1、School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統應用(yngyng)與分析液壓與氣壓傳動Chapter 7 系統應用與分析 本章主要內容： 7.1 液壓系統應用與分析 7.2 組合機床液壓系統 7.3 液壓機液壓系統 7.4 汽車起重機液壓系統 7.5 電液比例控制系統 7.6 電液伺服控制系統 7.7 氣動系統應用與分析 7.8 輕工機械 7.9 小型機械 7.10 重型機械 7.11 氣動機械手 7.12 氣動比例、伺服系統 共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七

2、章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動學習典型液氣壓傳動系統的應用實例；掌握分解液氣壓系統構成、剖析各種元件在系統中作用以及分析系統性能的方法。分析液氣壓系統的步驟和方法。目的任務: 重點難點: 共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動Part 7.1 液壓系統應用與分析 本節介紹幾個液壓系統的應用實例，分析它們的工作原理和性能特點，從而透過這些實例，使讀者掌握分析液壓系統的一般步驟和方法 。實際的液壓系統往往比較復雜，要讀懂一個液壓系統并非易事，通常必須分幾步進行： 1）了解

3、并分析主機對液壓系統的工作要求，逐條進行深入研究，抓住其與液壓傳動有關的實質性問題。2）根據主機對液壓系統執行元件動作循環的要求，參照有關說明，從油源到執行元件按油路初讀液壓系統原理圖。閱讀時應先找控制元件和控制油路，后讀主油路。每條油路都必須搞清“來龍去脈”，有去有回。3）按基本回路分解系統的功能，并根據系統各執行元件間的同步、互鎖、順序動作和防干擾等方面的要求，再全面通讀系統原理圖，直至完全讀懂。4）分析系統各功能要求的實現方法和系統性能的優劣，最后總結歸納出系統的特點，以加深理解 。共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第

4、七章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動Part 7.2 組合機床液壓系統 1. 概述 圖7-1 組合機床1床身 2動力滑臺 3動力頭 4主軸箱5刀具 6工件 7夾具 8工作臺 9底座組合機床是一種工序集中、效率較高的專用機床。它一般由通用部件（如動力頭、動力滑臺等）和部分專用部件（如主軸箱、夾具等）組合而成（見圖7-1），具有加工能力強、自動化程度高、經濟性好等優點，因而被廣泛應用于產品批量較大的生產流水線中，如汽車制造廠的氣缸生產線等 。動力滑臺是組合機床實現進給運動的一種通用部件，配上動力頭和主軸箱后可以對工件完成鉆、擴、鉸、鏜、銑、攻螺紋等孔和端面的加工工序 。YT4543型液壓

5、動力滑臺由液壓缸驅動，它在電氣和機械裝置的配合下可以實現各種自動工作循環。該動力滑臺的臺面尺寸為0.45m0.8m，進給速度范圍為0.060.66m/min，最大快進速度為7.3m/min，最大進給推力為45kN，液壓系統最高工作壓力為6.3MPa 。共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動2. 工作原理 Part 7.2 組合機床液壓系統 YT4543型動力滑臺的液壓系統圖和系統的動作循環表分別如圖7-2（教材P284）和表7-1 （教材P285）所示。由圖可見，這個系統能夠實現“

6、快進工進停留快退停止”的半自動工作循環，其工作情況如下 ：（1）快進 快速前進時，先按下起動按鈕，電磁鐵1YA通電，先導閥11左位接入系統，在控制油路驅動下，液動換向閥12亦左位接入系統。由于快進時滑臺負載較小，系統工作壓力不高，因而變量液壓泵14輸出最大流量，順序閥2仍處于關閉狀態，這時液壓缸7作差動連接。系統中的油液流動情況為：進油路 變量液壓泵14單向閥13換向閥12（左位）行程閥8（右位）液壓缸7左腔；回油路 液壓缸7右腔換向閥12（左位）單向閥3行程閥8（右位）液壓缸7左腔 。共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七

7、章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動圖7-2 YT4543型動力滑臺液壓系統圖1背壓閥 2順序閥 3單向閥 4工進調速閥5壓力繼電器 6單向閥 7液壓缸 8行程閥9電磁閥 10二工進調速閥 11先導閥 12換向閥13單向閥 14液壓泵 15壓力表開關p1、p2、p3壓力表接點共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動（2）一工進 當滑臺快進到預定的位置，滑臺上的擋塊壓下行程閥8時，第一次工作進給便開始。這時，其余液壓元件所處狀態不變，但由于調速閥4接入系統，使系統壓力升高，順序

8、閥2打開；限壓式變量液壓泵14自動減小其輸出流量，以與調速閥4的流量相適應 。2. 工作原理 Part 7.2 組合機床液壓系統 系統中油液流動情況為：進油路 變量液壓泵14單向閥13換向閥12（左位)調速閥4電磁閥9（右位）液壓缸7左腔 ；回油路 液壓缸7右腔換向閥12（左位）順序閥2背壓閥1油箱。 共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動2. 工作原理 Part 7.2 組合機床液壓系統 （3）二工進 當第一次工作進給結束，擋塊壓下行程開關，使電磁鐵3YA通電時，第二次工作進給開

