xiàn)為彈簧力，假定滑閥左端的工作面積為A。由圖可知，當(dāng)p<F/A時，閥芯在彈簧力作用下左移，閥口關(guān)閉，沒有油液流回油箱。當(dāng)系統(tǒng)壓力升高到p>F/A時，彈簧被壓縮，閥芯右移，閥口打開，部分油液流回油箱，限制系統(tǒng)壓力繼續(xù)升高，使壓力保持在p=F/A的恒定數(shù)值。調(diào)節(jié)彈簧壓力F，即可調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力的大小。所以，溢流閥工作時閥芯隨著系統(tǒng)壓力的變動而左右移動，從而維持系統(tǒng)壓力接近于恒定。在液壓系統(tǒng)中常用的溢流閥有直動式和先導(dǎo)式兩種。直動式用于低壓系統(tǒng)，先導(dǎo)式用于中、高壓系統(tǒng)。111．溢流閥1.1直動式溢流閥直動式溢流閥能夠使作用在閥芯上的進(jìn)油壓力直接與彈簧力相平衡。下圖所示為直動式溢流閥的結(jié)構(gòu)圖，P是進(jìn)油口，T是回油口，進(jìn)口壓力油經(jīng)閥芯上的阻尼小孔后直接作用在閥芯的左端面上。a）閥芯閉合

b）閥芯彈開121．溢流閥1.2先導(dǎo)式溢流閥先導(dǎo)式溢流閥有多種結(jié)構(gòu)，圖3所示為一種典型的先導(dǎo)式溢流閥，它由先導(dǎo)閥和主閥兩部分組成。13圖3先導(dǎo)式溢流閥1-錐式先導(dǎo)閥2-先導(dǎo)閥座3-閥蓋4-閥體5-阻尼孔6-主閥芯7-主閥座8-主閥彈簧9-調(diào)壓彈簧10-調(diào)節(jié)螺釘11-調(diào)節(jié)手輪14先導(dǎo)式溢流閥的工作原理是：錐式先導(dǎo)閥1、主閥芯上的阻尼孔5（固定節(jié)流孔）及調(diào)壓彈簧9一起構(gòu)成先導(dǎo)級半橋分壓式壓力負(fù)反饋控制，負(fù)責(zé)向主閥芯6的上腔提供經(jīng)過先導(dǎo)閥穩(wěn)壓后的主級指令壓力p2。主閥芯是主控回路的比較器，上端面作用有主閥芯的指令壓力p2A2，下端面作為主回路的測壓面，作用有反饋力p1A1，其合力可驅(qū)動閥芯，調(diào)節(jié)溢流口的大小，最后達(dá)到對進(jìn)口壓力p1進(jìn)行調(diào)壓和穩(wěn)壓的目的。151．溢流閥1.3溢流閥在液壓系統(tǒng)中的功用1.3.1溢流穩(wěn)壓。在液壓系統(tǒng)中用定量泵和節(jié)流閥進(jìn)行調(diào)速時，溢流閥可使系統(tǒng)的壓力恒定，并且節(jié)流閥調(diào)節(jié)的多余壓力油可以從溢流閥溢流回油箱。1.3.2限壓保護(hù)。在液壓系統(tǒng)中用變量泵進(jìn)行調(diào)速時，變量泵的壓力隨負(fù)載變化，這時需防止過載，即設(shè)置安全閥（溢流閥用作安全閥）。在正常工作時，此閥處于常閉狀態(tài)，過載時打開閥口溢流，使壓力不再升高。161．溢流閥1.3.3卸荷。先導(dǎo)式溢流閥與電磁閥組成電磁溢流閥，控制系統(tǒng)卸荷。1.3.4遠(yuǎn)程調(diào)壓。將先導(dǎo)式溢流閥的外控口接上遠(yuǎn)程調(diào)壓閥，便能實現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)壓。1.3.5作背壓閥使用。在系統(tǒng)回油路上接上溢流閥，造成回油阻力，形成背壓，可改善執(zhí)行元件的運動平穩(wěn)性。背壓的大小可通過調(diào)節(jié)溢流閥的調(diào)定壓力來獲得。172．減壓閥按調(diào)節(jié)性能的不同，減壓閥可分為定壓（定值）減壓閥、定比減壓閥和定差減壓閥。其中定壓減壓閥應(yīng)用最廣。圖4所示為定壓減壓閥的實物圖、職能符號和結(jié)構(gòu)圖。其中，p1為進(jìn)油口壓力，p2為出油口壓力。如圖4c所示，閥不工作時，主閥芯在彈簧力作用下處于最下端位置，閥的進(jìn)、出油口是相通的，即閥是常開的。一、壓力控制閥18圖4定壓減壓閥a）實物圖

