液压气动控制技术课程设计电大复习资料.doc

液压气动控制技术课程设计
液压传动在国民经济的各个领域中应用十分广泛，但不同专业的液压机械其工作要求、工况特点、动作循环都是不同的。因此，作为液压机械主要部分的液压系统，为了满足液压机械的各项技术要求，其系统的构成、工作原理、所采用的液压元件和作用特点等也不尽相同。在教材中介绍了YT4543型动力滑台、注塑机和船舶起货机等三种机械设备的液压系统，分析它们的工作原理和性能特点，试图通过这些实例使学习者掌握分析液压系统的一般步骤和方法。但实际的液压系统都比较复杂，要读懂液压系统图并非易事，对于初学者来说还需要通过大量的读图分析，循序渐进，积累经验，才能逐步掌握分析液压系统的一般步骤和方法，下面再给出几例供学习者参考：
例1．图示液压机械的动作循环为快进、一工进、二工进、快退、停止。读懂液压系统原理图，分析系统中油液流动情况，填写电磁铁动作顺序表，并说明系统的特点。
a1
a2
a1＞a2

注：图中a1 和 a2分别为阀7和阀9节流口的通流面积。

（1）系统油液流动情况
快进
进油路 液压泵2――三位四通换向阀4（左位）――液压缸无杆腔；
回油路 液压缸有杆腔――二位二通阀10（左位）――三位四通换向阀4（左位）――油箱。
一工进
进油路 液压泵2――三位四通换向阀4（左位）――液压缸无杆腔；
回油路 液压缸有杆腔――二位二通阀6（左位）――调速阀7――三位四通换向阀4（左位）――油箱。
二工进
进油路 液压泵2――三位四通换向阀4（左位）――液压缸无杆腔；
回油路 液压缸有杆腔――二位二通阀8（左位）――调速阀9――三位四通换向阀4（左位）――油箱。
快退
进油路 液压泵2――三位四通换向阀4（右位）――液压缸有杆腔；
回油路 液压缸无杆腔――三位四通换向阀4（右位）――油箱。

（2）电磁铁动作顺序表
电磁铁

动作

1DT

2DT
3DT
4DT
5DT
快进
－
＋
－
－
－
一工进
－
＋
＋
－
＋
二工进
－
＋
－
＋
＋
快退
＋
－
－
－
－
停止
－
－
－
－
－
注：电磁铁吸合标“＋”，电磁铁断开标“－”。
（3）液压系统的特点
本液压系统调速回路属于回油路节流调速回路。液压系统的速度换接回路是采用并联调速阀的二次进给回路。当二位二通阀6与8互相切换时，回油将分别通过两个通油截面不同的调速阀返回油箱，从而实现两种不同的进给速度。
三位四通换向阀的中位机能为H型，可实现系统的卸荷。

例2．图示液压系统，动作循环为夹紧、快进、工进、快退、放松。试读懂液压系统图，说明油液的流动情况，并完成液压系统的动作循环表。
夹紧 放松

（1）油液流动情况
夹紧
进油路 液压泵2――减压阀4――单向阀5――二位四通阀6（左位）――液压缸9无杆腔；
回油路 液压缸9有杆腔――二位四通阀6（左位）――油箱。
快进
进油路 液压泵2 ――三位四通阀11（左位）――液压缸10无杆腔；
回油路 液压缸10有杆腔――三位四通阀11（左位）――二位二通阀13（左位）――油箱。
工进
进油路 液压泵2 ――三位四通阀11（左位）――液压缸10无杆腔；
回油路 液压缸10有杆腔――三位四通阀11（左位）――调速阀12――油箱。
快退
进油路 液压泵2――三位四通阀11（右位）――液压缸10有杆腔；
回油路 液压缸10无杆腔――三位四通阀11（右位）――二位二通阀13（左位）――油箱。
放松
进油路 液压泵2――减压阀4――单向阀5――二位四通阀6（右位）――液压缸9有杆腔；
回油路 液压缸9无杆腔――二位四通阀6（右位）――油箱。
（2）系统的动作循环表

电磁铁
动作
1DT
2DT
3DT
4DT
缸9夹紧
－
－
－
＋
缸10快进
＋
－
－
＋
缸10工进
＋
－
＋
＋
缸10快退
－
＋
－
－
缸9松开
＋
－
＋
－
停止
－
－
－
－
注：电磁铁吸合标“＋”，电磁铁断开标“－”。
下面的习题，请同学自行完成。
习题 图示液压系统，动作循环为快进、一工进、二工进、快退，试读懂液压系统图，说明油液的流动情况，并完成液压系统的动作循环表。

