毕业论文液压压力机控制系统设计课件

1、 本科毕业设计（论文）题 目液压压力机控制系统设计学生姓名 学 号 院（系） 专 业 指导教师 时 间 摘要液压压力机是一种利用液体静压力来加工金属、塑料、橡胶、木材、粉末等制品的机械。它常用于压制工艺和压制成形工艺，如:锻压、冲压、冷挤、校直、弯曲、翻边、薄板拉深、粉末冶金、压装等等。 液压压力机由主机及控制机构两大部分组成。主机部分包括液压缸、横梁、立柱及充液装置等。本文主要设计四柱式液压机的控制机构。控制机构由油箱、高压泵、控制系统、电动机、压力阀、方向阀等组成。液压机采用PLC控制系统，通过泵和油缸及各种液压阀实现能量的转换，调节和输送，完成各种工艺动作的循环。在本设计中，设计了液压缸

2、的尺寸，拟订了液压原理图。按压力和流量的大小选择了液压泵，电动机，控制阀，过滤器等液压元件和辅助元件。关键词：四柱液压机；液压系统；PLCAbstractThe hydraulic press is a kind of machine which uses the liquid static pressure to process metal, plastic, rubber, wood, powder and so on. It is used in pressing process and press forming process, such as forging, stamping,

3、cold extrusion, straightening, bending, flanging, sheet metal deep drawing, powder metallurgy, pressure equipment and so on.The hydraulic press is composed of two main parts: the main machine and the control mechanism. The main parts of the machine include hydraulic cylinder, beam, column and fillin

4、g device. This paper mainly control mechanism design of four column hydraulic machine. The control mechanism is composed of an oil tank, a high pressure pump, a control system, a motor, a pressure valve, a direction valve, etc. Hydraulic machine using PLC control system, through the pump and the oil

5、 cylinder and a variety of hydraulic valves to achieve energy conversion, regulation and delivery, to complete the cycle of various processes.In this design, the size of the hydraulic cylinder is designed, and the hydraulic principle diagram is drawn up. Hydraulic pumps, motors, control valves, filt

6、ers, and other hydraulic components and auxiliary components are selected according to the size of pressure and flow.Keywords: hydraulic machine; hydraulic system; PLC目 录1.绪论-(P6)1.1 概述-(P6)1.2液压压力机的发展趋势-(P8) 1.2.1国内液压压力机的发展趋势-(P8) 1.2.1国外液压压力机的发展趋势-(P9)1.3本文的研究内容-(10)2.液压压力机的液压系统设计-(P11)2.1液压系统的组成-

7、(P11)2.1.1液压系统的整体构成-(P11)2.1.2压力机的传动方式选择-(P11)2.2液压压力机的结构与动作组成-(P12)2.3工况分析与计算-(P13)2.3.1工况分析-(P13)2.3.2工作循环-(P14)2.3.3压力机技术参数-(P14)2.3.4负载分析与计算-(P16)2.4液压系统的设计-(P20)2.4.1执行元件类型的选择-(P20)2.4.2方向控制回路-(P21)2.4.3速度控制回路-(P22)2.4.4压力控制回路-(P25)2.4.5液压油源回路-(P28)2.4.6液压系统的合成-(P29)2.5液压元件的计算和选择-(P32)2.5.1液压泵的

8、选择-(P32)2.5.2液压元件的选择-(P34)2.5.3辅助元件的选择-(P35)2.5.4液压系统的性能验算-(P40)2.6本章小结-(P42)3.液压压力机控制系统设计-(P43)3.1 PLC概述-(P43)3.2 PLC控制部分设计-(P43)3.2.1控制系统采用PLC的必要性-(P43)3.2.2 PLC的功能-(P45)3.2.3 PLC的选型-(P46)3.2.4 PLC输入/输出分配表-(P47)3.2.5 PLC控制程序设计-(P49)3.3本章小结-(P54)4.结论-(P55)参考文献-(P56)致谢-(P57)1.绪论1.1概述液压机是根据静态下液体压力等值传

9、递的帕斯卡原理制成的，它是一种利用液体压力工作的机器。液体压力传递原理为：在充满液体的密闭容器中，施于任一点的单位外力，能传播至液体全部，其数值不变，其方向垂直于容器的表面。液压机有以下几个优点：(1)液压机最大的特点是容易获得最大的压力。在锻造过程中锻锤是靠冲击力打击锻件，因而会产生较强的振动。为了提高打击效率和减轻振动，需要有很大的砧座和良好的地基，因而锻锤不可能造得很大。曲柄压力机是靠曲柄连杆机构传递能量，由于受到曲柄连杆机构强度的限制，一般只制造到100MN以下。液压机利用静压力工作，不需要大的砧座和坚实的地基。由于采用了液压传动，其动力设备可以与主机分开，可以适当加大柱塞的直径或采用

