液压系统元件工作原理及维修经典全集

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  维修液压传动装置

(征求意见)

液压传动因其刚度高、响应快、功率大且体积小又易于实现计算机控制,已成为重要的传动方式之一。液压传动作为实现动力传递并加以精确控制的一门自动化技术已广泛地应用到各个工业领域,机床设备、冶金机械、矿山机械、起重运输机械、建筑机械、塑料机械以及农业机械等设备上都普遍采用液压传动。如今,应用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。液压传动技术是机械电子工程、机械设计、机械制造、车辆工程及工业工程等专业人才知识结构中必不可少的组成部分。

学习目标:

1、会拆装、检修液压元件;

2、会装配典型液压装置;

3、会进行液压传动与控制系统的启动、运行、调整与故障排除;

4、会识读液压器件装配图、液压回路图和液压系统图;

5、掌握基本液压原理。

工作任务一  维修液压元件

一、工作准备

(一)拆装与维修用液压元件

1、齿轮泵    2、液压缸    3、方向控制阀   (1)单向阀    (2)换向阀    

4、压力控制阀    (1)溢流阀   (2)减压阀    (3)顺序阀   (4)压力继电器    

5、流量控制阀    (1)节流阀    (2)调速阀

(二)维修工件

内六角扳手一套、内卡簧钳、铜棒、专用钢套等。

二、工作步骤

(一)液压元件拆装与维修的一般步骤

拆装过程要注意遵守安全操作规程,按照以下步骤进行液压元件的拆装:

   1、拆卸液压元件之前必须分析液压元件的产品铭牌,了解所选取的液压元件的型号和基本参数,查阅产品目录等资料,分析该元件的结构特点,制定出拆卸工艺过程。

   2、按照所制订的维修工艺过程,将液压元件解体、分析故障原因。解体过程中应特别注意关键零件的位置关系,记录拆卸顺序。

   3、拆卸下来的全部零件必须用煤油或柴油清洗,干燥后用不起毛的布擦拭干净,检查各个零件,进行必要的修复,更换已损坏的零件。

4、按照与拆卸相反的顺序重新组装液压元件。

   5、液压系统在实际应用中,由于液压元件都是密封的,发生故障时不易查找原因,能否迅速地找出故障源,一方面决定于对系统和元件结构、原理的理解,另一方面还有赖于实践经验的积累。

(二)拆装与维修步骤

1、拆装与维修齿轮泵

    

图7—1  CB—B型齿轮泵外观

图7—2  CD—B型齿轮泵的结构

1、5—前、后泵盖;2—螺钉;3—齿轮;4—泵体;6—密封圈;7—主动轴;8—定位销;9—从动轴;10—滚针轴承;11—堵头;12、油槽

   拆装操作中要注意观察齿轮泵泵体中铸造的油道、骨架油封密封唇口的方向、主被动齿轮的啮合、各零部件间的装配关系、安装方向等,随时做好纪录,以便保证下一步进行安装。

   装配时要特别注意骨架油封的装配。骨架油封的外侧油封应使其密封唇口向外,内侧油封唇口向内。而且装配主动轴时应防止其擦伤骨架油封唇口。

装配后向油泵的进出油口注入机油,用手转动应均匀无过紧感觉。

   齿轮泵常见的故障有:容积效率低、压力提不高、噪声大、堵头或密封圈被冲出等。产生这些故障的原因及排除方法如表7—1所示。

表7—1  齿轮泵的常见故障及排除方法

故障现象

产生原因

排除方法

噪声大

①吸油管接头、泵体与盖板结合面、堵头和密封圈等处密封不良,有空气被吸

②齿轮齿形精度太低

③端面间隙过小

④齿轮内孔与端面不垂直、盖板上两孔轴线不平行、泵体两端面不平行等

⑤两盖板端面修磨后,两困油卸荷槽距离增大,产生困油现象

⑥装配不良,如主动轴转一周有时轻时重现象

⑦滚针轴承等零件损坏

⑧泵轴与电动机轴不同轴

⑨出现空穴现象

①用涂脂法查出泄漏处。更换密封圈;用环氧树脂粘结剂涂敷堵头配合面再压进;用密封胶涂敷管接头并拧紧;修磨泵体与盖板结合面保证平面度不超过0.005mm

②配研或更换齿轮

③配磨齿轮、泵体和盖板端面,保证端面间隙

④拆检,修磨或更换有关零件

⑤修整困油卸荷槽,保证两槽距离

⑥拆检,装配调整

⑦拆检,更换损坏件

⑧调整联轴器,使同轴度误差小于φ0.1mm

⑨检查吸油管、油箱、过滤器、油位及油液粘度等,排除空穴现象

容积效率低、压力提不高

①端面间隙和径向间隙过大

②各连接处泄漏

③油液粘度太大或太小

④溢流阀失灵

⑤电动机转速过抵

⑥出现空穴现象

①配磨齿轮、泵体和盖板端面,保证端面间隙;将泵体相对于两盖板向压油腔适当平移,保证吸油腔处径向间隙,再紧固螺钉,试验后,重新配钻、铰销孔,用圆锥销定位

②紧固各连接处

③测定油液粘度,按说明书要求选用油液

④拆检,修理或更换溢流阀

⑤检查转速,排除故障根源

⑥检查吸油管、油箱、过滤器、油位等,排除空穴现象

堵头或密封圈被冲掉

①堵头将泄漏通道堵塞

②密封圈与盖板孔配合过松

③泵体装反

④泄漏通道被堵塞

①将堵头取出涂敷上环氧树脂粘接剂后,重新压进

②检查,更换密封圈

③纠正装配方向

④清洗泄漏通道

   液压泵在使用中应经常检查油平面高度和液压油质量;注意油温变化,采取有力措施使最高油温不超过机械说明书所规定的温度值;保持液压油清洁,及时更换液压油,清洗滤油器。

   液压泵的常见故障有泵不排油、流量不足、噪声过大、油温过高等。

   对于正在使用中的机械,出现液压泵不排油现象,多数是由于机械传动部分的问题,例如键被切断或挤坏或传动系统的其他零件损坏等。对于拆装后尚未工作过的机械,液压泵不排油可能由于油泵转向不对;进、排油口装反;装配不正确或漏装了零件;油箱油面过低等。    液压泵流量不足或压力升不到要求值,可能由于泵磨损严重或密封损坏,造成内泄漏明显增加;吸油管太细太长、液压油粘度过高、滤油器堵塞造成进油阻力过高;油箱油面过低或进油管密封不严等。

   液压泵噪声过大可能由于吸油不足、吸油管路进气;泵的固定联接部分松动、传动轴同轴度差、传动部分配合表面磨损严重产生机械冲击等。

   油温过高,除环境温度高及系统压力损失大外,对泵而言,主要因泄漏量太大造成的。此外,液压油粘度过高或过低,液压泵装配过紧时也会出现过热现象。

   2、拆装与维修液压缸

图7—3  单活塞杆液压缸的结构

   拆卸过程中注意观察导向套、活塞、缸体的相互联接关系,卡键的位置及与周围零件的装配关系,油缸的密封部位、密封原理,以及液压缸的缓冲结构的结构形式和工作原理。

   拆卸下来的全部零件同样必须用煤油或柴油清洗。注意检查密封元件、弹簧卡圈等易损件是否损坏,必要时应予以更换。

装配时要注意调整密封圈的压紧装置,使之松紧合适,保证活塞杆能用手来回拉动,而且在使用时不能有过多泄漏(允许有微量的泄漏)。

   在拆装液压缸时应注意密封圈有无过度磨损、老化而失去弹性,唇边有无损伤;检查缸筒、活塞杆、导向套等零件表面有无纵向拉痕或单边过大磨损并予修整。

   液压缸的常见故障有爬行、冲击、速度逐渐下降和外泄漏等。

   爬行可能由于有空气侵入或是缸盖V形密封圈压得过紧或过松或是活塞杆与活塞同轴度差或是由于活塞杆弯曲等原因所致。

   冲击可能由于采用间隙密封的活塞与缸筒间隙过大,节流阀失去作用或是由于端头缓冲的单向阀失灵,不起缓冲作用等原因。

   速度逐渐下降可能由于活塞与缸筒配合间隙过大或密封圈损坏,使高低压腔互通;工作段不均匀,造成局部几何形状误差,失去高低压腔密封性;缸端活塞杆油封压得太紧或活塞杆弯曲使摩擦力增加;缸壁拉伤严重;油温过高,粘度降低,泄漏增加,致使油缸速度减慢。

   液压油外漏可能由于缸盖与缸筒间的O形密封圈损坏或失效;导向套有裂纹;导向套与活塞杆间的密封损坏;活塞杆表面损伤等。

   以上故障应有针对性地采取措施,予以排除。

   3、拆装与维修方向控制阀

   (1)单向阀

a采用钢球作阀芯     b、c采用带锥面的圆柱作阀芯

图7—4  单向阀的结构

1一阀体;2一阀芯;5一弹簧

图7—5  液控单向阀的结构

1—活塞;2—顶杆;3—阀芯;4—弹簧;5—阀体

   单向阀的结构比较简单,拆装应注意阀芯和阀体的配合间隙应在0.008~0.015 mm。如若阀芯已经锈蚀、拉毛或被污物堵塞,则需清洗,并用金相砂纸抛光阀芯外圆表面。此外,要检查密封元件是否工作可靠,弹簧弹力是否合适。

   (2)换向阀



图7—6  二位四通电磁换向阀的结构

1—电磁铁;2—顶杆;3—阀芯;4—阀体;5—弹簧;P—压力油口;A、B—工作口;O—回油口

   换向阀拆装时除检查密封元件工作要可靠,弹簧弹力要合适之外,特别要检查配合间隙,配合间隙不当是换向阀出现机械故障的一个重要原因。当阀芯直径小于20mm时配合间隙应为0.008~0.015mm;当阀芯直径大于20mm时配合间隙应为0.015~0.025mm。

   对于电磁控制的电磁换向阀还要注意检查电磁铁的工作情况,对于液控换向阀还要注意控制油路的连接和畅通,以防使用中出现电气故障和液控系统故障。

电液换向阀的常见故障有:冲击和振动、电磁铁噪声大、滑阀不动作等。产生这些故障的原因及排除方法如表7—2所示。

表7—2  电液换向阀的常见故障及排除方法

故障现象

产生原因

排除方法

冲击和振动

①主阀芯移动速度太快(特别是大流量换向阀)

②单向阀封闭性太差而使主阀芯移动过快

③电磁铁的紧固螺钉松动

④交流电磁铁分磁环断裂

①调节节流阀使主阀芯移动速度降低

②修理、配研或更换单向阀

③紧固螺钉,并加防松垫圈

④更换电磁铁

电磁铁噪声较大

①推杆过长,电磁铁不能吸合

②弹簧太硬,推杆不能将阀芯推到位而引起电磁铁不能吸合

③电磁铁铁心接触面不平或接触不良

④交流电磁铁分磁环断裂

①修磨推杆

②更换弹簧

③清除污物,修整接触面

④更换电磁铁

滑阀不动作

①滑阀堵塞或阀体变形

②具有中间位置的对中弹簧折断

③电液换向阀的节流孔堵塞

①清洗及修研滑阀与阀孔

②更换弹簧

③清洗节流阀孔及管道

   4、拆装与维修压力控制阀

   (1)溢流阀

图7—7  直动式溢流阀的结构

1—滑阀;2—阀体;3—弹簧;4—盖;5—螺母;6—调压弹簧;7—螺母盖

  图7—8  先导式溢流阀的外形和结构

1—调压螺母;2—柱塞;3—锥阀弹簧;4—锥阀;5、6、14—先导阀油孔;7—主阀弹簧;8—阻尼孔;9—主滑阀;10—油孔;11—中心孔;12、13—主滑阀两端油腔;a—主滑阀进油内腔;b—主滑阀出油内腔

