第九章-典型液压系统

液压与气压传动技术

设计与制作：闫芳审核：孟庆东

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的。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。9.1组合机床动力滑台液压系统1、概述2、YT4543型动力滑台液压系统的工作原理快进

第一次工作进给

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。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。

快退

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如表所示。3、YT4543型动力滑台液压系统的特点系统采用了限压式变量叶片泵——调速阀(一背压阀式)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。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。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。压力机是一种用静压来加工金属、塑料、橡胶、粉末制品的机械设备，在许多工业部门得到了广泛的应用。压力机的类型很多，其中四柱式液压机最为典型，应用也最广泛。它可以进行冲剪、弯曲、翻边、拉伸、冷挤、成型等多种加工。为完成上述工作，压力机应能产生较大的压制力，因此其液压系统工作压力高，液压缸的尺寸大，流量也大，是较为典型的高压大流量系统。压力机在压制工件时系统压力高，但速度低，而空行程时速度快、流量大、压力低，因此各工作阶段的转接要平稳，功率的利用应合理。为满足不同工艺需要，系统的压力要能方便地变换和调节。9.2压力机液压系统1、概述YB32—200型四柱液压机的液压系统由主缸、顶出缸、轴向柱塞式变量泵1、安全阀2、远程调压阀3、减压阀4、电磁换向阀5、液动换向阀6、顺序阀7、预泄换向阀8、主缸安全阀13、顶出缸电液换向阀14、下缸背压阀l5、下缸安全阀l6组成。该系统采用变量泵一液压缸式容积调速回路，工作压力范围为10～32MPa，其主油路的最高工作压力由安全阀2限定，实际工作压力可由远程调压阀3调整，控制油路的压力由减压阀4调整，液压泵的卸荷压力可由顺序阀7调整。2、YB32-200型四柱液压机液压系统工作原理主缸运动

快速下行

慢速加压

当主缸上滑块接触到被压制的工件时，主缸上腔压力升高，液控单向阀12关闭，且液压泵流量自动减小，滑块下移速度降低，慢速压制工件。这时除充液箱不再向液压缸上腔供油外，其余油路与快速下行油路完全相同。

保压延时液压泵1→顺序阀7→阀6(中位)→阀l4(中位)→油箱卸压换向

保压延时结束后，时间继电器发出信号，使电磁铁2YA通电，阀5换为右位，控制油路经阀5进入液控单向阀I的控制油腔，顶开其卸荷阀芯，使主缸上控油路的高压油经1。卸压阀芯上的槽口及预泄换向阀8上位的孔道与油箱连通，从而使主缸上腔油卸压。快速退回原位停止

当上滑块返回至原始位置，压下行程开关时，电磁铁2YA断电，阀5和阀6换为中位，主缸上下腔封闭，上滑块停止运动。阀13为上缸安全阀，起平衡上滑块重量作用，可防止与上滑块相连的运动部件在上位时因自重而下滑。

向上顶出

当下滑块上移到其活塞碰到缸盖时，便可停留在这个位置上，同时碰到上位开关，使时间继电器动作，停留时间可由时间继电器调整。顶出缸运动停留

向下退回

原位停止

当下滑块退至原位时，挡块压下下位开关S。，使电磁铁3YA断电，阀l4换为中位，运动停止。采用了变量泵一液压缸式容积调速回路。所用液压泵为轴向柱塞式高压变量泵供油，系统压力由泵站溢流阀调定。系统中的顺序阀规定了液压泵须在2．5MPa的压力下卸荷，从而使操纵油路能确保具有2MPa左右的压力。系统中采用了专用的QFl型阀来实现上滑块快速返回时上缸换向阀的换向，保证液压机动作平稳，不会在换向时产生液压冲击和噪声。系统利用管道和油液的弹性变形来实现保压，方法简单，但对液控单向阀和液压缸等元件的密封性能要求较高。系统中上下两缸的动作协调是由两个换向阀互锁来保证的：一个缸必须在另一个缸静止不动时才能动作。但是，在拉伸操作中，为了实现“压边”这个工步，上液压缸活塞必须推着下液压缸活塞移动；这时上液压缸下腔的油进入下液压缸的上腔，而下液压缸下腔中的油则经下缸溢流阀排回油箱，这时虽两缸同时动作，但不存在动作不协调的问题。系统中的两个液压缸各有一个安全阀进行过载保护。3、YB32-200型型液压机液压系统的特点板金冲床改变上、下模的形状，即可进行压形、剪断、冲穿等工作。如图所示为180吨板金冲床液压系统回路。9.3板金冲床液压系统

