《液压与气动技术》课件 项目二 汽车起重机液压系统传动分析及其故障诊断与排除

液压与气动技术任务引入组合机床简介

组合机床是广泛应用于汽车、内燃机、电动机、阀门等大批量成产行业的高效专用机床。可以实现多刀、多面、多工位同时加工。任务引入动力滑台机械滑台液压滑台液压动力滑台是组合机床用以实现进给运动的通用部件，配置动力头和主轴箱后可以对工件完成钻、扩、铰、铣、刮端面及攻螺纹等工序。液压动力滑台的工作是如何完成的呢？它由哪些液压基本回路组成？如何安装调试这些液压基本回路呢？这些都是本模块我们要学习的主要内容。任务分析任务分析设备想要实现自动控制的工作循环是如何实现的呢？组合机床动力滑台的工作控制回路有哪些呢？

YT4543型组合机床液压动力滑台可以实现多种不同的工作循环，其中一种比较典型的工作循环是：快进→一工进→二工进→挡铁停留→快退→停止。任务1点控换向回路设计与装调1点控自锁回路电磁换向阀电动换向阀又称电磁换向阀，它是利用电磁铁通电吸合时产生的力来操纵滑阀阀芯移动的。由于它可以借助于按钮开关，行程开关，限位开关，压力继电器等发出的电信号进行控制，故操纵方便，自动化程度高，在换向阀中应用最为广泛。电磁换向阀特点组成：换向滑阀＋电磁铁特点：电磁铁动作灵敏，适宜远控和自控；但电磁铁吸力有限，不适宜高压大流量系统。电磁铁类型：干式和湿式，交流和直流干式、直流湿式、交流电磁换向阀工作原理二位三通电磁换向阀（交流、干式）工作原理：利用电磁铁吸力推动阀芯移动，从而改变油口通断关系。1-电磁铁2-推杆3-阀芯4-弹簧三位四通电磁换向阀三位四通电磁换向阀（直流、湿式）职能符号1-电磁铁2-推杆3-阀芯4-弹簧电磁换向阀电磁铁得电，换向阀左位工作，左腔进油，右腔回油，活塞杆伸出电磁铁失电，换向阀右位工作，右腔进油，左腔回油，活塞杆退回

动力滑台是靠液压缸的活塞杆不停的伸出和缩回带动完成工作的，与起重机不同的是，它是电控，那么它应该使用什么类型的换向阀？换向阀的配套电路是如何工作的呢？电磁换向阀如何实现电磁铁通断电呢？他和我们常见的电灯控制一样吗？大家分组讨论常用按钮晚自习时突然停电，同学们离开教室时忘记关灯，第二天到教室后，发现灯可能亮了一夜，感觉浪费了很多电。常用按钮如果不是电灯，是我们的液压设备，突然断电后又恢复供电，设备自行启动，带来的后果就不是浪费点电的问题了，可能会造成巨大的安全事故和财产损失。常用按钮

