精品液压传动讲义第9章 典型液压系统及实例.docx
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精品液压传动讲义第9章典型液压系统及实例
9典型液压系统及实例
9.1组合机床动力滑台液压系统
9.2液压机液压系统
9.3汽车起重机液压系统
9.4电弧炼钢炉液压传动系统
本章小结
本章提要：
本章以机床液压系统、锻压机械液压系统、冶金机械液压系统及起重运输机械液压系统为例，介绍实际的液压系统及其基本回路，分析它们的工作原理和特点。
教学内容：
本章介绍了组合机床液压系统、液压机液压系统、电弧炼钢炉液压系统及汽车起重运输机械液压系统的基本回路，分析它们的工作原理和特点。
教学重点：
1．组合机床动力滑台液压系统；
2．汽车起重运输机械液压系统；
3．电弧炼钢炉液压系统。
教学难点：
1．组合机床动力滑台液压系统；
2．电弧炼钢炉液压系统。
教学方法：
课堂教学为主，充分利用网络课程中的多媒体素材来表示系统原理。
教学要求：
掌握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。
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。
本章通过对四个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。
9.1组合机床动力滑台液压系统
组合机床是由通用部件和某些专用部件所组成的高效率和自动化程度较高的专用机床。
它能完成钻、镗、铣、刮端面、倒角、攻螺纹等加工和工件的转位、定位、夹紧、输送等动作。
动力滑台是组合机床的一种通用部件。
在滑台上可以配置各种工艺用途的切削头，例如安装动力箱和主轴箱、钻削头、铣削头、镗削头、镗孔、车端面等。
YT4543型组合机床液压动力滑台可以实现多种不同的工作循环，其中一种比较典型的工作循环是：
快进
一工进
二工进
死挡铁停留
快退
停止。
完成这一动作循环的动力滑台液压系统工作原理图如图9.1所示。
系统中采用限压式变量叶片泵供油，并使液压缸差动联接以实现快速运动。
由电液换向阀换向，用行程阀、液控顺序阀实现快进与工进的转换，用二位二通电磁换向阀实现一工进和二工进之间的速度换接。
为保证进给的尺寸精度，采用了死挡铁停留来限位。
实现工作循环的工作原理如下：
（1）快进
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。
（2）第一次工进
在快进行程结束，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
电液换向阀5的B口到T2口
管路8
顺序阀7
背压阀6
油箱。
因为工作进给时油压升高，所以变量泵2的流量自动减小，动力滑台向前作第一次工作进给，进给量的大小可以用调速阀12调节。
（3）第二次工作进给
图9.1YT4543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、11、18、20-管路;5-电液动换向阀;
6-背压阀;7-顺序阀;12、13-调速阀;14-电磁阀;15-压力继电器;17-行程阀;19-液压缸
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，其他油路不变。
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。
（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，使滑台退回。
在时间继电器延时动作前，滑台停留在死挡块限定的位置上。
（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。
（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1Y、2Y、3Y都失电，电液换向阀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9.1是这个液压系统的电磁铁和行程阀的动作表。
表9.1YT14543型组合机床动力滑台液压系统电磁铁和行程阀的动作表
1YA
2YA
3YA
17
快进
+
-
-
-
一工进
+
-
-
+
二工进
+
-
+
+
死挡铁停留
-
-
-
-
快退
-
+
-
-
原位停止
-
-
-
-
通过以上分析可以看出，为了实现自动工作循环，该液压系统应用了下列一些基本回路：