   溢流阀拆装过程中特别要注意的是保证阀芯运动灵活,拆卸后要用金相砂纸抛除阀芯外圆表面锈蚀,去除毛刺等;滑阀阻尼孔要清洗干净,以防阻尼孔被堵塞,滑阀不能移动;弹簧软硬应合适,不可断裂或弯曲;液控口要加装螺塞,拧紧密封防止泄漏;密封件和结合处的纸垫位置要正确;各连接处的螺钉要牢固。

   先导型溢流阀的常见故障有:系统无压力、压力波动大、振动和噪声大等。产生这些故障的原因及排除方法如表7—3所示。

表7—3  先导型溢流阀的常见故障及排除方法

故障现象

产生原因

排除方法

无压力

①主阀芯阻尼孔堵塞

②主阀芯在开启位置卡死

③主阀平衡弹簧折断或弯曲使主阀芯不能复位

④调压弹簧弯曲或未装

⑤锥阀(或钢球)未装(或破碎)

⑥先导阀阀座破碎

⑦远程控制口通油箱

①清洗阻尼孔,过滤或换油

②检修,重新装配(阀盖螺钉紧固力要均匀),过滤或换油

③换弹簧

④更换或补装弹簧

⑤补装或更换

⑥更换阀座

⑦检查电磁换向阀工作状态或远程控制口通断状态,排除故障根源

压力波动大

①液压泵流量脉动太大使溢流阀无法平衡

②主阀芯动作不灵活,时有卡住现象

③主阀芯和先导阀阀座阻尼孔时堵时通

④阻尼孔太大,消振效果差

⑤调压手轮未锁紧

①修复液压泵

②修换零件,重新装配(阀盖螺钉紧固力应均匀),过滤或换油

③清洗阻尼孔,过滤或换油

④更换阀芯

⑤调压后锁紧调压手轮

振动和噪声大

①主阀芯在工作时径向力不平衡,导致溢流阀性能不稳定

②锥阀和阀座接触不好(圆度误差太大),导致锥阀受力不平衡,引起锥阀振动

③调压弹簧弯曲(或其轴线与端面不垂直),导致锥阀受力不平衡,引起锥阀振动

④系统内存在空气

⑤通过流量超过公称流量,在溢流阀口处引起空穴现象

⑥通过溢流阀的溢流量太小,使溢流阀处于启闭临界状态而引起液压冲击

⑦回油管路阻力过高

①检查阀体孔和主阀芯的精度,修换零件,过滤或换油

②封油面圆度误差控制在0.005~0.01mm以内

③更换弹簧或修磨弹簧端面

④排除空气

⑤限在公称流量范围内使用

⑥控制正常工作的最小溢流量(对于先导型溢流阀,应大于拐点溢流量)

⑦适当增大管径,减少弯头,回油管口离油箱底面应2倍管径以上

(2)减压阀

   减压阀拆装过程中特别要注意的是直动式减压阀的顶盖方向要正确,否则会堵塞回油孔;滑阀应移动灵活,防止出现卡死现象;阻尼孔应疏通良好;弹簧软硬应合适,不可断裂或弯曲;阀体和滑阀要清洗干净,泄漏通道要畅通;密封件不能有老化或损坏现象,确保密封效果;紧固各连接处的螺钉。

   图7—9  直动式减压阀的结构

1—阻尼孔;2—油腔;3—回油孔;4—螺母盖;5—铜垫;6—螺母;7—调压弹簧8、12—弹簧;9—阀套;10—钢球;11—阀座;13—滑阀;14—螺塞;15—阀体

图7—10  先导式减压阀的外形和结构

1—调压螺母;2—先导阀弹簧;3—锥阀;4、5、6—先导阀油孔;7—主滑阀弹簧;8—主滑阀;9—中心孔;10—阻尼孔

   a—主滑阀进油内腔  b—主滑阀出油内腔

   (3)顺序阀

          

图7—11  直动式顺序阀的结构     图7—12  先导式顺序阀的外形和结构

1—端盖;2—中心孔;          1、14—滑阀两端油腔;2、7、8—先导阀油孔;

3—阀芯;4—弹簧;            3—调压螺母;4—柱塞;5—先导阀弹簧;6—锥阀;

5—调压螺母;L—泄油口  9—滑阀弹簧;10—阻尼孔;11—滑阀;12—油孔;13—中心孔;

                                 a—进油腔;b—出油腔;L—泄油孔

顺序阀拆装过程中要注意的是滑阀与阀体的配合间隙要合适。配合间隙太大,会使滑阀两端串油,导致滑阀不能移动;配合间隙过小,又可能会使滑阀在关闭位置卡死。此外,同样还要注意液控管路接头螺母要拧紧,防止控制油泄漏;弹簧软硬应合适,不可断裂或弯曲;密封件安装要正确,各连接处的螺钉要紧固等。

(4)压力继电器

压力继电器是将液体的压力变化转变为电信号的一种液电转换装置,它能根据油压的变化自动接通或断开有关电路,实现程序控制或起安全保护作用。压力继电器按结构特点可分为柱塞式、弹簧管式、膜片式、波纹管式四种。图7—13所示为单触点柱塞式压力继电器。

   压力油作用在柱塞1的底部,当系统压力达到调压弹簧的调定值时,弹簧被压缩,压下微动开关触头,发出电信号。当系统压力下降到一定数值时,弹簧复位,电路断开。调节弹簧的压缩量可以控制压力继电器的动作压力。

图7—13  单触点柱塞式压力继电器

   a)结构图  b)图形符号

 1—柱塞;2—调节螺钉;3—微动开关

   5、拆装与维修流量控制阀

图7—14  普通节流阀结构

(a)结构图

(b)外形图

图7—15  单向调速阀的外形和结构

流量控制阀拆装过程中,除了要注意阀体和阀芯的配合间隙要合适、弹簧软硬要合适、密封可靠以及连接紧固等问题外,特别要注意阀体和阀芯的清洗,节流阀的节流口不能有污物,以防节流口的堵塞。如果是调速阀,还要注意减压阀中的阻尼小孔要畅通,否则会影响阀芯的动作灵敏程度。

设备使用前应检查系统中各调节手轮、手柄位置是否正常,电气开关和行程挡铁是否牢固可靠;设备使用后,如果较长时间内不再用,应将各手轮全部放松,防止弹簧产生永久变形,影响元件的性能。

   调速阀的常见故障有:调节失灵、流量不稳定等。产生这些故障的原因及排除方法如表7—4所示。

表7—4  调速阀的常见故障及排除方法

故障现象

产生原因

排除方法

调节失灵

①定差减压阀阀芯与阀套孔配合间隙太小或有毛刺,导致阀芯移动不灵活或卡死

②定差减压阀弹簧太软、弯曲或折断

③油液过脏使阀芯卡死或节流阀孔口堵死

④节流阀阀芯与阀孔配合间隙太大而造成较大泄漏    

⑤节流阀阀芯与阀孔间隙太小或变形而卡死

⑥节流阀阀芯轴向孔堵塞

⑦调节手轮的紧定螺钉松或掉、调节轴螺纹被脏物卡死

①检查,修配间隙使阀芯移动灵活

②更换弹簧

③拆卸清洗、过滤或换油

④修磨阀孔,单配阀芯

⑤清洗、配研保证间隙

⑥拆卸清洗、过滤或换油

⑦拆卸清洗,紧固紧定螺钉

流量不稳定

①定差减压阀阀芯卡死

②定差减压阀阀套小孔时堵时通

③定差减压阀弹簧弯曲、变形,端面与轴线不垂直或太硬

④节流孔口处积有污物,造成时堵时通

⑤温升过高

⑥内外泄漏量太大

⑦系统中有空气

①清洗、修配,使阀芯移动灵活

②清洗小孔,过滤或换油

③更换弹簧

④清洗元件,过滤或换油

⑤降低油温或选用高粘度指数油液

⑥消除泄漏,更换新元件

⑦将空气排净

   换向阀的常见故障有阀芯动作不灵活甚至被卡死、泄漏量大等。若是由于液压油太脏引起阀芯卡住则应予以清洗并换油;若是由于阀芯弯曲应予校直,对于表面划伤应予研磨;若是由于复位弹簧太软或折断应予换新;对于多片式换向阀常因阀体变形太大,动作不灵,应重新安装并均匀拧紧螺栓使阀芯移动自如。对于过度磨损引起泄漏量过大其维修主要是研磨阀孔、阀芯表面镀铬并与阀体研配的修复方法。

   溢流阀的常见故障有压力调不高或调不低、压力不稳定并拌有噪声和振动等。前者可能由于:弹簧折断;阻尼孔堵塞;先导阀口不密封使主阀始终开启;进出油口装反;主阀芯毛刺或油污卡死。造成压力不稳定的一般原因有:阻尼孔太大或主芯与阀体配合间隙过大,阻尼作用减小;阀芯与阀座接触不良;弹簧弯曲或太软;油不清洁,阻尼孔堵塞;出口油路有空气;和泵或其他阀发生共振等。

三、生产质量检测

表7—5

工作任务一训练记录与成绩评定

                                                                           总得分________________

项次

拆装与维修工件

实训记录

配分

得分

图形符号

工作原理

拆装质量

故障排除

1

齿轮泵

12

2

液压缸

12

3

单向阀

8

4

换向阀

8

5

溢流阀

10

6

减压阀

10

7

顺序阀

10

8

压力继电器

10

9

节流阀

10

10

调速阀

10

四、相关知识

   (一)液压系统工作原理

图7—16是一个能实现工作台往复运动的简单的液压系统工作原理图。电动机(图中未示出)带动液压泵3旋转,泵3从油箱1吸油,然后将具有压力能的油液输入管路,油液通过节流阀4再经过换向阀6进入液压缸左腔(或右腔),液压缸右腔(或左腔)的油液则经过换向阀后流回油箱[图7—l6b(或图7—16c)]。

图7—16  液压传动系统工作原理图

1—油箱;2—滤油器;3—液压泵;4—节流阀;5—溢流阀;6—换向阀;7—操纵手柄;8—液压缸;9—活塞;10—工作台

   由于设置了换向阀6,就能改变油液流动方向,并使液压缸换向,以实现工作台所需要的往复运动。

   工作台运动速度的调节,可以通过改变节流阀开口的大小,以调节通过节流阀的流量来达到。

  工作台移动需克服的负载(如切削力、摩擦力等)不同时,所需要的工作压力也不同。因此,液压泵输出油液的压力应能调整。另外,由于工作台速度需要调节,所以进入液压缸的流量也要改变。一般情况下,液压泵输出的压力油多于液压缸所需要的油液,因此,多余的油液应能及时排回油箱,这些功能由溢流阀5来完成。图中的2为网式滤油器,起滤清油液的作用。

   (二)液压系统中的图形符号

在图7—16a中所示的液压系统图,其中的元件基本上都是用结构(或半结构)式的图形画出的示意图,故称为结构原理图。这种图形较直观,易为初学者接受,但图形较复杂。为此,目前国内外都广泛采用元件的图形符号来绘制液压的系统图。液压图形符号脱离元件的具体结构,只表示元件的功能,使系统图简化;原理简单明了,便于阅读、分析、设计和绘制。

图7—17  液压传动系统工作原理图(用图形符号)

图7—17即为用图形符号绘制的图7—16所示的液压系统原理图。将图7—16与图7—17进行一一对应比较、分析,要明了用图形符号表示的液压构件与液压系统工作原理图中原来器件的关系。

   (三)齿轮泵原理和结构

在机床液压系统中经常使用的液压泵有,齿轮泵、叶片泵和柱塞泵三大类。齿轮泵按其结构形式可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两种。