为了安全起见，我们的前辈们发明了两种按钮，自锁式按钮和自复位按钮。电灯使用的是自锁式按钮，而设备的启动按钮一般使用自复位式按钮。自复位式按钮自锁位式按钮常用按钮想要设备通电工作，需要派个人一直用手按着自复位式按钮吗？显然，答案是否定的。为了锁住电路的通电状态，这就需要用到自锁回路。自锁回路会用到一个电气元件-电磁继电器。电磁继电器继电器的英语relay就是传递，接力的意思，实际上一个继电器相当于一个开关，不同的是，开关是用外力来控制电路的通断的，而继电器是用电来控制电路的通断的。自锁回路自锁是指电磁继电器通过自身的常开辅助触头使线圈总是处于得电状态的现象叫做自锁。这个常开辅助触头就叫做自锁触头。在接触器线圈得电后，利用自身的常开辅助触点保持回路的接通状态，一般对象是对自身回路的控制。如把常开辅助触点与启动按钮并联，当启动按钮按下，电磁继电器动作，辅助触点闭合，进行状态保持，此时再松开启动按钮，电磁继电器也不会失电断开。任务实施总结：一般来说，在启动按钮和辅助触点并联之外，还要在串联一个按钮，起停止作用。点动开关中作启动用的选择常开触点，做停止用的选常闭触点。点控自锁回路2点控互锁回路任务实施因动力滑台大多采用三位四通电磁换向阀来控制各动作，三位四通换向阀有两块电磁铁，自锁回路满足不了工作要求，需要进行互锁回路设计。点控互锁回路液压与气动技术现在好多液压设备都实现了自动化，活塞杆自动伸出缩回，按一定规律循环往复，动力滑台的工作完成后，也需要自动返回。大家想不想知道自动控制是如何实现的呢？用到的是哪种控制回路呢？任务引入任务分析组合机床动力滑台想要实现自动控制，要利用自控换向回路实现。自动控制离不开传感器，如位置传感器、压力传感器等，它相当于设备的眼睛。今天我们学习使用行程开关，它是一种位置传感器。任务2自控换向回路设计与装调1自控自锁回路行程开关行程开关又称限位开关，是位置开关的一种。它是利用机械运动部件的碰撞使其触头动作，来实现接通或断开某一控制电路，从而达到自动控制目的的触点开关。行程开关按其结构可分为直动式、滚轮式、微动式。行程开关工作原理当被控机械上的撞块撞击带有滚轮1的撞杆2时，撞杆2转向左边，带动凸轮10转动，顶下横板8，使微动开关中的触点a迅速动作，触点a与b吸合，与触点c断开；当运动机械返回时，在复位弹簧的作用下，各部分动作部件复位，触点a与c吸合，与触点b断开。1-滚轮

2-撞杆

3、5、11-弹簧

4-套架

6、9-压板

7-触点

8-横板10-滑轮行程开关应用通常，这类开关被用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、运动等。生产线上有很多这样的行程开关，用它控制工件运动停止或自动加工等工作过程；有时也利用行程开关，使被控物体在规定的两个位置之间自动换向，从而得到不断的往复运动。职能符号行程开关工作原理如何用行程开关实现电磁铁自动通断电呢？行程开关应放到什么位置呢？行程开关应该选常开还是常闭呢？大家分组讨论讨论结果：行程开关要放到液压缸活塞杆附近，当活塞杆运动时碰到行程开关，从而达到自动控制电磁铁通断电。仿真设计思路K1K2AD1当活塞杆退回时，撞到行程开关K1（常开），使AD1得电，活塞杆伸出当活塞杆伸出时，撞到行程开关K2（常闭），使AD1断电，活塞杆退回任务实施画出液压原理图和自控自锁回路。运用软件进行自控自锁回路模拟仿真设计

