液压与气压传动案例教程项目3综合回路的设计与分析ppt课件

1 1项目3 综合回路的设计与分析模块3.1 同步回路的设计与分析模块3.2 顺序动作回路的设计与分析模块3.3 特殊速度控制回路的设计与分析模块3.4 特殊压力控制回路的设计与分析模块3.5 逻辑控制回路的设计与分析项目项目3 3 综合回路的设计与分析综合回路的设计与分析2 2项目3 综合回路的设计与分析模块3.1 同步回路的设计与分析任务3.1.1 压力表、过滤器及分流集流阀1.压力表压力表用于指示油口处压力，其外形图及职能符号如图3-1-1所示。液/气压系统中各个工作点的压力可用压力表来测量，以便调整和控制。最常用的压力表是弹簧弯管式压力表，其结构原理如图3-1-2所示。3 3项目3 综合回路的设计与分析图3-1-1 压力表的外形图及职能符号 4 4项目3 综合回路的设计与分析图3-1-2 弹簧弯管式压力表的结构原理图 5 5项目3 综合回路的设计与分析2.过滤器1)滤油器(1)对滤油器的要求。能满足液压系统对过滤精度要求，即能阻挡一定尺寸的杂质进入系统。滤芯应有足够强度，不会因压力而损坏。通流能力大，压力损失小。易于清洗或更换滤芯。6 6项目3 综合回路的设计与分析(2)滤油器的类型及特点。网式滤油器。线隙式滤油器。纸质滤油器。烧结式滤油器。7 7项目3 综合回路的设计与分析(3)滤油器的安装。泵入口的吸油粗滤器。泵出口油路上的高压滤油器。系统回油路上的低压滤油器。安装在系统以外的旁路过滤系统。8 8项目3 综合回路的设计与分析2)空气过滤器(1)初、中效过滤器。(2)高效空气过滤器。9 9项目3 综合回路的设计与分析3.分流集流阀 分流集流阀也称速度同步阀，是液压阀中分流阀、集流阀、单向分流阀、单向集流阀和比例分流阀的总称。分流阀可以将流量从P口等量分配到A口和B口，其职能符号如图3-1-3所示。10 10项目3 综合回路的设计与分析图3-1-3 分流阀的职能符号11 11项目3 综合回路的设计与分析任务3.1.2 相同位移及相同速度控制回路的设计相同位移及速度控制回路指的是在多缸系统中，不同的执行元件同时运动，且运动速度相同、运动位移相等。1.控制动作的分析以图3-1-4所示的立式车床横梁运动为例。12 12项目3 综合回路的设计与分析图3-1-4 立式车床的外形13 13项目3 综合回路的设计与分析2.设计同步控制回路同步回路的控制方法一般有容积控制、流量控制和伺服控制三种。其中容积控制同步精度最低，伺服控制同步精度最高。1)串联气缸同步回路设计两个气缸串联时的同步回路如图3-1-5所示。14 14项目3 综合回路的设计与分析图3-1-5 串联气缸同步回路15 15项目3 综合回路的设计与分析2)并联气缸同步回路设计并联气缸同步回路如图3-1-6所示。16 16项目3 综合回路的设计与分析图3-1-6 并联气缸同步回路17 17项目3 综合回路的设计与分析任务3.1.3 多缸同步运动系统进行流量控制回路的设计采用调速阀进行流量控制的并联液压缸同步回路如图3-1-7所示。18 18项目3 综合回路的设计与分析图3-1-7 调速阀控制并联液压缸同步回路19 19项目3 综合回路的设计与分析任务3.1.4 分流集流阀控制的同步运动回路设计分流阀控制的同步回路如图3-1-8所示。2020项目3 综合回路的设计与分析图3-1-8 分流阀控制同步回路21 21项目3 综合回路的设计与分析模块3.2 顺序动作回路的设计与分析任务3.2.1 行程开关行程开关又称限位开关，用于机械设备的行程控制及限位保护。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当生产机械运动部件上的撞块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换，因而，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器。