液压与气动技术(第四版)课件：典型液压系统

典型液压系统6．1组合机床动力滑台液压系统6．2180吨钣金冲床液压系统6．3多轴钻床液压系统6．4塑料注射成型机液压系统

前面几章我们已将液压传动的基本理论、液压元件及基本回路等做了详细的介绍，在此基础上，我们将介绍具体的机床设备液压回路，并分析其工作原理。

通常，在阅读较复杂的液压回路图时，应按如下步骤进行：

(1)了解机械设备对液压系统的动作要求。

(2)逐步浏览整个液压系统，了解液压系统(回路)由哪些元件组成，再以各个执行元件为中心，将系统分成若干个子系统。

(3)对每一执行元件及其相关联的阀件等组成的子系统进行分析，并了解此子系统包含哪些基本回路。然后根据执行元件的动作要求，参照电磁线圈的动作顺序表阅读此子系统。

(4)根据机械设备中各执行元件间互锁、同步和防干扰等要求，分析各子系统之间的关系，并进一步阅读系统是如何实现这些要求的。

(5)在全面读懂整个系统之后，归纳总结整个系统有哪些特点，以加深对液压回路的理解。

6.1.1概述

组合机床是由一些通用和专用零部件组合而成的专用机床，广泛应用于成批大量的生产中。组合机床上的主要通用部件——动力滑台是用来实现进给运动的，只要配以不同用途的主轴头，即可实现钻、扩、铰、镗、铣、刮端面、倒角及攻螺纹等加工。动力滑台有机械滑台和液压滑台之分。液压动力滑台利用液压缸将泵站所提供的液压能转变成滑台运动所需的机械能。它对液压系统性能的主要要求是速度换接平稳，进给速度稳定，功率利用合理，效率高，发热少。6.1组合机床动力滑台液压系统

现以YT4543型液压动力滑台为例分析组合机床动力滑台液压系统的工作原理和特点，该动力滑台要求进给速度范围为6.6～600mm/min，最大进给力为4.5×104N。图6－1所示为YT4543型动力滑台的液压系统原理图。该系统用限压式变量泵供油、电液换向阀换向、液压缸差动连接来实现快进；用行程阀实现快进与工进的转换，用二位二通电磁换向阀进行两个工进速度之间的转换；为了保证进给的尺寸精度，用止挡块来限位。通常实现的工作循环为快进→第一次工作进给→第二次工作进给→止挡块停留→快退→原位停止。

图6－1YT4543型动力滑台液压系统原理图6.1.2YT4543型动力滑台液压系统的工作原理

1．快进

如图6－1所示，按下启动按钮，电磁铁1YA得电，电液换向阀6的先导阀阀芯向右移动，从而引起主阀芯向右移，使其左位接入系统，形成差动连接。其主油路如下：

进油路：泵1→单向阀2→换向阀6左位→行程阀11下位→液压缸左腔

回油路：液压缸的右腔→换向阀6左位→单向阀5→行程阀11下位→液压缸左腔

2．第一次工作进给

当滑台快速运动到预定位置时，滑台上的行程挡块压下了行程阀11的阀芯，切断了该通道，压力油须经调速阀7进入液压缸的左腔。由于油液流经调速阀，因此系统压力上升，打开液控顺序阀4，此时，单向阀5的上部压力大于下部压力，所以单向阀5关闭，切断了液压缸的差动回路，回油经液控顺序阀4和背压阀3流回油箱，从而使滑台转换为第一次工作进给，其主油路如下：

进油路：泵1→单向阀2→换向阀6左位→调速阀7→换向阀12右位→液压缸左腔

回油路：液压缸右腔→换向阀6左位→顺序阀4→背压阀3→油箱

因为工作进给时，系统压力升高，所以变量泵1的输油量便自动减小，以适应工作进给的需要。其中，进给量大小由调速阀7调节。

3．第二次工作进给

第一次工进结束后，行程挡块压下行程开关，使3YA通电，二位二通换向阀将通路切断，进油必须经调速阀7和调速阀8才能进入液压缸。此时，由于调速阀8的开口量小于调速阀7的，所以进给速度再次降低，其他油路情况同一工进。

