液压传动与气动技术劳动出版社模块四.docx

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液压传动与气动技术劳动出版社模块四

授课

题目

模块四压力控制阀

任务1半自动车床夹紧回路设计

教学

目标

1.掌握溢流阀、减压阀的结构及工作原理

2.了解溢流阀、减压阀在回路中的正确应用

3.熟悉简单的压力控制回路

教学

重点

难点

1.掌握溢流阀、减压阀的结构及工作原理

2.了解溢流阀、减压阀在回路中的正确应用

【导入】

【分析】

数控车床在加工工件时，工件的夹紧是由夹紧装置——液压卡盘来完成的。

当液压缸右腔输入压力油后，活塞向箭头所示方向运动，并通过摇臂使卡爪向中心运动，从而夹紧放在卡爪中的工件。

为了保证加工安全，液压系统必须能够提供稳定的工作压力以便夹紧工件，且压力大小可调。

本任务要求设计半自动车床液压卡盘的液压控制回路。

数控车床在进行切削时，液压卡盘起卡紧工件的作用，由于被加工的材质、类型不同（如薄壁工件），这就要求液压卡盘的夹紧力一方面能保证工件在切削过程中不松动，同时又要防止夹紧力过大造成工件被夹变形，这就要求液压卡盘的夹紧力是可控制的。