10、多缸联合工作的方式来获得更大的工作压力。目前大型液压机均已造到100MN以上。(2)有更大的工作行程，并可在全行程的任意位置施加最大的工作压力；在工作行程的任意位置都可以回程。机械传动的曲柄压力机的滑块行程是不变的，并且只能在滑块下止点前较小的行程内产生标称压力。而且必须在下止点后才能回程，如果过载将会闷车，导致损坏。液压机则与其相反，所以液压机对要求工作行程较长而且变形均匀的工艺（如拉伸、积压等）十分适应。(3)有更大的工作空间。液压机本体没有庞大的机械传动机构，其液压缸可根据操作的要求来布置，因而可以容易地获得较大的工作空间。(4)工作压力可以调整，可以实现保压，并可防止过载。例如，有三个

11、缸的液压机可以很容易地获得三级不同的工作压力。将高压液体通入中间的工作缸能得到第一级压力；通入两侧的工作缸能得到第二级压力；3个工作缸同时通入高压液体就得到第三级压力。液压机可以作长时间的保压。液压系统有调压装置，可以根据要求来调整液体的压力。他的安全装置，能可靠地防止过载。(5)调速方便。通过调整通入工作缸液体的流量，可以实现各种行程速度。例如，实现空程下降和回程时高速，工作行程时慢速，而且这种调速是无级的。(6)液压机结构简单，操作方便。液压机的本体结构很简单，而且容易制造。特别是中、小型的液压机，由于液压元件的标准化、系列化和通用化程度的提高，使其设计与制造更为简便，成本降低。液压机还易

12、于实现自动控制和遥控。(7)液压机工作平稳。振动和噪声都较小，利于改善工人的劳动强度和工作条件。(8)液压机的动力传动为柔性传动，较机械加工复杂的传动系统简单。(9)液压机基本的动作方式有三种：单动、双动、三动。但其拉伸过程中只有单一的直线驱动力，是加工系统有较长的使用寿命和较高的工件成品率。除了以上优点外液压机还有一些缺点，比如：(1)液压机采用液压油为工作介质，因而对液压元件的精度要求和密封条件要求较高。另外，不可避免的泄露会带来环境的污染。(2)液压机的工作速度较其他设备低。由于液体流动时会产生较大的阻力损失，当液压机高速运动时，这种损失就更为明显。所以液压机的最高工作速度受到限制。由于

13、液压机具有以上特点，得到了广泛的应用。除了大型的锻件的锻造、拉伸、剪切、挤压等工序外，还应用于塑料压型、层压板、粉末冶金、废金属处理、棉花打包等工序。四柱液压机是一种利用油泵输送液压油的静压力来加工金属、塑料、橡胶、木材、粉末等制品的机械设备。它常用于压制工艺和压制成形工艺，如：锻压、冲压、冷挤、校直、弯曲、翻边、薄板拉深、粉末冶金、压装等等。用途也根据需要是多种多样的。如按传递压强的液体种类来分，有油压机和水压机两大类。四柱液压机的液压传动系统由动力机构、控制机构、执行机构、辅助机构和工作介质组成。 动力机构通常采用油泵作为动力机构，一般为积式油泵。为了满足执行机构运动速度的要求， 选用一个

14、油泵或多个油泵。低压（油压小于2.5MP）用齿轮泵；中压（油压小于6.3MP）用叶片泵；高压（油压小于32.0MP)用柱塞泵。各种可塑性材料的压力加工和成形，如不锈钢板钢板的挤压、弯曲、拉伸及金属零件的冷压成形，同时亦可用于粉末制品、砂轮、胶木、树脂热固性制品的压制。液压机采用PLC控制系统，通过泵和油缸及各种液压阀实现能量的转换，调节和输送，完成各种工艺动作的循环。PLC可靠性高，抗干扰能力强,通用性强，控制程序可变，使用方便,功能强，适应面广,编程简单，容易掌握;体积小、重量轻、功耗低、维护方便,减少了控制系统的设计及施工的工作量等特点,所以设计时我们采用PLC能集中且较方便地制造。1.2

15、液压压力机的发展趋势1.2.1国内液压压力机的发展趋势随着应用了电子技术、计算及技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料的发展和应用，液压传动技术也在不断创新。自19世纪问世以来发展很快，已经广泛应用于国民经济的各个部门，种类繁多，发展迅速，成为机床行业的一个重要组成部分。但由于我国液压起步晚，液压机只有50年的发展历史，80年代以后我国液压机开始进入高速发展阶段。其发展趋势主要包括：(1)高速化，高效化，低能耗。提高液压机的工作效率，降低生产成本。 (2)机电液一体化。充分合理利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压系统的完善。(3)自动化、智能化。微电子技术的高速发展为液压机的自动化和