（1）在电路图对号处填上相应开关，并为画√处元件正确命名。自控自锁回路任务实施画出液压原理图和自控自锁回路。自控自锁回路任务实施画出液压原理图和自控自锁回路。自控自锁回路2自控互锁回路任务实施自控互锁回路画出液压原理图和自控互锁回路。运用软件进行自控互锁回路模拟仿真设计（1）在电路图对号处填上相应开关，并为画√处元件正确命名。任务实施自控互锁回路画出液压原理图和自控互锁回路。运用软件进行自控互锁回路模拟仿真设计（1）在电路图对号处填上相应开关，并为画√处元件正确命名。液压与气动技术车间中，组合机床想要高效工作，实现不同形式的加工动作，动力滑台各工序的工作循环必须合理且高效，如何提高动力滑台在运行过程中的工作效率？任务引入如非加工环节提高运动速度，缩短机械空程运动时间，可提高系统的工作效率和能源利用率。动力滑台的工作循环中有个快进环节，常有的方法是差动连接。任务分析任务3速度控制回路与装调1快速运动回路二位四通液动换向阀工作原理：利用控制油路的压力油，推动阀芯移动来实现换向。构造：阀体左端有控制油口。原理：液压力控制阀芯动作，弹簧复位。三位四通液动换向阀职能符号构造：阀体有控制油口K1和K2。原理：液压力控制阀芯动作，弹簧对中。特点：液压驱动力大，适宜高压大流量系统；常与其他换向阀组成组合阀。电液换向阀作用：利用控制油路的压力油，推动阀芯移动来实现换向。构造：电磁阀作先导阀，液动阀作主阀，先导阀与主阀叠加。电磁铁电磁铁电磁阀阀芯单向阀节流阀液动阀阀芯电磁阀液动阀电液换向阀思考：节流阀的作用？先导阀采用Y型中位？电液换向阀的工作特点？原理：电磁铁控制先导阀芯动作液体控制主阀芯动作节流阀控制主阀阀芯移动速度电液换向阀节流阀作用：控制主阀控制腔的液压油流回油箱的速度，进而控制主阀换向的速度，来减小换向引起的液压冲击。先导阀采用Ｙ型中位：主阀芯两端控制腔的液压油，能经过先导阀中位流回油箱，当先导阀换为中位时，主阀也能换为中位。应用特点：电液换向阀实行电液联合控制，动作灵敏，既能实现换向缓冲，又能用较小的电磁力控制大流量的液压油适应高压大流量系统。任务实施运用软件进行差动连接快速运动回路模拟仿真设计。2节流调速回路机械装置在工作过程中需要进行速度控制。在工件加工过程中,不同的工艺要求动力滑台产生不同的进给速度，想要完成不同工序的加工，动力滑台的速度需要精确控制，同学们思考一下用什么元件控制呢？和泵如何配合，最合理呢？

