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1、,模塊3.1 同步回路的設(shè)計與分析 模塊3.2 順序動作回路的設(shè)計與分析 模塊3.3 特殊速度控制回路的設(shè)計與分析 模塊3.4 特殊壓力控制回路的設(shè)計與分析 模塊3.5 邏輯控制回路的設(shè)計與分析,項目3 綜合回路的設(shè)計與分析,模塊3.1 同步回路的設(shè)計與分析任務(wù)3.1.1 壓力表、過濾器及分流集流閥1. 壓力表壓力表用于指示油口處壓力，其外形圖及職能符號如圖3-1-1所示。液/氣壓系統(tǒng)中各個工作點的壓力可用壓力表來測量，以便調(diào)整和控制。最常用的壓力表是彈簧彎管式壓力表，其結(jié)構(gòu)原理如圖3-1-2所示。,,,圖3-1-1 壓力表的外形圖及職能符號,,圖3-1-2 彈簧彎管式壓力表的結(jié)構(gòu)原理圖,2.
2、 過濾器1) 濾油器(1) 對濾油器的要求。 能滿足液壓系統(tǒng)對過濾精度要求，即能阻擋一定尺寸的雜質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)。 濾芯應(yīng)有足夠強度，不會因壓力而損壞。 通流能力大，壓力損失小。 易于清洗或更換濾芯。,,(2) 濾油器的類型及特點。 網(wǎng)式濾油器。 線隙式濾油器。 紙質(zhì)濾油器。 燒結(jié)式濾油器。,,(3) 濾油器的安裝。 泵入口的吸油粗濾器。 泵出口油路上的高壓濾油器。 系統(tǒng)回油路上的低壓濾油器。 安裝在系統(tǒng)以外的旁路過濾系統(tǒng)。,,2) 空氣過濾器(1) 初、中效過濾器。(2) 高效空氣過濾器。,,3. 分流集流閥 分流集流閥也稱速度同步閥，是液壓閥中分流閥、集流閥、單向分流閥、單向集流閥和比例分流閥的
3、總稱。分流閥可以將流量從P口等量分配到A口和B口，其職能符號如圖3-1-3所示。,,,圖3-1-3 分流閥的職能符號,任務(wù)3.1.2 相同位移及相同速度控制回路的設(shè)計相同位移及速度控制回路指的是在多缸系統(tǒng)中，不同的執(zhí)行元件同時運動，且運動速度相同、運動位移相等。1. 控制動作的分析以圖3-1-4所示的立式車床橫梁運動為例。,,圖3-1-4 立式車床的外形,2. 設(shè)計同步控制回路同步回路的控制方法一般有容積控制、流量控制和伺服控制三種。其中容積控制同步精度最低，伺服控制同步精度最高。1) 串聯(lián)氣缸同步回路設(shè)計兩個氣缸串聯(lián)時的同步回路如圖3-1-5所示。,,,圖3-1-5 串聯(lián)氣缸同步回路,2)
4、并聯(lián)氣缸同步回路設(shè)計并聯(lián)氣缸同步回路如圖3-1-6所示。,,,圖3-1-6 并聯(lián)氣缸同步回路,任務(wù)3.1.3 多缸同步運動系統(tǒng)進(jìn)行流量控制回路的設(shè)計采用調(diào)速閥進(jìn)行流量控制的并聯(lián)液壓缸同步回路如圖3-1-7所示。,,,圖3-1-7 調(diào)速閥控制并聯(lián)液壓缸同步回路,任務(wù)3.1.4 分流集流閥控制的同步運動回路設(shè)計分流閥控制的同步回路如圖3-1-8所示。,,,圖3-1-8 分流閥控制同步回路,,模塊3.2 順序動作回路的設(shè)計與分析任務(wù)3.2.1 行程開關(guān)行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，用于機械設(shè)備的行程控制及限位保護(hù)。在實際生產(chǎn)中，將行程開關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)生產(chǎn)機械運動部件上的撞塊撞擊行程開關(guān)時，行程開