行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。2222项目3 综合回路的设计与分析图3-2-1 行程开关的外形图及职能符号2323项目3 综合回路的设计与分析任务3.2.2 顺序动作控制回路的设计1.顺序动作系统要同时控制几个执行元件的顺序动作，如在机床上加工工件，必须将工件定位、夹紧后，才能进行切削加工。为了使执行元件能够按照要求的工作循环准确地运动，则需采用顺序动作回路来控制执行元件的运动。2424项目3 综合回路的设计与分析2.设计控制回路1)行程控制顺序动作回路(1)行程阀控制顺序动作回路。行程阀控制顺序动作回路如图3-2-2所示。2525项目3 综合回路的设计与分析图3-2-2 行程阀控制顺序动作回路2626项目3 综合回路的设计与分析(2)行程开关控制顺序动作回路。图3-2-3为用行程开关控制换向阀的顺序动作回路。2727项目3 综合回路的设计与分析图3-2-3 行程开关控制顺序动作回路2828项目3 综合回路的设计与分析2)压力控制顺序动作回路设计(1)压力继电器控制顺序动作回路。如图3-2-4所示，当电磁换向阀1通电时，液压油经过换向阀1的右位进入液压缸3的左腔，推动活塞向右运动，当碰上挡块(或工件被夹紧)后，系统压力升高，压力继电器2发出信号，使换向阀5的电磁铁通电，换向阀5的上位工作，液压缸4的活塞右移，实现顺序动作。2929项目3 综合回路的设计与分析图3-2-4 压力继电器控制顺序动作回路3030项目3 综合回路的设计与分析(2)用顺序阀实现压力控制的顺序动作回路。用顺序阀实现压力控制的顺序动作回路如图3-2-5所示。31 31项目3 综合回路的设计与分析图3-2-5 用顺序阀实现压力控制的顺序动作回路3232项目3 综合回路的设计与分析3)时间控制的顺序动作回路时间控制是指某一执行元件发生动作后，间隔一段预先调定的时间，再使另一执行元件动作。可采用时间继电器或延时继电器完成其顺序动作。3333项目3 综合回路的设计与分析图3-2-6 时间控制的顺序动作回路3434项目3 综合回路的设计与分析模块3.3 特殊速度控制回路的设计与分析任务3.3.1 蓄能器蓄能器是液压气动系统中的一种能量储蓄装置。它在适当的时机将系统中的能量转变为压缩能或位能储存起来，当系统需要时，又将压缩能或位能转变为液压或气压等能而释放出来，重新补供给系统。当系统瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量，以保证整个系统压力正常。蓄能器具有辅助动力源、系统保压、缓和液压冲击、吸收压力脉动、回收能量等功用。3535项目3 综合回路的设计与分析1.蓄能器的类型及工作原理1)重锤式蓄能器当蓄能器内部重物势能小于其外部油液压力时，蓄能器处于储油状态；当蓄能器内部重物势能大于其外部油液压力时，蓄能器向系统释放能量。重锤式蓄能器具有结构简单、容量大、压力稳定等优点，但也具有结构尺寸大而笨重、运动惯性大、反应不灵敏、易漏油、有摩擦损失等缺点。重锤式蓄能器常用于蓄能。3636项目3 综合回路的设计与分析2)弹簧式蓄能器弹簧式蓄能器的结构如图3-3-1(a)所示。当蓄能器内部弹簧弹力小于其外部油液压力时，蓄能器处于储油状态；当蓄能器内部弹簧弹力大于其外部油液压力时，蓄能器向系统释放能量。其职能符号如图3-3-1(b)所示。3737项目3 综合回路的设计与分析图3-3-1 弹簧式蓄能器的结构图及职能符号3838项目3 综合回路的设计与分析3)充气式蓄能器(1)气瓶式蓄能器(直接接触式蓄能器)。气瓶式蓄能器的结构如图3-3-2(a)所示，它由一个封闭的壳体形成容器，在壳体的下部有一个进出液口与液压系统相连，顶部有一个进气孔，安装充气阀充入压缩空气。3939项目3 综合回路的设计与分析图3-3-2 气瓶式蓄能器的结构图及职能符号4040项目3 综合回路的设计与分析(2)气囊式蓄能器。