液压系统中执行元件运动速度的大小，由输入执行元件的油液流量的大小来确定。常用的流量控制阀有普通节流阀和调速阀等。如果想提高系统效率，最好采用容积节流调速。那就需要学习另一种泵，叶片泵。任务引入节流阀功用：调节流量，控制速度。结构：由阀体、阀芯、弹簧、流量调节手轮、推杆等零件组成。阀体上有进、出油口；阀芯为圆柱形带轴向三角槽；弹簧使阀芯抵靠在推杆上；调节手轮可改变流量大小。工作原理：改变节流孔的通流面积。职能符号仿真设计运用软件进行节流调速回路模拟仿真设计任务分析节流阀调速时，因受负载的影响速度的平稳性比较差，组合机床动力滑台等液压系统工作时要求速度平稳不受负载变化的影响，所以无法使用节流阀调速，需要使用另外一种流量控制元件调速阀。调速阀工作原理：定差减压阀和节流阀串联而成，负载的变化不会引起节流阀压差的变化，也就不会引起节流阀流量的变化，所以通过调速阀的流量，只会受到节流口面积大小的影响。限压式变量叶片泵限压式变量叶片泵这种泵的工作原理大致可以分为以下4种情况来分析。(一)当泵刚刚开始工作，而泵的出口压力尚未建立起来时，或者当外部载荷较小而系统的油压很低，活塞4上的作用力还不足以克服调压弹簧9的作用力时，定子2在调压弹簧9的作用下处于最右边的位置，即泵处于最大偏心和最大输出流量的状态。(二)当泵的出口压力达到工作压力p时，在系统压力作用下，活塞4克服了调压弹簧9的作用力向左推动定子套，使定子2在活塞4和调压弹簧9的共同作用下处于某一个相对平衡的工作位置，定子的偏心距及输出流量都处于一个相对平衡的状态。(三)当外部载荷有变化时，引起的系统压力变化会导致泵的供油量做相应的变化调整：当外载增大引起系统压力升高时，定子2会在活塞4的作用下向左移动，导致了偏心距减小，流量减小，液压执行元件的移动速度会相应的减慢；当外载减小时，会引起定子向右移动，偏心距增大，流量增大，执行元件移动速度将相应加快。(四)当泵的出口压力由于系统的超载或过载而超过调压弹簧9和调压螺钉10所调定的最高限定压力pB时，调压弹簧9将处于最大压缩状态，活塞4将定子2压到最左位置，此时的定子偏心距为零(或接近于零)，泵将停止向外供油，从而防止了出口压力的继续升高，起到了安全保护的作用。由于这种泵的最高输出压力可以通过调压弹簧9和调压螺钉10来加以控制，所以称为限压式泵。又因为这种泵的反馈控制是作用到定子套的外部，所以也称为外反馈式限压泵。仿真设计运用软件进行容积节流调速回路模拟仿真设计3速度换接回路任务描述因动力滑台的在工作时一般有两种工进速度，工作速度对加工质量影响较大，速度的切换和调整较为重要，那么速度的切换是如何实现的呢？大多采用性能较好的调速阀进行调速。不同速度之间如何进行切换？任务实施运用软件进行调速阀串联速度换接回路模拟仿真设计。机动换向阀（行程阀）原理：挡块操纵，弹簧复位，一般只有二位。特点：用于行程控制的场合（又叫行程阀）。职能符号PA快进一工进机动换向阀（行程阀）二位二通阀经常用来控制油路的通与断，二位三通阀经常用来控制执行元件的动作顺序，或切换执行元件的运动速度。机动换向阀（行程阀）运用软件进行行程阀速度换接回路模拟仿真设计1）在油路图对号处填上相应元件，补充完行程换向阀S1，并用软件画出配套电路，使活塞杆伸出时，速度先快（快进）后慢（一工进），然后再变慢（二工进）。液压与气动技术组合机床动力滑台液压系统的最高工作压力是如何控制的呢？任务引入系统的最高工作压力一但大于系统中零件的额定压力，零件就存在破损的可能性。任务分析溢流阀溢流阀与泵并联任务分析如图所示，为组合机床动力滑台液压系统原理图，泵2为变量泵。3.溢流阀6是干什么用的呢？2.变量泵2的最高工作压力是如何控制的？1.溢流阀6和泵2是并联吗？任务4压力控制回路设计与装调1流量卸荷回路双作用叶片泵双作用叶片泵1.双作用叶片泵定子和转子是同心安装，位置不可调，泵的排量不可调，所以双作用叶片泵是定量泵。2.双作用叶片泵有两个吸油区，两个压油区。而且两个吸油区和两个压油区关于中心对称，传动轴受到的径向力是平衡力，所以双作用叶片泵也称为平衡式或卸荷式叶片泵。可以作为高压泵使用，为高压系统提供压力油。3.为了使径向力完全平衡，密封空间数即叶片数应当是双数，且当叶片数为4的倍数时脉动率较小。为此，双作用叶片泵的叶片数一般取8、12或16。4.双作用叶片泵叶片槽一般是前倾布置的，主要是因为双作用叶片泵定子内表面对叶片的作用力，与叶片所受到的离心力的合力，刚好是向前倾的一个方向，所以将叶片相对转子旋转方向向前倾斜角度θ安装，有利于叶片甩出。常取θ＝１５°单作用叶片泵单作用叶片泵1.转子位置不动，调整定子的位置，可以调整偏心距e的大小。偏心距e越大，泵的排量越大，反之，偏心距e越小，泵的排量越小，所以单作用叶片泵是变量泵。2.单作用叶片泵只有一个吸油区，一个压油区。因吸油区油的压力低于压油区油的压力，所以传动轴受到的径向力不平衡，故又称为非平衡式叶片泵，压油区压力越高，不平衡力越大，其轴承负载越大，传动轴越容易发生弯曲变形。为了减小不平衡力，单作用叶片泵压油区的最高工作压力受到限制，一般不允许超过7Mpa。所以单作用叶片泵是一种中低压液压泵，主要作为中低压液压系统的液压源。3.单作用叶片泵定子内表面对叶片的作用力，与叶片所受到的离心力的合力，是指向后倾的方向，所以单作用叶片泵叶片槽一般是后倾布置的，叶片后倾，更有利于叶片的甩出。单作用叶片泵子母叶片结构