b）職能符號

c）結(jié)構(gòu)圖19先導(dǎo)式減壓閥與先導(dǎo)式溢流閥相比較，有以下不同點：減壓閥在非工作狀態(tài)時，先導(dǎo)閥閥口關(guān)閉，而主閥口處于最大開度狀態(tài)；用出油口的壓力油控制閥口的開度，保持出油口壓力基本恒定；經(jīng)先導(dǎo)閥的泄油必須由單獨的泄油口L流回油箱。20二、壓力控制回路1．調(diào)壓回路液壓設(shè)備工作時，系統(tǒng)的壓力必須與負(fù)載相適應(yīng)，這是通過調(diào)壓回路來實現(xiàn)的。調(diào)壓回路能控制整個系統(tǒng)或局部的壓力，使之保持恒定或限定其最高值。常見的調(diào)壓回路有以下幾種。1.1單級調(diào)壓回路圖5所示為單級調(diào)壓回路。系統(tǒng)由定量液壓泵供油，采用溢流閥以調(diào)節(jié)進(jìn)入液壓缸的流量，使活塞獲得需要的運動速度。21圖5單級調(diào)壓回路221．調(diào)壓回路1.2遠(yuǎn)程調(diào)壓回路下圖所示為遠(yuǎn)程調(diào)壓回路，圖中將先導(dǎo)式溢流閥的遙控口接遠(yuǎn)程調(diào)壓閥進(jìn)油口，遠(yuǎn)程調(diào)壓閥的作用與溢流閥的先導(dǎo)閥相同。231．調(diào)壓回路1.3多級調(diào)壓回路電磁換向閥和溢流閥有機(jī)組合，可以組成多級調(diào)壓回路。多級調(diào)壓是指液壓回路能實現(xiàn)二級及以上不同級別壓力的液壓調(diào)壓回路。圖6所示為用三個溢流閥控制的三級調(diào)壓回路。在圖示位置時，系統(tǒng)壓力由溢流閥1控制；當(dāng)換向閥的電磁鐵YA1通電時，系統(tǒng)壓力由溢流閥2控制；當(dāng)電磁鐵YA2通電時，系統(tǒng)壓力由溢流閥3控制。三個溢流閥中，溢流閥2和溢流閥3控制的壓力都低于溢流閥1控制的壓力。24圖6三級調(diào)壓回路252．減壓回路當(dāng)液壓泵的輸出壓力是高壓而局部回路或支路要求低壓時，可以采用減壓回路，如機(jī)床液壓系統(tǒng)中的定位、夾緊回路，分度以及液壓元件的控制油路等。減壓回路較為簡單，一般是在所需低壓的支路上串接減壓閥。采用減壓回路雖能方便地獲得某支路穩(wěn)定的低壓，但壓力油經(jīng)減壓閥口時要產(chǎn)生壓力損失，這是它的缺點。二、壓力控制回路最常見的減壓回路如圖7所示，回路中的溢流閥用來穩(wěn)定整個液壓系統(tǒng)的工作壓力，而減壓閥則用來調(diào)定液壓系統(tǒng)支路的工作壓力。為了使減壓回路工作可靠，減壓閥的最低調(diào)定壓力應(yīng)不小于0.5MPa，最高調(diào)定壓力至少應(yīng)比系統(tǒng)壓力小0.5MPa。當(dāng)減壓回路中的執(zhí)行元件需要調(diào)速時，調(diào)速元件應(yīng)放在減壓閥的后面，以避免減壓閥泄漏（指由減壓閥泄油口流回油箱的油液）對執(zhí)行元件的速度產(chǎn)生影響。