   外啮合齿轮泵的工作原理见图7—18。在泵体内有一对模数相同、齿数相等的齿轮,当吸油口和压油口各用油管与油箱和系统接通后,齿轮各齿槽和泵体、以及齿轮前后端面贴合的前后端盖(图中未表示)间形成密封工作腔,而啮合线又把它们分隔为两个互不串通的吸油腔和压油腔。当齿轮按图示方向旋转时,右侧轮齿脱开啮合(齿与齿分离时),让出空间使容积增大而形成真空,在大气压力作用下从油箱吸进油液,并被旋转的齿轮带到左侧。在左侧齿与齿进入啮合时,使密封容积缩小,油液从齿间被挤出而压油输入系统。

我国生产的CB—B型低压齿轮泵的结构如图7—2所示,它是分离三片式结构。所谓三片是指泵盖1、5和泵体4。泵体内的一对齿轮分别用键固定在主动轴7和从动轴9上,主动轴由电动机带动旋转。

图7—18  外啮合齿轮泵工作原理图

   一般外啮合齿轮泵结构简单,制造方便,重量轻,自吸性能好,价格低廉,对油液污染不敏感;但由于径向力不平衡及泄漏的影响,一般使用的工作压力较低,另外其流量脉动也较大,噪声也大,因而常用于负载小、功率小的机床设备及机床辅助装置如送料、夹紧等不重要场合。在工作环境较差的工程机械上也广泛应用。

液压泵按泵的输出流量能否调节,可分为定量泵(流量不可调)和变量泵(流量可调)。(流量是指单位时间内流过液体的量。)液压泵的图形符号见图7—19,a为定量泵,b为变量泵。

图7—19  液压泵的图形符号

   (四)液压缸

   液压缸是液压系统的执行元件,是将液压能转变成机械能的转换装置,它使运动部件实现往复直线运动或摆动。

   活塞缸可分为双杆式和单杆式两种结构,其固定方式有缸体固定和活塞固定两种。

   1.双杆活塞缸

   (1)工作原理

图7—20为双杆活塞缸原理图,其活塞的两侧都有伸出杆。图7—20a为缸体固定式结构简图;图7—20b为活塞固定式结构简图。当压力油从进、出油口交替输入液压缸左、右工作腔时,压力油作用于活塞端面,驱动活塞(或缸体)运动,并通过活塞杆(或缸体)带动工作台作直线往复运动。

图7—20  双杆活塞缸

   (2)特点和应用

   当两活塞杆直径相同、缸两腔的供油压力和流量都相等时,活塞(或缸体)两个方向的运动速度和推力也都相等。因此,这种液压缸常用于要求往复运动速度和负载相同的场合,如各种磨床。缸体固定式的结构,其工作台的运动范围略大于缸有效行程的三倍,一般用于行程短或小型液压设备上;活塞固定式结构,其工作台的运动范围略大于缸有效行程的两倍,所以工作台运动时所占空间面积较小,适用于行程长的大、中型液压设备。

2.单杆活塞缸

图7—21为单杆活塞缸原理图,其活塞的一侧有伸出杆,因此两腔的有效工作面积不相等。

图7—21 单杆活塞缸

单杆活塞缸常用于一个方向有较大负载,但运行速度较低;另一个方向为空载快速退回运动

3.液压缸结构上的几个问题

   (1)液压缸端部与端盖的连接

液压缸端部与端盖的连接方式很多(图7—22)。铸铁、铸钢和锻钢制造的缸体多采用法兰式(图7—22a),这种结构容易加工和装配,其缺点是外形尺寸较大。用无缝钢管制作的缸筒,常采用半环式连接(图7—22b)和螺纹连接(图7—22d)。较短的液压缸常采用拉杆连接(图7—22c)。

(a)法兰式                     (b)半环式

(c)拉杆式                       (d)螺纹式

图7—22  液压缸端部与端盖的连接

   (2)活塞与活塞杆的连接

   活塞和活塞杆的连接方式很多,常见的有锥销连接和螺纹连接(图7—23a、b、c)。锥销连接结构简单,装拆方便,多用于中、低压轻载液压缸中。螺纹连接同样装卸方便,连接可靠,适用尺寸范围广,但要注意应有锁紧装置。在高压大负载的场合,特别是在振动较大的情况下,常采用半环式连接(图7—23d、e、f)。这种连接拆装简单,连接可靠,但结构比较复杂。

图7—23  活塞与活塞杆的连接

   1、2—半环

   (3)液压缸的密封装置

   液压缸的密封装置用以防止油液的外泄漏(活塞杆与端盖间的泄漏)和内泄漏(活塞和缸筒)。常见的密封方法有间隙密封和用橡胶密封圈密封。

   ①间隙密封

   间隙密封是依靠相对运动零件配合面之间的微小间隙来防止泄漏的,如图7—24所示,是最简单的一种密封方法。

  在圆柱形表面的间隙密封中,常在一个配合表面上开几条环形小槽,它有以下作用:其一在开槽后,由于环形槽内的液压力能均匀分布,这就保证了活塞和缸体的同心,使摩擦力降低,泄漏量减小,这几条环形小槽通常又称为压力平衡槽;其二是起密封作用,当压力油流经沟槽时产生涡流,从而产生能量损失,使泄漏减少。这种密封的缺点是在受到磨损后不能自动补偿。对尺寸较大的液压缸,由于配合尺寸较大,要达到间隙密封所要求的加工精度就较困难,而且不经济。因此,间隙密封仅用于尺寸较小、压力较低、运动速度较高的液压缸。

图7—24  间隙密封

②密封圈密封

图7—25所示是常用的几种密封圈。图7—26所示是回转轴用橡胶密封圈。

(a)“O”形密封圈         (b)“Y”形密封圈      (c)“V”形密封圈

图7—25  常用的橡胶密封圈

1—支承环;2—密封环;3—压环

图7—26  回转轴用橡胶密封圈

1—橡胶环;2—弹簧;3—加固环

(4)液压缸的缓冲

 液压缸的缓冲结构是为了防止活塞在行程终了时和缸盖发生撞击。常用的缓冲结构如图7—27所示,它是由活塞凸台(圆锥或带槽圆柱)和缸盖凹槽(内圆柱面)构成。当活塞移近缸盖时,凸台逐渐进入凹槽,将凹槽内的油液经凸台和凹槽之间的缝隙挤出,增大了回油阻力,产生制动作用,从而实现缓冲。

图7—27  液压缸的缓冲结构

图7—28所示为可调节流缓冲液压缸,当活塞上的缓冲柱塞1插入c腔时,a腔的油液只能经可调节流阀2流入c腔而排出,回油阻力增大,使活塞运动速度减慢。调节缓冲节流阀2的开口,便可改变缓冲的速度和效果。

图7—28  可调节流缓冲液压缸

1—缓冲柱塞;2—节流阀;3—单向阀

   (5)液压缸的排气

   液压系统中的油液如果混有空气将会严重地影响工作部件的平稳性,为了便于排除积留在液压缸内的空气,油液最好从液压缸的最高点进入和排出。对运动平稳性要求较高的液压缸,常在两端装有排气塞。图7—29所示为排气塞结构。工作前拧开排气塞,使活塞全行程空载往返数次,空气即可通过排气塞排出。空气排净后,需把排气塞拧紧,再进行工作。

图7—29  排气塞

   (五)单向阀

   液压控制阀(简称液压阀)是液压系统中控制油液流动方向、压力及流量的元件。

   1、普通单向阀

   普通单向阀控制油液只能按某一方向流动,而反向截止,故又称止回阀,简称单向阀。

   单向阀结构如图7—30所示。它由阀体1、阀芯2、弹簧3等零件组成。当压力油从Pl进入时,油液推力克服弹簧力,推动阀芯右移,打开阀口,压力油经阀芯上的径向孔a、轴向孔b,从P2流出。当压力油从反向进入时,油液压力和弹簧力将阀芯压紧在阀座上,阀口关闭,油液不能通过。图7—30a为管式单向阀,图7—30b为板式单向阀,图7—30c为单向阀的图形符号。

为了保证单向阀工作灵敏、可靠,单向阀的弹簧应较软,其开启压力一般为0.035MPa~0.1MPa。若将弹簧换为硬弹簧,则可将其作为背压阀用,背压力一般为0.2MPa~0.6MPa。

             (a)                          (b)                      (c)

  图7—30  单向阀

1—阀体;2—阀芯;3—弹簧

   2、液控单向阀

图7—31a为液控单向阀的结构。当控制油口K不通压力油时,油液只可以从Pl进入,P2流出,此时阀的作用与单向阀相同;但当控制口K通以压力油时,推动活塞1并通过顶杆2使阀芯3右移,阀即保持开启状态,液流双向都能自由通过。一般控制油的压力不应低于油路压力的30%~50%。图7—31b为液控单向阀的图形符号。

  

           (a)                           (b)

   图7—31  液控单向阀

1—控制活塞;2—顶杆;3—锥阀芯

   液控单向阀具有良好的单向密封性,常用于执行元件需要长时间保压、锁紧的情况下,这种阀也称为液压锁。

   (六)换向阀

   换向阀的作用是利用阀芯位置的变动,改变阀体上各油口的通断状态,从而控制油路连通、断开或改变液流方向。

1、换向阀的换向原理及图形符号

   如图7—32所示滑阀式换向阀,它是靠阀芯(滑阀)在阀体内作轴向运动,从而使相应的油路接通或断开的换向阀。滑阀是一个具有多个环形槽的圆柱体(图示阀芯有3个台肩),而阀体孔内有若干个沉割槽(图示阀体为5槽)。每条沉割槽都通过相应的孔道与外部相通,其中P为进油口,T为回油口,而A和B则通液压缸两腔。当阀芯处于图7—32a位置时,P与B、A与T相通,活塞向左运动;当阀芯向右移至图7—32b位置时,P与A、B与T相通,活塞向右运动。图中右侧用简化了的图形符号清晰地表明了以上所述的通断情况。

(a)工作位置1

(b)工作位置2

图7—32  换向阀换向原理

   表7—2列出了几种常用的滑阀式换向阀的结构原理图及其图形符号。图形符号表示的含义为:

   1)用方框表示阀的工作位置,方框数即“位”数。

   2)箭头表示两油口连通,并不表示流向。“⊥”或“ ”表示此油口不通流。

   3)在一个方框内,箭头或“⊥”符号与方框的交点数为油口的通路数,即“通”数。

   4)P表示压力油的进口,T表示与油箱连通的回油口,A和B表示连接其它工作油路的油口。

   5)三位阀的中位及二位阀侧面画有弹簧的那一方框为常态位。在液压原理图中,换向阀的符号与油路的连接一般应画在常态位上。二位二通阀有常开型(常态位置两油口连通)和常闭型(常态位置两油口不连通)。

一个换向阀完整的图形符号还应表示出操纵方式、复位方式和定位方式等。

   2、换向阀的操纵方式

   (1)机动换向阀(行程阀)

机动换向阀依靠安装在运动部件上的挡块或凸轮,推动阀芯移动,实现换向。图7—33a所示为二位二通机动换向阀。在图示位置(常态位),阀芯2在弹簧3作用下处于左位,P与A不相通;当运动部件上的行程挡块压住滚轮1使阀芯移至右位时,P与A相通。机动换向阀结构简单,换向时阀口逐渐关闭或打开,故换向平稳、可靠、位置精度高。但它必须安装在运动部件附近,一般油管较长。常用于控制运动部件的行程,或快、慢速度的转换。图7—33b所示为二位二通机动换向阀的图形符号。

           (a)                            (b)

图7—33  机动换向阀

1—滚轮;2—阀芯;3—弹簧

表7—6  换向阀的结构原理及图形符号

名称

结  构  原  理  图

图    形    符    号

(2)电磁换向阀

电磁换向阀简称电磁阀,它利用电磁铁吸力控制阀芯动作。电磁换向阀包括换向滑阀和电磁铁两部分。电磁铁按使用电源不同可分为交流电磁铁和直流电磁铁两种。交流电磁铁使用电压为110V、127V、220V或380V等,直流电磁铁使用电压为24V。交流电磁铁的优点是电源简单方便,电磁吸力大,换向迅速;缺点是噪声大,起动电流大,在阀芯被卡住时易烧毁电磁铁线圈。直流电磁铁工作可靠,换向冲击小,噪声小,但需要有直流电源。电磁铁按衔铁是否浸在油里,又可分为干式和湿式两种。干式电磁铁不允许油液进入电磁铁内部,因此推动阀芯的推杆处要有可靠的密封。湿式电磁铁可以浸在油液中工作,所以电磁阀的相对运动件之间就不需要密封装置,这就减小了阀芯运动的阻力,提高了滑阀换向的可靠性。湿式电磁铁性能好,但价格较高。

