项目七组合机床动力滑台液压系统.docx

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项目七组合机床动力滑台液压系统

项目七组合机床动力滑台液压系统的安装与调试

学习任务一：

液压基本回路认识2

【学习目标】

§7.1.1速度调节回路

【知识链接】

速度调节回路就是调定执行元件的工作速度。

在液压系统中，执行元件为液压缸和液压马达。

若不考虑油液的可压缩性和泄露的情况，执行元件的速度为：

液压缸：

v=qv/A

液压马达：

n=qv/V

由上两式可知，改变输入执行元件的流量qv、液压缸的有效工作面积A或液压马达的排量V均可以达到调节速度的目的。

对于液压缸而言，其结构参数是确定的，液压缸的有效工作面积A无法调节，只能通过改变输入执行元件的流量qv调节速度，使用时既可以选择定量泵供油、节流阀调节流量的方法，也可以采用变量泵、通过调节泵的排量来调速；对于液压马达，可选用变量马达调节排量，也可通过改变液压马达的流量来调速。

概况起来，液压系统执行元件的速度调节有三类方法：

1．定量泵节流调速——改变流量q；

2．变量泵容积调速——改变排量V；

3．容积节流调速--既可改变q，又可改变V

用定量泵供油，由流量控制阀改变执行元件的流量来调节速度。

节流调速回路主要优点是结构简单、速度稳定性好，能够获得较低的运动速度；主要缺点是存在节流损失和溢流损失，功率损失较大、发热多、效率低。

故一般多用于小功率系统中，如机床的进给系统。

按流量控制阀在液压系统中的安装位置不同，节流调速回路可分为进油节流调速回路、回油节流调速回路和旁路节流调速回路三种。

一、进油节流调速回路

进油节流调速回路是将流量控制阀设置在执行元件的进油路上，如图3所示，由于节流阀串联在电磁换向阀之前，所以活塞的往复运动均属于进油节流调速回路。

调节节流阀阀口的大小，便能控制进入液压缸的流量，多余的油液经溢流阀流回油箱。

根据进油路节流调速回路的特点，节流阀进油节流调速回路适用于低速、轻载、负载变化不大合对速度稳定性要求不高的场合。

图7-1-1进油节流调速回路图7-1-2回油节流调速回路

二、回油节流调速回路

回油节流调速回路是将流量控制阀设置在执行元件的回油路上，如图7-1-2。

通过节流阀调节液压缸的回油流量，从而控制进入液压缸的流量，多余的油液经溢流阀流回油箱。

回油节流调速回路同进油节流调速回路一样可以达到调速的目的，它们的调速特性基本相似。

回油节流调速回路也具备前述进油节流调速回路的特点，但这两种调速回路也存在不同之处，比较如下：

1、回油节流调速，由于液压缸回油腔形成一定的背压，因而能承受一定的负值负载；而进油节流调速由于回油腔没有背压，因而不能在负值负载下工作。

2、回油路节流调速回路使油缸有一定背压力，且活塞的运动速度越快产生的背压力越大，因此它的速度平稳性好。

进油路节流调速回路无背压力，因此它的速度平稳性较差。

3、回油路节流调速回路，在停车后，液压缸回油腔中的油液会由于泄漏而形成空隙，再次启动时，液压泵输出的流量将不受流量控制阀的限制而全部进入液压缸，使活塞出现较大的启动超速前冲。

而进油节流调速回路，启动冲击小。

4、在回油节流调速回路中，经节流阀发热后的油液能够直接流回油箱并得以冷却，对液压缸的泄漏影响较小；而进油节流调速回路，通过节流阀发热后的油液直接进入液压缸，会引起泄漏的增加。

综合上述两种回路的优点，实际应用中，常采用进油路节流调速回路，并在其回油路上加背压阀。

三、旁路节流调速回路

如图7-1-3，旁路节流调速回路是将流量控制阀设置在执行元件并联的支路上。

用节流阀来调节流回油箱的流量，以实现间接控制进入液压缸的流量，来达到调速的目的。

节流阀开口越大，活塞运动速度越低；节流阀开口一定时，速度刚性更软，且负载较大时，速度刚性较好；相同负载下，阀口较小，活塞运动速度较高时，刚性好；速度高时最大承载能力较大，速度越低其承载能力越小。