16、智能化提供了充分的条件。自动化不仅仅体现的在加工，应能够实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理的功能。(4)液压元件集成化，标准化。集成的液压系统减少了管路连接，有效地防止泄漏和污染。标准化的元件为机器的维修带来方便。目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。由此可见，随着科学技术的迅速发

17、展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。未来几年我国压力机行业的发展将会越来越好，不断的向高端市场挺进，众多压机制造厂正在不断的改进技术，争取生产研究出更加出色的控制系统，在压机上应用更多的功能。使压机具备高效、节能、灵活方便等优点，并努力寻求进军高端市场的机会。1.2.2国外液压压力机的发展趋势在国内外液压机产品中，按照控制系统，液压机可分为三种类型：一种是以继电器为主控元件的传统型液压机；一种是采用可编程控制器控制的液压机；第三种是应用高级微处理器（或工业控制计算机）的高性能液压机。三种类型功能各有差异，应用范围也不尽相同。但总的发展趋势是高速化、智能化。在国际上来

18、看，由于技术发展趋于成熟，国内外机型无较大差距，主要差别在于加工工艺和安装方面。良好的工艺使机器在过滤、冷却及防止冲击和振动方面，有较明显改善。在油路结构设计方面，国内外液压机都趋向于集成化、封闭式设计。插装阀、叠加阀和复合化元件及系统在液压系统中得到较广泛的应用。国外已开始广泛采用封闭式循环油路设计。这种油路设计有效地防止泄油和污染。更重要的防止灰尘、污物、空气、化学物质侵入系统，延长了机器的使用寿命。由于加工工艺等方面的原因，国内采用封闭式循环油路设计的系统还不多见。在安全性方面，国外某些采用微处理器控制的高性能液压机利用软件进行故障的检测和维护，如BROWNBOGGS产品可实现负载检测、

19、自动模具保护以及错误诊断等功能1.3本文的研究内容液压压力机又称液压成型压力机，是各种金属与非金属材料成型加工的设备。压力机的液压系统由主缸和顶出缸组成，其循环过程如下：主缸上滑块：快速下行(400mm)慢速加压(50mm)保压延时(10s)泄压换向快速退回(450mm)原位停止。顶出缸下滑块：向上顶出(50mm)停留(3s)向下退回(50mm)原位停止。具体工作如下：(1)熟悉该系统的机械传动机构、驱动机构、执行机构，分析设计任务和控制要求，设计控制原理图；(2)根据负载及控制要求，进行液压控制与液压执行关键元器件的选型工作，并根据控制动作设计出液压控制的基本回路，得出液压系统图；(3)根据

20、任务的控制关系设计控制系统的硬件接线图，编写PLC控制程序并调试，设计控制面板，选定所需的电气元件，列出清单；(4)撰写设计计算说明书，字数不少于0.5万字。2.液压压力机的液压系统设计2.1液压系统的组成2.1.1液压系统的整体构成一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。(1)动力元件。它是将机械能转换为液压力能输出的能量转换装置，一般指的是液压控制系统中的油泵。液压泵一般含有的结构形式包括叶片泵、齿轮泵和柱塞泵。(2)执行元件。它是将液体的压力能转换为系统的机械能，来驱动负载作回转或者是直线往复运动。直线运动的一般是液压缸，回转运动的一般是液压马

21、达。(3)控制元件(如液压阀)。控制元件是指在液压系统中能够调节和控制油液的流量、压力和方向的装置。控制元件对保证系统正常工作具有着非常重要的一样，它是系液压统中不可缺少的组成部分。(4)辅助元件。它是除上述三项以外的其它装置，包括油箱、油管及其接头、密封圈、液位计等，这些元件对保证液压系统的可靠、稳定持久的工作，有重大作用。(5)液压油。它是液压系统传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。2.1.2压力机的传动方式选择选择何种传动方式对于压力机是否能够长期方便而又顺利地运行至关重要。本文选择的传动方式为液压传动，液压传动与机械、电力等传动相比有以下优点:(1)液压传动