   图7—34a所示为二位三通电磁换向阀,采用干式交流电磁铁。图示位置为电磁铁不通电状态,即常态位,此时P与A相通;当电磁铁通电时,衔铁1右移,通过推杆2使阀芯3推压弹簧4,并移至右端,P与B接通,而P与A断开。图7—34b为二位三通电磁换向阀的图形符号。

图7—34c所示为三位四通电磁换向阀,采用湿式直流电磁铁。阀两端有两根对中弹簧4,使阀芯3在常态时(两端电磁铁均断电时)处于中位,P、A、B、T互不相通。当右端电磁铁通电时,右衔铁1通过推杆2将阀芯3推至左端,控制油口P与B通,A与T通;当左端电磁铁通电时,其阀芯移至右端,油口P通A、B通T。图7—34d为三位四通电磁换向阀的图形符号。

                  (a)                                           (b)

                              (c)

        (d)

  图7—34  电磁换向阀

1—衔铁;2—推杆;3—阀芯;4—弹簧

电磁阀操纵方便,布置灵活,易于实现动作转换的自动化。但电磁铁吸力有限,所以电磁阀只宜用于流量不大的场合。

   (3)液动换向阀

   液动换向阀利用控制油路的压力油推动阀芯实现换向,因此它可以制造成流量较大的换向阀。

图7—35a所示为三位四通液动换向阀。当其两端控制油口K1和K2均不通入压力油时,阀芯在两端弹簧的作用下处于中位;当K1进压力油,K2接油箱时,阀芯移至右端,P通A,B通T;反之,K2进压力油,K1接油箱时,阀芯移至左端,P通B,A通T。图7—35b为三位四通液动换向阀的图形符号。

(a)                            (b)

图7—35  液动换向阀

   液动换向阀结构简单、动作可靠、平稳,由于液压驱动力大,故可用于流量大的液压系统中,但它不如电磁阀控制方便。

   (4)电液换向阀

电液换向阀是由电磁换向阀和液动换向阀组成的复合阀。电磁换向阀为先导阀,它用以改变控制油路的方向;液动换向阀为主阀,它用以改变主油路的方向。这种阀综合了电磁阀和液动阀的优点,具有控制方便、流量大的特点。

图7—36a、b所示分别为三位四通电液换向阀的图形符号和简化符号。当先导阀的电磁铁1YA和2YA都断电时,电磁阀芯在两端弹簧力作用下处于中位,控制油口P′关闭。这时主阀芯两侧的油经两个小节流阀及电磁换向阀的通路与油箱相通,因而主阀芯也在两端弹簧的作用下处于中位,主油路中,P、A、B、T互不相通。当1YA通电、2YA断电时,电磁阀芯移至右端,电磁阀左位工作,控制压力油经过P′→A′→单向阀→主阀芯左端油腔,而回油经主阀芯右端油腔→节流阀→B′→T′→油箱。于是,主阀芯在左端液压推力的作用下移至右端,即主阀左位工作,主油路P通A,B通T;同理,2YA通电、1YA断电时,电磁阀处于右位,控制主阀芯右位工作,主油路P通B,A通T。液动换向阀的换向速度可由两端节流阀调整,因而可使换向平稳,无冲击。

    

(a)图形符号                               (b)简化的图形符号

图7—36  电液动换向阀

   (5)手动换向阀

手动换向阀是用手动杠杆操纵阀芯换位的换向阀。它有自动复位式(图7—37a)和钢球定位式(图7—37b)两种。自动复位式可用手操作使换向阀左位或右位工作,但当操纵力取消后,阀芯便在弹簧力作用下自动恢复至中位,停止工作。因而适用于动作频繁,工作持续时间短的场合。钢球定位式换向阀,其阀芯端部的钢球定位装置可使阀芯分别停止在左、中、右三个位置上,当松开手柄后,阀仍保持在所需的工作位置上,因而可用于工作持续时间较长的场合。

  

(a)弹簧自动复位                          (b)钢球定位

   图7—37  手动换向阀

   1—手柄;2—阀芯;3—弹簧;4—钢球

图7—38a、b所示分别为转动式换向阀(简称转阀)的工作原理图和图形符号。该阀由阀体1、阀芯2和使阀芯转动的操纵手柄3组成。在图示位置(左),油口P和A相通、B和T相通;当操作手柄带动阀芯顺时针转到“止”位置时,油口P、A、B、T互不相通;当手柄转到另一位置(右)时,则油口P和B相通,A和T相通。

   图7—38  转阀

1—阀体;2—阀芯;3—手柄

   转阀阀芯上的径向液压力不平衡,转动较费力,且密封性较差,一般只用于低压小流量系统,或用作先导阀。

   3、三位换向阀的中位机能

   三位换向阀中位时各油口的连通方式称为它的中位机能。

表7—7中列出了五种常用中位机能三位换向阀的结构简图、中位符号、各种机能的特点和作用。

表7—7  三位换向阀的中位机能

机能型式

结    构    简    图

符    号

机能特点和作用

三位四通

三位五通

O

各油口全部封闭,缸被锁紧,泵不卸荷,并联缸可运动,换向精度高,但有冲击

H

各油口全部连通,缸浮动,泵卸荷,其它缸不能并联使用,换向平稳,但冲击量大

Y

缸两腔通油箱,缸浮动,泵不卸荷,并联缸可运动。换向较平稳,冲击量较大

P

压力油口P与缸两腔连通,回油口封闭,泵不卸荷,并联缸可运动,换向最平稳,冲击量较小

M

缸两腔封闭,缸被锁紧,泵卸荷,其它缸不能并联使用,换向精度高,但有冲击

   (七)溢流阀

   压力控制阀是用来控制液压系统压力或利用压力作为信号来控制其它元件动作的阀类。按其功能和用途不同分为溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器。常用的溢流阀有直动式和先导式两种。

   1、直动式溢流阀

直动式溢流阀是依靠系统中的压力油直接作用在阀芯上而与弹簧力相平衡,以控制阀芯的启闭动作的溢流阀。图7—39a所示为一低压直动式溢流阀,P为进油口, T为回油口。

   调节螺母1可以改变弹簧的预压缩量,从而调定溢流阀的工作压力p。通道b使弹簧腔与回油口沟通,以排掉泄入弹簧腔的油液(称内泄漏)。阀芯上阻尼孔a的作用是减小油压的脉动,提高阀工作的平稳性。图7—39b所示为直动式溢流阀的图形符号。

若用直动式溢流阀控制较高压力或较大流量时,则需用刚度较大的硬弹簧,这不仅使结构尺寸变大,调节困难,而且当溢流量变化较大时,系统压力波动也大。因此,直动式溢流阀一般用于低压系统中,或作为先导阀使用。图7—39c所示锥阀芯直动式溢流阀即常作为先导式溢流阀的先导阀用。直动式溢流阀的最大调整压力为2.5MPa。

               (c)

图7—39  直动式溢流阀

1—螺母;2—弹簧;3—阀芯

   2、先导式溢流阀

   先导式溢流阀分先导阀和主阀两部分,由先导阀调压、主阀溢流。这种阀是利用主阀芯两端的压力差所形成的作用力和弹簧力相平衡原理来进行压力控制的。

图7—40a为中压先导式溢流阀的结构简图。调节螺母1可调节调压弹簧2的压紧力,从而调定液压系统的压力。图7—40b为先导式溢流阀的图形符号。

              (a)                               (b)

   图7—40  先导式溢流阀

1—调节螺母;2—调压弹簧;3—先导阀阀芯;4—稳压弹簧;5—主阀阀芯

   先导式溢流阀在阀的溢流量变化时变动仍较小,压力较稳定。同时,这种阀的结构紧凑、小巧,调压轻便,且振动小、噪声低,灵敏度亦较高,常用于中、高压系统。中压先导式溢流阀的最大调整压力为6.3MPa。

   远程控制口K在一般情况下是不用的;当K口与远程调压阀(其结构与先导阀相同)接通时,可实现液压系统的远程调压;当K口与油箱接通时,可实现系统卸荷。

   (八)减压阀

   减压阀是利用油液流过缝隙时产生压降的原理,使出口压力低于进口压力的压力控制阀。减压阀也分为直动式和先导式两种,其中先导式减压阀应用较广。

   图7—41为先导式减压阀的结构图和图形符号。它也由两部分组成,即由先导阀调压,主阀减压。

  

                 (a)                           (b)

   图7—41  先导式减压阀

1—调节螺母;2—调压弹簧;3—先导阀阀芯;4—稳压弹簧;5—主阀阀芯

   减压阀出口压力的大小,可通过调压弹簧2进行调节。中压先导式减压阀的最大调整压力为6.3 MPa。

   (九)顺序阀

   顺序阀是利用油路中压力的变化控制阀口启闭,以实现执行元件顺序动作的液压元件。

图7—42所示为直动式顺序阀结构图和图形符号,其最大调整压力为2.5 MPa;图7—43所示为先导式顺序阀结构图和图形符号,其最大调整压力为6.3MPa,从图中可以看出,它们分别与直动式低压溢流阀、先导式中压溢流阀相似。其主要差别是:溢流阀的出油口接油箱,而顺序阀的出口与压力油路相通,顺序阀的泄油口需单独接油箱。另外,顺序阀关闭时要有良好的密封性能,因此阀芯和阀体间的封油长度较溢流阀长。当顺序阀的进油口压力低于顺序阀调定压力时,阀口关闭;当进油口压力超过调定压力时,阀口开启,顺序阀输出压力油使其下游的执行元件动作。调整弹簧的预压缩量,即能调节打开顺序阀所需的压力。

      

                 (a)                                       (b)

图7—42  直动式顺序阀

    

                 (a)                                       (b)

图7—43  先导式顺序阀

   图7—44a所示为液控顺序阀的结构,其阀芯是实心的,阀芯底部的控制压力油从控制口K引入。当控制油压超过弹簧的调定压力时,阀口打开,P1和P2口接通。阀口的开启与闭合跟阀的主油路进油口压力无关,而只决定于控制口K引入油液的控制压力,其图形符号如图7—44b所示。若将液控顺序阀的端盖转过一定角度,使泄油口处的小孔α与阀体上接通出油口P2的小孔(图上未标出)连通,并使顺序阀的出油口与油箱连通,则顺序阀就成为卸荷阀,其图形符号如图7—44c所示。

                 (a)                                       (c)

图7—44  液控顺序阀

图7—45a所示为单向顺序阀。它由顺序阀和单向阀并联而成。当油液从P1口进入时,单向阀关闭,顺序阀起控制作用;当油液从P2口进入时,油液经单向阀从P1口流出。图57—45b为单向顺序阀的图形符号。

          

                  (a)                                       (b)

图7—45  单向顺序阀

   (十)压力继电器

   压力继电器是将液压系统中的压力信号转换为电信号的转换元件。它的作用是:根据液压系统的压力变化,通过压力继电器内的微动开关,自动接通或断开有关电路,以控制电器元件(如电磁铁、电动机、继电器等)的动作。

图7—46所示为薄膜式压力继电器结构图和图形符号。控制油口K接在需要取得液压信号的油路上。当进口K的压力达到弹簧7的调定值时,压力油通过膜片1使柱塞2向上移动。与此同时,柱塞上的圆锥面使钢球5和6作水平移动,钢球6推动杠杆10绕销轴9逆时针偏转,杠杆的端部压下微动开关11的触头,发出电信号,接通或断开某一电路。当油口K的油压降低到一定值时,弹簧7使柱塞2下移,钢球5在弹簧3的作用下回落入柱塞的锥面槽内,钢球6和杠杆10复位,微动开关11切断电信号,断开或接通电路。