5、關(guān)的觸點動作，實現(xiàn)電路的切換，因此，行程開關(guān)是一種根據(jù)運動部件的行程位置而切換電路的電器。行程開關(guān)廣泛用于各類機床和起重機械，用以控制其行程、進(jìn)行終端限位保護(hù)。,,,圖3-2-1 行程開關(guān)的外形圖及職能符號,任務(wù)3.2.2 順序動作控制回路的設(shè)計1. 順序動作系統(tǒng)要同時控制幾個執(zhí)行元件的順序動作，如在機床上加工工件，必須將工件定位、夾緊后，才能進(jìn)行切削加工。為了使執(zhí)行元件能夠按照要求的工作循環(huán)準(zhǔn)確地運動，則需采用順序動作回路來控制執(zhí)行元件的運動。,,2. 設(shè)計控制回路1) 行程控制順序動作回路(1) 行程閥控制順序動作回路。行程閥控制順序動作回路如圖3-2-2所示。,,,圖3-2-2 行程閥控
6、制順序動作回路,(2) 行程開關(guān)控制順序動作回路。圖3-2-3為用行程開關(guān)控制換向閥的順序動作回路。,,,圖3-2-3 行程開關(guān)控制順序動作回路,2) 壓力控制順序動作回路設(shè)計(1) 壓力繼電器控制順序動作回路。如圖3-2-4所示，當(dāng)電磁換向閥1通電時，液壓油經(jīng)過換向閥1的右位進(jìn)入液壓缸3的左腔，推動活塞向右運動，當(dāng)碰上擋塊(或工件被夾緊)后，系統(tǒng)壓力升高，壓力繼電器2發(fā)出信號，使換向閥5的電磁鐵通電，換向閥5的上位工作，液壓缸4的活塞右移，實現(xiàn)順序動作。,,,圖3-2-4 壓力繼電器控制順序動作回路,(2) 用順序閥實現(xiàn)壓力控制的順序動作回路。用順序閥實現(xiàn)壓力控制的順序動作回路如圖3-2-5
7、所示。,,,圖3-2-5 用順序閥實現(xiàn)壓力控制的順序動作回路,3) 時間控制的順序動作回路時間控制是指某一執(zhí)行元件發(fā)生動作后，間隔一段預(yù)先調(diào)定的時間，再使另一執(zhí)行元件動作?？刹捎脮r間繼電器或延時繼電器完成其順序動作。,,,圖3-2-6 時間控制的順序動作回路,,模塊3.3 特殊速度控制回路的設(shè)計與分析任務(wù)3.3.1 蓄能器蓄能器是液壓氣動系統(tǒng)中的一種能量儲蓄裝置。它在適當(dāng)?shù)臅r機將系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎s能或位能儲存起來，當(dāng)系統(tǒng)需要時，又將壓縮能或位能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤夯驓鈮旱饶芏尫懦鰜恚匦卵a供給系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)瞬間壓力增大時，它可以吸收這部分的能量，以保證整個系統(tǒng)壓力正常。蓄能器具有輔助動力源、系統(tǒng)保壓