注：a1、a2分别为调速阀7、8的通油面积。

液压系统的应用与分析（2）
在液压系统的应用与分析（1）中我们讲到，实际的液压系统都比较复杂，要读懂液压系统图并非易事，对于初学者来说还需要通过大量的读图分析，循序渐进，积累经验，才能逐步掌握分析液压系统的一般步骤和方法。下面再给出一例供学习者参考：
例题 按动作循环表的说明阅读图示的液压系统原理图，说明系统各个动作的油液流动状况，完成电气元件的动作循环表，并分析系统的特点。

动作名称
电气元件
1YA
2YA
11YA
12YA
21YA
22YA
YJ
定位夹紧

快进

工进卸荷

快退

松开拔销

原位卸荷

备注：（1）Ⅰ、Ⅱ两个回路各自进行独立循环动作，互不约束；
（2）12YA、22YA中任一个通电时，1YA便通电；12YA、22YA均断电时，1YA才断电。
本系统由供油回路、定位夹紧回路、工作油路Ⅰ、工作油路Ⅱ组成。Ⅰ、Ⅱ两个回路各自进行独立循环动作，互不约束，动作顺序如上表所列。
一、 油路Ⅰ油液流动情况
1．定位夹紧
定位缸定位：
进油路线：高压小流量泵-→减压阀-→单向阀-→2位4通换向阀（左位）-→定位缸无
杆腔；
回油路线：定位缸有杆腔-→2位4通换向阀左位-→节流阀-→油箱。
夹紧缸夹紧：
进油路线：高压小流量泵-→减压阀-→2位4通换向阀（左位）-→顺序阀-→夹紧缸无杆腔；
回油路线：夹紧缸有杆腔-→2位4通换向阀（左位）-→节流阀-→油箱。
当夹紧工件后，进油路压力升高，压力继电器（YJ）动作发信号，使1YA、11YA、12YA通电，启动油路Ⅰ。（或使1YA、21YA、22YA通电，启动油路Ⅱ，缸Ⅱ快进）
2．快进 1YA通电，11YA、12YA通电
进油路线：低压大流量泵-→2位5通换向阀右位-→缸Ⅰ有杆腔；
回油路线：缸Ⅰ无杆腔-→2位3通换向阀左位-→2位5通换向阀右位-→缸Ⅰ有杆腔。
泵输出油液于缸Ⅰ两腔互通，形成差动连接，实现快速运动。
3．工进卸荷（低） 1YA断电，12YA断电，11YA通电
进油路线：高压小流量泵-→2位5通换向阀左位-→2位3通换向阀左→缸Ⅰ无杆腔；
回油路线：缸Ⅰ有杆腔-→调速阀-→油箱。
实现工进，速度可有调速阀调节，属回油路节流调速。由于1YA断电，先导式溢流阀
荷口通油箱，则低压大流量泵经溢流阀荷。
4．快退 1YA通电，12YA通电，11YA断电
进油路线：低压大流量泵-→2位5通换向阀右位-→缸（Ⅰ）有杆腔；
回油路线：缸（Ⅰ）无杆腔-→2位3通换向阀右位-→油箱。
实现快速退回。
5、松开拔销 2YA通电，1YA断电
进油路线：高压小流量泵-→减压阀-→单向阀-→2位4通换向阀右位-→同时与定位
夹紧缸无杆腔相通；
回油路线：夹紧缸无杆腔-→单向顺序阀中的单向阀-→
（合流）-——
定位缸无杆腔 ———————————-→
-→2位4通换向阀右位-→节流阀-→油箱。
6、 原位卸荷（低） 所有电器元件均断电，处于图示状态。
二 、油路Ⅱ油液流动情况
定位、夹紧与油路Ⅰ完全相同，故仅分析快进、工进和快退。
1．定位夹紧 同油路Ⅰ
2．快进： 1YA通电，21YA通电，22YA通电
进油路线：低压大流量泵-→2位5通换向阀右位-→2位3通换向阀左位-→缸Ⅱ无杆腔；
回油路线：缸Ⅱ有杆腔-→2位5通换向阀右位-→2位3通换向阀左位-→缸Ⅱ无杆腔。
泵输出油液与缸Ⅱ两腔互通，实现差动连接，实现快速进给运动。
3．工进卸荷（低） 21YA通电，22YA断电，1YA断电
进油路线：高压小流量泵-→调速阀-→2位3通换向阀左位-→缸Ⅱ无杆腔；
回油路线：缸Ⅱ有杆腔-→2位5通换向阀左位-→单向阀-→油箱。
由调速阀调节工进速度，属进油路节流调速回路，由单向阀在回油路建立背压，使工进速度稳定，低压大流量泵卸荷同油路Ⅰ。
4、快退 1YA通电，22YA通电，21YA断电
进油路线：低压大流量泵-→2位5通换向阀右位-→缸（Ⅱ）有杆腔；
回油路线：缸（Ⅱ）无杆腔-→2位3通换向阀右位-→油箱。