气囊式蓄能器的结构如图3-3-3(a)所示。气囊用耐油橡胶制成，固定在耐高压的壳体上部。气囊内充有惰性气体，利用气体的压缩和膨胀来储存、释放压力能。壳体下端的提升阀用弹簧加载的菌形阀，由此通入液压油。该结构气液密封性能十分可靠，气囊惯性小。41 41项目3 综合回路的设计与分析图3-3-3 气囊式蓄能器的结构图及职能符号4242项目3 综合回路的设计与分析(3)活塞式蓄能器。活塞式蓄能器的结构如图3-3-4(a)所示。活塞的上部为压缩空气，气体由气门充入，其下部经油孔通入液压系统中，气体和油液在蓄能器中由活塞隔开，利用气体的压缩和膨胀来储存、释放压力能。活塞随下部液压油的储存、释放而在缸筒内滑动。4343项目3 综合回路的设计与分析图3-3-4 活塞式蓄能器的结构图及职能符号4444项目3 综合回路的设计与分析2.蓄能器的安装(1)气囊式蓄能器应垂直安装，油口向下。(2)用作降低噪声、吸收脉动和冲击的蓄能器应尽可能靠近振源。(3)蓄能器与泵之间应安装单向阀，防止油液倒流以保护泵。(4)蓄能器与系统之间设置截止阀，以充气或检修时用。(5)蓄能器必须安装于便于检查、维修的位置，并远离热源。(6)对用于补油保压的蓄能器应尽可能安装在执行元件附近。(7)用于缓和液压冲击、吸收压力脉动的蓄能器，应安装于冲击源或脉动源的近旁。(8)必须用支架或支板将蓄能器固定。4545项目3 综合回路的设计与分析任务3.3.2 快速运动控制的回路设计1.液压缸差动连接的快速运动回路图3-3-5所示回路为液压缸差动连接的快速运动回路。4646项目3 综合回路的设计与分析图3-3-5 液压缸差动连接快速运动回路4747项目3 综合回路的设计与分析2.双泵供油的快速运动回路双泵供油的快速运动回路如图3-3-6所示，其中1为高压小流量泵，用以实现工作进给运动，2为低压大流量泵，用以实现快速运动。在快速运动时，液压泵2输出的油经单向阀4和液压泵1输出的油共同向系统供油。4848项目3 综合回路的设计与分析图3-3-6 双泵供油的快速运动回路4949项目3 综合回路的设计与分析3.采用蓄能器的快速运动回路采用蓄能器的快速运动回路如图3-3-7所示，该回路用于在短时间内需要大流量的液压系统中。5050项目3 综合回路的设计与分析图3-3-7 采用蓄能器的快速运动回路51 51项目3 综合回路的设计与分析任务3.3.3 运动速度转换的控制回路的设计1.用行程阀的速度换接回路图3-3-8所示为用行程阀控制的速度换接回路，在图示位置时，液压缸3右腔的回油可经行程阀4和换向阀2流回油箱，使活塞快速向右运动。当快速运动到达所需位置时，活塞杆上挡块压下行程阀4，将其通路关闭，这时液压缸3右腔的回油就必须经过调速阀6流回油箱，活塞的运动转换为工作进给运动(简称工进)。当操纵换向阀2时，换向阀2左位工作，压力油可经换向阀2和单向阀5进入液压缸3右腔，使活塞快速向左退回。5252项目3 综合回路的设计与分析图3-3-8 用行程阀控制的速度换接回路5353项目3 综合回路的设计与分析2.利用液压缸自身结构的速度换接回路图3-3-9是利用液压缸本身的管路连接实现的速度换接回路。5454项目3 综合回路的设计与分析图3-3-9 利用液压缸自身结构的速度换接回路5555项目3 综合回路的设计与分析3.调速阀并联以实现两种工作进给速度换接的回路对于某些自动机床、注塑机等，需要在自动工作循环中变换两种以上的工作进给速度，这时需要采用两种(或多种)工作进给速度的换接回路。图3-3-10是用两个调速阀并联以实现两种工作进给速度换接的回路。5656项目3 综合回路的设计与分析图3-3-10 调速阀并联的速度换接回路5757项目3 综合回路的设计与分析4.两个调速阀串联的速度换接回路如图3-3-11所示为两个调速阀串联的速度换接回路，液压泵输出的压力油经调速阀3和电磁阀5进入液压缸，这时的流量由调速阀3控制。