8、、緩和液壓沖擊、吸收壓力脈動、回收能量等功用。,,1. 蓄能器的類型及工作原理1) 重錘式蓄能器當(dāng)蓄能器內(nèi)部重物勢能小于其外部油液壓力時，蓄能器處于儲油狀態(tài)；當(dāng)蓄能器內(nèi)部重物勢能大于其外部油液壓力時，蓄能器向系統(tǒng)釋放能量。重錘式蓄能器具有結(jié)構(gòu)簡單、容量大、壓力穩(wěn)定等優(yōu)點，但也具有結(jié)構(gòu)尺寸大而笨重、運動慣性大、反應(yīng)不靈敏、易漏油、有摩擦損失等缺點。重錘式蓄能器常用于蓄能。,,2) 彈簧式蓄能器彈簧式蓄能器的結(jié)構(gòu)如圖3-3-1(a)所示。當(dāng)蓄能器內(nèi)部彈簧彈力小于其外部油液壓力時，蓄能器處于儲油狀態(tài)；當(dāng)蓄能器內(nèi)部彈簧彈力大于其外部油液壓力時，蓄能器向系統(tǒng)釋放能量。其職能符號如圖3-3-1(b)所示。
9、,,圖3-3-1 彈簧式蓄能器的結(jié)構(gòu)圖及職能符號,3) 充氣式蓄能器(1) 氣瓶式蓄能器(直接接觸式蓄能器)。氣瓶式蓄能器的結(jié)構(gòu)如圖3-3-2(a)所示，它由一個封閉的殼體形成容器，在殼體的下部有一個進(jìn)出液口與液壓系統(tǒng)相連，頂部有一個進(jìn)氣孔，安裝充氣閥充入壓縮空氣。,,,圖3-3-2 氣瓶式蓄能器的結(jié)構(gòu)圖及職能符號,(2) 氣囊式蓄能器。氣囊式蓄能器的結(jié)構(gòu)如圖3-3-3(a)所示。氣囊用耐油橡膠制成，固定在耐高壓的殼體上部。氣囊內(nèi)充有惰性氣體，利用氣體的壓縮和膨脹來儲存、釋放壓力能。殼體下端的提升閥用彈簧加載的菌形閥，由此通入液壓油。該結(jié)構(gòu)氣液密封性能十分可靠，氣囊慣性小。,,,圖3-3-3
10、氣囊式蓄能器的結(jié)構(gòu)圖及職能符號,(3) 活塞式蓄能器?；钊叫钅芷鞯慕Y(jié)構(gòu)如圖3-3-4(a)所示。活塞的上部為壓縮空氣，氣體由氣門充入，其下部經(jīng)油孔通入液壓系統(tǒng)中，氣體和油液在蓄能器中由活塞隔開，利用氣體的壓縮和膨脹來儲存、釋放壓力能?；钊S下部液壓油的儲存、釋放而在缸筒內(nèi)滑動。,,,圖3-3-4 活塞式蓄能器的結(jié)構(gòu)圖及職能符號,2. 蓄能器的安裝(1) 氣囊式蓄能器應(yīng)垂直安裝，油口向下。(2) 用作降低噪聲、吸收脈動和沖擊的蓄能器應(yīng)盡可能靠近振源。(3) 蓄能器與泵之間應(yīng)安裝單向閥，防止油液倒流以保護(hù)泵。(4) 蓄能器與系統(tǒng)之間設(shè)置截止閥，以充氣或檢修時用。(5) 蓄能器必須安裝于便于檢查、
11、維修的位置，并遠(yuǎn)離熱源。(6) 對用于補油保壓的蓄能器應(yīng)盡可能安裝在執(zhí)行元件附近。(7) 用于緩和液壓沖擊、吸收壓力脈動的蓄能器，應(yīng)安裝于沖擊源或脈動源的近旁。(8) 必須用支架或支板將蓄能器固定。,,任務(wù)3.3.2 快速運動控制的回路設(shè)計1. 液壓缸差動連接的快速運動回路圖3-3-5所示回路為液壓缸差動連接的快速運動回路。,,,圖3-3-5 液壓缸差動連接快速運動回路,2. 雙泵供油的快速運動回路雙泵供油的快速運動回路如圖3-3-6所示，其中1為高壓小流量泵，用以實現(xiàn)工作進(jìn)給運動，2為低壓大流量泵，用以實現(xiàn)快速運動。在快速運動時，液壓泵2輸出的油經(jīng)單向閥4和液壓泵1輸出的油共同向系統(tǒng)供油。,