22、不需逐级调速，调速通用范围比较大，可在较大的范围内实现无极变速，工作平稳性比较好。(2)液压系统的单位质量的输出功率大。一是在相同输出功率前提下，其体积小、质量轻，因而惯性小、动作快速性好，这对液压自动控制系统有重要的意义。二是在相同的功率工作的机械的重量指标上，采用液压传动要比采用机械传动的轻三分之一，在外形尺寸上也减小了近三分之一。(3)控制操作简单、方便、集中，便于省力，可提高压力机械的劳动生产率和作业质量并且易于实现自动化控制和过载保护。(4)可实现无间隙传动，运动平稳。(3)用油液作为传动介质，液压元件有自润性与吸振能力，这样可以延长液压元件的使用寿命，减轻液压传动设备的维护和保养的

23、力度。(6)液压元件易于实现标准化、系列化、通用化，便于组织专业化大批量生产，有利于提高生产效率进而提高产品质量和降低成本。(7)采用大功率液压缸和马达，能够实现大功率传输，使传动简化。本文的压力机采用液压传动方式，能够使得传动装置体积小巧，重量轻便，易于实现自动控制，通过结合电气控制系统，采用电液比例的控制方案，能够自动调节油缸速度和位移，提高了压力机的生产效率。2.2液压压力机的结构与动作组成压力机有多种型号规格，其压制力从几十吨到上万吨。用乳化液作介质的压力机，被称作水压机，产生的压制力很大，多用于重型机械厂和造船厂等。用石油型液压油做介质的压力机被称作油压机，产生的压制力较水压机小，在

24、许多工业部门得到广泛应用。图2-1液压机外形图1充液筒；2上横梁；3上液压缸；4上滑块；5立柱；6下滑块；7下液压缸；8电气操纵箱；9动力机构液压机多为立式，其中以四柱式液压机的结构布局最为典型，应用也最广泛。图2-1所示为液压机外形图，它主要由充液筒、上横梁2、上液压缸3、上滑块4、立柱5、下滑块6、下液压缸7等零部件组成。这种液压机有4个立柱，在4个立柱之间安置上、下两个液压缸3和7。上液压缸驱动上滑块4，下液压缸驱动下滑块6。为了满足大多数压制工艺的要求，上滑块应能实现快速下行慢速加压保压延时快速返回原位停止的自动工作循环。下滑块应能实现向上顶出停留向下退回原位停止的工作循环。上下滑块的

25、运动依次进行，不能同时动作。2.3工况分析与计算2.3.1工况分析本系统中的负载压力及执行部件的自重较高，系统所需流量较高，功率损失较大，发热量大。因此选用双作用单出活塞缸作为执行元件，斜盘式柱塞泵作为动力元件，采用循环水冷却。2.3.2工作循环主缸（上液压缸）驱动上滑块实现“快速下行慢速加压保压延时快速返回原位停止”的动作循环。顶出缸（下液压缸）驱动下滑块实现：“向上顶出停留快速返回原位停止”的动作循环。如2-1图所示。图2-1液压机工作循环图2.3.3压力机技术参数(1)主液压缸(a)负载压制力:压制时工作负载可区分为两个阶段。第一阶段负载力缓慢地线性增加，初始压力为最大压制力的10%左右

26、，其上升规律也近似于线性，其行程为40 mm(压制总行程为50 mm)第二阶段负载力迅速线性增加到最大压制N，其行程为10 mm。回程力(压头离开工件时的力):一般冲压压力机的压制力与回程力之比为510，本压力机取为10，故回程力为。移动件(包括活塞、活动横梁及上模)质量。(在实际压力机液压系统的设计之前，应该己经完成压力机的结构设计，这里假设己经设计完成压力机的机械结构，移动件的质量己经得到。)(b)行程及速度快速空程下行:行程，速度;工作下压:行程，初始速度，之后随着油缸压力的增大而减小;快速回程:行程，速度 (2)顶出液压缸(a)负载:被压件质量(b)行程及速度;行程，顶出行程速度，回程

27、速度液压缸采用V型密封圈，其机械效率。压头起动、制动时间:0.2 s。设计要求。本机属于中小型柱式压力机，有较广泛的通用性，除了能进行本例所述的压制工作外，还能进行冲孔、弯曲、较正、压装及冲压成型等工作。对该机有如下性能要求:(a)为了适应批量生产的需要应具有较高的生产率，故要求本机在快进和快退时具有较高的速度。(b)除上液压缸外还有顶出缸。顶出缸除用以顶出工件外，还在其他工艺过程中应用。主缸和顶出缸应不能同时动作，以防出现该动作事故。(c)为了降低液压泵的容量，主缸空程下行的快速行程方式采用双油缸带动主缸快速下行。因此本机设有高位充液筒(高位油箱)，在移动件快速空程下行时，主缸上部形成负压，