1、概述如图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。压缸快速下降

2、180吨板金冲床液压系统的工作原理压缸慢速下降

当上模加压成型时，进油管路压力达到20MPa，压力开关26动作，Yl、Y3断电，电磁阀l9、电磁阀ll恢复正常位置。此时，压缸上腔压油经节流阀21、电磁阀l9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。缸暂停(降压)

压缸快速上升3、180吨板金冲床液压回路图的特点当压缸快速下降时，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。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。在上升之前作短暂时间的降压，如此，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。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l9中位流回油箱，如此，电磁阀19可选用额定流量较小的阀件。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，如此，可使系统产生的热量减少，防止了油温上升。叉车是一种由自行轮式底盘和能垂直升降并可前后倾斜的工作装置组成的物流装卸搬运车辆。叉车按其动力分为内燃叉车和电瓶叉车两种。电瓶叉车主要用于室内作图为内燃平衡重式叉车的外形图。在结构上，叉车由工作装置(包括货叉、门架等)和底盘(包括车架、行走及动力装置等)组成。为保持起升货物时车辆的整体稳定性，在底盘后部配有足够的平衡重物。叉车的货叉起升、门架倾斜和转向均采用液压传动。9.4叉式装卸车液压系统

图为某内燃平衡重式叉车的典型液压系统原理图。该系统由工作液压回路及转向液压回路组成。

注塑机是将颗粒状塑料加热至流动状态后，以高压、快速注入模具内腔，保压一定时间后冷却凝固，成型为塑料制品的塑料注塑成型设备。其注塑工作程序如图所示。

根据注塑成型工艺的需要，注塑机液压系统应满足如下要求：1）要求有足够的合模力；2）可调节的合模、开模速度，可调节的注射压力和注射速度：3）可调节的保压压力，系统还应设有安全联锁装置。9.5注塑机液压系统

1、概述

2、SZ-250A型注塑机液压系统工作原理

关安全门为保证操作安全，注塑机都装有安全门。关安全门，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。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。这里采用了液压一机械式合模机构，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。高压合模，并使连杆产生弹性变形，牢固地锁紧模具。

1)慢速合模(2Y、3Y1通电)：大流量泵1通过电磁溢流阀3卸载，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，由行程开关发令使得电，泵l不再卸载，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l卸载，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l卸载，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。

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。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l5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ll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，远程调压阁20起定压作用。

(2)快速注射(1Y、2Y、5Y1、6Y0、7Y1、8Y通电)：泵l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ll回油箱。由于两个泵同时供油，且不经过单向节流阀l4，因此注射速度加快了。此时，远程调压阀20起安全作用。

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l卸载，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l9调节。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l5右位、旁通型调速阀13和单向阀l2进人马达，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l5右位和背压阀l6回油箱，其背压力由阀l6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ll中位进入其内。

防流涎(2Y、5Y1、6Y1通电)当采用直通开敞式喷嘴时，旗馥加料结束，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卸载，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。注射座移动缸左腔和注射缸右腔，油液分别经阀9和阀ll回油箱。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后退。泵1卸载，泵2压力油经阀9左位使注射座后退。

开模开模速度一般为慢一快一慢，由行程控制。

1)慢速开模(2Y、3Y0通电)：泵l(或泵2)卸载，泵2(或泵l)压力油经电液换向阀5左位进入合模缸右腔，左腔油液经阀5回油箱。

2)快速开模(1Y、2Y、3Y0通电)：泵l和泵2合流向合模缸右腔供油，开模速度加快。

3)慢速开模(2Y、3Y0通电)：泵l(或泵2)卸载，泵2(或泵l)压力油经电液换向阀5左位进入合模缸右腔，左腔油液经阀5回油箱。顶出(1)顶出缸前进(2Y、4Y通电)：泵l卸载，泵2压力油经电磁换向阀8左位、单向节流阀7进入顶出缸左腔，推动顶出杆顶出制品，其运动速度由单向节流阀7调节，溢流阀4为定压阀。