9、始。此時，順序閥2仍打開；由于調速閥10的開口比調速閥4小，系統工作壓力進一步升高，限壓式變量液壓泵14的輸出流量與調速閥10的流量相適應，滑臺的進給速度降低 。系統中油液流動情況為：進油路 變量液壓泵14單向閥13換向閥12（左位）調速閥4調速閥10液壓缸7左腔；回油路 液壓缸7右腔換向閥12（左位）順序閥2背壓閥1油箱 。共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統應用(yngyng)與分析液壓與氣壓傳動2. 工作原理 Part 7.2 組合機床液壓系統 （4）停留 當滑如以第二工進速度行進到碰上死擋塊時，便不再前進，

10、開始停留。此時，油路狀態不變，變量液壓泵14仍在繼續運轉，系統壓力不斷升高，液壓泵的輸出流量減小至與系統（含液壓泵）的泄漏量相適應。同時，液壓缸左腔的壓力亦隨之升高，壓力繼電器5動作并發信號給時間繼電器（圖7-2中未畫出）經過時間繼電器的延時，使滑臺停留一段時間后再返回。滑臺在死擋鐵處的停留時間由時間繼電器調節 。共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動2. 工作原理 Part 7.2 組合機床液壓系統 （5）快退 當滑臺按調定時間在死擋塊處停留后，時間繼電器發出信號，使電磁鐵1YA

11、斷電、2YA通電，先導閥11右位接入系統，控制油路換向，使換向閥12亦右位接入系統，因而主油路換向。由于此時滑臺沒有外負載，系統壓力下降，限壓式變量液壓泵14的流量又自動增至最大，滑臺便快速退回 系統中油液的流動情況為：進油路 變量液壓泵14單向閥13換向閥12（右位）液壓缸7右腔；回油路 液壓缸7左腔單向閥6換向閥12（右位）油箱 。共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統應用(yngyng)與分析液壓與氣壓傳動2. 工作原理 Part 7.2 組合機床液壓系統 （6）停止 當滑臺快速退回到原位時，擋塊壓下終點開關，

12、電磁鐵2YA和3YA都斷電，此時先導閥11在對中彈簧作用下處于中位，換向閥12左右兩邊的控制油路都通油箱，因而換向閥12也在其對中彈簧作用下回到中位，液壓缸7兩腔封閉，滑臺停止運動，變量液壓泵14卸荷 。系統中油液的流動情況為：卸荷油路 變量液壓泵14單向閥13換向閥12（中位）油箱。 共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動3. 性能分析 Part 7.2 組合機床液壓系統 從以上的敘述中看到，這個液壓系統按其功能可以分解成由以下一些基本回路所組成：由限壓式變量液壓泵、調速閥和背壓

13、閥組成的容積節流加背壓的調速回路，液壓缸差動連接的快速回路，電液換向閥的換向回路，由行程閥、電磁閥和順序閥等組成的速度切換回路，調速閥串聯的兩次工進回路以及用電液換向閥M型中位機能的卸荷回路等。這些基本回路的功能決定了該液壓系統的性能 。共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動Part 7.2 組合機床液壓系統 3. 性能分析 YT4543型動力滑臺液壓系統具有以下一些性能特點： （1）系統采用了“限壓式變量液壓泵-調速閥-背壓閥”式調速回路。它能保證液壓缸穩定的低速運動（0.006

14、m/min)、較好的速度剛性和較大的調速范圍（100左右）。回油路上加背壓閥可防止空氣滲入系統，并能使滑臺承受負向的負載。（2）系統采用了限壓式變量液壓泵和液壓缸差動連接兩項措施來實現快進，可得較大的快進速度，且能量利用也比較合理。滑臺停止運動時，采用單向閥和M型中位機能的換向閥串聯的回路來使液壓泵在低壓下卸荷，既減少了能量損耗，又使控制油路保持一定的壓力，以保證下一工作循環的順利起動 。（3）系統采用了行程閥和順序閥實現快進與工進的換接，不僅簡化了油路和電路，而且使動作可靠，轉換的位置精度也比較高。兩次工進速度的換接，由于速度比較低，采用了由電磁閥切換的調速閥串聯的回路，既保證了必要的轉換精

15、度，又使油路的布局比較簡單、靈活。采用死擋塊作限位裝置，定位準確，重復精度高。（4）系統采用了換向時間可調的電液換向閥來切換主油路，使滑臺的換向更加平穩，沖擊和噪聲小。同時，電液換向閥的五通結構使滑臺進和退時分別從兩條油路回油，這樣滑臺快退時系統沒有背壓，也減少了壓力損失。 總之，這個液壓系統設計比較合理，它使用元件不多，卻能完成較為復雜的半自動工作循環，且性能良好 。共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動1. 概述Part 7.3 液壓機液壓系統 液壓機是一種可用于加工金屬、塑料

16、、木材、皮革、橡膠等各種材料的壓力加工機械，能完成鍛壓、沖壓、折邊、冷擠、校直、彎曲、成形、打包等種工藝，具有壓力和速度可大范圍無級調整、可在任意位置輸出全部功率和保持所需壓力等許多優點，因而用途十分廣泛 。共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動1. 概述Part 7.3 液壓機液壓系統 液壓機的結構形式很多，其中以四柱式液壓機最為常見，通常由橫梁、立柱、工作臺、滑塊和頂出機構等部件組成。液壓機的主運動為滑塊和頂出機構的運動。滑塊由主液壓缸（上缸）驅動，頂出機構由輔助液壓缸（下缸）