①调速回路：
采用了由限压式变量泵和调速阀的调速回路，调速阀放在进油路上，回油经过背压阀；
②快速运动回路：
应用限压式变量泵在低压时输出的流量大的特点，并采用差动连接来实现快速前进；
③换向回路：
应用电液动换向阀实现换向，工作平稳、可靠，并由压力继电器与时间继电器发出的电信号控制换向信号；
④快速运动与工作进给的换接回路：
采用行程换向阀实现速度的换接，换接的性能较好。
同时利用换向后，系统中的压力升高使液控顺序阀接通，系统由快速运动的差动联接转换为使回油排回油箱；
⑤两种工作进给的换接回路：
采用了两个调速阀串联的回路结构。
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9.2液压机液压系统
液压机是用于调直、压装、冷冲压、冷挤压和弯曲等工艺的压力加工机械，它是最早应用液压传动的机械之一。
液压机液压系统是用于机器的主传动，以压力控制为主，系统压力高、流量大、功率大，应该特别注意如何提高系统效率和防止液压冲击。
液压机的典型工作循环如图9.2所示。
一般主缸的工作循环要求有“快进
减速接近工件及加压
保压延时
泄压
快速回程及保持活塞停留在行程的任意位置”等基本动作，当有辅助缸时，如需顶料，顶料缸的动作循环一般是“活塞上升
停止
向下退回”；薄板拉伸则要求有“液压垫上升
停止
和压力回程”等动作；有时还需要压边缸将料压紧。
图9.3是双动薄板冲压机液压机液压系统原理图，本机最大工作压力为450KN，用于薄板的拉伸成形等冲压工艺。
系统采用恒功率变量柱塞泵供油，以满足低压快速行程和高压慢速行程的要求，最高工作压力由电磁溢流阀4的远程调压阀3调定，其工作原理如下：
图9.2液压机的典型工艺循环图
（1）启动
按启动按钮，电磁铁全部处于失电状态，恒功率变量泵输出的油以很低的压力经电磁溢流阀的溢流回油箱，泵空载启动。
（2）伸滑块和压边滑块快速下行
使电磁铁1YA和3YA、6YA得电，电磁溢流阀4的二位二通电磁铁右位工作，切断泵的卸荷通路。
同时三位四通电液动换向阀11的左位接入工作，泵向拉伸滑块液压缸35上腔供油。
因阀10的电磁铁6YA得电，其右位接入工作，所以回油经阀11和阀10回油箱，使其快速下行。
同时带动压边缸34快速下行，压边缸从高位油箱20补油。
这时的主油路是：
进油路：
滤油器1
变量泵2
管路5
单向阀8
三位四通电液换向阀11的P口到A口
单向阀12
管路14
管路31
缸35上腔；
回油路：
缸35下腔
管路13
电液换向阀11的B口到T口
换向阀10
油箱。
拉伸滑块液压缸快速下行时泵始终处于最大流量状态，但仍不能满足其需要，因而其上腔形成负压，高位油箱20中的油液经单向阀23向主缸上腔充液。
（3）减速、加压
在拉伸滑块和压边滑块与板料接触之前，首先碰到一个行程开关（图中未画出）、发出一个电信号，使阀10的电磁铁6YA失电，左位工作，主缸回油须经节流阀9回油箱，实现慢进。
当压边滑块接触工件后，又一个行程开关（图中未画出）发信号，使5YA得电，阀18
右位接入工作，泵2打出的油经阀18向压边缸34加压
（4）拉伸、压紧
当拉伸滑块接触工件后，主缸35中的压力由于负载阻力的增加而增加，单向阀23关闭，泵输出的流量也自动减小。
主缸继续下行，完成拉延工艺。
在拉延过程中，泵2输出的最高压力由远程调压阀3调定，主缸进油路同上。
回油路为：
缸35下腔
管路13
电液换向阀11的B口到T口
节流阀9
油箱。
（5）保压
当主缸35上腔压力达到预定值时，压力继电器17发出信号，使电磁铁1YA、3YA、5YA均失电，阀11回到中位，主缸上、下腔以及压力缸上腔均封闭，主缸上腔短时保压，此时泵2经电磁溢流阀4卸荷。
保压时间由压力继电器17控制的时间继电器调整。
（6）快速回程
使电磁铁1YA、4YA得电，阀11右位工作，泵打出的油进入主缸下腔，同时控制油路打开液控单向阀21、22、23、24，主缸上腔的油经阀23回到高位油箱20，主缸35回程的同时，带动压边缸快速回程。
这时主缸的油路是：
进油路：
滤油器1
泵2
管路5
单向阀8
阀11右位的P口到B口
管路13
主缸35下腔。
回油路：
主缸35上腔
阀23
高位油箱20。
（7）原位停止
当主缸滑块上升到触动行程开关1S时（图中未画出），电磁铁4YA失电，阀11中位工作，使主缸35下腔封闭，主缸停止不动。
（8）顶出缸上升
在行程开关1S发出信号使4YA失电的同时也使2YA得电，使阀44右位接入工作，泵2打出的油经管路6
阀44
手动换向阀43左位