有节流损失，但无溢流损失，发热较少，其效率比进、回油路节流调速回路高一些。

应用：

负载较大，速度较高，且速度平稳性要求不高的中等功率的液压系统。

图7-1-3旁路节流调速回路

四、容积调速回路

容积调速回路原理及功能：

利用改变变量泵或变量液压马达的排量来调节执行元件运动速度。

根据液压泵和执行元件组合方式有：

1．变量泵-定量执行元件的容积调速回路

（1）变量泵-液压缸容积调速回路，如图6所示；

（2）变量泵-定量液压马达容积调速回路，如图7所示。

2．定量泵-变量液压马达容积调速回路。

3．变量泵-变量液压马达容积调速回路

容积调速回路，在调速时即无流量损失又无压力损失，回路效率较高，应用在高压大流量的大型机床、液压压力机、工程机械等大功率设备，但其速度也将随负载增加而下降，造成低速稳定性较差。

图7-1-4变量泵-液压缸容积调速回路图7-1-5变量泵-定量液压马达容积调速回路

五、容积节流调速回路

若要提高液压系统的速度稳定性，则可采用——容积节流调速回路。

容积节流调速回路利用变量泵供油，用调速阀或节流阀改变进入液压缸的流量，实现执行元件速度的调节。

图8中所示是限压式变量泵与调速阀组成的容积节流调速回路，另外常用的还有变压式变量泵与节流阀组成的容积节流调速回路。

1-泵2-调速阀3-换向阀4-活塞式液压缸5-背压阀

图7-1-6限压式变量泵与调速阀组成的容积节流调速回路

这种调速回路无溢流损失，效率高、高压大负载时运动速度平稳。

常用于空载时需快速，承载时需稳定低速的负载变化不大的各种中、小功率机械设备的液压系统中。

如组合机床、车床、铣床等的液压系统。

几种调速回路的比较见下表：

表7-1-1

调速回路的选用主要考虑以下问题：

1、负载小且变化也小的系统选用节流阀节流调速回路；负载变化大且要求低速稳定性好的系统宜采用调速阀的节流调速回路；负载大、速度高、油的升温要求小的系统宜采用容积式调速回路。

一般来说，功率在3kw以下的宜采用节流调速；3-5kw的宜采用容积节流调速；5kw以上的宜采用容积调速回路。

2、处在温度较高的环境下工作，且要求整个液压装置体积小、重量轻的系统宜采用变量泵-定量液压马达闭式回路的容积调速。

3、节流调速回路的成本低，功率损失大，效率低；容积调速回路的变量泵、变量马达的结构复杂，价格高，所以其效率高、功率损失小；容积节流调速则介于两者之间。

六、差动连接回路

很多机械设备需要控制速度，一般空载状态下进给运动比工作进给和的速度快，如组合机床动力滑台的速度控制就需要实现“快进—工进—快退”的循环控制。

（一）单杆活塞式液压缸的连接

液压缸是最常用的液压系统执行元件，活塞式液压缸又是其中使用最多的一种，有单杆式和双杆式两种结构形式。

单杆活塞式液压缸因为活塞两端的有效面积不等，如果系统的压力和流量不变，速度与进油腔的有效面积成反比，因此，不同的供油方式，活塞运动的速度也不同，机械设备常用这一原理进行进给速度的调节。

1、单杆活塞式液压缸简单连接方式如图（a）无杆腔进油和（b）有杆腔进油两种。

图7-1-7单杆活塞式液压缸的连接

（a）无杆腔进油

v1=q/A1=4q/πD2

F1=p1A1-p2A2=π（D2P1-（D2-d2）P2）/4

（b）有杆腔进油

v2=q/A2=4q/π（D2-d2）

F2=P1A2-P2A1=π[（D2-d2）P1-D2P2]/4

2、单杆活塞式液压缸除有杆腔进油和无杆腔进油两种简单连接式外，也可以两腔同时通入流体，利用两端面积差进行工作，这就是差动连接。

如图7-1-7c）所示。

∵V3A1=q+V3A2

∴V3=q/（A1-A2）=4q/πd2

F3=P1（A1-A2）=πd2P1/4

（二）差动回路的连接

二位三通换向阀处于图示位置时，单杆活塞缸差动连接，液压缸的有效面积A1—A2，活塞向右快进；当电磁阀通电，单杆活塞缸为非差动连接，无杆腔进油，有效工作面积为A1，一般用于工作进给。