17、驅動，其典型工作循環如圖7-3所示。液壓機液壓系統的特點是壓力高，流量大，功率大，以壓力的變換和控制為主 。圖7-3 液壓機的典型工作循環共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動Part 7.3 液壓機液壓系統 2. 工作原理 3150kN插裝閥式液壓機的液壓系統圖和電磁鐵動作順序表分別如圖7-4（教材P287）和表7-2（ 教材P288）所示。由圖可見，這臺液壓機的主液壓缸（上缸）能實現“快速下行慢速下行、加壓保壓釋壓快速返回原位停止”的動作循環；輔助液壓缸（下缸）能實現“向上頂出

18、向下退出原位停止”的動作循環 。該液壓機采用二通插裝閥集成液壓系統，由五個集成塊組成，各集成塊組成元件及其在系統中的作用見表7-3 。共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動液壓機的液壓系統實現空載起動：按下起動按鈕后，液壓泵起動，此時所有電磁閥的電磁鐵都處于斷電狀態，于是，三位四通電磁閥4處在中位。插裝閥F2的控制腔經閥3、閥4與油箱相通，閥F2在很低的壓力下被打開，液壓泵輸出的油液經閥F2直接回油箱 。Part 7.3 液壓機液壓系統 2. 工作原理 共八十六頁School of

19、 Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統應用(yngyng)與分析液壓與氣壓傳動Part 7.3 液壓機液壓系統 2. 工作原理 液壓系統在連續實現上述自動工作循環時，主液壓缸的工作情況如下： （1）快速下行 液壓泵起動后，按下工作按鈕，電磁鐵1YA、3YA、6YA通電，使閥4和閥5下位接入系統，閥12上位接入系統。因而閥F2控制腔與調壓閥2相連，閥F3和閥F6的控制腔則與油箱相通，所以閥F2關閉，閥F3和F6打開，液壓泵向系統輸油。這時系統中油液流動情況為：進油路 液壓泵閥F1閥F3主液壓缸上腔；回油路 主液壓缸下腔閥F6油箱。共八十六頁Sch

20、ool of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動Part 7.3 液壓機液壓系統 2. 工作原理 （2）慢速下行 當滑塊以快速下行至一定位置，滑塊上的擋塊壓下行程開關2XK時，電磁鐵6YA斷電，7YA通電，使閥12下位接入系統，插裝閥F6的控制腔與調壓閥11相連，主液壓缸下腔的油液經過閥F6在閥11的調定壓力下溢流，因而下腔產生一定背壓，上腔壓力隨之增高，使充液閥21關閉。進入主液壓缸上腔的油液僅為液壓泵的流量，滑塊慢速下行。這時系統中油液流動情況為 ：進油路 液壓泵閥F1 閥F3 主液壓缸上腔；回油路 主

21、液壓缸下腔閥F6 油箱 共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動Part 7.3 液壓機液壓系統 2. 工作原理 （3）加壓 當滑塊慢速下行碰上工件時，主液壓缸上腔壓力升高，恒功率變量液壓泵輸出的流量自動減小，對工件進行加壓。當壓力升至調壓閥2調定壓力時，液壓泵輸出的流量全部經閥F2溢流回油箱，沒有油液進入主液壓缸上腔，滑塊便停止運動。 （4）保壓 當主液壓缸上腔壓力達到所要求的工作壓力時，電接點壓力表22發出信號，使電磁鐵1YA、3YA、7YA全部斷電，因而閥4和閥12處于中位，閥

22、5上位接入系統；閥F3控制腔通壓力油，閥F6控制腔被封閉，閥F2控制腔通油箱。所示閥F3、F6關閉，閥F2打開，這樣，主液壓缸上腔閉鎖，對工件實施保壓，液壓泵輸出的油液經閥F2直接回油箱，液壓泵卸荷 。共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動Part 7.3 液壓機液壓系統 2. 工作原理 （5）釋壓 主液壓缸上腔保壓一段所需時間后，時間繼電器發出信號，使電磁鐵4YA通電，閥8下位接入系統，于是，插裝閥F4的控制腔通過緩沖閥7及8與油箱相通。由于緩沖閥7節流口的作用，閥F4緩慢打開，

23、從而使主液壓缸上腔的壓力慢慢釋放，系統實現無沖擊釋壓 。共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統應用(yngyng)與分析液壓與氣壓傳動Part 7.3 液壓機液壓系統 2. 工作原理 （6）快速返回 主液壓缸上腔壓力降低到一定值后，電接點壓力表22發出信號，使電磁鐵2YA、4YA、5YA、12YA都通電，于是閥4上位接入系統，閥8和閥9下位接入系統，閥20右位接入系統；閥F2的控制腔被封閉，閥F4和閥F5的控制腔都通油箱，充液閥21的控制腔通壓力油。因而閥F2關閉，閥F4、F5和閥21打開。液壓泵輸出的油液全部進入主

