自动化工程应用实例五-液压气动

1、自动化工程应用实例自动化工程应用实例（五）（五）液压气动控制液压气动控制液压驱动液压驱动气压驱动气压驱动电力驱动电力驱动总称电气驱动（传动）总称电气驱动（传动）目前，电力驱动优势明显，所占比重越目前，电力驱动优势明显，所占比重越来越大。但在需要出力大或有防爆要求来越大。但在需要出力大或有防爆要求的场合，液压和气压驱动仍应用较多。的场合，液压和气压驱动仍应用较多。运动控制系统常用的驱动方式运动控制系统常用的驱动方式 液压驱动以油（水）作为工作介质。液压驱动以油（水）作为工作介质。 液压驱动优于电力驱动的根本之处是它的本质安全性，不存液压驱动优于电力驱动的根本之处是它的本质安全性，不存在电弧，可在

2、易燃易爆环境下使用，保证安全。在电弧，可在易燃易爆环境下使用，保证安全。 液压技术涉及不可压缩的液体的运动，遵循帕斯卡定律。液压技术涉及不可压缩的液体的运动，遵循帕斯卡定律。 帕斯卡定律指出压力在液体中的各个方向上相等的传递。帕斯卡定律指出压力在液体中的各个方向上相等的传递。5.1液压驱动动的基本原理液压驱动动的基本原理F1 F2S1S2图图5-15-1 液压驱动原理液压驱动原理F1/F2=S1/S2F1/F2=S1/S2 液压系统中有五种元件液压系统中有五种元件 驱动装置驱动装置：电动机或其它：电动机或其它 动力机动力机 泵泵：增加液体的压力：增加液体的压力 控制阀控制阀：控制液体的流动与流

3、向：控制液体的流动与流向 执行元件执行元件：把液体输入转化为机械输出：把液体输入转化为机械输出 负载负载：运动部件：运动部件5.25.2 液压驱动的基本元件液压驱动的基本元件液压缸液压缸换向阀换向阀溢流阀溢流阀压力表压力表液压泵液压泵滤油器滤油器油箱油箱图图5-25-2 液压系统的组成液压系统的组成电磁铁电磁铁复位复位弹簧弹簧xiaye 一种执行元件是液压缸，液压缸分为：一种执行元件是液压缸，液压缸分为： 直线往复式和摆动式二种；直线往复式和摆动式二种； 直线往复式又有单作用与双作用；单出杆与双直线往复式又有单作用与双作用；单出杆与双出杆；活塞式与柱塞式等区别。出杆；活塞式与柱塞式等区别。 单

4、作用指的是液压只能在一个方向上推动活塞，单作用指的是液压只能在一个方向上推动活塞，活塞的返回要靠弹簧。活塞的返回要靠弹簧。 图图5-25-2即为双作用单出杆活塞缸。即为双作用单出杆活塞缸。5.25.2 液压驱动的基本元件液压驱动的基本元件 控制元件为各种各样的阀控制元件为各种各样的阀 溢流阀溢流阀的作用是在压力过大时让部分油返回油的作用是在压力过大时让部分油返回油箱箱 。 换向阀换向阀只具有开关切换的功能，控制活塞的运只具有开关切换的功能，控制活塞的运动与运动方向。动与运动方向。 单向阀单向阀防止液压油逆向流动。防止液压油逆向流动。 节流阀节流阀可以改变流阻，连续调解流量。可以改变流阻，连续调

5、解流量。5.25.2 液液驱动的基本元件液液驱动的基本元件 三位四通换向阀的内部结构三位四通换向阀的内部结构 阀体阀体 可滑动的阀芯可滑动的阀芯 四个出入口四个出入口A、B、P和和T 取决于阀芯的位置，这四个出入口形成可反向的取决于阀芯的位置，这四个出入口形成可反向的来回二个油路。来回二个油路。 该换向阀有三位，由二个电磁铁控制。该换向阀有三位，由二个电磁铁控制。5.35.3 典型的控制元件典型的控制元件三位四通换向阀三位四通换向阀A P B T A B P T阀体阀体阀芯阀芯二个电磁铁都不通电，阀芯处于中间位置二个电磁铁都不通电，阀芯处于中间位置不动，二路油路都不通。不动，二路油路都不通。阀