4．止挡块停留

当滑台工作进给完毕之后，碰上止挡块的滑台不再前进，停留在止挡块处，同时，系统压力升高，当升高到压力继电器9的调整值时，压力继电器动作，经过时间继电器的延时，再发出信号使滑台返回，滑台的停留时间可由时间继电器在一定范围内调整。

5．快退

时间继电器经延时发出信号，2YA通电，1YA、3YA断电，其主油路如下：

进油路：泵1→单向阀2→换向阀6右位→液压缸右腔

回油路：液压缸左腔→单向阀10→换向阀6右位→油箱

6．原位停止

当滑台退回到原位时，行程挡块压下行程开关，发出信号，使2YA断电，换向阀6处于中位，液压缸失去液压动力源，滑台停止运动。液压泵输出的油液经换向阀6直接回到油箱，泵卸荷。该系统的各电磁铁及行程阀动作顺序如表6－1所示。表6－1电磁铁和行程阀动作顺序表6．1．3YT4543型动力滑台液压系统的特点

YT4543型动力滑台液压系统具有如下特点：

(1)系统采用了限压式变量叶片泵——调速阀(背压阀式)的调速回路，能保证稳定的低速运动(进给速度最小可达6.6mm/min)，较好的速度刚性和较大的调速范围。

(2)系统采用了限压式变量泵和差动连接式液压缸来实现快进，能源利用比较合理。当滑台停止运动时，换向阀使液压泵在低压下卸荷，减少了能量损耗。

(3)系统采用了行程阀和顺序阀实现快进与工进的换接，不仅简化了电气回路，而且使动作可靠，换接精度亦比电气控制高。至于两个工进之间的换接，由于两者速度都比较低，因此采用电磁阀完全能保证换接精度。6.2.1概述

钣金冲床能改变上、下模的形状，即可进行压形、剪断、冲穿等工作。图6－2所示为180吨钣金冲床液压系统回路，图

6－3所示为其控制动作顺序图。动作情形为压缸快速下降→压缸慢速下降(加压成型)→压缸暂停(降压)→压缸快速上升。6.2180吨钣金冲床液压系统

图6－2180吨钣金冲床液压系统回路

图6－3动作顺序图6.2.2180吨钣金冲床液压系统的工作原理

1．压缸快速下降

按下启动按钮，Y1、Y3通电，进油路线为泵4、泵5→电磁阀19左位→液控单向阀28→压缸上腔；回油路线为压缸下腔→顺序阀23→单向阀14→压缸上腔。压缸快速下降时，进油管路压力低，未达到顺序阀22所设定的压力，故压缸下腔压力油再回压缸上腔，形成一差动回路。

2．压缸慢速下降

当压缸上模碰到工件进行加压成型时，进油管路压力升高，使顺序阀22打开，进油路线为泵4→电磁阀19左位→液控单向阀28→压缸上腔；回油路线为压缸下腔→顺序阀22→电磁阀19左位→油箱。此时，回油为一般油路，卸荷阀10被打开，泵5的压油以低压状态流回油箱，送到压缸上腔的油仅由泵4供给，故压缸速度减慢。

3．压缸暂停(降压)

当上模加压成型时，进油管路压力达到20MPa，压力开关26动作，Y1、Y3断电，电磁阀19、电磁阀11恢复正常位置。此时，压缸上腔压油经节流阀21、电磁阀19中位流回油箱，如此，可使压缸上腔压油压力下降，防止了压缸在上升时上腔油压由高压变成低压而发生的冲击、振动等现象。