24、液壓缸下腔，由于下腔有效面積較小，主液壓缸快速返回。這時系統中油液流動情況為：進油路 液壓泵閥F1閥F5主液壓缸下腔 ；回油路 主液壓缸上腔 閥F4油箱。 閥21副油箱 。共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動Part 7.3 液壓機液壓系統 2. 工作原理 （7）原位停止 當主液壓缸快速返回到達終點時，滑塊上的擋塊壓下行程開關1XK讓其發出信號，使所有電磁鐵都斷電，于是全部電磁閥都處于原位；閥F2的控制腔依靠閥4的d型中位機能與油箱相通，閥F5的控制腔與壓力油相通。因而，閥F2打

25、開，液壓泵輸出的油液全部經閥F2回油箱，液壓泵處于卸荷 狀態；閥F5關閉，封住壓力油流向主液壓缸下腔的通道，主液壓缸停止運動。 共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統應用(yngyng)與分析液壓與氣壓傳動Part 7.3 液壓機液壓系統 2. 工作原理 液壓機輔助液壓缸的工作情況如下： （1）向上頂出 工件壓制完畢后，按下頂出按鈕，使電磁鐵2YA、9YA和10YA都通電，于是閥4上位接入系統，閥16、17下位接入系統；閥F2的控制腔被封死，閥F8和F9的控制腔接油箱。因而閥F2關閉， 閥F8、F9打開，液壓泵輸出的

26、油液進入輔助液壓缸下腔， 實現向上頂出。此時系統中油液流動情況為 ：進油路 液壓泵閥F1閥F9輔助液壓缸下腔；回油路 輔助液壓缸上腔閥F8油箱 。共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統應用(yngyng)與分析液壓與氣壓傳動Part 7.3 液壓機液壓系統 2. 工作原理 液壓機輔助液壓缸的工作情況如下： （2）向下退回 把工件頂出模子后，按下退回按鈕，使9YA、10YA通電，8YA、11YA通電，于是閥13、19下位接入系統，閥16、17上位接入系統；閥F7、F10的控制腔與油箱相通，閥F8的控制腔被封死，閥F9的

27、控制腔通壓力油。因而，閥F7、F10打開，閥F8、F9關閉。液壓泵輸出的油液進入輔助液壓缸上腔，其下腔油液回油箱，實現向下退回。這時系統中油液流動情況為 ：進油路 液壓泵閥F1閥F7輔助液壓缸上腔；回油路 輔助液壓缸下腔閥F10油箱 。共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動Part 7.3 液壓機液壓系統 2. 工作原理 液壓機輔助液壓缸的工作情況如下： （3）原位停止 輔助液壓缸到達下終點后，使所有電磁鐵都斷電，各電磁閥均處于原位；閥F8、F9關閉，閥F2打開。因而輔助液壓缸上、

28、下腔油路被閉鎖，實現原位停止，液壓泵經閥F2卸荷 。共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動Part 7.3 液壓機液壓系統 3. 性能分析 從上述可知，該液壓機液壓系統主要由壓力控制回路、換向回路、快慢速轉換回路和釋壓回路等組成，并采用二通插裝閥集成化結構。因此，可以歸納出這臺液壓機液壓系統的以下一些性能特點 ：（1）系統采用高壓大流量恒功率（壓力補償）變量液壓泵供油，并配以由調壓閥和電磁閥構成的電磁溢流閥，使液壓泵空載起動，主、輔液壓缸原位停止時液壓泵均卸荷 ，這樣既符合液壓機的

29、工藝要求，又節省能量； （2）系統采用密封性能好、通流能力大、壓力損失小的插裝閥組成液壓系統，具有油路簡單、結構緊湊、動作靈敏等優點 ；（3）系統利用滑塊的自重實現主液壓缸快速下行，并用充液閥補油，使快動回路結構簡單，使用元件少。（4）系統采用由可調緩沖閥7和電磁閥4組成的釋壓回路，來減少由“保壓”轉為“快退”時的液壓沖擊，使液壓機工作平穩。（5）系統在液壓泵的出口設置了單向閥和安全閥，在主液壓缸和輔助液壓缸的上、下腔的進出油路上均設有安全閥；另外，在通過壓力油的插裝閥F3、F5、F7、F9的控制油路上都裝有梭閥。這些多重保護措施保證了液壓機的工作安全可靠 。共八十六頁School of Me

30、chanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動Part 7.4 汽車起重機液壓系統 1. 概述 汽車起重機機動性好，能以較快速度行走。采用液壓起重機，因而承載能力大，可在有沖擊、振動和環境較差的條件下工作。其執行元件需要完成的動作較為簡單，位置精度較低，大部分采用手動操縱，液壓系統工作壓力較高。因為是起重機械，所以保證安全是至關重要的問題。共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動圖7-5 汽車起重機工作機構Par

31、t 7.4 汽車起重機液壓系統 1. 概述 圖7-5所示為汽車起重機的工作機構，它由如下五個部分構成： （1）支腿 起重作業時使汽車輪胎離 開地面，架起整車，不使載荷壓 輪胎并可調節整車的水平；（2）回轉 機構使吊臂回轉；（3）伸縮機構 用以改變吊臂的長度； （4）變幅機構 用以改變吊臂的傾角；（5）起降機構 使重物升降 。共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統應用(yngyng)與分析液壓與氣壓傳動Part 7.4 汽車起重機液壓系統 2. 工作原理 Q2-8型汽車起重機是一種中小型起重機，其液壓系統如圖7-6（教