12、,,圖3-3-6 雙泵供油的快速運動回路,3. 采用蓄能器的快速運動回路采用蓄能器的快速運動回路如圖3-3-7所示，該回路用于在短時間內(nèi)需要大流量的液壓系統(tǒng)中。,,圖3-3-7 采用蓄能器的快速運動回路,任務(wù)3.3.3 運動速度轉(zhuǎn)換的控制回路的設(shè)計1. 用行程閥的速度換接回路圖3-3-8所示為用行程閥控制的速度換接回路，在圖示位置時，液壓缸3右腔的回油可經(jīng)行程閥4和換向閥2流回油箱，使活塞快速向右運動。當(dāng)快速運動到達(dá)所需位置時，活塞桿上擋塊壓下行程閥4，將其通路關(guān)閉，這時液壓缸3右腔的回油就必須經(jīng)過調(diào)速閥6流回油箱，活塞的運動轉(zhuǎn)換為工作進(jìn)給運動(簡稱工進(jìn))。當(dāng)操縱換向閥2時，換向閥2左位工作，
13、壓力油可經(jīng)換向閥2和單向閥5進(jìn)入液壓缸3右腔，使活塞快速向左退回。,,,圖3-3-8 用行程閥控制的速度換接回路,2. 利用液壓缸自身結(jié)構(gòu)的速度換接回路圖3-3-9是利用液壓缸本身的管路連接實現(xiàn)的速度換接回路。,,,圖3-3-9 利用液壓缸自身結(jié)構(gòu)的速度換接回路,3. 調(diào)速閥并聯(lián)以實現(xiàn)兩種工作進(jìn)給速度換接的回路對于某些自動機床、注塑機等，需要在自動工作循環(huán)中變換兩種以上的工作進(jìn)給速度，這時需要采用兩種(或多種)工作進(jìn)給速度的換接回路。圖3-3-10是用兩個調(diào)速閥并聯(lián)以實現(xiàn)兩種工作進(jìn)給速度換接的回路。,,,圖3-3-10 調(diào)速閥并聯(lián)的速度換接回路,4. 兩個調(diào)速閥串聯(lián)的速度換接回路如圖3-3-1
14、1所示為兩個調(diào)速閥串聯(lián)的速度換接回路，液壓泵輸出的壓力油經(jīng)調(diào)速閥3和電磁閥5進(jìn)入液壓缸，這時的流量由調(diào)速閥3控制。,,,圖3-3-11 兩個調(diào)速閥串聯(lián)的速度換接回路,,模塊3.4 特殊壓力控制回路的設(shè)計與分析任務(wù)3.4.1 增壓液壓缸、伸縮缸、齒輪缸和液控單向閥1. 增壓液壓缸增壓液壓缸又稱增壓器，它利用活塞和柱塞有效面積的不同使液壓系統(tǒng)中的局部區(qū)域獲得高壓，有單作用和雙作用兩種形式。,,單作用增壓缸的工作原理如圖3-4-1(a)所示，當(dāng)輸入活塞缸的液體壓力為p1，活塞直徑為D，柱塞直徑為d時，柱塞缸中輸出的液體壓力為高壓p2，其值為 (3-4-1),,圖3-4-1 增壓缸,2. 伸縮缸伸縮缸