  

                  (a)                                       (b)

   图7—46  压力继电器

1—膜片;2—柱塞;3—弹簧;4、8—调节螺钉;5、6—钢球;7—弹簧;9—销轴;10—杠杆;11—微动开关

   调节螺钉8可调节弹簧7的预紧力,即可调节压力继电器发出电信号时的油压值,其最低压力和最高压力之间的范围称为调压范围。压力继电器发出电信号时的压力,称为开启压力;切断电信号时的压力称为闭合压力。由于开启时摩擦力的方向与油压力的方向相反,闭合时则相同,故开启压力大于闭合压力,其差值称为返回区间。调节螺钉4可调节弹簧3的预压缩量,同时也就调节了柱塞移动时的摩擦阻力,从而使返回区间可在一定范围内改变。中压系统中的压力继电器,其返回区间一般为0.35MPa~0.8MPa,调压范围1.0MPa~6.3MPa。

   (十一)节流阀

   流量控制阀是通过改变阀口过流面积来调节通过阀口的流量,从而控制执行元件运动速度的控制阀。常用的流量控制阀有节流阀、调速阀等。

   图7—47所示为普通节流阀结构图和图形符号。它的节流口为轴向三角槽式。压力油从进油口P1流入,经阀芯1 左端的轴向三角槽后,再由出油口P2流出。旋转手轮3,推杆2克服弹簧4的作用力,使阀芯作轴向移动,改变节流口的通流面积,从而调节通过节流阀的流量。

   节流阀结构简单,制造容易,体积小,使用方便,造价低。但负载和温度的变化对流量稳定性的影响较大,因此只适用于负载和温度变化不大,或速度稳定性要求不高的液压系统。

      

                  (a)                                       (b)

   图7—47  节流阀

1—阀芯;2—推杆;3—手轮;4—弹簧

   (十二)调速阀

   调速阀是,由定差减压阀与节流阀串联而成的组合阀。节流阀用来调节通过的流量,定差减压阀能自动保持节流阀前、后的压力差不变,从而使通过节流阀的流量不受负载变化的影响。

图7—48a所示为调速阀的工作原理图。

      

(a)工作原理图                                (b)图形符号

图7—48  调速阀的工作原理

1—减压阀;2—节流阀

想一想  试解释图7—49所示的液压千斤顶工作原理。

图7—49  液压千斤顶

5—杠杆;2—泵体;3、11—活塞;4、10—油腔;5、7—单向阀;6—油箱;8—放油阀;

9—油管;12—缸体

工作任务二  安装组合机床动力滑台液压系统与液压系统维修

一、装配系统图

图7—50  动力滑台液压系统

1—液压泵  2—单向阀  3—液动换向阀  4、10—电磁换向阀  5—背压阀(溢流阀)

6—液控顺序阀  7、13—单向阀  8、9—调速阀  11—行程阀  12—压力继电器

二、读图

   对照实物,认清系统中的各构件及其作用,能讲给别人听。

三、工作准备

1、动力滑台液压系统组件:液压泵、单向阀、液动换向阀、电磁换向阀、溢流阀、液控顺序阀、单向阀、调速阀、行程阀、压力继电器

2、液压实验台,其他辅助元件,常用安装与维修工具等。

四、工作步骤

(一)安装液压驱动元件

(二)安装液压执行元件

(三)安装液压控制元件

(四)安装液压辅助元件及其附件

(五)装配连接管道

   液压元件安装时,应用干净的煤油清洗;方向控制阀一般应保持轴线水平安装;要注意密封元件是否符合要求,安装时应保证安装后有一定的压缩量,以防泄漏;安装板式元件时,几个紧固螺钉要均匀拧紧,保证安装平面与元件底板平面全面接触。

   液压泵传动轴与电动机轴一般采用挠性联轴器连接,同轴度偏差应小于0.1mm;液压泵的旋转方向和进、出油口不得接反。

   管接头要紧固、密封,不得漏气;泵的吸油高度尽量小;吸油管下要安装滤油器,以保证油液清洁;回油管应插入油面之下,防止产生气泡;溢流阀的回油口不应与泵的吸油口接近,避免油液温升过高。

(六)液压传动与控制系统的启动、运行与调整

   液压系统安装完毕,需要进行调试。

   1、调试前的检查  调试前要对整个液压系统进行检查。油箱中应将规定的液压油加至规定高度;各个液压元件应正确可靠地安装,联接牢固可靠;各控制手柄应处于关闭或卸荷状态。

   2、空载调试  检查泵的安装有无问题,若正常,可向液压泵中灌油,然后起动电动机使液压泵运转。液压泵必须按照规定的方向旋转,否则就不能形成压力油。检查液压泵电动机的旋转方向可以观察电动机后端的风扇的旋向是否正转。也可以观察油箱,如果泵反转,油液不但不会进入液压系统,反而会将系统中的空气抽出,进油管处会有气泡冒出。

   液压泵正常时,溢流阀的出油口应有油液排除。注意观察压力表的指针。压力表的指针应顺时针方向旋转。如果压力表指针急速旋转,应立即关机,否则会造成压力表指针打弯而损坏,或引起油管爆裂。这是由于溢流阀阀芯被卡死,无法起溢流作用,而导致液压系统压力无限上升而引起的。

   如果液压泵工作正常,溢流阀有溢流,可逐渐拧紧溢流阀的调压弹簧,调节系统压力,使压力表所显示的压力值逐步达到所设计的规定值,然后必须锁紧溢流阀上的螺母,使液压系统内压力保持稳定。

   排除系统中的空气;调节节流阀的阀口开度,调节工作速度,观察液压缸的运行速度和速度变化情况,调好速度后,将调节螺母紧固;运行系统观察系统运行时泄漏、温升及工作部件的精度是否符合要求。

3、负载调试  观察液压系统在负载情况下能否达到规定的工作要求,振动和噪声是否在允许的范围内,再次检查泄漏、温升及工作部件的精度等工作状况。

(七)液压传动与控制系统故障诊断与排除方法

   在使用液压设备时,液压系统可能会出现多种多样的故障,这些故障有的是由某一液压元件失灵而引起的,有的是系统中多个液压元件的综合性因素造成的;有的是因为液压油污染造成的,即使是同一个故障现象,产生故障的原因也不一样,尤其是现在的液压设备,都是机械、液压、电气甚至微型计算机的共同组合体,产生的故障更是多方面的。因此,发生液压故障之后必须对液压系统进行故障诊断,以确定液压设备发生故障的部位及产生故障的性质和原因,并采取相应的措施,确保设备的正常运转。

   液压系统中,各种元件和辅助机构以及油液大都在封闭的壳体和管道内,不像机械传动那样可以直接从外部观察,检测时又不如电气系统方便,在出现故障时,往往难以寻找故障原因,排除故障也比较麻烦。但是,任何故障在演变为大故障之前都会伴随种种不正常的征兆,因此,只要用心观察,并采用状态监测技术,就能作出准确的判断,确定排除方法。

1、液压系统故障特征

(1)液压设备调试阶段的故障

   液压设备在调试阶段的故障率最高,经常出现的故障有:

   1)外泄漏严重,主要发生在接头和有关元件的端盖处。

   2)执行元件运动速度不稳定。

   3)液压阀芯卡死或运动不灵活,导致执行元件动作失灵。

   4)压力控制阀的阻尼小孔堵塞,造成压力不稳定。

   5)阀类元件漏装弹簧、密封件,造成控制失灵。

   (2)液压系统运行初期的故障

   液压设备经过调试阶段后,便进入正常生产运行阶段,此阶段的故障特征有:

   1)管接头因振动而松脱。

   2)密封件质量差,或由于装配不当而被损伤,造成泄漏。

   3)管道或液压元件流道内的型砂、毛刺、切屑等污物在油流的冲击下脱落,堵塞阻尼孔和滤油器,造成压力和速度不稳定。

   4)由于负荷大或外界散热条件差,油液温度过高,引起泄漏,导致压力和温度的变化。

(3)液压系统运行中期的故障

   液压系统运行中期,故障最低,这是液压系统运行的最佳阶段。应控制油液的污染。

   (4)液压系统运行后期的故障

   液压系统运行到后期,液压元件因工作频率和负荷的差异,易损件开始正常性的超差磨损。此阶段故障率较高,泄漏增加,效率下降。针对这一状况,要对液压元件进行全面检测,对已失效的液压元件应进行修理或更换。

   (5)突发性故障

   这类故障多发生在液压设备运行的初期和后期。故障的特征是突发性,故障发生的区域及产生原因较为明显,如元件内弹簧突然折断、密封件损坏等。它往往与液压设备安装不当、维护不良有关系。防止这类故障的主要措施是加强设备管理。

   2、液压系统故障诊断的步骤

   液压系统中的故障往往是系统中的某个元件产生故障造成的,因此,需要把出了故障的元件找出来。根据图7—51列出的步骤进行检查,就能找出液压系统中产生故障的元件。

图7—51  液压系统故障分析步骤

   第一步:液压设备运转不正常,如没有运动,运动不稳定,运动方向不正确,运动速度不符合要求,力输出不稳定,爬行等,无论是什么原因,都可以归纳为流量、压力和方向三大问题。

   第二步:审核液压回路图,并检查每个液压元件,确认其性能和作用,初步评定其质量状况。

   第三步:列出与故障相关的元件清单,进行逐个分析。进行这一步时,一要充分利用判断力,二是注意绝不可遗漏对故障有重大影响的元件。

第四步:对清单中所列元件按以往的经验和元件检查难易排列次序。必要时,列出重点检查的元件和元件重点检查部位,同时安排检测仪器等。

   第五步:对清单中列出的重点检查元件进行初检。初检应判断以下一些问题:元件的使用和安装是否合适;元件的测量装置、仪器和测试方法是否合适;元件的外部信号是否合适;对外部信号是否响应等。特别要注意某些元件的故障先兆,如过高的温度和噪声,振动和泄漏等。

   第六步:如果初检未查出故障,要用仪器反复检查。

   第七步:识别出发生故障的元件,对不合格的元件进行修理或更换。

   第八步:在重新启动主机前,必须先认真考虑一下这次故障的原因和后果。如果故障是由于污染或油液温度过高引起的,则应预料到另外元件也有出现故障的可能性,并应针对隐患采取相应的补救措施。例如,由于铁屑进入液压泵内引起泵的故障,在换新泵之前要对系统进行彻底清洗净化。

   3、故障诊断技术

   对液压设备进行故障诊断的程序与医生诊断病情是一样的。它是依靠技术人员个人的实践经验对液压系统出现的故障进行诊断,判断产生故障的部位和原因。如果初步诊断有困难,就要利用仪器设备进行专项检测,根据检测结果再对故障原因进行综合分析与确认。因此,对液压设备的故障进行诊断通常采取初步诊断、仪器检测、综合分析与确认等几个程序。

   (1)初步诊断

   ①看  看液压系统工作的实际情况。一般有六看:

   一看速度:系指看执行机构运动速度有无变化和异常现象。

   二看压力:系指看液压系统中各测压点的压力值大小,压力值有无波动现象。

   三看油液:观察油液是否清洁,是否变质,油液表面是否有泡沫,油量是否在规定的油标线范围内,油液的粘度是否符合要求等。

   四看泄漏:系指看液压管道各接头、阀板结合处、液压缸端盖、液压泵轴端等处是否有渗漏滴漏等现象。

   五看振动:系指看液压缸活塞杆、工作台等运动部件工作时有无因振动而跳动的现象。

   六看产品:根据液压设备加工出来的产品质量,判断运动机构的工作状态、系统的工作压力和流量的稳定性。

   ②听  听觉判断液压系统工作是否正常。一般有四听:

   一听噪声:听液压泵和液压系统工作时的噪声是否过大,噪声的特征是什么。溢流阀、顺序阀等压力控制元件是否有尖叫声。

   二听冲击声:系指听工作台液压缸换向时冲击声是否过大,液压缸活塞是否有撞击缸底的声音,换向阀换向时是否有撞击端盖的现象。

   三听气蚀和困油的异常声:检查液压泵是否吸进空气,是否有严重的困油现象。

   四听敲打声:系指听液压泵运转时是否有因损坏引起的敲打声。

   ③摸  用手摸允许摸的运动部件,以便了解它们的工作状态。一般有四摸:

   一摸温升:用手摸液压泵、油箱和阀类元件外壳表面,若接触两秒钟感到烫手,就应检查温升过高的原因。

二摸振动:用手摸运动部件和管路的振动情况,若有高频振动应检查产生的原因。

   三摸爬行:当工作台在轻载低速运动时,用手摸工作台有无爬行现象。

   四摸松紧程度:用手拧一下挡铁、微动开关和紧固螺钉等松紧程度。

   ④闻  用嗅觉器官辨别油液是否发臭变质,橡胶件是否因过热发出特殊气味等。

   ⑤阅  查阅设备技术档案中有关故障分析和修理记录,查阅日检和定检卡,查阅交接班记录和维修保养情况记录。

   ⑥问  询问设备操作者,了解设备平时运行状况。一般有六问:

   一问液压系统工作是否正常,液压泵有无异常现象。

   二问液压油更换时间,滤网是否清洁。

   三问发生事故前压力调节阀或速度调节阀是否调节过,有哪些不正常现象。

   四问发生事故前对密封件或液压件是否更换过。

   五问发生事故前后液压系统出现过哪些不正常现象。

   六问过去经常出现哪些故障,是怎样排除的,哪位维修人员对故障原因与排除方法比较清楚。

   总之,对各种情况必须了解得尽可能清楚。但由于每个人的感觉、判断能力和实际经验的不同,判断结果会有差别。所以初步诊断只是一个简单的定性分析,还做不到定量测试,但它在缺少测试仪器和野外作业等情况下,能迅速判断和排除故障,因此具有实用意义。

   (2)仪器专项检测

   仪器专项检测是在初步诊断的基础上对有疑问的异常现象,采用各种检测仪器进行定量测试分析,从而找出故障原因和部位。对于重要的液压设备,可进行运行状态监测和故障早期诊断,在故障的萌芽阶段就作出诊断显示故障部位和程度并发出警报,以便早期处理和维修,避免故障突然发生而造成恶劣后果。

   (3)综合确诊

   经过初步诊断、仪器专项检测,就进入综合确诊阶段。综合确诊是在人的感官观察到的定性材料和仪器检测的定量数据的基础上进行的,因此在确诊过程中要进行充分研讨,最终确定排除故障的方案。

   4、诊断故障原因的方法

   液压系统中出现故障,原因是多方面的,但其中必定有一个主要原因。寻找主要原因的方法有液压系统图分析法、鱼刺图分析法;逻辑流程图分析法等。

   (1)液压系统图分析法

   应用液压系统图分析故障原因是目前工程技术人员采用的基本方法,它是故障诊断的基础。利用液压系统图分析故障,首先必须熟悉被诊断液压设备液压系统的工作原理、所用元件的结构与性能,然后才能逐步找出故障的原因,并提出故障排除对策。

   (2)鱼刺图分析法

   鱼刺图是用因果关系分析方法,对液压设备出现的故障进行分析,找出故障的主要因素。这种方法既能较快地找出故障的主次原因,又能积累排除故障的经验。

   (3)逻辑流程图分析法

   逻辑流程图是根据液压系统的基本原理进行逻辑分析,减少怀疑对象,逐步逼近,最终找出故障发生的部位,检测分析故障的原因。根据故障诊断专家设计出的逻辑流程图,借助计算机就能及时找到产生故障的部位和原因,从而及时排除故障。

   5、典型液压回路的故障诊断及排除方法

液压回路主要有压力控制回路、速度控制回路、方向控制回路。液压回路常见故障可分为:①压力控制回路中的调压不正常,输不出压力油,减压不稳定及顺序动作错乱;②速度控制回路中速度不稳定,速度换接时产生波动及工作压力上不去;③方向控制回路中换向失灵,换向冲击及换向超前或滞后。故障产生的主要原因是:①溢流阀或减压阀调压失灵或失去调压作用;②调速阀或节流阀的节流口前后压力差不稳定及油液温升变化大;③控制油路无压力或换向阀阀芯卡死及换向阀内泄漏严重等现象。下面介绍典型液压回路的常见故障及排除方法,供处理时参考。

   (1)减压回路的常见故障及排除方法

   减压回路的常见故障及排除方法如表7—8所示。

表7—8  减压回路的常见故障及排除方法

故障现象

产生原因

排除方法

调压不正常

①溢流阀阀芯移动不灵活

②减压阀的先导阀阀芯弹簧变形或折断

①研磨阀芯及阀孔,使其移动灵活

②检查并更换弹簧

压力减不下

①减压阀阀芯移动不灵活

②单向阀堵塞或开启不灵活

①清洗、修研减压阀阀孔及阀芯

②清洗单向阀,检查弹簧是否有弹性

压力波动及振动大

①溢流阀或减压阀阀芯移动不灵活

②液压缸中有空气进入

①拆下清洗或修研其阀孔阀芯,使其移动灵活

②排除液压缸内的空气

减压阀不减压

①减压阀阀芯阻尼孔堵塞

②回油阻力太大

①清洗减压阀阀芯,疏通阻尼孔

②避免回路上安装过滤器

(2)速度换接回路常见故障和排除方法

速度换接回路常见故障和排除方法如表7—9所示。

表7—9  速度换接回路的常见故障和排除方法

故障现象

产生原因

排除方法

调速阀调定后速度不稳定

①在调速阀串联的二次进给回路中,二位二通电磁阀阀芯动作不灵敏

②在调速阀并联的二次进给回路中,调速阀的阀芯卡死

①拆下清洗或更换二位二通电磁阀

②拆下修研调速阀阀芯并清洗调速阀使其阀芯移动灵活

速度换接时,工作机构突然前冲

①溢流阀阀芯移动不灵活

②液压泵压力波动大

③电磁阀阀芯移动错位

①清洗修研溢流阀使其移动灵活

②检查修复液压泵

③检查并修复电磁阀到位

(3)方向控制回路常见故障及排除方法

方向控制回路常见故障及排除方法如表7—10所示。

表7—10  方向控制回路的常见故障及排除方法

故障现象

产生原因

排除方法

制动时间不相等

运动速度不均匀

提高行程控制制动式换向回路系统速度的均匀性

换向失灵

①换向阀阀芯卡死,液压油不换向流动

②换向阀电磁线圈烧坏

③液动换向阀中的先导阀阀芯移动不灵活

④单向锁紧回路中的单向阀堵塞

⑤液压缸泄漏严重

①清洗并修复换向阀,使阀芯在阀孔中移动灵活

②检查更换电磁线圈

③清洗并修研先导阀阀孔与阀芯,使其移动灵活

④检查修理或更换单向阀

⑤修理液压缸使其密封良好

换向后冲出一段距离

①启停回路中背压阀弹簧失灵

②溢流阀弹簧不灵活

③液压泵流量脉冲较大

④液控单向阀控制油路压力高(内有余压)

①更换弹簧,修复背压阀使之工作正常

②更换溢流阀主弹簧

③检查修复液压泵使之工作正常

④检查并排除余压

电液换向回路不换向

①电磁线圈通电后液压缸不动作

②电磁线圈烧坏

①电液换向阀回油口无背压,安装背压阀

②更换电磁线圈

(4)顺序动作回路常见故障及排除方法

顺序动作回路常见故障及排除方法如表7—11所示。

表7—11  顺序动作回路的常见故障及排除方法

故障现象

产生原因

排除方法

顺序动作失灵

①顺序阀阀芯卡死

②顺序阀压力调整过大,致使阀芯压力太大,移动不灵活

③系统压力低(即溢流阀调定压力低于顺序阀的调定压力)

④液压缸内泄漏严重

①清洗修研顺序阀阀芯及阀孔,使其移动灵活

②调整顺序阀开启压力使之适当

③调整系统压力使其适当

④排除液压缸内泄漏

工作速度达不到规定值

①油液发热粘度低

②溢流阀调整压力低

③液压泵输出油液少

④单向阀堵塞或开启不灵

①更换合适的液压油

②调整溢流阀使其压力适当

③修复或更换液压泵

④清洗修研单向阀

顺序动作冲击大

①执行机构设计不合理

②回油路未加装节流阀或背压阀

③溢流阀阀芯移动不灵活

④液压泵输出的油液脉动大

①改进执行机构设计

②选用合适的节流阀或背压阀,减少冲击

③修研溢流阀阀芯与阀孔及更换溢流弹簧

④检修液压泵

   6、液压系统的故障诊断及排除方法

   液压系统在装配调试和系统运行中,由于液压系统设计不完善,液压元件选择不当及零件加工误差和运动磨损,管路及管接头连接不牢固,密封件损坏及油液污染等原因,常会出现系统故障:①内外泄漏严重;②执行元件运动速度不稳定;③执行元件动作失灵;④压力不稳定或控制失灵;⑤系统发热及执行元件同步精度差等。下面介绍液压系统常见故障及排除方法(见表7—12),供处理时参考。