32、材P292）所示。這是一種通過手動操縱來實現多缸各自動作的系統。為簡化結構，系統用一個液壓泵給各執行元件串聯供油。在輕載情況下，各串聯的執行元件可任意組合，使幾個執行元件同時動作，如伸縮和回轉，或伸縮和變幅同時進行等等。 該系統液壓泵的動力由汽車發動機通過裝在底盤變速箱上的取力箱提供。液壓泵的額定壓力為21MPa，排量為40mL/r，轉速為1500r/min，液壓泵通過中心回轉接頭9、開關10和過濾器11從油箱吸油；輸出的壓力油經多路閥1和2串聯地輸送到各執行元件。系統工作情況與手動換向閥位置的關系見表7-4 (教材P293)。共八十六頁School of Mechanical Enginee

33、ring東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統應用(yngyng)與分析液壓與氣壓傳動Part 7.4 汽車起重機液壓系統 2. 工作原理 下面對各個回路動作進行敘述 。（1）支腿回路 汽車起重機的底盤前后各有兩條支腿，每一條支腿由一個液壓缸驅動。兩條前支腿和兩條后支腿分別由三位四通手動換向閥A和B控制其伸出或縮回。換向閥均采用M型中位機能，且油路是串聯的。每個液壓缸的油路上均設有雙向鎖緊回路，以保證支腿被可靠地鎖住，防止在起重作業時發生“軟腿”現象或行車過程中支腿自行滑落 。 （2）回轉回路 回轉機構采用液壓馬達作為執行元件。液壓馬達通過蝸輪蝸桿減速箱和一對內嚙合的齒輪來驅動轉盤。轉盤轉

34、速較低，每分鐘僅為13轉，故液壓馬達的轉速也不高，就沒有必要設置液壓馬達的制動回路。因此，系統中只采用一個三位四通手動換向閥C來控制轉盤的正轉、反轉和不動三種工況 。（3）伸縮回路 起重機的吊臂由基本臂和伸縮臂組成，伸縮臂套在基本臂之中，用一個由三位四通手動換向閥D控制的伸縮液壓缸來驅動吊臂的伸出和縮回。為防止因自重而使吊臂下落，油路中設有平衡回路 。（4）變幅回路 吊臂變幅就是用一個液壓缸來改變起重臂的角度。變幅液壓缸由三位四通手動換向閥E控制。同樣，為防止在變幅作業時因自重而使吊臂下落，在油路中設有平衡回路 。（5）起降回路 起降機構是汽車起重機的主要工作機構，它是一個由大轉矩液壓馬達帶動

35、的卷揚機。液壓馬達的正、反轉由三位四通手動換向閥F控制。起重機起升速度的調節是通過改變汽車發動機的轉速從而改變液壓泵的輸出流量和液壓馬達的輸入流量來實現的。在液壓馬達的回油路上設有平衡回路，以防止重物自由落下；此外，在液壓馬達上還設有由單向節流閥和單作用閘缸組成的制動回路，使制動器張開延時而緊閉迅速，以避免卷揚機起停時發生溜車下滑現象。 共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統應用(yngyng)與分析液壓與氣壓傳動Part 7.4 汽車起重機液壓系統 3. 性能分析 從圖7-6可以看出，該液壓系統由調壓、調速、換向、

36、鎖緊、平衡、制動、多缸卸荷等回路組成，其性能特點是 ：（1）在調壓回路中，用安全閥限制系統最高壓力；（2）在調速回路中，用手動調節換向閥的開度大小來調整工作機構（起降機構除外）的速度，方便靈活，但勞動強度較大；（3）在鎖緊回路中，采用由液控單向閥構成的雙向液壓鎖將前后支腿鎖定在一定位置上，工作可靠，且有效時間長 ；（5）在平衡回路中，采用經過改進的單向液控順序閥作平衡閥，以防止在起升、吊臂伸縮和變幅作業過程中因重物自重而下降，工作可靠；但在一個方向有背壓，造成一定的功率損耗 ；（5）在多缸卸荷回路中，采用三位換向閥M型中位機能并將油路串聯起來，使任何一個工作機構既可單獨動作，也可在輕載下任意組

37、合地同時動作；但6個換向閥串接，也使液壓泵的卸荷壓力加大；（6）在制動回路中，采用由單向節流閥和單作用閘缸構成的制動器，工作可靠，且制動動作快，松開動作慢，確保安全。 共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動Part 7.5 電液比例控制系統 1. 概述 電液比例控制系統中的控制元件為電液比例閥。它接受電信號的指令，連續地控制系統的壓力、流量等參數，使之與輸入電信號成比例地變化。電液比例控制系統按輸出參數有無反饋可分為電液比例閉環控制系統和電液比例開環控制系統。開環系統一般由控制裝置

38、（比例放大器和比例閥）、執行裝置（液壓缸或液壓馬達）、能源裝置（定量液壓泵、變量液壓泵或比例變量液壓泵）等組成；閉環系統除構成開環系統的裝置外，還有反饋檢測裝置。閉環系統較開環系統有更快響應和更高的控制精度和抗干擾能力。 共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統應用(yngyng)與分析液壓與氣壓傳動電液比例控制系統可以對壓力、力、轉矩進行控制，對位置、轉角進行控制，也可以對轉速、速度進行控制 。電液比例控制系統的突出優點是可以明顯地簡化系統，實現復雜的程序控制，并可利用電液結合提高產品的機電一體化水平，便于信號遠距離