6、芯在电磁铁的作用下可左右滑动阀芯在电磁铁的作用下可左右滑动图图5-35-3A P B T A B P T左边电磁铁得电，阀芯左移，左边电磁铁得电，阀芯左移，油路油路P BP B通，通，A TA T通通图图5-45-4A P B T A B P T右边电磁铁得电，阀芯右移，右边电磁铁得电，阀芯右移，油路油路P AP A通，通，B TB T通通图图5-55-5 和电路图一样，液压系统也用各种符号表示和电路图一样，液压系统也用各种符号表示系统的结构与组成，图系统的结构与组成，图5-6表示了一个典型的表示了一个典型的液压系统。图中的三位四通阀可以控制液压液压系统。图中的三位四通阀可以控制液压缸完成二个

7、方向的运动，如向上缸完成二个方向的运动，如向上/向下、左向向下、左向/右向等，能在任意中间位置停留右向等，能在任意中间位置停留(二个电磁二个电磁阀均失电阀均失电)，节流阀用来调节活塞右移的速度。，节流阀用来调节活塞右移的速度。在自动化系统中获得了广泛应用。在自动化系统中获得了广泛应用。5.4 液压系统的组成液压系统的组成 压力表压力表溢流阀溢流阀换向阀换向阀单向阀单向阀节流阀节流阀液压缸液压缸执行部分执行部分控制部分控制部分动力部分动力部分液压泵液压泵滤油器滤油器油箱油箱图图5-6 5-6 液压系统的组成液压系统的组成电磁铁电磁铁YA1电磁铁电磁铁YA2上页 组合机床等加工设备的进给运动可以用

8、液压动组合机床等加工设备的进给运动可以用液压动力滑台来实现。滑台运动靠液压缸驱动，用电力滑台来实现。滑台运动靠液压缸驱动，用电磁阀控制。磁阀控制。 动力滑台的工作循环是：快进动力滑台的工作循环是：快进工进工进快退快退原位停止，工作循环过程如图原位停止，工作循环过程如图5-75-7所示。所示。 5.5 应用例子应用例子-液压动力滑台液压动力滑台图图5-7 7 工作循环过程工作循环过程SB1 启动启动SQ2 快进快进工进工进SQ3快退快退SQ1停止停止SB1：启动按钮；：启动按钮；SQ1、SQ2、SQ3：行程开关：行程开关三位五通电磁换向阀三位五通电磁换向阀 单向阀单向阀节流阀节流阀液压缸液压缸液

9、压泵液压泵滤油器滤油器油箱油箱 图图5-8 5-8 滑台液压传动系统滑台液压传动系统YA1YA2YA3YA3油箱油箱二位二通电磁换向阀二位二通电磁换向阀滤油器滤油器滑台滑台 滑台在原位，挡铁压下滑台在原位，挡铁压下SQ1，SQ1动合触点闭合。动合触点闭合。按下启动按钮按下启动按钮SB1，中间继电器，中间继电器KA1得电动作并自得电动作并自锁，动合触点闭合使三位五通电磁阀电磁铁锁，动合触点闭合使三位五通电磁阀电磁铁YA1、二位二通电磁阀电磁铁二位二通电磁阀电磁铁YA3同时得电。同时得电。动力滑台快进动力滑台快进（图（图5-9自动）自动） 此时从液压泵输出的液压油由三位五通换向阀左此时从液压泵输出

10、的液压油由三位五通换向阀左位流入液压缸无杆腔，推动活塞杆快速右移，液位流入液压缸无杆腔，推动活塞杆快速右移，液压缸的有杆腔回液经三位五通阀左位另侧、二位压缸的有杆腔回液经三位五通阀左位另侧、二位二通电磁阀左位流出进入液压缸的无杆腔，形成二通电磁阀左位流出进入液压缸的无杆腔，形成差动连接。活塞杆快速右移，带动动力滑台快速差动连接。活塞杆快速右移，带动动力滑台快速进给。进给。动力滑台快进动力滑台快进（图（图5-9自动）自动） 动力滑台快速进给中，挡块压下动力滑台快速进给中，挡块压下SQ2，SQ2动合动合触点闭合，中间继电器线圈触点闭合，中间继电器线圈KA2得电动作，其得电动作，其动断触点断开使电磁