2627圖7減壓回路28三、執(zhí)行元件和主控閥的確定根據(jù)半自動車床的工作要求，選擇液壓缸作為執(zhí)行元件，選擇單電控的二位四通換向閥作為主控閥。主回路如下圖所示。29四、壓力控制的設(shè)計為了保證液壓卡盤在夾緊工件的同時又不損壞工件，并提高整個系統(tǒng)的工作效率，可采用二級調(diào)壓的方法，快速切換壓力油的工作壓力，使夾緊力能按需要得到快速調(diào)節(jié)。據(jù)此，設(shè)計出如圖8所示的液壓卡盤液壓控制回路?；芈分幸缌鏖y6起穩(wěn)定整個系統(tǒng)和溢流作用，調(diào)定的工作壓力要大于夾緊回路的工作壓力。另外，在回路中加入一個單向閥3，這樣，當(dāng)驅(qū)動液壓泵的電動機(jī)突然斷電時，還可以使夾緊液壓缸保持一定的壓力油來夾緊工件，使工件不致從卡盤中飛出。因為進(jìn)入夾緊液壓缸的液壓油失去液壓泵的輸出壓力油，此時夾緊液壓缸里的壓力大于液壓泵的出口壓力，油液便向液壓泵回流，而單向閥正好截斷液壓泵至夾緊缸的逆向回路。

30311-油泵2-減壓閥3-單向閥4-二位二通電磁換向閥5、6-溢流閥7-二位四通電磁換向閥8-液壓缸9-活塞圖8液壓卡盤液壓回路32五、回路分析正常夾緊時：YA1通電，二位四通電磁換向閥7處于右位工作位置，YA2不通電，二位二通電磁換向閥4關(guān)閉。此時，來自油泵的壓力油經(jīng)減壓閥2調(diào)壓后，再經(jīng)單向閥3通過二位四通電磁換向閥7進(jìn)入液壓缸8右腔，活塞9向左移動，工件夾緊，左腔的壓力油經(jīng)二位四通電磁換向閥7流回油箱。33夾薄壁類特殊工件時：YA1通電，二位四通電磁換向閥7處于右位工作位置，同時YA2通電，二位二通電磁換向閥4導(dǎo)通，這時，來自液壓泵的壓力油經(jīng)減壓閥2后再經(jīng)單向閥流出，因二位二通電磁換向閥4處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此，進(jìn)入二位四通電磁換向閥7的油液壓力由溢流閥5控制，經(jīng)溢流閥控制的壓力油進(jìn)入液壓缸8的右腔，活塞9向左移動，完成夾緊動作，左腔的油經(jīng)二位四通電磁換向閥7流回油箱。通過上述分析，不難發(fā)現(xiàn)，在工作中只需要控制二位二通電磁換向閥4的工作位置，即可控制液壓卡盤液壓回路的工作壓力。3435課題二切割裝置回路的設(shè)計

36學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握順序閥的結(jié)構(gòu)及工作原理。2.掌握順序閥在回路中的應(yīng)用。3.掌握順序控制回路的控制方法。37任務(wù)引入如圖1所示為切割裝置的工作示意圖，它的夾緊缸裝置及切削缸裝置都是由液壓系統(tǒng)控制的。它的動作要求是：夾緊缸夾緊工件→切削缸伸出切削工件→切削缸退回退刀→夾緊缸松開取出工件。本任務(wù)要求設(shè)計符合該要求的液壓控制回路。38圖1切割裝置工作示意圖39任務(wù)分析在切割裝置的工作過程中，為了避免在工件未夾緊狀態(tài)下對其進(jìn)行切削而造成工件飛出的事故，要求只有當(dāng)夾緊缸夾緊工件后，切削缸才能帶動刀具對工件進(jìn)行切削，同時，在切削完成前，夾緊缸始終要將工件夾緊。液壓回路中壓力的大小由負(fù)載大小決定，為此，可以通過檢測夾緊缸夾緊油路的壓力來確定（夾的越緊，油路壓力越高），即當(dāng)壓力達(dá)到一定值時工件被夾緊，這時切削缸才帶動刀具對工件進(jìn)行切削。40順序閥是把壓力作為控制信號，自動接通或切斷某一油路，控制執(zhí)行元件做順序動作的壓力控制閥。