差动连接增速的本质是减小缸的有效工作面积，实际上系统压力不变的情况下，推力在下降，所以一般用于空载运行。

图7-1-8液压缸就是差动连接，该回路是缸体固定，活塞运动的连接形式。

图7-1-8液压缸差动连接

§7.1.2平衡回路

【知识链接】

为了防止立式或倾斜防止液压缸及和与之相连的工作部件，由于自重的作用而下滑，造成事故；或下行中因自重而造成超速运动，使运动不平稳，在系统中可采用平衡回路。

在液压缸下腔与换向阀之间，设置单向顺序阀，使液压缸回油路保持一定的压力，与重力相平衡。

一、采用单向顺序阀的平衡回路

如图7-1-9所示，3为单向顺序阀，也称为平衡阀，缸停止时因顺序阀关闭而平衡，换向阀处于左位，缸上腔进油，下行，因回路有单向顺序阀作阻力，不会产生超速。

换向阀处于右位时，油经单向阀进入缸下腔，缸上行。

单向顺序阀用于平衡自重，顺序阀调定压力P大于P自重，自重较大时，顺序阀压力较高，一般用于自重不大的场合。

由于顺序阀的泄漏，运动部件在悬浮过程中总要缓缓下降，故可在其控制油路上装一节流阀,且一般用于工作部件重量不大、停止时间不长的系统。

图7-1-9单向顺序阀的平衡回路

如图7-1-9所示：

1．当1YA得电，压力油进入液压缸的上腔，当液压缸下腔的油压超过顺序阀的设定值，顺序阀打开，活塞下行，其下行速度由泵的供油量决定。

2．当2YA得电，压力油经单向阀进入液压缸的下腔，活塞上升。

3．当1YA、2YA都断电，三位四通换向阀处于中位，执行元件停止。

对于停留时间长或要求停止位置准确的系统，在单向顺序阀和液压缸之间按一个液控单向阀，如图7-1-10所示。

调节重物的重量，使其在某一位置停留较长时间。

图7-1-10

二、采用液控单向顺序阀（远控平衡阀）的平衡回路

如图7-1-11，当2YA得电，压力油进入液压缸的上腔，并进入到远控顺序阀的控制口，当供油压力达到顺序阀的调整压力时，打开顺序阀，液压缸下腔的油液经液控顺序阀，三位四通换向阀回油箱，活塞带着重物下行。

当活塞及重物出现超速下行时，液压缸的上腔的压力下降，顺序阀远控制油口压力下降，将顺序阀关小，回油助力增大，阻止重物下降的速度，顺序阀关闭，缸停止，而后压力上升，顺序阀又打开，液压缸断续下行，下行运动时会有断时续和强烈振动的现象。

图7-1-11

在液压缸的下腔与液控单向顺序阀之间的油路上串入单向节流阀，以控制活塞下行的速度，下行运动平稳。

这种系统适用于运动部件经常变化的场合，工作安全可靠，且下行时功率损失也较小，但也存在液压缸停止时缓慢下降的现象。

图7-1-12液控单向顺序阀的平衡回路

当三位四通换向阀处于中位时，运动部件停止，利用三位四通换向阀的H型机能，液压缸上腔卸压，顺序阀迅速关闭，并锁紧。

学习任务二：

组合机床动力滑台液压系统的安装与调试

【学习目标】

【任务分析】

组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组合而成的一种高效率专用机床，广泛用于大批量零件的加工。

组合机床通用部件通常由动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五大部分组成，动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件，输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工部位，有分度回转工作台、往复移动工作台等。

控制部件是用于控制机床的自动工作循环的，如液压站、电气柜和操纵台等。

组合机床动力滑台是组合机床用来实现进给运动的通用部件，有机械动力滑台和液压动力滑台，根据工艺需要，可在滑台上安装动力箱、多轴箱及各种专用切削头等动力部件，以完成钻、扩、铰、镗、铣、刮、倒角和攻丝等工序及多种复杂进给循环。

组合机床动力滑台液压控制系统可实现多种工作循环，有的还带有液压夹紧功能。

本工作任务以YT4543型动力滑台为例分析其液压系