39、傳輸和計算機控制。 Part 7.5 電液比例控制系統 1. 概述 共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動2. 液壓電梯電液比例控制系統 Part 7.5 電液比例控制系統 電液比例速度控制通常是通過流量控制來實現的。這種情況下可以利用比例節流閥、調速閥、方向閥來實現。而在大功率的系統中可以采用電液比例變量液壓泵或變量液壓馬達來實現 。共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統應用(yngyng)與分析液壓與

40、氣壓傳動圖7-7 電梯運行電液比例速度控制系統1溢流閥 2二通比例調速閥3三通比例調速閥 4單向閥5電液安全止回閥 6柱塞缸7轎廂 8速度傳感器2. 液壓電梯電液比例控制系統 Part 7.5 電液比例控制系統 圖7-7所示為電梯運行速度的控制系統原理圖。液壓電梯的轎廂利用單作用柱塞液壓缸6頂升，轎廂及負載的質量及慣性力均由液壓缸直接傳遞給地基。因此，電梯的有關建筑不必承受很大的載荷，可采用輕型的結構。電梯的頂部不需要電傳動電梯那樣設置牽引機房，因此20世紀80年代以來液壓電梯發展異常迅速，但是液壓電梯的舉升高度因受液壓缸長度所限，一般只適用于10層以下的建筑物。 電梯運行要求有特定的起動加速

41、和制動減速性能，以 求實現乘載的舒適性和快捷性的統一。圖示系統用了兩個比例流量閥分別控制升降速度。 3為三通比例調速閥，用以控制電梯上升速度，并實現負載壓力匹配，節約能耗。2為二通比例調速閥，對電梯下降實現回油節流調速。5為電液安全止回閥，裝于液壓缸的端蓋上，可防止因閥2失控或油管破裂而造成轎廂自由下滑事故。共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統應用(yngyng)與分析液壓與氣壓傳動2. 液壓電梯電液比例控制系統 Part 7.5 電液比例控制系統 圖7-8所示為典型的電梯運行時的速度和加速度曲線，如采用電液比例控

42、制，則可由輸入電信號設定。由于比例調速閥的負載壓力補償性能，故輸入信號變化曲線給定后，電梯升降的速度和加速度變化規律不受負載的影響。圖7-8 電梯運行速度和加速度曲線共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統應用(yngyng)與分析液壓與氣壓傳動3. 注塑機電液比例控制系統 Part 7.5 電液比例控制系統 注塑機是塑料注射成型機的簡稱，是熱塑性塑料制品的成型加工設備。它將顆粒塑料加熱熔化后，高壓快速注入模腔，經一定時間的保壓，冷卻后成型為塑料制品。由于注塑機具有復雜制品一次成型的能力，因此在塑料機械中，它的應用最廣

43、 。注塑機一般由合模部件、注射部件、液壓傳動與控制系統及電氣控制部分等組成。注塑機的一般工藝過程如圖7-9所示 圖7-9 注塑機的一般工藝過程共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動3. 注塑機電液比例控制系統 Part 7.5 電液比例控制系統 注塑機對液壓系統的要求是 ：（1）足夠的合模力 熔化塑料以1220MPa的高壓注入模腔，所以合模液壓缸必須產生足夠的合模力，否則在注射時模具會離縫而使塑料制品產生溢邊；（2）開、合模速度可調 空程時要求快速，以提高生產率；合模時要求慢速，以

44、免撞壞模具和制品，并減少振動和噪聲；（3）注射座整體進、退 注射座移動液壓缸應有足夠的推力，以保證注射時噴嘴和模具澆口緊密接觸；（4）注射壓力和速度可調 這是為了適應不同塑料品種、制品形狀及模具澆注系統的不同要求而提出來的。（5）保壓及其壓力可調 塑料注射完畢后，需要保壓一段時間以保證塑料緊貼模腔而獲得精確的形狀，另外在制品冷卻凝固而收縮過程中，熔化塑料可不斷充入模腔，防止產生充料不足的廢品。保壓的壓力也要求根據不同情況可以調整。（6）制品頂出速度要平穩 頂出速度平穩，以保證制品不受損壞 。共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院

45、第七章 系統應用(yngyng)與分析液壓與氣壓傳動4. 數控折彎機電液比例控制液壓同步系統 Part 7.5 電液比例控制系統 圖7-12所示為數控折彎機結構簡圖及液壓系統。圖中，兩個液壓缸10的控制子系統完全相同。每個液壓缸與位移傳感器11、比例方向閥4和CNC（數控系統）12一起構成全閉環位置控制系統。同時，CNC 還控制兩個活塞的同步運動，見圖7-13 。圖7-12 數控折彎機結構簡圖及液壓系統1比例溢流閥 2出口過濾器 3電磁換向閥 4比例方向閥5液動換向閥 6單向閥 7安全閥8插裝閥 9電磁換向閥 10液壓缸11位移傳感器 12數控系統 13滑塊圖7-13 數控折彎機電液比例控制液