4．压缸快速上升

当降压完成时(通常为0.5～7s，视阀的容量而定)，Y2通电，进油路线如下：

泵4、泵5→电磁阀19右位→顺序阀22→压缸下腔

回油路线为：

压缸上腔→→液控单向阀20→→液控单向阀28→电磁阀19右位→→油箱

因泵4、泵5的液压油一齐送往压缸下腔，故压缸快速上升。6．2．3180吨钣金冲床液压回路图的特点

180吨钣金冲床液压系统包含差动回路、平衡回路(或顺序回路)、降压回路、二段压力控制回路、高压和低压泵回路等基本回路。该系统有以下几个特点：

(1)当压缸快速下降时，下腔回油由顺序阀23建立背压，以防止压缸自重产生失速等现象。同时，系统又采用差动回路，泵流量可以比较少，亦为一节约能源的回路。

(2)当压缸慢速下降做加压成型时，顺序阀22由于外部引压被打开，压缸下腔压油几乎毫无阻力地流回油箱。因此，在加压成型时，上型模重量可完全加在工件上。

(3)在上升之前作短暂时间的降压，可防止压缸上升时产生振动、冲击现象，100吨以上的冲床尤其需要降压。

(4)当压缸上升时，有大量压油要流回油箱。回油时，一部分压油经液控单向阀20流回油箱，剩余压油经电磁阀19中位流回油箱。电磁阀19可选用额定流量较小的阀件。

(5)当压缸下降时，系统压力由溢流阀9控制；上升时，系统压力由遥控溢流阀12控制。这样可使系统产生的热量减少，防止了油温上升。

图6－4所示为一多轴钻床液压传动系统图，图6－5所示为其控制动作顺序图。三个液压缸的动作顺序为夹紧液压缸下降→分度液压缸前进→分度液压缸后退→进给液压缸快速下降→进给液压缸慢速钻削→进给液压缸上升→夹紧液压缸上升→暂停一段时间，如此就完成了一个工作循环。6.3多轴钻床液压系统

1．动作分析

参见图6－4、图6－5对多轴钻床液压系统油路进行分析。

1)夹紧缸下降

按下启动按钮，Y3通电，控制油路的进油路线为泵3→单向阀6→减压阀11→电磁阀13左位→夹紧缸上腔(无杆腔)；回油路线为夹紧缸下腔→电磁阀13左位→油箱。进回油路无任何节流设施，且夹紧缸下降所需工作压力低，故泵以大流量送入夹紧缸，夹紧缸快速下降。夹紧缸夹住工件时，其夹紧力由减压阀11来调定。

2)分度缸前进

夹紧液压缸将工件夹紧时并触发一行程开关使Y5通电，进油路线为泵3→单向阀6→减压阀11→电磁阀14左位→分度缸右腔；回油路线为分度缸左腔→电磁阀14左位→油箱。因无任何节流设施，且分度液压缸前进时所需工作压力低，故泵以大流量送入液压缸，分度缸快速前进。

图6－4多轴钻床液压传动系统(a)系统图；(b)泵的性能曲线

图6－5多轴钻床控制动作顺序图

3)分度缸后退

分度缸前进碰到行程开关使Y6通电，分度缸快速后退，进油路线为泵3→单向阀6→减压阀11→电磁阀14右位→分度缸左腔；回油路线为分度缸右腔→电磁阀14右位→油箱。

4)钻头进给缸快速下降

分度缸后退碰到行程开关使Y2通电，进油路线为泵3→单向阀6→电磁阀12右位→进给液压缸上腔；回油路线为进给液压缸下腔→凸轮操作调速阀17右位(行程减速阀)→液控单向阀16→平衡阀15→电磁阀12右位→油箱。在凸轮板未压到滚子时，回油没被节流(回油经由凸轮操作调速阀的减速阀)，且尚未钻削，故泵工作压力p＝2MPa；泵流量Q＝17L/min，进给缸快速下降。

5)钻头进给缸慢速下降(钻削进给)

当凸轮板压到滚子时，回油只能由调速阀流出，回油被节流，进给缸慢速钻削。进油路线同钻头进给缸快速下降时的；回油路线为进给缸下腔→调速阀17→液控单向阀16→平衡阀15→电磁阀12右位→油箱。因液压缸出口液压油被节流，且钻削阻力增大，故泵工作压力增大(p＝4.8MPa)，泵流量下降(Q＝1.5L/min)，所以进给液压缸慢速下降。

6)进给缸上升

当钻削完成碰到行程开关，使Y1通电时，进油路线为泵3→单向阀6→电磁阀12左位→平衡阀15(走单向阀)→液控单向阀16→凸轮操作调速阀17(走单向阀)→进给缸下腔；回油路线为进油液压缸上腔→电磁阀12左位→油箱。进给缸后退时，因进油、回油路均没被节流，泵工作压力低，泵以大流量送入液压缸，故进给缸快速上升。