15、由兩個或多個活塞缸套裝而成，前一級活塞缸的活塞桿內(nèi)孔是后一級活塞缸的缸筒，伸出時可獲得很長的工作行程，縮回時可保持很小的結(jié)構(gòu)尺寸，伸縮缸被廣泛用于起重運輸車輛上。,,,圖3-4-2 伸縮缸,伸縮缸的外伸動作是逐級進(jìn)行的。首先是最大直徑的缸筒以最低的油液壓力開始外伸，當(dāng)?shù)竭_(dá)行程終點后，稍小直徑的缸筒開始外伸，直徑最小的末級最后伸出。隨著工作級數(shù)變大，外伸缸筒直徑越來越小，工作油液壓力隨之升高，工作速度變快，其值為(3-4-2) (3-4-3),3. 齒輪缸齒輪缸由兩個柱塞缸和一套齒條傳動裝置組成，如圖3-4-3所示。柱塞的移動經(jīng)齒輪齒條傳動裝置變成齒輪的傳動，用于實現(xiàn)工作部件的往復(fù)擺動或間歇進(jìn)給
16、運動。,,,圖3-4-3 齒輪缸,4. 液控單向閥圖3-4-4(a)所示是液控單向閥的結(jié)構(gòu)。當(dāng)控制口K處無壓力油通入時，它的工作機制和普通單向閥一樣，壓力油只能從通口P1流向通口P2，不能反向倒流。當(dāng)控制口K有控制壓力油通過時，因控制活塞1右側(cè)a腔通泄油口，活塞1右移，推動頂桿2頂開閥芯3，使通口P1和P2接通，油液就可在兩個方向自由通流。圖3-4-4(b)所示是液控單向閥的職能符號。,,,圖3-4-4 液控單向閥的結(jié)構(gòu)圖及職能符號,任務(wù)3.4.2 卸荷回路的設(shè)計執(zhí)行元件在工作中時常需要停歇，在處于不工作狀態(tài)時，就不需要供油或只需要少量的油液，因此需要卸荷回路，使液壓泵輸出的油液經(jīng)卸荷回路，在
17、很低的壓力下流回油箱。這樣，由于液壓泵空載運行，可減少功率消耗，防止系統(tǒng)發(fā)熱，并且便于實現(xiàn)液壓泵空負(fù)荷啟動，提高泵的壽命和系統(tǒng)效率。常用的卸荷回路有用換向閥中位機能實現(xiàn)的卸荷回路、用兩位兩通閥實現(xiàn)的卸荷回路、用先導(dǎo)式溢流閥實現(xiàn)的卸荷回路、用卸荷閥實現(xiàn)的卸荷回路。,,,圖3-4-5 用兩位兩通閥的卸荷回路,任務(wù)3.4.3 系統(tǒng)保壓控制回路的設(shè)計1. 利用液壓泵的保壓回路利用液壓泵的保壓回路是在保壓過程中，液壓泵仍以較高的壓力(保壓所需壓力)工作，此時，若采用定量泵，則壓力油幾乎全經(jīng)溢流閥流回油箱，系統(tǒng)功率損失大，易發(fā)熱，故只在小功率的系統(tǒng)且保壓時間較短的場合下才使用；若采用變量泵，則在保壓時泵的
18、壓力較高，但輸出流量幾乎等于零，因而，液壓系統(tǒng)的功率損失小，這種保壓方法能隨泄漏量的變化而自動調(diào)整輸出流量，因而其效率也較高。,,2. 利用蓄能器的保壓回路如圖3-4-6(a)所示為單缸系統(tǒng)蓄能器的保壓回路，當(dāng)主換向閥在左位工作時，液壓缸向右運動且壓緊工件，進(jìn)油路壓力升高至調(diào)定值，壓力繼電器動作使二通閥通電，泵即卸荷，單向閥自動關(guān)閉，液壓缸則由蓄能器保壓。缸壓不足時，壓力繼電器復(fù)位使泵重新工作。保壓時間的長短取決于蓄能器的容量，調(diào)節(jié)壓力繼電器的工作區(qū)間即可調(diào)節(jié)缸中壓力的最大值和最小值。如圖3-4-6(b)所示為多缸系統(tǒng)中的保壓回路，這種回路當(dāng)主油路壓力降低時，單向閥3關(guān)閉，支路由蓄能器保壓補償