表7—12  液压系统常见的故障及排除方法

故障现象

产生原因

排除方法

系统泄漏严重

①外泄漏

a.间隙密封的间隙过大

b.密封件质量差或损坏

c.系统回路设计不合理,泄漏环节多及回油路不畅通

d.油温高导致粘度下降

②内泄漏

a.间隙运动副达不到规定精度

b.工艺孔内部击穿,高压腔与低压腔串通

c.封油长度短或面积小

d.油的粘度小,系统压力大

a.重新配研配合件间隙

b.更换密封件

c.改进系统回路设计,减少泄漏环节及疏通回油路

d.选用合适的液压油

a.提高制造精度,满足设计要求

b.修复或更换有关元件及连接阀块

c.改进有关零件结构设计

d.选用合适的液压油及适当调整压力

气穴与气蚀

①电动机转速过高,液压泵吸油管太短,过滤器堵塞,吸油管孔径小

②油液通过节流孔时速度高,压力低,将压力能转换成动能造成气穴

③空气侵入油液,使油发白起泡

①降低电动机转速,合理安排吸油管及增大管径和管长,清洗过滤器

②适当降低抽液流动速度和增加油液局部压力

③检查液压泵和吸油管等处的内外泄漏情况,防止空气混入

液压系统发热

①液压系统设计不合理,工作中压力损失大

②液压泵内外泄漏严重

③系统压力过高,增加压力损失

④机械摩擦大,产生摩擦热

a.元件制造精度低

b.运动件润滑不良

c.密封件质量差

⑤油箱容量小,散热条件差

⑥环境温度高或散热器工作不正常

①改进设计减少功率损失,采取散热措施

②检修液压泵,防止泄漏

③重新调整系统压力使之适当

a.提高元件制造和装配精度

b.改善润滑条件

c.选用质量好的密封件

⑤增加油箱容积

⑥采取措施降低环境温度,修复散热器

振动及噪声大

①液压泵或液压马达引起的振动和噪声

②由于液压控制阀选择不当或失灵引起振动及噪声

③液压泵吸空现象

a.液压泵吸油管泄漏或吸油管深度不够,吸入大量空气

b.过滤器堵塞和油箱油液不足

④液压泵吸入系统有气穴,引起振动和噪声

⑤管路系统和机械系统振动

①检修液压泵和液压马达,严重时更换液压泵和液压马达

②修复或更换液压控制阀

a.检修吸油管和调整吸油管长度

b.清洗过滤器和加足液压油

④校核吸油管直径和长度及选择粘度合适的液压油

⑤检查电动机及液压泵,消除自身振动及管路系统的振动

液压卡紧

①换向阀设计不合理,制造精度差及运动磨损

②油液污染,尤其是系统密封件的残片和油液中颗粒堵塞

③油温升高,阀芯与阀孔膨胀系数不等造成阀芯卡死

④电磁铁的推杆因动密封配合、摩擦阻力大或推杆安装不良将阀芯卡住

①改进换向阀设计,提高零件精度或更换磨损零件

②清洗滑阀,检查密封件,更换液压油

③采取措施降低油温,修研阀芯与阀孔的间隙

④检查调整推杆,使其不阻碍阀芯运动

液压缸运动速度不稳定

①液压泵磨损严重

②负载作用下系统泄漏显著增加,引起系统压力与流量的明显变化

③油液污染,节流通道堵塞

④系统压力调定偏低,满足不了负载的变化

⑤系统中存有大量空气,使液压缸不能正常工作

⑥油温升高,粘度降低,引起流量变化

⑦背压阀调定不当,引起回油不畅

①更换磨损元件

②适当调整系统压力,检修系统泄漏部件

③清洗节流阀孔及更换液压油

④适当调整系统压力使之满足负载变化要求

⑤排除系统中的空气

⑥降低油温及更换合适粘度的液压油

⑦重新调定背压阀压力

动作循环错乱

①各液压回路发生相互干扰

②电磁换向阀线圈损坏

③顺序阀或压力继电器失灵

①检查与调整各回路控制元件的功能

②更换电磁线圈

③调整或更换顺序阀及压力继电器

执行机构爬行

①传动系统刚性差

②摩擦力随运动速度的变化而变化及阻力变化大

③运动速度低,特别是v≤0.1m/min时爬行更明显

④液压系统中有空气

⑤溢流阀失灵,调定压力不稳定

⑥双泵向系统供油时,压力低的泵有自回油现象,引起供油压力不足

⑦液压缸和机床导轨不平行,活塞杆弯曲变形

①采取措施增强系统刚度

②改善执行元件润滑状态及选取理想的摩擦副材料

③使用特殊导轨润滑油或适当提高运动速度

④排除液压系统中的空气

⑤检修或更换溢流阀

⑥检修液压泵

⑦检修、调整液压缸与机床导轨平行,并校直活塞杆

液压冲击

①快速制动引起的液压冲击

a.换向阀快速换向时产生液压冲击

b.液压缸突然停止运动时引起液压冲击

②节流缓冲装置失灵

③液压系统局部冲击

④背压阀调整不当或管路弯曲多

a.改进油路换向方式或延缓换向停留时间

b.延缓液压缸快停时间,适当加装单向节流阀

②检查修复缓冲装置

③可加装蓄能器

④调整背压阀压力或减少管道弯曲

系统压力不稳定

①液压泵内部零件损坏

②液压泵严重困油造成运动呆滞或压力脉动

③各种液压阀质量不良引起压力波动

④压力阀阀芯卡死

⑤过滤器堵塞,液流通道过小或油液选择不当

①修复或更换液压泵

②检查修理液压泵,减少困油现象

③修复或更换液压阀

④修复或更换。压力阀

⑤清洗过滤器,疏通管道,更换合适的液压油

   实践证明,液压系统故障很多情况下是起因于液压油的污染。为了保证系统正常工作,提高工作可靠性,延长使用寿命,必须采取有效措施,对液压油进行污染控制。

   液压油的污染控制,主要从两方面着手,即防止污物侵入和把已经进入系统的污物清除出去。具体说来,应注意以下几点:

   1)装配元件前要认真清洗零件,注意工具的清洁,并保护好工作表面不被碰伤。

   2)装配液压系统时,仔细清洗油箱、油管、接头。

   3)加入油箱的油应按要求严格过滤。油箱要合理密封,防止灰尘侵入。

   4)注意滤油器的使用情况,滤油网和滤芯应定期更换或清洗。

   5)维修系统时,必须严格遵守清洁操作规程。

   6)定期将系统液压油全部放出,更换新油。

   液压系统在实际应用中,由于液压元件都是密封的,发生故障时不易查找原因,能否迅速地找出故障源,一方面取决于对系统和元件结构原理的理解,另一方面还有赖于实践经验的积累。

五、生产质量检测

表7—13

工作任务二训练记录与成绩评定

项次

安装与维修

实训记录

配分

得分

拆装质量

工作原理

图形符号

1

驱动元件

10

2

执行元件

10

3

控制阀

10

4

辅助元件及其附件

10

5

连接管道

10

6

系统启动、运行与调整

15

7

系统工作原理

15

8

系统故障诊断与排除

20

9

安全文明生产

                                                                           总得分________________

六、相关知识

   (一)液压系统的组成

液压系统由以下五个部分所组成:

   1、动力元件  它是将原动机输入的机械能转换为液压能的装置。液压泵即为动力元件。

   2、执行元件  它是将液体的压力能转换为机械能的装置,以驱动工作部件。液压缸(或液压马达——由液体流动推动机械转动)即为执行元件。

   3、控制调节元件  控制调节元件是指各种阀类元件,它们的作用是控制液压系统中的油液的压力、流量和方向,以保证执行元件完成预期的工作运动。

   4、辅助元件  辅助元件指油箱、油管、管接头、滤油器、压力表、流量表等。

   5、工作介质  在液压系统中使用液压油(通常为矿物油)。

   (二)液压的优缺点

   液压所以能得到如此迅速的发展和广泛的应用,是由于它们有许多突出的优点:

   1、液压系统执行元件的速度、转矩、功率均可作无级调节,且调节简单、方便。

   2、液压系统容易实现自动化的工作循环。

   3、液压系统均能实现过载保护。

   4、液压元件易于实现系列化、标准化和通用化,故便于设计、制造。

   5、在相同功率的情况下,液压传动装置的体积小,重量轻,惯性小,结构紧凑。

   液压的主要缺点是:

   1、由于泄漏及流体的可压缩性,使它们无法保证严格的传动比。

   2、液压传动常因有泄漏,所以易污染环境。

   总的说来,液压的优点是主要的,它的缺点随着生产技术水平的提高正在被逐步克服。液压技术在现代化生产中有着广阔的发展前景。

   表7—14是液压与气压传动在各类机械中的应用情况。

表7—14  液压与气压传动在各类机械中的应用

行业名称

应  用  举  例

行业名称

应  用  举  例

工程机械

矿山机械

建筑机械

冶金机械

锻压机械

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   (三)液压回路

   液压回路是由一些液压元件组成,用来完成特定功能的控制油路。液压系统就是根据各种机构的要求,由若干具有各种功能的基本回路组成的。按完成的功能不同,液压回路可分为方向控制回路、压力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。

方向控制阀及方向控制回路

   1、方向控制回路

   方向控制回路的作用是:利用各种方向阀来控制液流的通断和变向,以使执行元件启动、停止(包括锁紧)或换向。

   (1)换向回路

   各种类型的换向阀都可组成换向回路。另外,采用双向变量泵的容积调速回路中,可直接改变泵的液流方向来使执行元件换向。

   (2)锁紧回路

   锁紧回路的作用是防止液压缸在停止运动时因外界影响而发生漂移或窜动。锁紧回路有以下几种:

   ①换向阀锁紧回路

   利用三位换向阀的O型(或M型)中位机能,封闭液压缸两腔,使活塞能在行程的任意位置上锁紧。由于滑阀式换向阀不可避免地存在泄漏,这种锁紧回路能保持执行元件锁紧的时间不长,锁紧效果较差。

   ②液控单向阀锁紧回路

图7—52是采用液控单向阀的锁紧回路。换向阀左位工作时,压力油经左液控单向阀进入缸左腔,同时将右液控单向阀打开,使缸右腔油能流回油箱,液压缸活塞向右运动;反之,当换向阀右位工作时,压力油进入缸右腔并将左液控单向阀打开,缸左腔回油,活塞向左运动;而当换向阀处于中位或液压泵停止供油时,两个液控单向阀立即关闭,活塞停止运动。为了保证中位锁紧可靠,换向阀宜采用H型或Y型机能。由于液控单向阀的密封性能很好,从而能使执行元件长期锁紧。这种锁紧回路主要用于汽车起重机的支腿油路和矿山机械中液压支架的油路中。

图7—52  锁紧回路

   2、溢流阀的应用及调压回路

   (1)使系统压力保持恒定。如图7—53a所示,在采用定量泵节流调速的液压系统中,调节节流阀的开口大小可调节进入执行元件的流量,而定量泵多余的油液则从溢流阀溢回油箱。在工作过程中阀是常开的,液压泵的工作压力决定于溢流阀的调整压力且基本保持恒定。因此,这种情况下溢流阀的作用即为调压溢流。    

   (2)防止系统过载。图7—53b所示为变量泵的液压系统,用溢流阀限制系统压力不超过最大允许值,以防止系统过载。在正常情况下,阀口关闭。当系统超载时,系统压力达到溢流阀调定的压力,阀口打开,油液经阀口流回油箱,系统压力不再增高。这种溢流阀常称为安全阀。

   (3)作背压阀用。如图7—53c所示,将溢流阀安置在液压缸的回油路上,可以产生背压力,提高运动部件运动的平稳性。此时宜选用直动式低压溢流阀。

   (4)作卸荷阀用。如图7—52d所示,用换向阀将先导式溢流阀2的控制口(卸荷口)和油箱连接,可使油路卸荷,以减少能量损耗。图中电磁阀3通电时,系统处于卸荷状态。

(5)作远程调压阀用。如图7—53e所示,将先导式溢流阀1的控制口接远程调压阀4,当主溢流阀的调定压力高于远程调压阀的调定压力时,液压泵的压力即可由阀2作远程调节。这里,远程调压阀仅作调节系统压力用,油液仍从主溢流阀5溢回油箱。这种阀常用于试验机的加载系统。

                          

     (a)                    (b)                            (c)

                    

      (d)                                (e)

   图7—53  溢流阀的应用

1、2—溢流阀;3—电磁阀;4—调压阀

   3、减压回路

   在液压系统中,当某个执行元件或某一支油路所需要的工作压力低于系统的工作压力,或要求有较稳定的工作压力时,可采用减压回路。

图7—54是夹紧机构中常用的减压回路。回路中串联一个减压阀,使夹紧缸能获得较低而又稳定的夹紧力。夹紧工件所需夹紧力的大小可由减压阀来调节,减压阀的出口压力可以从0.5 MPa至溢流阀的调定压力范围内调节,当系统压力有波动时,减压阀出口压力可稳定不变。图中单向阀的作用是当主系统压力下降到低于减压阀调定压力(如主油路中液压缸快速运动)时,防止油液倒流,起到短时保压作用,使夹紧缸的夹紧力不致受液压系统中压力波动的影响。为了确保安全,夹紧回路中常采用带定位的二位四通电磁阀,或采用失电夹紧的二位四通电磁阀换向,防止在电路出现故障时松开工件出事故。

图7—54  减压回路

   4、顺序动作回路

图7—55为机床夹具上用单向顺序阀实现工件定位后夹紧的顺序动作回路。当电磁阀断电时,压力油先进入定位缸A的下腔,缸A上腔回油,活塞上移,实现定位。定位后,缸A活塞停止运动,油路压力升高,直至达到顺序阀调定压力时,顺序阀打开,压力油经顺序阀进入夹紧缸B下腔,缸B上腔回油,活塞上移,进行夹紧。当电磁阀通电时,压力油同时进入定位缸、夹紧缸上腔,两缸下腔回油(夹紧缸经单向阀回油),使工件松开并拔出定位销。