5858项目3 综合回路的设计与分析图3-3-11 两个调速阀串联的速度换接回路5959项目3 综合回路的设计与分析模块3.4 特殊压力控制回路的设计与分析任务3.4.1 增压液压缸、伸缩缸、齿轮缸和液控单向阀1.增压液压缸增压液压缸又称增压器，它利用活塞和柱塞有效面积的不同使液压系统中的局部区域获得高压，有单作用和双作用两种形式。6060项目3 综合回路的设计与分析单作用增压缸的工作原理如图3-4-1(a)所示，当输入活塞缸的液体压力为p1，活塞直径为D，柱塞直径为d时，柱塞缸中输出的液体压力为高压p2，其值为(3-4-1)61 61项目3 综合回路的设计与分析图3-4-1 增压缸6262项目3 综合回路的设计与分析2.伸缩缸伸缩缸由两个或多个活塞缸套装而成，前一级活塞缸的活塞杆内孔是后一级活塞缸的缸筒，伸出时可获得很长的工作行程，缩回时可保持很小的结构尺寸，伸缩缸被广泛用于起重运输车辆上。6363项目3 综合回路的设计与分析图3-4-2 伸缩缸6464项目3 综合回路的设计与分析伸缩缸的外伸动作是逐级进行的。首先是最大直径的缸筒以最低的油液压力开始外伸，当到达行程终点后，稍小直径的缸筒开始外伸，直径最小的末级最后伸出。随着工作级数变大，外伸缸筒直径越来越小，工作油液压力随之升高，工作速度变快，其值为(3-4-2)(3-4-3)6565项目3 综合回路的设计与分析3.齿轮缸齿轮缸由两个柱塞缸和一套齿条传动装置组成，如图3-4-3所示。柱塞的移动经齿轮齿条传动装置变成齿轮的传动，用于实现工作部件的往复摆动或间歇进给运动。6666项目3 综合回路的设计与分析图3-4-3 齿轮缸6767项目3 综合回路的设计与分析4.液控单向阀图3-4-4(a)所示是液控单向阀的结构。当控制口K处无压力油通入时，它的工作机制和普通单向阀一样，压力油只能从通口P1流向通口P2，不能反向倒流。当控制口K有控制压力油通过时，因控制活塞1右侧a腔通泄油口，活塞1右移，推动顶杆2顶开阀芯3，使通口P1和P2接通，油液就可在两个方向自由通流。图3-4-4(b)所示是液控单向阀的职能符号。6868项目3 综合回路的设计与分析图3-4-4 液控单向阀的结构图及职能符号6969项目3 综合回路的设计与分析任务3.4.2 卸荷回路的设计执行元件在工作中时常需要停歇，在处于不工作状态时，就不需要供油或只需要少量的油液，因此需要卸荷回路，使液压泵输出的油液经卸荷回路，在很低的压力下流回油箱。这样，由于液压泵空载运行，可减少功率消耗，防止系统发热，并且便于实现液压泵空负荷启动，提高泵的寿命和系统效率。常用的卸荷回路有用换向阀中位机能实现的卸荷回路、用两位两通阀实现的卸荷回路、用先导式溢流阀实现的卸荷回路、用卸荷阀实现的卸荷回路。7070项目3 综合回路的设计与分析图3-4-5 用两位两通阀的卸荷回路71 71项目3 综合回路的设计与分析任务3.4.3 系统保压控制回路的设计1.利用液压泵的保压回路利用液压泵的保压回路是在保压过程中，液压泵仍以较高的压力(保压所需压力)工作，此时，若采用定量泵，则压力油几乎全经溢流阀流回油箱，系统功率损失大，易发热，故只在小功率的系统且保压时间较短的场合下才使用；若采用变量泵，则在保压时泵的压力较高，但输出流量几乎等于零，因而，液压系统的功率损失小，这种保压方法能随泄漏量的变化而自动调整输出流量，因而其效率也较高。7272项目3 综合回路的设计与分析2.利用蓄能器的保压回路如图3-4-6(a)所示为单缸系统蓄能器的保压回路，当主换向阀在左位工作时，液压缸向右运动且压紧工件，进油路压力升高至调定值，压力继电器动作使二通阀通电，泵即卸荷，单向阀自动关闭，液压缸则由蓄能器保压。缸压不足时，压力继电器复位使泵重新工作。保压时间的长短取决于蓄能器的容量，调节压力继电器的工作区间即可调节缸中压力的最大值和最小值。如图3-4-6(b)所示为多缸系统中的保压回路，这种回路当主油路压力降低时，单向阀3关闭，支路由蓄能器保压补偿泄漏，压力继电器5的作用是当支路压力达到预定值时发出信号，使主油路开始动作。