电器元件动作表
动作名称
电器元件
1YA
2YA
11YA
12YA
21YA
22YA
YJ
定位夹紧
－
－
－
－
－
－
+
快进
+
－
+
+
+
+
（+）
工进卸荷（低）
－
－
+
－
+
－
（+）
快退
+
－
－
+
－
+
（+）
松开拔销
－
+
－
－
－
－
－
原位卸荷（低）
－
－
－
－
－
－
－

三 、系统特点
1．由分析可知回路Ⅰ、Ⅱ各自独立，互不干扰，可以实现对不同工件的加工要求，扩大了加工范围。
2．快进、快退两回路均由低压大流量泵供油，且快进时均为差动连接，可以提高快进速度。
3．工进时低压大流量泵卸荷，可以节省能源，减少油液发热。
4．调速回路均为节流调速，回路Ⅰ为回油节流调速，回路Ⅱ为进油节流调速，回油路加背压，可以保证工进速度稳定。
5．快进、快退时，高压小流量泵不卸荷，故仍有功率损失。

液压系统中的压力控制阀
在液压系统中，压力控制阀可以调定系统主回路或分支回路的压力。按照功能分类，常用的压力控制阀有溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器等。这些压力控制阀结构上相似，但性能有差别，在系统中的作用也不尽相同。搞清它们的区别与联系，对于学习压力控制回路以至液压系统的分析是非常重要的。

一、溢流阀
功能 溢流阀的功能是通过阀口溢流，使被控系统或回路的压力保持稳定，实现稳压、调压或限压的作用。
特点 按照结构，溢流阀有直动式和先导式两种。对于直动式溢流阀，当压力较高、流量较大时，要求调压弹簧有很大的刚度，调节性能较差，而滑阀的泄漏也使高压控制难以实现，故只能用于低压小流量场合。先导式溢流阀的特点是用先导阀控制主阀，在溢流阀主阀溢流时，溢流阀进口压力可维持为由先导阀弹簧所调定的定值。先导式溢流阀的另一特点是具有远程控制口，可很方便地实现系统卸荷或远程调压。
溢流阀的泄漏油或流经先导阀的油液在返回油箱时有内泄和外泄两种方式。内泄时泄漏油流经的弹簧腔或先导阀弹簧腔通过阀体内的连接通道与出油口相通；而外泄时泄漏油或流经先导阀的油液被直接单独引回油箱。
应用 溢流阀的主要用途：（1）在定量泵的出口并联溢流阀可调节泵的出口压力；（2）在变量泵的出口并联溢流阀可对系统起到过载保护作用；（3）在回油路上接入直动式溢流阀可使执行元件运动平稳；（4）利用先导式溢流阀的远程控制口可实现系统卸荷或远程调压。总之，在系统中溢流阀可作为溢流阀、安全阀、背压阀使用，可以调节系统的压力或使系统卸荷。

二、减压阀
功能 减压阀的功能在于使流经减压阀的油液压力降低，并使与减压阀出口连接的回路压力保持稳定。即减压阀的出口压力可维持恒定，不受进口压力及通过流量的影响。
特点 按照结构减压阀也有直动式和先导式两种，分别用于不同场合。
减压阀的阀心处在原始位置上时，它的阀口是打开的，阀的进、出口沟通。阀心由出口处的压力控制，出口压力未达到调定压力时阀口全开，阀心不动。当出口压力达到调定压力时，阀心上移，阀口关小，在调定压力下达到平衡。当减压阀的出口处不输出油液时，它的出口压力仍能够基本保持恒定，此时有少量油液经先导阀流回油箱。
减压阀与溢流阀的主要区别为：（1）减压阀能保持出口处的压力基本不变，而溢流阀则保持进口处的压力基本不变；（2）在不工作时，减压阀的进出油口互通，溢流阀的进出油口不通；（3）减压阀要求外泄，其先导阀的弹簧腔需通过泄油口单独外接油箱，而溢流阀允许内泄，其先导阀弹簧腔通过阀体内的连接通道与出油口相通，不必单独外接油箱。
应用 减压阀主要用于降低系统某一支路的油液压力，在同一系统中得到两个或多个不同压力的回路。常用于夹紧支路、润滑支路或电液动换向阀的控制回路。需要注意的是减压阀具有压力损失，当分支油路比主油路的压力低很多、且流量较大时，可考虑采用高、低压泵分别供油。