可以通过控制进入液压卡盘液压缸的液压油的压力来控制夹紧力的大小。

在液压系统中，可以选用压力控制阀来达到上述压力控制要求。

知识

新授：

一、压力控制阀

在液压系统中，控制工作液体压力的阀称压力控制阀，简称压力阀。

常用的压力阀有溢流阀、减压阀和顺序阀等。

它们的共同特点是利用作用于阀芯上的油液压力和弹簧力相平衡的原理进行工作。

。

本任务只用到溢流阀和减压阀。

1.溢流阀

溢流阀

a）实物图b）职能符号c）工作原理

在液压系统中常用的溢流阀有直动式和先导式两种。

直动式用于低压系统，先导式用于中、高压系统。

（1）直动式溢流阀

直动式溢流阀

a）阀芯闭合b）阀芯弹开

直动式溢流阀能够使作用在阀芯上的进油压力直接与弹簧力相平衡。

P是进油口，T是回油口，当进油压力较小时，阀芯在弹簧力的作用下处于左端位置，将P和T两油口隔开，如图a所示。

当进口压力升高，在阀芯左端产生的作用力超过弹簧力时，阀芯右移；阀口被打开，将多余的油排回油箱，如图b所示，保持进口压力近于恒定。

通过调整弹簧上的调整螺母可以改变弹簧力，也就调整了溢流阀的进口压力值。

直动式溢流阀的滑动阻力大（弹簧较硬），特别是当流量较大时，阀的开口大，使弹簧有较大的变形量。

这样，阀所控制的压力随着溢流流量的变化而有较大的变化（压力变化值大），故只适用于低压系统中。

（2）先导式溢流阀

先导式溢流阀

a）实物图b）职能符号c）工作原理

1－锥式先导阀２－先导阀座３－阀盖４－阀体５－阻尼孔６－主阀芯７－主阀座８－主阀弹簧９－调压弹簧１０－调节螺钉１１－调节手轮

当进油压力增大到使先导阀1打开时，液流通过主阀芯上的阻尼孔5、先导阀1流回油箱。

由于阻尼孔的阻尼作用，使主阀芯6所受到的上下两个方向的液压力不相等，主阀芯在压差的作用下上移，打开阀口，实现溢流，并维持压力基本稳定。

调节先导阀的调压弹簧9，便可调整溢流压力。

（3）溢流阀在液压系统中的功用

1）溢流稳压。

在液压系统中用定量泵和节流阀进行调速时，溢流阀可使系统的压力恒定，并且，节流阀调节的多余压力油可以从溢流阀溢流回油箱。

2）限压保护。

在液压系统中用变量泵进行调速时，变量泵的压力随负载变化，这时需防止过载，即设置安全阀（溢流阀用做安全阀）。

在正常工作时，此阀处于常闭状态，过载时打开阀口溢流，使压力不再升高。

3）卸荷。

先导式溢流阀与电磁阀组成电磁溢流阀，控制系统卸荷。

4）远程调压。

将先导式溢流阀外控口接上远程调压阀，便能实现远程调压。

5）作背压阀使用。

在系统回油路上接上溢流阀，造成回油阻力，形成背压，可改善执行元件的运动平稳性。

背压可通过调节溢流阀的调定压力来获得。

2．减压阀

定压减压阀

a）实物图b）职能符号c）结构图

b）1－主阀芯2－阻尼孔3－先导阀阀芯

P1口是进油口，P2口是出油口。

阀不工作时，主阀芯在弹簧作用下处于最下端位置，阀的进、出油口是相通的，即阀是常开的。

若出口压力增大，使作用在主阀芯下端的压力大于弹簧力时，主阀芯上移，关小阀口，这时主阀处于工作状态。

若忽略其他阻力，仅考虑作用在阀芯上的液压力和弹簧力相平衡的条件，则可以认为出口压力基本上维持在某一定值——调定值上。

这时如果出口压力减小，主阀芯就下移，开大阀口，阀口处阻力减小，压降减小，使出口压力回升到调定值；反之，若出口压力增大，则主阀芯上移，关小阀口，阀口处阻力加大，压降增大，使出口压力下降到调定值。

先导式减压阀与先导式溢流阀相比较，有以下不同点：

减压阀在非工作状态时，先导阀3阀口关闭，而主阀口处于最大开度状态；用出口的压力油控制阀口的开度，保持出口压力基本恒定；经先导阀的泄油量必须由单独的泄油口L流回油箱。

二、压力控制回路

1.调压回路

（1）单级调压回路

单级调压回路

系统由液压泵供油，采用节流阀以调节进入液压缸的流量，使活塞获得需要的运动速度。

输出的流量大于液压缸的流量，多余部分的油液则从溢流阀流回油箱。

这时，液压泵的出口压力便稳定在溢流阀的调定压力上。

调节溢流阀便可调节液压泵的供油压力。

（2）远程调压回路

远程调压回路

先导式溢流阀的遥控口接远程调压阀进油口，远程调压阀的作用与溢流阀的先导阀相同。

在这种回路中，溢流阀先导阀的调整压力应高于远程调压阀可能调节的最高压力，在这种条件下，系统的工作压力由远程调压阀来调整。

（3）多级调压回路

三级调压回路

电磁换向阀和溢流阀有机的组合，可以组成多级调压回路。

多级调压是指液压回路能实现二级及以上不同级别压力的液压调压回路。

上图为三个溢流阀控制的三级调压回路。

在图示位置时，系统压力由溢流阀1控制；当换向阀的电磁铁YA1通电时，系统压力由溢流阀2控制；电磁铁YA2通电时，系统压力由溢流阀3控制。

三个溢流阀中2和3控制的压力都要低于1控制的压力。

2.减压回路

减压回路

当泵的输出压力是高压而局部回路或支路要求低压时，可以采用减压回路，如机床液压系统中的定位、夹紧回路、分度以及液压元件的控制回路等。

减压回路较为简单，一般是在所需低压的支路上串接减压阀。

上图所示是最简单的减压回路，回路中的溢流阀用来稳定整个液压系统的工作压力，而减压阀则用来调定液压系统支路的工作压力。

任务

实施：

一、执行元件和主控阀的确定

根据半自动车床的工作要求，选择液压缸作为执行元件，选择单电控的二位四通换向阀作为主控阀。

主回路见下图。

执行元件和主控阀的确定

二、压力控制回路的设计

液压卡盘液压回路

回路分析

正常夹紧时：

YA1通电，二位四通电磁换向阀7处于右位工作位置，YA2不通电，二位二通电磁换向阀关闭，此时，来自油泵的压力油经减压阀调压后，再经单向阀3通过二位四通电磁换向阀7进入液压缸8右腔，活塞9向左移动，工作夹紧，左腔的油经二位四通电磁换向阀7流回油箱。

夹薄壁类特殊工件时：

YA1通电，二位四通电磁换向阀5处于右位工作位置，同时YA2通电，二位二通电磁换向阀4导通，这时，来自液压泵的压力油经减压阀2后再经单向阀流出，因二位二通电磁换向阀4处于导通状态，因此，进入二位四通电磁换向阀7的油液压力由溢流阀5控制，经溢流阀控制的压力油进入液压缸８的右腔，活塞9向左移动，完成夹紧动作，左腔的油经二位四通电磁换向阀7流回油箱。