28、充液筒中的油液能吸入主缸，以补充液压泵流量之不足。(d)主缸和顶出缸的压力能够调节，压力能方便地进行测量。(e)能进行保压压制。(f)主缸回程时应有顶泄压措施，以消除或减小换向卸压时的液压冲击。(g)系统上应有适当的安全保护措施。2.3.4负载分析与计算1.主缸分析压力机的液压缸和压头垂直放置，其重量较大，为防止因自重而下滑:系统中设有平衡回路。因此在对压头向下运动作负载分析时，压头自重所产生的向下作用力不再计入。另外，为简化问题，压头导轨上的摩擦力不计。(1)启动： ()(2)加速：(3)快速下程：(4)减速：(5)工进行程：(6)制动：(7)保压：(8)快上启动：(9)快退：(10)制动：

29、以上式中:-液压缸载荷-下行部件所受惯性力-模具质量-活塞速度变化量-活塞缸速度变化所用时间。2.顶出缸分析(1) 顶出启动： (2) 顶出：(3) 制动: (4)快下启动：(5)下降：(6)制动：3.确定主液压缸结构尺寸根据有关资料，压力机的压力范围为2030 MPa，现有标准液压泵、液压阀的最高工作压力为32 MPa，如选此压力为系统工作压力，液压元件的工作性能会不够稳定，对密封装置的要求以较高，泄漏较大。参考系列中现己生产的其它规格同类压力机(如63, 100, 200, 300吨压力机)所采用的工作压力，本机选用工作压力为28MP柱塞缸内径D可根据最大总负载和选取的工作压力来确定。(1

30、)主液压缸内径D：-最大总载荷；-工作压力根据GB/T2348-1993主液压缸内径D值取圆整主液压缸活塞杆径d:根据GB/T2348-1993，主液压杆活塞杆直径取标准值。(2)主液压缸有杆腔面积：(3)主液压缸无杆腔面积：(4) 活塞的稳定性校核活塞杆总行程为450mm，活塞杆直径为160mm，因此不需要进行稳定性校核。(5) 负载流量计算(6) 负载压力计算(7) 液压缸各工作阶段的压力流量及功率见表2-1。表2-1液压缸各工作阶段的压力流量及功率工况压力P/(L/min)流量q/(L/min)功率P/(W)快下0153.860工进26.7824.6210988.7快上0.26414.4

31、81796.08(8)活塞杆缸筒长度活塞长度B=(0.61.0)D=0.8280=224mm；导向套长度A=(0.61.5)d=1.0160=160mm；故主液压缸缸筒长度=L+B+A+=834+(mm)-活塞密封长度和特殊需要的其他长度4.确定顶出缸结构尺寸(取工作压力为28MP)(1)顶出缸内径：根据GB/T2348-1993主液压缸内径D值取圆整主液压缸活塞杆径d:根据GB/T2348-1993，主液压杆活塞杆直径取标准值。(2)顶出缸有杆腔面积：(3)顶出缸无杆腔面积：(4)活塞的稳定性校核活塞杆总行程为50mm，活塞杆直径为22mm，因此不需要进行稳定性校核。(5)活塞杆缸筒长度活塞

32、长度B=(0.61.0)D=140=40mm；导向套长度A=(0.61.5)d=1.522=22mm；故主液压缸缸筒长度=L+B+A+=123+(mm)(6) 顶出缸流量计算顶出行程：回程：顶出缸在顶出行程中的负载是变动的，顶出开始压头离工件较大（负载为Fd），以后很快减小，而顶出行程中的速度也是变化的，顶出开始时速度由零逐渐增加到；由于这些原因，功率计算就较复杂，另外因顶出缸消耗功率在液压机液压系统中占的比例不大，所以此处不作计算。2.4液压系统的设计2.4.1执行元件类型的选择根据设计要求，液压机要实现“空程快速下降慢速下降加压保压卸压及回程停止”的工作循环，故采用液压传动方式来实现，采用

33、液压缸作为执行机构。液压机的主传动系统由于所用的工作液体压力较高，流量较大，故一般多采用柱塞式液压泵。由于直轴式轴向柱塞泵额定工作压力及容积效率均比较高，流量容易调节，变量方式也较多，在我国应用较早，积累了丰富的生产和使用经验，故液压泵选用直轴式轴向柱塞泵。2.4.2方向控制回路方向控制回路主要是控制液压系统油路中液流的通、断或流向。实现方向控制的基本方法有阀控、泵控和执行器控制。该液压机采用方向控制阀来改变液流方向或实施通、断流。该液压机主要包含换向回路和锁紧回路。(1)换向回路液压机在工作过程中，主要实现“空载下行工进回程”这三个过程，回程时需要换向。该液压机为通用性小型液压机，加工次数较