11、铁动断触点断开使电磁铁YA3失电，其动合触点失电，其动合触点闭合，使闭合，使KA2线圈自锁。线圈自锁。动力滑台工进动力滑台工进（图（图5-9自动）自动） 此时，液压系统三位五通换向阀左位和二位二通阀常此时，液压系统三位五通换向阀左位和二位二通阀常态（右位）进入系统。从液压泵输出经三位五通换向态（右位）进入系统。从液压泵输出经三位五通换向阀左位流入液压缸无杆腔，推动活塞右移，有杆腔的阀左位流入液压缸无杆腔，推动活塞右移，有杆腔的液压油流出经三位五通换向阀的左位另侧液压油流出经三位五通换向阀的左位另侧节流阀节流阀滤油器滤油器流回油箱。由于节流阀的作用，回油流量减流回油箱。由于节流阀的作用，回油流量

12、减少，活塞杆右移速度减慢，动力滑台进入工作进给。少，活塞杆右移速度减慢，动力滑台进入工作进给。动力滑台工进动力滑台工进（图（图5-9自动）自动） 动力滑台工作进给到达终点时，挡铁压下动力滑台工作进给到达终点时，挡铁压下SQ3，SQ3动动合触点闭合，中间继电器合触点闭合，中间继电器KA3线圈得电并自锁，线圈得电并自锁，KA3动动断触点断开，使电磁铁断触点断开，使电磁铁YA1、YA3同时失电；同时失电；KA3动合触动合触点闭合，使电磁铁点闭合，使电磁铁YA2得电。得电。 此时，从液压泵输出的液压油经三位五通换向阀右位进此时，从液压泵输出的液压油经三位五通换向阀右位进入液压缸有杆腔，推动活塞杆左移，

13、无杆腔的回油经三入液压缸有杆腔，推动活塞杆左移，无杆腔的回油经三位五通换向阀右位左侧流回油箱，带动动力滑台快退。位五通换向阀右位左侧流回油箱，带动动力滑台快退。动力滑台快退（动力滑台快退（图图5-9自动自动） 动力滑台快退到原位时，挡铁压下动力滑台快退到原位时，挡铁压下SQ1，SQ1动断触动断触点断开，中间继电器点断开，中间继电器KA3线圈失电，线圈失电，KA3动合触点断动合触点断开，电磁铁开，电磁铁YA2失电，从液压泵输出的液压油经三位失电，从液压泵输出的液压油经三位五通换向阀中间位直接流回油箱，动力滑台原位停五通换向阀中间位直接流回油箱，动力滑台原位停止。止。动力滑台原位停止（动力滑台原位

14、停止（图图5-9自动）自动） 表表5-1 电磁阀动作顺序电磁阀动作顺序 + +得电；得电；- -失电失电电磁阀电磁阀转换主令转换主令 YA1 YA2 YA3 工步工步快进快进工进工进快退快退原位停止原位停止SB1SB1 SQ2SQ2 SQ3SQ3SQ1SQ1+ - + - + + - -+ - - + - + - - - - 图图5-9 5-9 液压动力滑台电气控制电路图液压动力滑台电气控制电路图 KA1 YA1 YA3 KA2 KA3 YA2KA1 YA1 YA3 KA2 KA3 YA2SASA手动手动自动自动SB1SB1 SQ1 KA3 KA3 SQ1 KA3 KA3 KA1 KA1KA1

15、 KA1 KA2 KA2 SQ2SQ2 KA2KA2 SQ3 SB2SQ3 SB2KA3 KA3KA3 KA3SQ1SQ1返回18返回19返回20返回21 电液伺服阀与电磁换向阀不同，它能调节液电液伺服阀与电磁换向阀不同，它能调节液路的开度。即阀的开度（开口量）与输入信路的开度。即阀的开度（开口量）与输入信号成正比，因此输出流量与输入信号成正比，号成正比，因此输出流量与输入信号成正比，故也称流量控制型电液伺服阀或线性阀。故也称流量控制型电液伺服阀或线性阀。5.6 电液伺服阀与液压伺服系统电液伺服阀与液压伺服系统 电液伺服阀的电液伺服阀的一种一种是喷嘴挡板式结构。调节喷嘴是喷嘴挡板式结构。调节喷