7)夹紧缸上升

进给缸上升碰到行程开关，使Y4通电时，进油路线为泵3→单向阀6→减压阀11→单向阀7→电磁阀13右位→夹紧缸下腔；回油路线为夹紧缸上腔→电磁阀13右位→油箱。因进、回油路均没有节流设施，且上升时所需工作压力低，泵以大流量送入液压缸，故夹紧缸快速上升。

2．系统组成及特点

如以该系统中的液`压缸为中心，可将液压回路分成三个子系统：

(1)钻头进给液压缸子系统。此子系统由液压缸18、凸轮操作调速阀17、液控单向阀16、平衡阀15及电磁阀12所组成。此子系统包含速度切换(二级速度)回路、锁定回路、平衡回路及换向回路等基本回路。

(2)夹紧缸子系统。此子系统由液压缸19及电磁阀13组成。

(3)分度缸子系统。此子系统由分度缸20及电磁阀14所组成。

夹紧缸子系统和分度缸子系统均只有一个基本回路——换向回路。

多轴钻床液压系统有以下几个特点：

(1)钻头进给液压缸的速度控制凸轮操作调速阀17，故速度的变换稳定，不易产生冲击，控制位置正确，可使钻头尽量接近工件。

(2)平衡阀15可使进给液压缸上升到尽头时产生锁定作用，防止进给液压缸由于自重而产生不必要的下降现象。此平衡阀所建立的回油背压阻力亦可防止液压缸下降现象的产生。

(3)液控单向阀16可使进给液压缸上升到尽头时产生锁定作用，防止进给液压缸由于自重而产生不必要的下降现象。

(4)减压阀11可设定夹紧缸和分度缸的最大工作压力。

(5)单向阀7在防止分度缸前进或进给缸下降作用时，由于夹紧缸上腔的压油流失而使夹紧压力下降。

(6)该液压系统采用变排量式(压力补偿型)泵当动力源，可节省能源。此系统亦可用定量式泵当动力源，但在慢速钻削阶段，轴向力大，且大部分压油经溢流阀流回油箱，能量损失大，易造成油温上升。此系统可采用复合泵以达到节约能源、防止油温上升的目的，但设备较复杂，且费用较高。6．4．1概述

塑料注射成型机简称注塑机。它将颗粒状的塑料加热熔化到流动状，再将其用注射装置快速、高压注入模腔，保压一定时间，冷却后成型为塑料制品。

注塑机的工作循环为

合模→注射→保压→预塑→开模→顶出制品→顶出缸后退→合模

冷却定型6.4塑料注射成型机液压系统

以上动作分别由合模缸、预塑液压马达、注射缸和顶出缸完成，另外，注射座通过液压缸可前后移动。

注塑机液压系统要求有足够的合模力，可调节的合模、开模速度，可调节的注射压力和注射速度，可调节的保压压力，系统还应设有安全联锁装置。6.4.2SZ－250A型注塑机液压系统工作原理

SZ－250A型注塑机属中小型注塑机，每次最大注射容量为250cm3。图6－6为其液压系统图。

各执行元件的动作循环主要依靠行程开关切换电磁换向阀来实现，各液压缸及电磁铁通、断电动作顺序如图6－7所示。

图6－6SZ－250A型注塑机液压系统图

图6－7注塑机液压系统电气控制顺序动作分析图(a)动作顺序图；(b)开关信号图；(c)开关动作图；(d)电磁阀线圈通、断电图在图6－7中，a0、a1、a2、a3为合模缸的行程开关；b0、b1为注射座的行程开关；c0、c1、c2为注射缸的行程开关；d0、d1为顶出缸的行程开关；t1为控制慢速注射的时间，t2为控制合模保压的时间；p为压力开关，合模缸到达高压值时该压力开关动作。

1．关安全门

为保证操作安全，注塑机都装有安全门。关闭安全门后，行程阀6恢复常位，合模缸才能动作，系统开始整个动作循环。

2．合模

动模板慢速启动、快速前移，当接近定模板时，液压系统转为低压、慢速控制。在确认模具内没有异物存在，系统转为高压，使模具闭合。这里采用了液压－机械式合模机构，合模缸通过对称五连杆结构推动模板进行开模和合模，连杆机构具有增力和自锁作用。