34、多，换向较为频繁，换向精度和平稳性要求较高，故采用电液换向阀。如图2-2，图2-3。 图2-2 图2-3(2)锁紧回路锁紧回路又称为位置保持回路，其功用是使液压缸在不工作时切断其进、出油液通道，确切的保持在要求的位置上，而不会因外力作用而移动。特别是在液压缸垂直安放时，为了防止液压缸停止运动后，在自重作用下突然下滑造成事故，常常在液压系统中设置锁紧回路。图2-4即为一常用的液控单向阀锁紧回路，本液压机选用M型电液换向阀，控制泵组组成的回路来实现锁紧（如图2-5）。 图2-4 图2-5图2-4是利用液压控制单向阀实现双向锁紧的回路，它能在液压缸不工作时使活塞迅速、平稳、准确、可靠且长时间地停止在

35、所需要的位置上。当换向阀处于1位时，压力油经液控单向阀3进入液压缸左腔，同时压力油也进入液控单向阀4的控制油口k，打开阀4，使液压缸右腔的回路油经阀4及换向阀回油箱，活塞向右运动。当换向阀处于中位时，液压泵排出的压力油利用电磁换向阀的中位机能（H）实现卸荷。由于控制压力油的压力卸除，阀3及阀4即关闭，将活塞锁紧图2-5是采用M型中位机能的三位四通换向阀实现锁紧的回路，当阀芯处于中位时，液压缸的进、出口都被封闭，液压缸的活塞可以在行程的任何位置上锁紧。在这种锁紧回路中，由于换向阀的阀芯和阀套之间是靠金属间隙密封的，密封不可靠。由于滑阀的泄露严重，锁紧效果差。所以，这种回路只适用于锁紧时间短且要求

36、不高的工作状况。2.4.3速度控制回路速度控制回路包括调节液压缸运动速度的调速回路以及使工作进给速度改变的速度换接回路。主要控制方式有阀控、泵控、执行器控制等形式。(1)调速回路调速回路是通过事先的调整或工作过程中自动调节来改变执行器的运动速度。通过改变输入液压执行器的流量Q、改变液压缸的有效工作面积A、改变液压马达的排量V三种方法之一均可以达到调速的目的。调速回路有无级调速和有级调速两种。该液压机为通用性，要求速度能根据工况随时调节，故采用无级调速。常用的无极调速回路有节流调速回路、容积调速回路以及容积节流调速回路。其各自特点可看下表2-2和图2-6：表2-2常用调速回路对比回路方式节流调速

37、容积调速容积节流调速工作原理通过改变回路中的流量控制阀的通流截面积的大小来控制流入执行器或流出执行器的流量，以调节速度。通过改变回路中液压泵或马达的输出或输入流量来实现.调速。采用压力补偿变量泵供油，用流量控制阀调节进入或流出液压缸的流量来控制其运动速度。特点结构简单成本低廉工作可靠调速范围大，使用维护方便；能量损失大发热大效率低负载特性差；主要用于小功率和负载变化小的场合。避免了溢流能量损失，效率高，不易发热，；造价高，结构复杂；主要用于大功率场合。没有溢流损失，效率高，速度稳定性好；主要用于执行器调速范围较大的中小功率液压系统。(a)节流调速 (b)容积调速 (c)容积节流调速图2-6调速

38、回路图图2-6（a）所示，定量泵输出的流量不变，节流阀通过改变其通流截面，可以在较大范围内改变液阻，从而改变进入液压缸的流量，调节液压缸的速度。图2-6（b）所示，变量泵的流量可以随时调节，通过改变其流量以此来达到改变液压缸速度的目的。图2-6（c）为一个压力反馈式变量柱塞泵和节流阀构成的容积节流调速回路。当液压缸工进时，速度可由节流阀调定，压力反馈式变量泵的输出流量与液压缸速度相适应。考虑到液压机工作时所需功率大，故采用容积调速方式，本液压机采用泵缸式。(2)速度换接回路 速度换接回路的功用是使液压执行器在一个工作循环中从一种运动速度变换成另一种运动速度。该液压机主要是实现从空载快速下行到慢

39、速工进加压的速度转换。为了自动实现“空程快速下降慢速下降加压保压卸压及回程停止”这一工作循环，采用行程开关、电磁换向阀和液控单向阀来实现顺序动作。由液压系统示意图2-11所示，电磁铁1YA及5YA通电，阀6及阀7换至右位，控制油经阀7（右位）打开液控单向阀14，主缸下腔油经阀14、阀6（右位）及阀15（中位）排回油箱，活动横梁在重力作用下快速下行，当降至一定位置后，触动行程开关，使5YA断电，阀7复位，液控单向阀14关闭，主缸下腔油需要经过顺序阀13排回油箱，活动横梁不再靠重力下降，必须依靠泵输出的压力油对活塞加压，才能使其下降，活动横梁速度减慢。至此完成了主缸的速度转换。2.4.4压力控制回