注意事项：

上述液压卡盘液压回路中，溢流阀６的调定压力应大于溢流阀5的调定压力，而溢流阀的调定压力应小于减压阀调定的输出压力，否则系统将不能正常工作。

知识

链接：

常见的其他压力控制回路

一、增压回路

1.采用单作用增压缸的增压回路

当系统在图示位置工作时，系统油液在供油压力p1的作用下进入增压缸的大活塞腔，此时在小活塞腔即可得到所需的较高压力p2；当二位四通电磁换向阀右位接入系统时，增压缸返回，辅助油箱中的油液经单向阀补入小活塞腔。

因此，该回路只能间歇增压，所以称为单作用增压回路。

2.采用双作用增压缸的增压回路

在图示位置，液压泵输出的压力油经换向阀5和单向阀1进入增压缸左端大、小活塞腔，右端大活塞腔中的油液流回油箱，右端小活塞腔增压后的高压油经单向阀4输出，此时单向阀2、3被关闭。

当增压缸活塞移到右端时，换向阀得电换向，增压缸活塞向左移动。

同理，左端小活塞腔输出的高压油经单向阀3输出，这样，增压缸的活塞不断往复运动，两端便交替输出高压油，从而实现了连续增压。

二、卸荷回路

在液压系统中，有时执行元件短时间停止工作，不需要液压系统传递能量，或者执行元件在某段工作时间内保持一定的力，而运动速度极慢，甚至停止运动，在这种情况下，不需要液压泵输出油液，或只需要很小流量的液压油，这时就需要对液压泵进行卸荷，相应的回路称为卸荷回路。

如图所示为M形中位机能卸荷回路，当换向阀处于中位时，液压泵输出的液压油经M形阀直接回到油箱，使液压泵在功率输出接近于零的情况下运转，减少了功率损耗，降低系统发热，延长泵和电动机的寿命。

液压泵的卸荷有流量卸荷和压力卸荷两种，前者主要是使用变量泵，让变量泵仅为补偿泄漏而以最小流量运转，此方法比较简单，但泵仍处在高压状态下运行，磨损比较严重；压力卸荷的方法是使泵在接近零压下运转

授课

题目

模块四压力控制阀

任务2切割装置回路设计

教学

目标

1.掌握顺序阀的结构及工作原理

2.掌握顺序阀在回路中的应用

3.掌握顺序控制回路的控制方法

教学

重点

难点

1.掌握顺序阀的结构及工作原理

2.掌握顺序阀在回路中的应用

3.掌握顺序控制回路的控制方法

【导入】

【分析】

切割装置是用来对工件进行分割、切槽等工作的装置，它的夹紧缸装置及切削缸装置都是由液压系统控制的。

它的动作要求是：

夹紧缸夹紧工件→切削缸伸出切削工件→切削缸退回退刀→夹紧缸松开取出工件。

本任务要求设计符合该要求的液压控制回路。

在切割装置的工作过程中，为了避免工件在未夹紧状态下对其进行切削而造成工件飞出的事故，要求只有当夹紧缸夹紧工件后（夹的越紧、油路压力越高），切削缸才能带动刀具对工件进行切削，同时在切削完成前，夹紧缸始终要将工件夹紧。