根據(jù)控制油路的不同，可分為直控順序閥（簡稱順序閥）和液控順序閥（遠(yuǎn)控順序閥）。順序閥和溢流閥都是當(dāng)進(jìn)口油液的壓力達(dá)到一定值時開啟的，它有直動式和先導(dǎo)式兩種不同的結(jié)構(gòu)形式，一般使用的順序閥多為直動式。直動式順序閥的結(jié)構(gòu)和工作原理與直動式溢流閥相似。圖2所示是一種直動式順序閥的結(jié)構(gòu)圖和圖形符號。一、直控順序閥41圖2直動式順序閥a）結(jié)構(gòu)圖

b）圖形符號42p1為進(jìn)油口壓力，p2為出油口壓力。進(jìn)油口的壓力油通過閥芯中間的小孔作用在閥芯的底部。當(dāng)進(jìn)油口的壓力較低時，閥芯在上部彈簧力的作用下處于下端位置，進(jìn)、出油口被隔開。當(dāng)進(jìn)油口壓力p1大于彈簧所調(diào)定的壓力時，閥芯上移，進(jìn)油口的壓力油就從出油口流出，以操縱另一個油缸或其他元件動作。43如下圖3所示為液控順序閥，它與直控順序閥的主要區(qū)別在于液控順序閥閥芯的下部有一個控制油口K。當(dāng)與油口K相通的外來控制油壓超出閥芯上部彈簧的調(diào)定壓力時，閥芯上移，進(jìn)、出油口相通，液控順序閥的泄油口L接回油箱。如將順序閥當(dāng)做卸荷閥使用時，可將出油口接回油箱。這時將閥蓋轉(zhuǎn)一個角度，使它上面的小泄漏孔從內(nèi)部與閥體上的出油口接通（圖中未標(biāo)出），可以省掉一根回油管路。二、液控順序閥44圖3液控順序閥a）實物圖b）圖形符號c）作為卸荷閥時的圖形符號d）結(jié)構(gòu)圖45根據(jù)切割裝置的工作要求，設(shè)計出如下圖4所示的切割裝置液壓控制回路。閥1和閥2是由順序閥與單向閥構(gòu)成的組合閥，稱為單向順序閥。夾緊缸和切削缸按照“夾緊→切割→退刀→松開”的順序動作。三、控制回路的初步設(shè)計46圖4切割裝置液壓控制回路47動作開始時，扳動二位四通換向閥，使其左位接入系統(tǒng)，壓力油只能進(jìn)入夾緊缸的左腔，回油經(jīng)閥2中的單向閥流回油箱，實現(xiàn)夾緊動作?；钊倚械竭_(dá)終點后，系統(tǒng)壓力升高，打開閥1中的順序閥，壓力油進(jìn)入切削缸左腔，回油經(jīng)換向閥流回油箱，實現(xiàn)切削動作。切削完畢后松開手柄，扳動換向閥換向，使回路處于圖示狀態(tài)，壓力油先進(jìn)入切削缸右腔，回油經(jīng)閥1中的單向閥及手動換向閥流回油箱，實現(xiàn)退刀動作?；钊笮械竭_(dá)終點后，油壓升高，打開閥2中的順序閥，壓力油進(jìn)入夾緊缸右腔，回油經(jīng)換向閥流回油箱，實現(xiàn)松開動作，至此完成一個工作循環(huán)。48該回路的可靠性在很大程度上取決于順序閥的性能和壓力調(diào)定值。為了保證嚴(yán)格的動作順序，應(yīng)使順序閥的調(diào)定壓力大于8×105Pa。否則，順序閥可能在壓力波動下先行打開，影響工作的可靠性。此回路應(yīng)用于液壓缸數(shù)量不多、負(fù)荷變化不大的場合。49上圖4所示的切割裝置液壓控制回路，雖然能滿足切割裝置對液壓控制回路的要求，但在實際工作中，有時會遇到突然停電等情況，這時刀具在慣性的作用下還會繼續(xù)轉(zhuǎn)動一段時間，而此時由于油泵的停轉(zhuǎn)，夾緊缸的夾緊回路中的壓力油供給卻突然中斷，就可能發(fā)生工件飛出的事故，為此，在上圖4所示切割裝置控制回路的基礎(chǔ)上進(jìn)行完善，得到如圖5所示的切割裝置控制回路。四、控制回路鎖緊控制的完善