双叶片结构

限压式变量叶片泵限压式变量叶片泵结论2.当压力达到一定值时，泵输出的流量为零，实现流量卸荷，压力也就不会继续升高。1.系统使用的为限压式变量叶片泵。2压力传感器控制的自动往返回路动力滑台的工作完成后，需要自动返回，如何实现呢？会用到压力控制元件压力继电器。任务引入压力继电器压力继电器又叫油电开关，是一种将油液压力信号转换为电信号的液-电信号转换元件。压力继电器有柱塞式、膜片式、弹簧管等结构形式。单柱塞式压力继电器压力油经控制油口作用在柱塞下端面上。当液压力大于弹簧力时，柱塞上移，顶杆端部触动微动开关，从而发出电信号。当液压力小于弹簧力时，柱塞、顶杆、微动开关等依次复位，电信号切断。适用场合：高压大流量系统。单柱塞式压力继电器微动开关调节螺钉顶杆柱塞结构职能符号任务实施运用软件进行自动返回回路模拟仿真设计1）在速度控制回路的基础上添加压力继电器，并补充电路图，使活塞杆伸出后自动返回。2）调定压力继电器的压力时，需要注意哪些问题？液压与气动技术任务引入

动力滑台是组合机床上实现进给运动的通用部件，配上动力头和主轴箱后可以对工件完成各种孔加工、端面加工等工序。液压动力滑台用液压缸驱动，它在电气和机械装置的配合下可以实现一定的工作循环。

动力滑台液压系统是以速度调节变换为主的液压系统。在液压系统中的速度调节，是指系统能在规定的调速范围内调节执行元件的工作速度，以满足各工序进给速度的要求，如节流调速、容积调速和容积节流调速。速度变换是指在一个工作循环中，执行元件需要实现从一种速度换接到另一种速度。任务分析

液压动力滑台是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。1--床身2--动力滑台3--动力头4--主轴箱5--刀具6--工件7--夹具8--工作台9--底座任务分析

YT4543型组合机床液压动力滑台可以实现多种不同的工作循环，其中一种比较典型的工作循环是：快进→一工进→二工进→死挡块停留→快退→停止。1快进任务分析1）写出快进时液压油的传动路线。差动连接：2一工进任务分析2）写出一工进时液压油的传动路线。进油路：回油路：3二工进任务分析3）写出二工进时液压油的传动路线。进油路：回油路：4止挡块停留任务分析4）写出止挡块停留时液压油的传动路线。进油路：回油路：5快退任务分析4）写出快退时液压油的传动路线。进油路：回油路：6停止任务分析4）写出停止时液压油的传动路线。进油路：回油路：作业表

液压系统的电磁铁和行程阀的动作表

1YA2YA

3YA

行程阀快进

一工进

二工进

死挡铁停留

快退

原位停止

小结系统包含的基本回路：（1）调速回路：采用了由限压式变量泵和调速阀的容积节流调速回路，调速阀放在进油路上，回油经过背压阀；（2）快速运动回路：采用限压式变量泵在低压时输出的流量大的特点，并采用差动连接来实现快速前进；（3）换向回路：采用电液动换向阀实现换向，并由压力继电器的电信号控制换向信号；（4）快速运动与工作进给的换接回路：采用行程换向阀实现速度的换接。同时利用换向后系统中的压力升高使液控顺序阀接通，系统由快速运动的差动联接转换为使回油直接排回油箱；（5）两种工作进给的换接回路：采用了两个调速阀串联的回路结构。小结此液压系统具有以下特点：

（1）系统采用了“限压式变量泵-调速阀-背压阀”式调速回路，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（R≈100)。

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

（3）系统采用了行程阀和顺序阀实现快进与工进换接，不仅简化了油路，而且使动作可靠，换接精度亦比电气控制式高。至于两个工进之间的换接则由于两者速度较低，采用电磁阀完全能保证换接精度。液压新工艺叠加阀是安装在板式换向阀和底板之间，由压力、流量和方向控制阀组成的集成化控制回路。液压新工艺叠加阀的的工作原理与一般液压阀基本相同，但在整体结构和连接尺寸上则不相同，自成系列。每个叠加阀既有一般液压元件的控制功能，又起到通道体的作用。每一种通道径系列的叠加阀其主油路通道和螺栓连接孔的位置都与所选用的相应通径的换向阀相同。同一通径