16、嘴与挡板之间的距离，可以调节流量和压力，如图与挡板之间的距离，可以调节流量和压力，如图5-10 0所示。所示。 图图5-10 0中，挡板的位置在中间时，压力中，挡板的位置在中间时，压力P1=P2，活，活塞静止不动；挡板的位置偏左时，压力塞静止不动；挡板的位置偏左时，压力P1增大增大P2减小，活塞向右移动；挡板的位置偏右时，压力减小，活塞向右移动；挡板的位置偏右时，压力P2增大增大P1减小，活塞向左移动。减小，活塞向左移动。电液伺服阀电液伺服阀图图5-10 喷嘴挡板结构调节压力与活塞的位置喷嘴挡板结构调节压力与活塞的位置挡板挡板喷嘴喷嘴压力油压力油油缸油缸活塞活塞喷嘴喷嘴图图5-115-11 电

17、液伺服阀实物电液伺服阀实物图图5-12电液伺服阀刨视图电液伺服阀刨视图图图5-13 如图如图5-13所示，喷嘴挡板式电液伺服阀的所示，喷嘴挡板式电液伺服阀的二个出油口二个出油口A、B与液压缸的二个油口相与液压缸的二个油口相通，用闭环的方式控制液压缸活塞的位置通，用闭环的方式控制液压缸活塞的位置（工作台与活塞杆连在一起），也就是控（工作台与活塞杆连在一起），也就是控制工作台的位置。制工作台的位置。 电液伺服阀位置控制系统工作原理电液伺服阀位置控制系统工作原理用一个电位器对工作台进行位置测量，用用一个电位器对工作台进行位置测量，用另一个电位器作位置给定。位置误差体现另一个电位器作位置给定。位置误差

18、体现为二个电位器活动触点间的电位差，位置为二个电位器活动触点间的电位差，位置误差通过差分放大驱动一个电液伺服阀。误差通过差分放大驱动一个电液伺服阀。 电液伺服阀位置控制系统工作原理电液伺服阀位置控制系统工作原理 电液伺服阀的驱动电流为零时，挡板处于中间电液伺服阀的驱动电流为零时，挡板处于中间位置；驱动电流为正时，挡板向左偏；驱动电位置；驱动电流为正时，挡板向左偏；驱动电流为负时，挡板向右偏。挡板不在中间位置时，流为负时，挡板向右偏。挡板不在中间位置时，活塞二边的压力不相等，造成活塞移动，推动活塞二边的压力不相等，造成活塞移动，推动工作台的移动，直到位置误差为零，致使驱动工作台的移动，直到位置误

19、差为零，致使驱动电流为零并进一步致使伺服阀挡板处于中间位电流为零并进一步致使伺服阀挡板处于中间位置，使工作台保持位置误差为零。置，使工作台保持位置误差为零。 电液伺服阀位置控制系统工作原理电液伺服阀位置控制系统工作原理图图5-14 4 射流管型电液伺服阀射流管型电液伺服阀 利用空气压缩机将电动机或其它原动机输出的机利用空气压缩机将电动机或其它原动机输出的机械能转换为空气的压力能，在控制元件和辅助元械能转换为空气的压力能，在控制元件和辅助元件的配合下，通过执行元件把空气的压力能转换件的配合下，通过执行元件把空气的压力能转换为机械功。为机械功。 气压传动的工作介质是压缩空气，与液压传动不气压传动的

20、工作介质是压缩空气，与液压传动不同之处在于工作介质是可压缩的，而液压传动的同之处在于工作介质是可压缩的，而液压传动的工作介质是不可压缩的。工作介质是不可压缩的。5.75.7 气压驱动系统气压驱动系统电动机电动机 空气压缩机空气压缩机储气罐储气罐压力阀压力阀方向阀方向阀逻辑元件逻辑元件限位开关限位开关气缸气缸图图5-155-15 气压传动系统的组成气压传动系统的组成 气压传动系统的一般组成如图气压传动系统的一般组成如图5-155-15所示，系所示，系统中的工作介质是可压缩的无需回收的空气。统中的工作介质是可压缩的无需回收的空气。 气动系统的优点是重量轻、成本低、具有积气动系统的优点是重量轻、成本