管路40,进入顶出缸39，顶出缸上行完成顶出工作、顶出压力由远程调压阀42设定。
（9）顶出缸下降
在顶出缸顶出工件后，行程开关4S（图中未画出）发出信号，使1YA、2YA均失电、泵2卸荷，阀44右位工作。
阀43左位工作，顶出缸在自重作用下下降，回油经阀43、44回油箱。
该系统采用高压大流量恒功率变量泵供油和利用拉延滑块自动充油的快速运动回路，既符合工艺要求，又节省了能量。
图9.3双板薄动冲压机液压系统原理图
1-滤油器;2-变量泵;3、42-远程调压阀;4-电磁溢流阀；5、6、7、13、14、19、29、30、31、32、33、40-管路；8、12、21、22、23、24、25-单向阀；9-节流阀；10-电磁换向阀；11-电液动换向阀；15、27-压力表开关；16、26-压力表；17-压力继电器；18、44-二位三通电液换向阀；20-高位油箱；28-安全阀；34-压边缸；35-拉伸缸；36-拉伸滑块；37-压边滑块；38-顶出块；39-顶出缸；41-先导溢流阀；43-手动换向阀
表9.2列出了双动薄板冲压机液压系统电磁铁动作顺序表
表9.2双动薄板冲压机液压系统电磁铁动作顺序表
拉伸滑块
压边滑块
顶出缸
电磁铁
手动换向阀
1Y
2Y
3Y
4Y
5Y
6Y
快速下降
快速下降
+
-
+
-
-
+
减速
减速
+
-
+
-
+
-
拉伸
压紧工件
+
-
+
-
+
+
快退返回
快退返回
+
-
-
+
-
-
上升
+
+
-
-
-
-
左位
下降
+
-
-
-
-
-
右位
液压泵卸荷
-
-
-
-
-
-
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9.3汽车起重机液压系统
汽车起重机是将起重机安装在汽车底盘上的一种起重运输设备。
它主要由起升、回转、变幅、伸缩和支腿等工作机构组成，这些动作的完成由液压系统来实现。
对于汽车起重机的液压系统，一般要求输出力大、动作要平稳、耐冲击、操作要灵活、方便、可靠、安全。
图9.5是Q2-8型汽车起重机液压系统原理图，下面对其完成各个动作的回路进行叙述。
（1）支腿回路
汽车轮胎的承载能力是有限的，在起吊重物时，必须由支腿液压缸来承受负载，而使轮胎架空，这样也可以防止起吊时整机的前倾或颠覆。
支腿动作的顺序是：
缸9锁紧后桥板簧，同时缸8放下后支腿到所需位置，再由缸10放下前支腿。
作业结束后，先收前支腿，再收后支腿。
当手动换向阀6右位接入工作时，后支腿放下，其油路为：
泵1
滤油器2
阀3左位
阀5中位
阀6右位
锁紧缸下腔锁紧板簧
液压锁7
缸8下腔。
回油路为：
缸8上腔
双向液压锁7
阀6右位
油箱。
缸9上腔
阀6右位
油箱。
回路中的双向液压锁7和11的作用是防止液压支腿在支撑过程中因泄漏出现“软腿现象”，或行走过程中支腿自行下落，或因管道破裂而发生倾斜事故。
（2）起升回路
起升机构要求所吊重物可升降或在空中停留，速度要平稳、变速要方便、冲击要小、启动转矩和制动力要大，本回路中采用ZMD40型柱塞液压马达带动重物升降，变速和换向是通过改变手动换向阀18的开口大小来实现的，用液控单向顺序阀19
来限制重物超速下降。
单作用液压缸20是制动缸，单向节流阀21是保证液压油先进入马达，使马达产生一定的转矩，再解除制动，以防止重物带动马达旋转而向下滑。
二是保证吊物升降停止时，制动缸中的油马上与油箱相通，使马达迅速制动。
起升重物时，手动阀18切换至左位工作，泵1打出的油经滤油器2、阀3右位、阀13、16、17中位，阀18左位、阀19中的单向阀进入马达左腔；同时压力油经单向节流阀到制动缸20，从而解除制动、使马达旋转。
重物下降时，手动换向阀18切换至右位工作，液压马达反转，回油经阀19的液控顺序阀，阀18右位回油箱。
当停止作业时，阀18处于中位，泵卸荷。
制动缸20上的制动瓦在弹簧作用下使液压马达制动。
（3）大臂伸缩回路
本机大臂伸缩采用单级长液压缸驱动。
工作中，改变阀13的开口大小和方向，即可调节大臂运动速度和使大臂伸缩。
行走时，应将大臂收缩回。
大臂缩回时，因液压力与负载力方向一致，为防止吊臂在重力作用下自行收缩，在收缩缸的下腔回油腔安置了平衡阀14，提高了收缩运动的可靠性。
（4）变幅回路
大臂变幅机构是用于改变作业高度，要求能带载变幅，动作要平稳。
本机采用两个液压缸并联，提高了变幅机构承载能力。
其要求以及油路与大臂伸缩油路相同。
（5）回转油路
回转机构要求大臂能在任意方位起吊。
本机采用ZMD40柱塞液压马达，回转速度1~3r/min。
由于惯性小，一般不设缓冲装置，操作换向阀17，可使马达正、反转或停止。