7373项目3 综合回路的设计与分析图3-4-6 利用蓄能器的保压回路7474项目3 综合回路的设计与分析3.利用液控单向阀的保压回路如图3-4-7所示为采用液控单向阀和电接触式压力表的自动补油式保压回路。7575项目3 综合回路的设计与分析图3-4-7 自动补油的保压回路7676项目3 综合回路的设计与分析任务3.4.4 平衡回路的设计1.采用单向顺序阀的平衡回路单向顺序阀的平衡回路如图3-4-8所示。7777项目3 综合回路的设计与分析图3-4-8 采用单向顺序阀的平衡回路7878项目3 综合回路的设计与分析2.采用液控顺序阀的平衡回路液控顺序阀的平衡回路如图3-4-9所示。7979项目3 综合回路的设计与分析图3-4-9 采用液控顺序阀的平衡回路8080项目3 综合回路的设计与分析模块3.5 逻辑控制回路的设计与分析任务3.5.1 逻辑元件气动逻辑元件是一种以压缩空气为工作介质，通过元件内部可动部件(如膜片、阀芯)的动作，改变气流流动的方向，从而实现一定逻辑功能的流体控制元件。气动逻辑元件种类很多，按工作压力分为高压、低压、微压三种；按结构形式分类，主要包括截止式、膜片式、滑阀式和球阀式等几种类型。81 81项目3 综合回路的设计与分析1.“与门”(双压阀)元件“与门元件即双压阀，是指当只有两个输入端同时输入信号时，才有输出，否则输出端无动作。8282项目3 综合回路的设计与分析图3-5-1 “与门元件的结构图及逻辑符号8383项目3 综合回路的设计与分析图3-5-2 与门工作过程图解8484项目3 综合回路的设计与分析8585项目3 综合回路的设计与分析2.“或门”(梭阀)元件“或门元件即所谓的梭阀。当两个输入端有任一个信号时，有输出。梭阀相当于两个单向阀组合的阀锁，具有逻辑“或门功能，在逻辑回路和程序控制回路中广泛运用，在手动自动回路的转换上常用。8686项目3 综合回路的设计与分析图3-5-3 “或门元件结构图及职能符号8787项目3 综合回路的设计与分析图3-5-4 梭阀工作过程图8888项目3 综合回路的设计与分析8989项目3 综合回路的设计与分析任务3.5.2 双压阀的控制回路设计双压阀回路相当于两个串联的输入信号，即两个阀串联使用。如果两个输入压力一致，会在输出口上产生气压。9090项目3 综合回路的设计与分析图3-5-5 双压阀的控制回路91 91项目3 综合回路的设计与分析任务3.5.3 双手同时动作控制的回路的设计为使主控阀换向，必须使二位三通手动换向阀同时换向，另外，这两位换向阀必须安装在一个人不能双手同时操作的距离上，在操作时如任何一只手离开，则控制信号消失，主控阀复位，活塞杆后退。双手同时动作控制回路如图3-5-6所示。9292项目3 综合回路的设计与分析图3-5-6 双手同时动作运动回路9393项目3 综合回路的设计与分析任务3.5.4 互锁回路设计互锁回路属于安全保护回路，它的控制主要是依靠换向元件的相互制约或逻辑控制元件的逻辑控制来实现的。1.用换向阀实现的互锁回路用换向阀实现的互锁回路如图3-5-7所示。主控阀的换向将受三个串联的机动三通阀控制，只有三个机动三通阀都接通时，主控阀才能换向，液压缸才能动作。9494项目3 综合回路的设计与分析图3-5-7 用换向阀实现的互锁回路9595项目3 综合回路的设计与分析2.用或门逻辑阀实现互锁控制回路用或门逻辑阀实现互锁控制回路如图3-5-8所示。9696项目3 综合回路的设计与分析图3-5-8 或门逻辑阀实现互锁控制回路9797项目3 综合回路的设计与分析任务3.5.5 多地控制回路的设计多地控制回路是在不同的地方都可以使气缸动作。如图3-5-9所示，当按下手动阀1时，压缩空气经手动阀1、梭阀4的左端及输出端进入梭阀5的左端及输出端，使换向阀6的左位工作，推动活塞向右运动。手动阀2和手动阀3的控制与其类似。9898项目3 综合回路的设计与分析图3-5-9 三地控制回路