21、低、具有积木性，很容易给各个驱动装置接上压缩空气木性，很容易给各个驱动装置接上压缩空气管道，并利用标准构件组建起一个任意复杂管道，并利用标准构件组建起一个任意复杂的系统。的系统。5.75.7 气压传动系统气压传动系统（1 1）气压发生装置）气压发生装置 电动机、空气压缩机、储气罐电动机、空气压缩机、储气罐（2 2）控制元件）控制元件 压力阀、方向阀、流量阀等压力阀、方向阀、流量阀等（3 3）执行元件）执行元件 气缸、马达等气缸、马达等（4 4）辅助元件）辅助元件 过滤器、干燥器、油雾器、消声器等过滤器、干燥器、油雾器、消声器等气动系统中的元件的大致分为以气动系统中的元件的大致分为以下几类下几类

22、 工作介质空气来源方便，用后排气处理简单，工作介质空气来源方便，用后排气处理简单，不污染环境。不污染环境。 压缩空气可集中供气，远距离输送。压缩空气可集中供气，远距离输送。 气动动作迅速、反应快、维护简单、管路不易气动动作迅速、反应快、维护简单、管路不易堵塞，不存在介质变质、补充和更换的问题。堵塞，不存在介质变质、补充和更换的问题。 可安全的应用于易燃易爆的场合。可安全的应用于易燃易爆的场合。气压传动的优点气压传动的优点气动系统压力等级低，因此装置结构简单、气动系统压力等级低，因此装置结构简单、轻便、安装维护方便，使用较为安全。轻便、安装维护方便，使用较为安全。空气具有可压缩性，气动系统能够实

23、现过空气具有可压缩性，气动系统能够实现过载自动保护。载自动保护。气压传动的优点气压传动的优点 由于空气具有可压缩性，所以气缸的动作速度易受由于空气具有可压缩性，所以气缸的动作速度易受负载变化的影响。负载变化的影响。 工作压力较低（一般为工作压力较低（一般为0.40.8MPa）,因而气动系因而气动系统输出力较小。统输出力较小。 气动系统有较大的排气噪声，所以系统中往往要用气动系统有较大的排气噪声，所以系统中往往要用消声器。消声器。 工作介质本身没有润滑性，需另加油雾气给油润滑。工作介质本身没有润滑性，需另加油雾气给油润滑。气压传动的缺点气压传动的缺点 多数气动系统是完成确定位置间的运动，例多数气

24、动系统是完成确定位置间的运动，例如图如图5-155-15中的气缸的顶杆接触到安装于特定位中的气缸的顶杆接触到安装于特定位置的限位开关，限位开关的通断将通过逻辑置的限位开关，限位开关的通断将通过逻辑元件实现某种程序决定的位置控制。元件实现某种程序决定的位置控制。 操作简单是气动系统的主要优点，可以完成操作简单是气动系统的主要优点，可以完成大量点位操作的任务。大量点位操作的任务。气动系统的应用气动系统的应用A BCD齿条齿条齿轮齿轮轴承轴承 图图5-165-16 气动机械手气动机械手 图图5-165-16所示机械手有四个气缸组成，可在三维坐标中工作。所示机械手有四个气缸组成，可在三维坐标中工作。

25、图中图中A A缸为夹紧缸，活塞退回时夹紧工件，伸出时松开工件。缸为夹紧缸，活塞退回时夹紧工件，伸出时松开工件。 B B缸为长臂伸缩缸，可实现伸出和缩回动作。缸为长臂伸缩缸，可实现伸出和缩回动作。 C C缸为立柱升降缸。缸为立柱升降缸。 D D缸为立柱回转缸，二个活塞分别装在带齿条的活塞杆二缸为立柱回转缸，二个活塞分别装在带齿条的活塞杆二头，齿条的往复运动带动立柱上的齿轮旋转，实现立柱的头，齿条的往复运动带动立柱上的齿轮旋转，实现立柱的回转。回转。气动机械手气动机械手 多种不同功能的电磁阀在制冷系统中的应用，如图多种不同功能的电磁阀在制冷系统中的应用，如图5-175-17所示。所示。 电磁阀控制冷媒管路的通断。电磁阀控制冷媒管路的通断。 温控阀根据温度传感器测量