40、路压力控制回路的作用主要是控制液压系统整体或某部分的压力，以使执行元件获得所需的力或力矩、或保持受力状态的回路。该液压机液压系统图主要包含了限压、调压、卸荷、保压、平衡回路。(1)压力限定回路在压力限定回路中，用安全阀来限定系统的最大工作压力，防止系统过载，对系统和元件起保护作用。当系统正常工作（不过载）时，安全阀处于常闭状态。图2-7是一种限压回路，系统需要的流量由变量泵调节，没有多余的油液溢流，1变量泵 2溢流阀 3液压缸图2-7限压回路因此溢流阀2的阀口常闭。只有当系统过载，超过系统限定的最大工作压力时，溢流阀才开启卸载，以保护液压泵及系统的安全。溢流阀在此系统中实际就起安全保护阀的作用

41、。(2)压力调定回路在压力调定回路中，溢流阀呈常开状态，起溢流和维持回路压力恒定作用。图2-8即为一种调压回路。1定量泵2溢流阀 3节流阀图2-8调压回路系统中需要的流量为,由节流阀3调节，一般，油液在节流阀前受阻，致使液压泵出口管道系统的压力增高，达到溢流阀2的调定压力时，溢流阀开启，有溢流量流过。回路的压力靠溢流阀调定，并在不断的溢流过程中保持回路的压力基本稳定。(3)压力卸荷回路 卸荷回路的功能是在液压泵驱动电机不需要频繁启闭的情况下，使液压泵在零压或很低压力下运行，以减少功率损耗，降低系统发热，延长液压泵和电机的使用寿命。该液压机采用M型电液换向阀的卸荷回路，如图2-9所示：这是一种采

42、用M型电液换向阀卸荷的回路。由图可见，换向阀在中位时，液压缸不工作，油泵排出的油液经换向阀中位在几乎无负载的状态下流回油箱。这种卸荷方式结构简单，液压泵在极低压力下运转，切换时压力冲击也较小，故采用较为广泛。 (1) (2)1定量泵 2单向阀 3,10溢流阀 4M型电液换向阀 5液压缸图2-9卸荷回路(4)保压回路保压回路的功用是使系统在液压缸不动或仅有微小的位移下稳定地维持住压力。最简单的保压回路是使用密封性能较好的液控单向阀的回路。但是阀类元件处的泄露使这种回路的保压时间不能维持很久。常用图2-10所示的一种采用液控换向阀和电接触式压力表的自动补油式保压回路。1定量泵 2溢流阀 3换向阀

43、4液控单向阀 5电接触式压力表图2-10保压回路其工作原理为：当换向阀3接入回路时，液压缸上腔成为压力腔，在压力达到预定上限值时，电接触式压力表5发出信号，使换向阀切换成中位，液压泵卸荷，液压缸由液控单向阀4保压。当液压缸上腔压力下降到预定下限值时，电接触式压力表又发出信号，使换向阀左位接入回路，这时液压泵给液压缸上腔补油，使其压力回升。这种回路保压时间长，压力稳定性高，适用于保压性能较高的高压系统。该液压机就采用这种回路保压。2.4.5液压油源回路 液压油源回路是液压系统中提供一定压力和流量传动介质的动力源回路。按照工作液体循环方式的不同，液压系统回路可分为开式回路和闭式回路。节流调速是通过

44、改变回路中流量控制元件通流截面积的大小来控制流入执行元件或自执行元件流出的流量，以调节其运动速度，所以只能采用开式系统。容积调速是通过改变变量泵或变量马达的排量来调节执行元件的运动速度，既可以采用开式，也可以采用闭式系统。可根据下表2-3选择回路方式：表2-3开式与闭式系统的比较循环方式开始系统闭式系统结构特点和造价结构简单，造价低结构复杂，造价高适应工况一般均能适应，一台泵可向多个执行器供油限于换向平稳、换向速度要求较高的部分容积调速系统，通常一台泵只能向一个执行器供油抗污染能力较差较好，但油液过滤精度要求较高散热较好，但油箱较大较差，需用辅助泵换油冷却管哭损失及效率损失较大，节流调速时效率