46、壓同步系統框圖u系統輸入 y1、y2液壓缸輸出 ye位置同步誤差共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統應用(yngyng)與分析液壓與氣壓傳動4. 數控折彎機電液比例控制液壓同步系統 Part 7.5 電液比例控制系統 工作原理 折彎機滑塊13需要完成的工作循環是：快速下行慢下加壓定位、保壓卸壓快速返回 。（1）快速下行 比例方向閥4的電磁鐵E2通正電壓，液壓缸10上腔進油。同時電磁鐵4YA通電吸合，電磁換向閥9右位接入系統，插裝閥8開啟。液壓缸下腔經比例方向閥4與油箱相通，滑塊依靠自重快速下移。CNC（數控系統）1

47、2通過調節兩個比例方向閥的開度，控制兩個液壓缸下腔的回油量，使兩個活塞快速同步下行，動態同步位置控制精度為0.2mm。此時，若液壓缸上腔供油不足，可通過換向閥5從油箱補油 。（2）慢下加壓 電磁鐵4YA仍通電吸合，插裝閥8繼續開啟。液壓缸下腔油液通過比例閥回油箱。同時，電磁鐵3YA通電吸合，電磁換向閥3右位接入系統，液動換向閥5使液壓缸上腔不再與油箱相通。高壓油經比例方向閥4到液壓缸上腔，CNC通過調節兩個比例方向閥的開度，控制兩個液壓缸上腔的進油量，使兩個活塞慢速同步下行并加壓，動態同步位置控制精度為0.2mm 。（3）定位、保壓 系統工作狀態與慢下加壓時相同。比例方向閥處于零位附近。此時雙

48、缸活塞的定位精度為0.1mm，穩態位置同步控制精度為0.2mm 。（4）卸壓 為了減小由于工件回彈和活塞換向引起的壓力沖擊，滑塊返回前必須卸掉液壓缸上腔的高壓。為此，下調比例溢流閥1的電磁鐵E1的輸入電壓，使系統壓力降低。同時通過控制輸入比例電磁鐵E3的負電壓，可以調節卸壓速度。從而大大減輕或消除換向沖擊 。（5）快速返回 提高比例電磁鐵E1的輸入電壓，使系統壓力升高。此時，4YA斷電，閥9左位接入系統，閥8關閉。高壓油經閥4和單向閥6進入液壓缸下腔。同時，3YA斷電，閥3左位接入系統，控制閥5換位，使液壓缸上腔通油箱，雙缸活塞同步快速向上，動態同步位置控制精度為0.2mm 。共八十六頁Sch

49、ool of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動4. 數控折彎機電液比例控制液壓同步系統 Part 7.5 電液比例控制系統 工作原理 在一個工作循環中，比例溢流閥輸入電壓的變化如圖7-14所示。 圖7-14 比例溢流閥輸入電壓變化圖共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統應用(yngyng)與分析液壓與氣壓傳動4. 數控折彎機電液比例控制液壓同步系統 Part 7.5 電液比例控制系統 系統分析 (1) 液壓缸上下腔面積之比一般為

50、101，故采用較小流量的泵即可滿足快速返回和慢速加壓的要求 (2) 滑塊快速下行和快速返回時，由于液壓缸下腔面積較小，回油流量并不大，因此可選用較小規格的比例方向閥進行所需控制。(3) 滑塊慢下加壓時，比例方向閥同時控制液壓缸上下兩腔，故可獲得較高的動態同步精度和穩態定位精度。(4) 系統采用比例閥、插裝閥、液動閥、單向閥多種控制方式的元件組成液壓回路，使液壓系統結構簡單、工作可靠、安全性好。折彎機數控系統除完成兩個液壓缸的同步控制外，通常還要進行后擋料伺服電動機的閉環控制。同時，CNC配有彩色顯示器，具有工件圖形和參數輸入、折彎工藝參數計算和過程模擬、編程和參數顯示等功能 。共八十六頁Sch

51、ool of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統應用(yngyng)與分析液壓與氣壓傳動1. 概述 Part 7.6 電液伺服控制系統 按控制原理，電液伺服控制系統可分為閥控式（見圖7-15）和泵控式（見圖7-16）兩大類。閥控式利用伺服閥進行控制，本質上屬節流調速控制一類；而泵控式利用變量液壓泵和變量液壓馬達進行控制，本質上屬容積調速控制一類。圖7-15 閥控式電液伺服控制系統圖7-16 泵控式電液伺服控制系統共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統(xtng)應用

52、與分析液壓與氣壓傳動圖7-17 電液伺服控制系統工作原理框圖1. 概述 Part 7.6 電液伺服控制系統 泵控式中的液壓泵或液壓馬達的變量機構亦是利用伺服閥來控制的。因此泵控中包含了閥控，閥控乃是伺服控制的基礎。所以，可以把圖7-15和圖7-16綜合成圖7-17所示的電液伺服閥控制系統工作原理框圖 。共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統應用(yngyng)與分析液壓與氣壓傳動由圖7-17可見，電液伺服控制系統是把輸入信號（一般為代表位置、速度或力的電信號）與被控制量的反饋信號進行比較，產生偏差信號，此偏差信號作用