(1)慢速合模(2Y、3Y1通电)：大流量泵1通过电磁溢流阀3卸荷，小流量泵2的压力由4调定，泵2的压力油经电液换向阀5右位进入合模缸左腔，推动活塞以带动连杆慢速合模，合模缸右腔油液经阀5和冷却器回油箱。

(2)快速合模(1Y、2Y、3Y1通电)：慢速合模转快速合模时，由行程开关发令使1Y得电，泵1不再卸荷，其压力油经单向阀22与泵2的供油汇合，同时向合模缸供油，实现快速合模，最高压力由阀3限定。

(3)低压合模(2Y、3Y1、9Y1通电)：泵1卸荷，泵2的压力由远程调压阀18控制。因阀18所调压力较低，合模缸推力较小，故即使两个模板间有硬质异物，也不致损坏模具表面。

(4)高压合模(2Y、3Y1通电)：泵1卸荷，泵2供油，系统压力由高压溢流阀4控制，高压合模，并使连杆产生弹性变形，牢固地锁紧模具。

3．注射座前移(2Y、5Y1通电)

在注塑机上安装、调试好模具后，注塑喷枪要顶住模具注塑口，故注射座要前移。泵2的压力油经电磁换向阀9右位进入注射座移动缸右腔，注射座前移使喷嘴与模具接触，注射座移动缸左腔油液经阀9回油箱。

4．注射

注射是指注射螺杆以一定的压力和速度将料筒前端的熔料经喷嘴注入模腔，分慢速注射和快速注射两种。

(1)慢速注射(2Y、5Y1、7Y1、8Y通电)：泵2的压力油经电液换向阀15左位和单向节流阀14进入注射缸右腔，左腔油液经电液换向阀11中位回油箱，注射缸活塞带动注射螺杆慢速注射，注射速度由单向节流阀14调节，远程调压阀20起定压作用。

(2)快速注射(1Y、2Y、5Y1、6Y0、7Y1、8Y通电)：泵1和泵2的压力油经电液换向阀11右位进入注射缸右腔，左腔油液经阀11回油箱。由于两个泵同时供油，且不经过单向节流阀14，因此注射速度加快了。此时，远程调压阀20起安全作用。

5．保压(2Y、5Y1、7Y1、9Y0通电)

由于注射缸对模腔内的熔料实行保压并补塑，因此只需少量油液，所以泵1卸荷，泵2单独供油，多余的油液经溢流阀4回油箱，保压压力由远程调压阀19调节。

6．预塑(1Y、2Y、5Y1、7Y0通电)

保压完毕(时间控制)，从料斗加入的熔料随着螺杆的转动被带至料筒前端，进行加热塑化，并建立一定压力。当螺杆头部熔料压力到达能克服注射缸活塞退回的阻力时，螺杆开始后退。后退到预定位置，即螺杆头部熔料达到所需注射量时，螺杆停止转动和后退，准备下一次注射。与此同时，在模腔内的制品冷却成形。

螺杆转动由预塑液压马达通过齿轮机构驱动。泵1和泵2的压力油经电液换向阀15右位、旁通型调速阀13和单向阀12进入马达，马达的转速由旁通型调速阀13控制，溢流阀4为安全阀。当螺杆头部熔料压力迫使注射缸后退时，注射缸右腔油液经单向节流阀14、电液换向阀15右位和背压阀16回油箱，其背压力由阀16控制。同时，注射缸左腔产生局部真空，油箱的油液在大气压作用下经阀11中位进入其内。

7．防流涎(2Y、5Y1、6Y1通电)

当采用直通开敞式喷嘴时，预塑加料结束，要使螺杆后退一小段距离以减小料筒前端压力，防止喷嘴端部熔料流出。泵1卸荷，泵2压力油一方面经阀9右位进入注射座移动缸右腔，使喷嘴与模具保持接触，另一方面经阀11左位进入注射缸左腔，使螺杆强制后退。同时，注射座移动缸左腔和注射缸右腔的油液分别经阀9和阀11回油箱。

8．注射座后退(2Y、5Y1通电)

在安装调试模具或模具注塑口堵塞需清理时，注射座要离开注塑机的定模座而后退。泵1卸荷，泵2压力油经阀9左位使注射座后退。

9．开模

开模速度一般为慢→快→慢，由行程控制。

(1)慢速开模(2Y、3Y0通电)