45、较低损失较小，容积调速时效率高该液压机结构空间尺寸较大，直轴式轴向柱塞泵自吸能力也比较强，液压机为通用型液压机，结构尽量设计简单通用，所以选用开式系统。2.4.6液压系统的合成根据系统的设计要求和工况图，确定基本回路，将液压系统的主回路和基本控制回路组合起来，就构成了液压系统。如图2-11。1过滤器 2变量泵 3-定量泵 4、5-溢流阀6、15三位四通电液向阀 7二位三通电磁换向阀 8、16单向阀 9压力表 10-卸荷阀(带阻尼孔) 11-充液阀(带卸载阀芯) 12、18液压缸 13、17、19-顺序阀 14液控单向阀 行程开关图2-11液压系统图图2-11即为1500kN通用液压机的液压系统

46、原理图，可实现空程快速下降、慢速下降、工作加压、保压、卸压回程、浮动压边及顶出等动作。(1)启动：油泵电机启动时，全部换向阀的电磁铁处于断电状态，泵输出的油经三位四通电液换向阀6（中位）及阀15（中位）流回油箱，泵空载启动。 (2)活动横梁空载快速下降：电磁铁1YA及5YA通电，阀6及阀7换至右位，控制油经阀7（右位），打开液控单向阀14，主缸下腔油经阀14、阀6（右位）及阀15（中位）排回油箱，动梁在重力作用下快速下降，此时主缸上腔形成负压，上部油箱的低压油经液控单向阀11向主缸上腔充液，同时泵输出的油也经阀6（右位）及单向阀8进入主缸上腔。(3)活动横梁慢速下降及工作加压：活动横梁降至一定

47、位置时，触动行程开关，使5YA断电，阀7复位，液控单向阀14关闭，主缸下腔油需经背压阀13排回油箱，活动横梁不再靠重力作用下降，必须依靠泵输出的压力油对活塞进行加压，才能使活动横梁下降，活动横梁速度减慢。这时主缸上腔压力升高，充液阀11关闭。来自泵2的压力又推动活塞使滑块慢速接近工件，当主缸活塞的滑块抵住工件后，阻力急剧增加，上腔油压进一步提高，变量泵2的排油量自动减小，主缸以极缓慢的速度对工件加压。(4)保压：活动横梁降至一定位置时，触动行程开关，电磁铁1YA断电，阀6回复中位，将主缸上下油腔封闭。同时泵1的流量经阀6，阀15的中位卸荷。单向阀8保证了上腔良好的密封性，主缸上腔保持高压。保压

48、时间由控制系统中的时间继电器调定。(5)卸压回程：保压过程结束，时间继电器发出信号，使电磁铁2YA通电，主缸处于回程状态。但由于液压机的油压高，且主缸的直径大， 行程长，缸内液体在加压过程中受到压缩而储存了相当大的能量。如果此时上腔立即与回油腔相通，缸内液体储蓄的能量突然释放出来，产生液压冲击，造成机器和管路的剧烈震动，发出很大的噪音。为此，保压后必须先泄压后再回程。当电液换向阀6切换至左位后，主缸上腔还未泄压，压力很高，卸荷阀10(带阻尼孔)呈开启状态，主泵2的油经阀6左位、阀10回油箱。这时主泵2在低压下运转，此压力不足以打开液控单向阀11的主阀芯，但能打开阀11中的卸载小阀芯，主缸上腔的

49、高压油经此卸荷小阀芯的开口而卸回油箱，压力逐渐降低。这一过程持续到主缸上腔压力降至较低值时，卸荷阀10关闭，泵2的供油压力升高，推开液控单向阀的主阀芯。此时泵2的压力油经阀6的左位、液控单向阀14进入主缸下腔；而主缸上腔油液经阀11回油至油箱，实现主缸快速回程。(6)顶出缸顶出及退回：电磁铁3YA通电，阀15换至右位，电液换向阀6的中位和电液换向阀15的右位接通，泵2打出的压力油，经过电液换向阀15的右位，进入下缸18的下腔，回油从下缸18的上腔经过电液换向阀15的右位，流入回油箱，下缸上行顶出工件。在工件取出后，触动行程开关，电磁铁4YA通电，电液换向阀15的左位开始工作，压力油进入下缸18的上腔，下缸下腔的回油经过阀的右位流入回油箱，下缸向下运动，恢复原位。表2-4电磁铁动作顺序表油缸动作名称电磁换向阀电动机1YA2YA3YA4YA5YA1D主缸电机启动+快速下行+减速加压+保压+卸压回程+回程停止+顶出缸顶出+退回+停止(8)停止：全部电磁铁处于断电状态，阀6和阀7处于中位，油泵2输出的油经阀6（中位）及阀15（中位）排回油箱，泵卸荷。液控单向阀14将主缸下腔封闭，活动横梁悬空停止不动。阀14在保压时可防止主油缸12上腔的油液倒流，行程开关用于控制上、下缸的极限位置，压力表分别显示上、下油缸和整个系统的压