53、于控制元件，以改變輸入液壓執行元件（液壓缸或液壓馬達）的壓力或流量，使負載向著減小偏差的方向變化，從而達到系統的實際輸出與希望值相一致的控制目的 。1. 概述 Part 7.6 電液伺服控制系統 圖7-17 電液伺服控制系統工作原理框圖共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動1. 概述 Part 7.6 電液伺服控制系統 電液伺服系統通常由以下四部分組成 ：（1）控制元件（伺服放大器和電液伺服閥等）接受輸入信號和反饋信號，通過比較、放大和轉換后，變成液壓參量（壓力、流量），對執行元件

54、進行控制；（2）執行元件（液壓缸、液壓馬達或液壓泵-液壓馬達組合）接受控制，驅動負載；（3）反饋元件（檢測裝置）通過傳感器（如位移、速度、加速度、壓力、力等傳感器）將被控制量或中間參量檢測出來，通過放大、校正后反饋到輸入端；（4）能源裝置（定量或變量液壓泵站）提供驅動負載所需的能量 。共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動由上述分析知道，電液伺服系統可以用于位置控制、速度控制、力控制或其他物理量的控制等場合，其中以位置控制用得最多。而在電液伺服系統中，電液伺服閥是關鍵性元件。它既是

55、電液轉換元件，又是功率放大元件，將電氣部分與液壓部分連接起來，實現電-液信號的轉換放大。由于電液伺服閥比電液比例閥具有更好的性能、更高的控制精度和頻率響應，因此在一切要求高精度、快速響應的裝置中，電液伺服系統獲得了廣泛的應用 。1. 概述 Part 7.6 電液伺服控制系統 共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統應用(yngyng)與分析液壓與氣壓傳動2. 帶鋼張力電液伺服控制系統 Part 7.6 電液伺服控制系統 圖7-18所示為帶鋼張力電液伺服控制系統的工作原理。圖中牽引輥2牽引鋼帶移動，加載裝置6使鋼帶產生一

56、定張力。當張力由于某種原因發生波動時，通過設置在轉向輥4軸承上的力傳感器5檢測鋼帶的張力，并和給定值進行比較，得到偏差值，通過伺服放大器7放大后，控制電液伺服閥9，進而控制輸入液壓缸1的流量，驅動浮動輥8來調節張力，使之回復到其原來給定之值。 圖7-18 帶鋼張力電液伺服控制系統原理圖1張力調整液壓缸 2牽引輥 3熱處理爐 4轉向輥 5力傳感器 6加載裝置 7伺服放大器 8浮動輥 9電液伺服閥共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統應用(yngyng)與分析液壓與氣壓傳動Part 7.7 氣動系統應用與分析 隨著機械裝

57、備自動化的發展，氣動技術應用越來越廣泛。氣動系統在氣動技術中是關鍵的一環，它直接面向用戶，根據用戶的要求將各類氣動元件進行組合，開發了一個個新的應用領域。氣動系統的開發沒有固定的程式，需要設計者深入用戶現場，靠自己的知識和經驗，積極開拓思路，創造新的氣動系統 。共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統應用(yngyng)與分析液壓與氣壓傳動Part 7.8 輕工機械 這里將介紹以下幾種在輕工機械上的氣動系統:液體自動定量灌裝氣動系統；氣動張力控制系統；香皂裝箱機氣動系統。共八十六頁School of Mechanica

58、l Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動在一些飲料生產線上，要求液體自動定量灌裝。圖7-22所示為全氣控液體定量灌裝系統 。圖7-22 液體自動定量灌裝機氣動系統1下料工作臺 2上料工作臺3、6、7行程閥 4、5閥Part 7.8.1 液體自動定量灌裝氣動系統 共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統應用(yngyng)與分析液壓與氣壓傳動1. 氣動系統工作原理 Part 7.8.1 液體自動定量灌裝氣動系統 圖7-22 液體自動定量灌裝機氣動系統1下料工

59、作臺 2上料工作臺3、6、7行程閥 4、5閥如圖7-22所示，打開起動閥使閥4換至右位，因而氣缸定量泵A向左移動吸入定量液體。當氣缸定量泵移到左端碰到行程閥3時，向閥4發出復位信號（此時下料工作臺1上灌裝好的容器已取走，行程閥7復位，p1信號消失），閥4復位使氣缸定量泵右移，將液體注入待灌裝的容器中。當灌裝的液體重力使灌裝臺碰到行程閥6時產生信號，使閥5左移換位，氣缸B前進將裝滿液體的容器推入下料工作臺，而將空容器推入灌裝臺。被推出的容器碰到行程閥7時，又產生p1信號，使閥5換向，氣缸B后退至原位，而由輸送機構將空容器運至空下的上料工作臺2，同時閥4換向，重復上述動作。共八十六頁School

60、of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統應用(yngyng)與分析液壓與氣壓傳動2. 氣動系統特點 Part 7.8.1 液體自動定量灌裝氣動系統 本系統具有如下特點：（1）使用氣缸定量泵能快速地提供大量液體，效率高；（2）空氣能防火，故液體系統運行安全；（3）結構簡單，維修方便 。共八十六頁School of Mechanical Engineering東南大學機械(jxi)工程學院第七章 系統(xtng)應用與分析液壓與氣壓傳動Part 7.8.2 氣動張力控制系統 在印刷、紡織、造紙等許多工業領域中，張力控制是不可缺少的工藝手段。以前多