19、泄漏，壓力繼電器5的作用是當(dāng)支路壓力達(dá)到預(yù)定值時發(fā)出信號，使主油路開始動作。,,,圖3-4-6 利用蓄能器的保壓回路,3. 利用液控單向閥的保壓回路如圖3-4-7所示為采用液控單向閥和電接觸式壓力表的自動補油式保壓回路。,,圖3-4-7 自動補油的保壓回路,任務(wù)3.4.4 平衡回路的設(shè)計1. 采用單向順序閥的平衡回路單向順序閥的平衡回路如圖3-4-8所示。,,,圖3-4-8 采用單向順序閥的平衡回路,2. 采用液控順序閥的平衡回路液控順序閥的平衡回路如圖3-4-9所示。,,,圖3-4-9 采用液控順序閥的平衡回路,,模塊3.5 邏輯控制回路的設(shè)計與分析任務(wù)3.5.1 邏輯元件氣動邏輯元件是一種
20、以壓縮空氣為工作介質(zhì)，通過元件內(nèi)部可動部件(如膜片、閥芯)的動作，改變氣流流動的方向，從而實現(xiàn)一定邏輯功能的流體控制元件。氣動邏輯元件種類很多，按工作壓力分為高壓、低壓、微壓三種；按結(jié)構(gòu)形式分類，主要包括截止式、膜片式、滑閥式和球閥式等幾種類型。,,1. “與門” (雙壓閥)元件 “與門”元件即雙壓閥，是指當(dāng)只有兩個輸入端同時輸入信號時，才有輸出，否則輸出端無動作。,,,圖3-5-1 “與門”元件的結(jié)構(gòu)圖及邏輯符號,,圖3-5-2 與門工作過程圖解,,2. “或門”(梭閥)元件“或門”元件即所謂的梭閥。當(dāng)兩個輸入端有任一個信號時，有輸出。梭閥相當(dāng)于兩個單向閥組合的閥鎖，具有邏輯“或門”功能，在
21、邏輯回路和程序控制回路中廣泛運用，在手動自動回路的轉(zhuǎn)換上常用。,,,圖3-5-3 “或門”元件結(jié)構(gòu)圖及職能符號,,圖3-5-4 梭閥工作過程圖,,任務(wù)3.5.2 雙壓閥的控制回路設(shè)計雙壓閥回路相當(dāng)于兩個串聯(lián)的輸入信號，即兩個閥串聯(lián)使用。如果兩個輸入壓力一致，會在輸出口上產(chǎn)生氣壓。,,,圖3-5-5 雙壓閥的控制回路,任務(wù)3.5.3 雙手同時動作控制的回路的設(shè)計為使主控閥換向，必須使二位三通手動換向閥同時換向，另外，這兩位換向閥必須安裝在一個人不能雙手同時操作的距離上，在操作時如任何一只手離開，則控制信號消失，主控閥復(fù)位，活塞桿后退。雙手同時動作控制回路如圖3-5-6所示。,,,圖3-5-6 雙
22、手同時動作運動回路,任務(wù)3.5.4 互鎖回路設(shè)計互鎖回路屬于安全保護(hù)回路，它的控制主要是依靠換向元件的相互制約或邏輯控制元件的邏輯控制來實現(xiàn)的。1. 用換向閥實現(xiàn)的互鎖回路用換向閥實現(xiàn)的互鎖回路如圖3-5-7所示。主控閥的換向?qū)⑹苋齻€串聯(lián)的機動三通閥控制，只有三個機動三通閥都接通時，主控閥才能換向，液壓缸才能動作。,,,圖3-5-7 用換向閥實現(xiàn)的互鎖回路,2. 用或門邏輯閥實現(xiàn)互鎖控制回路用或門邏輯閥實現(xiàn)互鎖控制回路如圖3-5-8所示。,,,圖3-5-8 或門邏輯閥實現(xiàn)互鎖控制回路,任務(wù)3.5.5 多地控制回路的設(shè)計多地控制回路是在不同的地方都可以使氣缸動作。如圖3-5-9所示，當(dāng)按下手動閥1時，壓縮空氣經(jīng)手動閥1、梭閥4的左端及輸出端進(jìn)入梭閥5的左端及輸出端，使換向閥6的左位工作，推動活塞向右運動。手動閥2和手動閥3的控制與其類似。,,,圖3-5-9 三地控制回路,,
液壓與氣壓傳動案例教程項目3綜合回路的設(shè)計與分析