(2)顶出缸后退(2Y通电)：泵2的压力油经阀8常位使顶出缸后退。

因注射缸液压力直接作用在螺杆上，所以注射压力Pz与注射缸的油压P的比值为D2／d2（D为注射缸活塞直径，d为螺杆直径)。为满足加工不同塑料对注射压力的要求，一般注塑机都配备三种不同直径的螺杆，在系统压力为14MPa时，获得的注射压力为40～150MPa。为保证足够的合模力，防止高压注射时模具开缝产生塑料溢边，该注塑机采用了液压一机械增力合模机构，还可采用增压缸合模装置。根据塑料注射成型工艺，模具的启闭过程和塑料注射的各阶段速度不一样，而且快慢速之比可达50～100，为此，该注塑机采用了双泵供油系统，快速时双泵合流，慢速时泵2(流量为48L／min)供油，泵l(流量为194L／min)卸载，系统功率利用比较合理。有时在多泵分级调速系统中，还兼用差动增速或充液增速等方法。9.6液压系统的特点

系统所需多级压力，并由多个并联的远程调压阀控制。如果采用电液比例压力阀来实现多级压力调节，再加上电液比例流量阀调速，不仅减少了元件，降低了压力及速度变换过程中的冲击和噪声，还为实现计算机控制创造了条件。注塑机的多执行元件的循环动作主要依靠行程开关按事先编程的顺序完成。这种方式灵活、方便。

液压系统设计步骤大体如下：

1)明确液压系统的设计要求及工况分析；

2)主要参数的确定；

3)拟定液压系统原理图，进行系统方案论证；

4)设计、计算、选择液压元件；

5)对液压系统主要性能进行验算；

6)设计液压装置，编制液压系统技术文件。9.7液压系统液压系统设计简介

主机用途，总体布局与结构，主要技术参数号陛能要求，工艺流程或工作循环，作业环境与条件等。液压系统应完成哪些动作，各个动作的工作循环及循环时间；负载大小及性质、运动形式及速度快慢；各动作的顺序要求及互锁关系，各动作的同步要求及同步精度；液压系统的工作性能要求，如运动平稳性、调速范围、定位精度、转换精度，自动化程度、效率与温升、振动与噪声、安全性与可靠性等。液压系统的工作温度及其变化范围，湿度大小，风沙与粉尘情况，防火与防爆要求，外廓尺寸与质量限制等。经济性与成本等方面的要求。

1、液压系统的设计依据和工况分析液压系统的设计依据运动分析，就是研究工作机构根据工艺要求应以什么样的运动规律完成工作循环、运动速度的大小、加速度是恒定的还是变化的、行程大小及循环时间长短等。为此必须确定执行元件的类型，并绘制位移一时间循环图或速度一时间循环图。

液压系统的工况分析1.运动分析定义：通过计算确定各液压执行元件的负载大小和方向，并分析各执行元件运动过程中的振动、冲击及过载能力等情况。分类：约束性负载和动力性负载两类。约束性负载的特征：其方向与执行元件运动方向永远相反，对执行元件起阻止作用，而不会起驱动作用。例如库仑固体摩擦阻力、粘性摩擦阻力是约束性负载。动力性负载的特征：其方向与执行元件的运动方向无关，其数值由外界规律所决定。

2.负载分析

1）工作负载：工作负载与主机的工作性质有关，它可能是定值，也可能是变值。一般工作负载是时间的函数，即Fω=f(t)，需根据具体情况分析决定。2）惯性负载：3）摩擦阻力

液压缸的负载计算

平导轨：

V形导轨：

4）重力负载

当工作部件垂直或倾斜放置时，自重也是一种负载，当工作部件水平放置时，Fg=0。

5）背压负载

液压缸的负载计算

6）液压缸自身的密封阻力液压缸工作时还必须克服其内部密封装置产生的摩擦阻力Fsf，其值与密封装置的类型、油液工作压力，特别是液压缸的制造质量有关，计算比较繁琐，一般将它计入液压缸的机械效率η中考虑，通常取η=0.9～0.95。

液压缸运动循环各阶段的负载

启动时：加速时：恒速运动时