夹紧缸和切削缸这两个执行元件是按照一定的顺序完成伸出和缩回动作的，本任务中切削缸必须在夹紧缸夹紧时才能进行切削。

本任务有两个执行元件——切削缸和夹紧缸。

我们把执行元件可以依据压力大小进行顺序动作的液压控制回路称为压力控制顺序动作回路，其中，顺序阀是核心元件。

知识

新授：

顺序阀

顺序阀是把压力作为控制信号，自动接通或切断某一油路，控制执行元件做顺序动作的压力阀。

根据控制油路的不同，可分为直控顺序阀（简称顺序阀）和液控顺序阀（远控顺序阀、外控顺序阀）。

一、直控顺序阀

直动式顺序阀

a）结构图b）图形符号

二、液控控顺序阀

液控顺序阀

a）实物图b）结构图c）图形符号d）作为卸荷阀时的图形符号

液控顺序阀与直控顺序阀的主要区别在于液控顺序阀阀芯的下部有一个控制油口K。

当与油口K相通的外来控制油压超出阀芯上部弹簧的调定压力时，阀芯上移，油口P1和P2相通，液控顺序阀的泄油口L接回油箱。

任务

实施：

一、控制回路的初步设计

工作原理：

阀1和阀2是由顺序阀与单向阀构成的组合阀，称为单向顺序阀。

扳动二位四通换向阀，使其左位接入系统，压力油只能进入夹紧缸的左腔，回油经阀2中的单向阀流回油箱，实现夹紧动作。

活塞右行到达终点后，系统压力升高，打开阀1中的顺序阀，压力油进入切削缸左腔，回油经换向阀流回油箱，实现切削动作。

切削完毕后松开手柄，扳动换向阀换向，使回路处于图示状态，压力油先进入切削缸右腔，回油经阀1中的单向阀及手动换向阀流回油箱，实现退刀动作。

活塞左行到达终点后，油压升高，打开阀2中的顺序阀，压力油进入切削缸右腔，回油经换向阀回油箱，实现松开动作，至此完成一个工作循环。

该回路的可靠性在很大程度上取决于顺序阀的性能和压力调定值。

为了保证严格的动作顺序，应使顺序阀的调定压力大于（8～10）×105Pa。

否则顺序阀可能在压力波动下先行打开，影响工作的可靠性。

此回路运用于液压缸数目不多，阻力变化不大的场合。

切割装置控制回路图

二、控制回路锁紧控制的完善

工作原理：

初步设计出的回路，虽然能满足切割装置的动作要求，但不能实现夹紧缸的锁紧保护，为此我们对初步设计出的回路进行完善，从而设计出如图所示的完善后切割装置的控制回路。

其改进之处是在夹紧缸的夹紧供油回路中增加一个液控单向阀，当遇到特殊情况，液压泵不供油时，液控单向阀不工作，使夹紧缸左腔的液压油不能通过液控单向阀流回油箱，而把工件牢牢夹紧在工位上，即液控单向阀对夹紧缸进行锁紧。

完善后的切割装置控制回路

知识

链接：

一、行程控制顺序动作回路

1.用电气行程开关控制的顺序动作回路

动作顺序为：

1为液压缸d的活塞向右运动；2为液压缸e的活塞向右运动；3为液压缸d的活塞向左运动；4为液压缸e的活塞向左运动。

操作时，首先按启动按钮，电磁铁YA1通电，压力油流入液压缸d的左腔，活塞按箭头1的方向移动，

到达终点时，触动行程开关b，电磁铁YA2通电，压力油进入e的左腔，活塞按箭头2的方向移动，

到达终点时，触动行程开关c，使电磁铁YA1断电，压力油进入d的右腔，活塞按箭头3的方向运动，

到达行程终点，压下行程开关a，使YA2断电，压力油进入液压缸e的右腔，活塞按箭头4的方向移动，回至原位，循环结束。

该回路动作的先后顺序由电气线路来保证，其优点是动作迅速。

用电气行程开关控制的顺序动作回路

2.用行程阀控制的顺序动作回路

动作顺序为：

动作开始时，扳动换向阀，使其右位接入系统，水平液压缸活塞向右移动（动作1），到达终点时撞块将二位四通电磁阀压下，垂直液压缸活塞向下运动（动作2），当手动换向阀换向以后，水平液压缸向左退回（动作3），当撞块离开行程阀的滚轮时，行程阀复位（图示位置），垂直液压缸活塞上升（动作4），实现了按l→2→3→4的顺序动作。

调节撞块的位置，就可以控制动作2继动作1之后开始的时间。

用行程阀控制的顺序动作回路工作比较可靠，但行程阀只能安装在工作台附近，有一定的局限性，另外，改变动作顺序也比较困难。

用行程阀控制的顺序动作回路

二、压力继电器

压力继电器是一种将油液的压力信号转换成电信号的电液控制元件，当油液压力达到压力继电器的调定压力时，即发出电信号，以控制电磁铁、电磁离合器、继电器等元件动作，使油路卸压、换向，使执行元件实现顺序动作，或者关闭电动机使系统停止工作，起安全保护作用。

下图为常用柱塞式压力继电器的结构示意图和职能符号，当从压力继电器下端进油口通入的油液压力达到调定压力值时，推动柱塞上移，此位移通过杠杆放大后推动开关动作。

改变弹簧的压缩量即可以调节压力继电器的动作压力。

压力继电器必须放在压力有明显变化的回路上才能输出电信号。

压力继电器

a）结构图b）职能符号c）实物图