三、顺序阀
功能 顺序阀的功能在于利用液压系统中的压力变化，控制油路通断来控制多个执行元件的顺序动作。
特点 按照结构，顺序阀也有直动式和先导式两种。直动式顺序阀结构简单，动作灵敏，但调定压力较低，较高压力时宜采用先导式顺序阀。
根据控制压力来源的不同，顺序阀有内控式和外控式之分，请注意两者图形符号的区别。内控式顺序阀在进油路压力达到设定压力之前，阀口一直是关闭的，达到设定压力后阀口打开，使压力油进入油路；外控式顺序阀阀口的开闭与油路进口压力无关，仅取决于控制油路压力的大小。
顺序阀与溢流阀的主要区别为：（1）当顺序阀的出口与负载油路相通时，泄漏油和先导控制油必须外泄，而溢流阀的出口与回油相通，泄漏油和先导控制油可外泄也可内泄；（2）溢流阀的进口压力是限定的，即阀的调定压力，顺序阀的进口压力由负载决定，顺序阀开启后可随负载增加而进一步升高。
应用 顺序阀的主要用途为：（1）控制多个执行元件的顺序动作；（参见教材P126图7－31）（2）内控式顺序阀可作背压阀使用；（3）与单向阀并联组成平衡阀，锁定执行元件；（参见教材P110图7－11）（4）外控顺序阀可用于双泵供油系统的卸荷。（参见教材P123图7－25）

四、压力继电器
压力继电器是利用液体压力信号控制电气触点通断的液压电气转换元件，当油液的压力达到其设定压力时，压力继电器发出电信号，以控制电气元件动作，实现执行元件的顺序动作或系统的安全保护和动作互锁。

例题 图示a、b回路参数相同，液压缸无杆腔面积A＝50cm2，负载FL＝10000N，各阀的调定压力如图所示，试分别确定a、b两回路在活塞运动时和活塞运动到终端停止时A、B两点的压力。

解：
1．a回路由油泵、溢流阀、减压阀、液压缸等元件组成。
（1）活塞运动时
由液压缸的力平衡方程

此时B点压力未达到减压阀的设定压力，减压阀的阀口全开，进、出油口互通，A点压力与B点压力相等。

（2）活塞在终端停止时
活塞在终端停止时，减压阀的出口不再输出油液，它的出口压力从2MPa升高到调定压力，并能够保持恒定，此时减压阀处于工作状态。

由于只有少量油液流经减压阀外泄流回油箱，油泵输出的液压油只能打开溢流阀返回油箱，故A点压力应等于溢流阀的调定压力。

2．b回路由油泵、溢流阀、顺序阀、液压缸等元件组成。
（1）活塞运动时
由液压缸的力平衡方程

此时A点压力应达到顺序阀的设定压力，否则顺序阀不能打开。

（2）活塞在终端停止时
活塞在终端停止时，顺序阀的出口不再输出油液，其出口压力快速升高，而顺序阀的进口压力也随之升高，直到油液打开溢流阀返回油箱。故此时B点和A点的压力都等于溢流阀的调定压力。

下面给出的自测题可供参考使用,请经过认真思考并得出结论后再对照答案。
自测题 图示液压系统，液压缸的活塞面积A1＝A2＝100cm2，缸Ⅰ负载FL＝35000N，缸Ⅱ运动时负载为零，不计摩擦阻力、和管路损失。溢流阀、顺序阀和减压阀的调定压力分别为4MPa、3MPa和2MPa。求下列三种工况下A、B和C处的压力。
（1）液压泵启动后，两换向阀处于中位；
（2）1YA通电，2YA断电，液压缸运动时和到终端停止时；
（3）1YA断电，2YA通电，液压缸运动时和碰到挡块停止时。

参考答案
（1）pA＝pB＝4MPa，pC＝2MPa；
（2）运动时 pA＝pB＝3.5MPa，pC＝2MPa； 终端时pA＝pB＝4MPa，pC＝2MPa；
（3）运动时 pA＝pB＝pC＝0； 终端时pA＝pB＝4MPa，pC＝2MPa