该液压系统的特点是：
①因重物在下降时以及大臂收缩和变幅时，负载与液压力方向相同，执行元件会失控，为此，在其回油路上必须设置平衡阀。
②因工况作业的随机性较大、且动作频繁，所以大多采用手动弹簧复位的多路换向阀来控制各动作。
换向阀常用M型中位机能。
当换向阀处于中位时，各执行元件的进油路均被切断，液压泵出口通油箱使泵卸荷，减少了功率损失。
图9.4Q2-8汽车起重机外型简图
1-载重汽车；2-回转机构；3-支腿；4-吊臂变幅缸；5-吊臂伸缩缸；6-起升机构；7-基本臂
图9.5Q2-8汽车起重机液压系统原理图
1-液压泵；2-滤油器；3-二位三通手动换向阀；4、12-溢流阀；5、6、13、16、17、18-三位三通手动换向阀；7、11-液压锁；8-后支腿缸；9-锁紧缸；10-前支腿缸；14、15、19-平衡阀；20-制动缸；21-单向节流阀
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9.4电弧炼钢炉液压传动系统
电弧炼钢炉的结构形式很多，这里以20吨电弧炼钢炉为例对其液压传动系统进行分析。
20吨电弧炼钢炉本身由炉体和炉盖构成。
炉体前有炉门，后有出钢槽，以废钢为主要原料。
装炉料时，必须将炉盖移走。
炉料从炉身上方装入炉内，然后盖上炉盖，插入电极就可开始熔炼。
在熔炼过程中，铁合金等原料从炉门加入。
出渣时，将炉体向炉门方向倾斜约120，使炉渣从炉门溢出，流到炉体下的渣罐中。
当炉内的钢水成份和温度合格后，就可打开出钢口，将炉体向出钢口方向倾斜约45o，使钢水自出钢槽流入钢水包。
为满足工艺要求，电弧炼钢炉的液压传动机构由电极升降、炉门升降、炉体旋转、炉盖顶起、炉盖旋转及倾炉等六部分组成。
图9.7所示为电炉液压传动系统原理图。
它属于多缸工作回路，现分析如下：
系统采用乳化液作为工作介质，价格低廉，不易发生火灾。
两台液压泵2，一台工作，另一台备用，并用蓄能器6来辅助供油，主油路压力取决于电磁溢流阀4。
二位四通电液阀5（作为二位二通用）为常开式，如果系统出现事故，例如高压软管破裂等，系统压力突然下降，则换向阀5立即关闭，防止工作介质大量流失。
控制油路所用工作介质为矿物油。
（1）换向回路
炉盖提升缸27，炉盖旋转缸25，炉体回转缸29及炉门提升缸23均采用三位四通“O”型中位机能的电磁换向阀的换向操作回路，没有其他特别要求，也不同时操作。
（2）炉体同步倾动回路
炉体倾动缸21有两个，要求同步操作。
由于炉体倾斜缸均固定在炉体上，炉体重量很大，实际上是刚性同步，故采用换向阀19和两个节流阀20即可。
在安装后，对两个节流阀20作适当调节，使流量基本相同即可。
（3）电极升降位置伺服控制与减压回路
电极升降缸17共有三个，各自有相同的独立回路，均使用电液伺服阀16
进行操作。
一般是从电极电流取出信号（感应电压）与给定值进行比较，其差值使电液伺服阀动作。
当电极电流大于给定值时，电液伺服阀使电极升降缸进油，电极提升；反之则排油，使电极下降。
当电极升降缸下降排油时，要求动作稳定，故在电液伺服阀的回油上设有背压阀18，使回油具有一定的背压，油缸下降稳定。
伺服阀的控制回路所用的油由专门的控制油泵10来提供。
减压阀15用于调节和稳定伺服阀的进口压力。
（4）电液伺服阀的控制油路
电液伺服阀控制油路所用油泵10为叶片泵，经过吸油出滤油器9和两级排油精滤油器11以及单向阀12将低压油送到电液伺服阀的控制级。
控制油压由溢流阀13调定。
图9.620t电弧炼钢炉结构
1-电极升降装置；2-炉盖旋转机构；3-炉盖顶起装置；4-倾炉装置；5-炉体旋转机构；6-炉门升降机构；7-炉盖；8-炉体
图9.720吨电弧炼钢炉液压传动系统原理图
1、9-吸油滤油器；2-主液压泵；3、11-压油滤油器；4-电磁溢流阀；5-二位四通电液阀；6-蓄能器；7-气泵；8-电接点压力表；10-控制液压泵；12-单向阀；13-溢流阀；14-回油滤油器；15-减压阀；16-电液伺服阀；17-电极升降缸；18-背压阀；19、22、24、26、28-电磁换向阀；20-节流阀；21-炉体倾动缸；23-炉门提升缸；25-炉盖旋转缸；27-炉盖提升缸；29-炉提回转缸
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小结
通过对典型液压系统的分析，应掌握对液压系统进行分析的步骤和方法，并确定系统所具有的特点，特别要注意基本回路在一个复杂液压系统中的作用等等。
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