图7—55  定位、夹紧顺序动作回路

   顺序阀的调整压力至少应比先动作缸的最高工作压力高0.5 MPa~0.8 MPa,以保证动作顺序可靠。

   5、平衡回路

   为了防止立式液压缸及工作部件在停止时因自重而下滑,或在下行时超速,可在活塞下行的回油路上设置顺序阀,使其产生适当的阻力,以平衡运动部件的重量,这种回路称平衡回路。

   图7—56a为采用单向顺序阀的平衡回路。顺序阀的调定压力应稍大于工作部件的自重在液压缸下腔形成的压力。当换向阀中位工作时,液压缸下腔油压低于顺序阀调定压力,顺序阀关闭,工作部件不会自行下滑。当换向阀左位工作时,液压缸上腔通压力油,下腔的背压大于顺序阀的凋定压力时,顺序阀打开,运动部件下行。由于自重得到平衡,故不会产生超速现象。此回路中采用M型机能换向阀,可使液压缸运动部件停止时,缸上、下腔油被封闭,有助于锁住运动部件,同时,可使泵卸荷,减少能耗。

   这种回路由于下行时回油腔背压力大,必须提高进油腔工作压力,故功率损失较大,主要用于工作部件重量不变、且重量较小的系统。

   图7—56b为采用液控顺序阀的平衡回路。换向阀右位工作时,压力油经单向阀进入缸下腔,上腔回油,使活塞上升吊起重物。换向阀处于中位(H型机能)时,缸上腔卸压,液控顺序阀关闭,缸下腔油被封闭,活塞及工作部件停止运动并被锁住。换向阀左位工作时,压力油进入上腔,同时进入液控顺序阀的外控口,打开顺序阀,缸下腔回油,于是活塞下行,放下重物。若下行时速度过快,必然使缸上腔油压降低,液控顺序阀阀口也关小,使缸下腔背压增加,阻止活塞迅速下降。

     (a)             (b)

图7—56  用顺序阀的平衡回路

  这种回路适用于负载重量变化的场合,较安全可靠;但由于工作部件下行时液控顺序阀处于不稳定状态,其开口量有变化,故运动的平稳性较差。

   6、压力继电器的应用举例

   图7—57所示回路中,压力继电器可以控制电磁阀工作,实现由“工进”转为“快退”的顺序动作。

   当1YA通电时,电磁阀左位工作,压力油经调速阀进入缸左腔,缸右腔回油,活塞慢速右移,即“工进”。当活塞行至终点停止时,缸左腔油压升高,当油压达到压力继电器的

开启压力时,压力继电器发出电信号,使2YA通电,1YA断电,换向阀右位工作。这时,压力油进入缸右腔,缸左腔回油(经单向阀),活塞快速向左退回,即“快退”。

在这种回路中,一般中压系统压力继电器的调定压力(开启压力)应比液压缸的最高工作压力约高0.5 MPa,应比溢流阀的调定压力约低0.5MPa。

图7—57  压力继电器的应用

   7、卸荷回路

   液压系统的执行元件短时间停止运动(如测量、装卸工件)时,应使泵作空载运转,即液压泵卸荷。卸荷的目的是节省功率、减少油液发热、延长泵的寿命。常见的卸荷回路有下述几种。

   (1)用三位换向阀的卸荷回路

   当中位机能为H型或M型的三位换向阀处于中位时,泵输出的油液直接回油箱,即卸荷。

   (2)用二位二通换向阀的卸荷回路

图7—58所示为采用二位二通电磁阀的卸荷回路。电磁阀通电,液压泵即卸荷。二位二通阀的流量必须与泵的流量相适应。

图7—58  二位二通换向阀卸荷回路

   (3)用溢流阀的卸荷回路

   此回路可见图7—53d所示。由于此处二位二通电磁阀仅控制溢流阀卸荷口的少量油液通过,故只需采用小规格流量的阀。

   (4)用液控顺序阀的卸荷回路

在双泵供油的液压系统中,常采用图7—59所示卸荷回路。在快速行程时,系统压力较低,液控顺序阀3和溢流阀4均关阀,两液压泵同时向系统供油。进入工进(慢速)阶段后,由于工作压力升高,打开液控顺序阀使低压大流量泵1卸荷,高压小流量泵2单独向系统供油。

图7—59  液控顺序阀卸荷回路

   8、速度控制回路

(1)调速回路

调速回路是用来调节执行元件工作行程速度的回路。

   节流调速——采用定量泵供油,由流量阀改变进入执行元件的流量来实现调速的方法。

   容积调速——采用变量泵或变量马达实现调速的方法。

   容积节流调速——采用变量泵和流量阀相配合的调速方法。

   ①节流调速回路

   节流调速回路由定量泵、流量控制阀、溢流阀和执行元件等组成。通过改变流量控制阀口的开度来控制流入或流出执行元件的流量,以调节其运动速度。该回路结构简单,成本低,使用维修方便。但能量损失大,效率低,发热大,仅适用于小功率液压系统。

   节流调速回路按流量阀安放位置的不同,分进油路节流调速、回油路节流调速和旁油路节流调速三种形式。

   (A)进、回油路节流调速

   如图7—60所示,节流阀串联在执行元件的进油路上,即构成进油路节流调速回路。如图7—61所示,节流阀串联在执行元件的回油路上,即构成回油路节流调速回路。在这两种回路中,定量泵的供油压力均由溢流阀调定,泵多余的流量均由溢流阀溢回油箱,回路中既有溢流损失,又有节流损头,功率损失较大,且这两种回路的速度负载特性基本相同。采用节流阀的进、回油路节流调速回路适用于低速、轻载,且负载变化较小的小功率液压系统。

          

图7—60  进油路节流调速回路            图7—61  回油路节流调速回路

   进、回油路节流调速回路的区别是:

   1)承受负值负载的能力  回油路节流调速回路的节流阀使液压缸回油腔形成背压,使执行元件运动平稳且能承受一定的负值负载;而进油路节流调速回路由于回油腔没有背压力,因而不能在负值负载下工作。

   2)油液发热的影响  在回油路节流调速回路中,经过节流阀发热后的液压油将直接流回油箱冷却,影响较小;而在进油路节流调速回路中,经过节流阀发热后的液压油将直接进入液压缸的进油腔,影响较大。

   3)停车后的起动性能  长时间停车后,当液压泵重新向液压缸供油时,在进油路节流调速回路中,由于进油路上节流阀能控制流量,故活塞前冲较小,而在回油路节流调速回路中,由于停车后液压缸回油腔中的油会因泄漏而形成空隙,因而在起动时活塞会前冲。

   4)实现压力控制的方便性  在进油路节流调速回路中,进油腔的压力将随负载而变化,当工作部件碰到死挡铁而停止后,其压力将升高,在节流阀和液压缸之间设置压力继电器,利用该压力变化来实现压力控制是很方便的;而在回油路节流调速回路中,液压缸进油腔的压力等于溢流阀的调定压力,没有上述压力变化,不易实现压力控制。

   5)低速运动平稳性  在使用单杆液压缸的液压系统中,无杆腔进油驱动工作部件时,由于节流阀的最小稳定流量为定值,无杆腔的有效工作面积较大,因此将节流阀设置在进油路上能获得更低的稳定速度。

   为了提高回路的综合性能,常采用进油路节流调速,并在回油路上加背压阀。这种方式兼具了两种回路的优点。

   (B)旁油路节流调速回路

如图7—62所示,将节流阀设置在与执行元件并联的旁油路上,即构成了旁油路节流调速回路。该回路中,节流阀调节了液压泵溢回油箱的流量,从而控制了进入液压缸的流量,调节节流阀的通流面积,即可实现调速。这时溢流阀作为安全阀,常态时关闭。回路中只有节流损失,无溢流损失,功率损失较小。系统效率较高,但由于速度负载特性较差,起动亦不平稳等缺点,因而仅用于高速、重载、对速度平稳性要求不高的场合,例如牛头刨床的主传动系统。

图7—62  旁油路节流调速回路

   在上述三种节流调速回路中,若采用调速阀代替节流阀,其速度刚性明显优于相应的节流阀调速回路,但由于调速阀中包含了减压阀和节流阀的压力损失,故其功率损失比节流阀调速回路更大。

   ②容积调速回路

   节流调速回路的主要缺点是效率低、发热大,故只适用于小功率液压系统中;而采用变量泵或变量马达的容积调速回路,因无溢流损失和节流损失,故效率高,发热小,适用于大功率系统。

容积调速回路按油路循环方式的不同,分开式和闭式两种。在开式回路(图7—63a)中,泵从油箱吸油,执行元件的回油仍返回油箱。油液在油箱中便于沉淀杂质、析出气体,并得到良好的冷却,但油箱尺寸较大,污物容易侵入。闭式回路(图7—63b)中,液压泵的吸油口与执行元件的回油口直接连接,油液在系统内封闭循环。其结构紧凑、油气隔绝、运动平稳、噪音小,但散热条件较差。闭式回路中需设置补油装置(辅助泵3及与其配套的溢流阀6和油箱等)。

     (a)                    (b)

图7—63  变量泵和定量执行元件容积调速回路

1—变量泵;2—安全阀;3—辅助泵;4—单向阀;5—定量液压马达;6—溢流阀;7—背压阀

   根据液压泵和执行元件组合方式的不同,容积调速回路有以下三种形式:

   (A)变量泵和定量执行元件(液压缸或定量液压马达)的容积调速回路

   图7—63a所示为变量泵和液压缸组成的容积调速回路,图7—63b所示为变量泵和定量液压马达组成的容积调速回路。这两种回路均采用改变变量泵5的输出流量qp来调速的。工作时,溢流阀2作安全阀用,它可以限定液压泵的最高工作压力。

   (B)定量泵和变量液压马达组成的容积调速回路

   在图7—64所示回路中,定量泵1的输出流量不变,调节变量液压马达4的排量Vm,便可改变其转速。

图7—64  定量泵和变量马达调速回路

1—定量泵;2—溢流阀;3—换向阀;4—液压马达

   (C)变量泵和变量马达组成的容积调速回路

   图7—65所示回路中,变量泵1正反向供油,液压马达2即正、反向旋转,单向阀6和9用于使辅助泵4双向补油,单向阀7、8使安全阀3在两个方向都能起过载保护作用。

图7—65  变量泵和变量马达调速回路

 1—变量泵;2—液压马达;3—安全阀;4—泵;5—溢流阀;6、7、8、9—单向阀

   ③容积节流调速回路

   容积调速回路,虽然具有效率高,发热小的优点,但随负载增加,压力升高,系统漏油量亦变大,导致运动速度不平稳。采用容积节流调速回路的特点是效率高,发热小,速度刚性比容积调速回路好。

图7—66所示为限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速回路。

图7—66  限压式变量泵和调速阀容积节流调速回路

   (2)快速运动回路

   为了提高生产率,设备的空行程运动一般需作快速运动。常见的快速运动回路有以下几种。

   ①双泵供油快速运动回路

在图7—67所示回路中,泵2为低压大流量泵,泵1为高压小流量泵,两泵并联。电磁阀6通电,主换向阀4左位(右位)工作,液压缸处于快进(快退)阶段时,负载很小,系统油压低于卸荷阀3的调定压力,阀3关闭,泵2与泵1同时向液压缸供油,使液压缸获得大流量油液,作快速运动。当电磁阀6断电,阀4左位工作时,液压缸工作进给,负载较大,系统压力升高,超过阀3调定压力,阀3打开,泵2卸荷,单向阀8被高压油封闭,液压缸只由小流量泵1供油,液压缸作慢速工进运动,其工作压力由阀7调节。

   图7—67  双泵供油快速回路

1、2—泵;3—卸荷阀;4—换向阀;5—节流阀;6—电磁阀;7—溢流阀;8、9—单向阀

   这种快速回路功率利用合理,效率较高,但回路较复杂,成本较高。常用于快慢速相差很大的机床进给系统。

   ②液压缸差动连接快速运动回路

图7—68所示回路,阀1和阀3在左位工作时,液压缸差动连接作快速运动;当阀3通电时,差动连接即被切断,液压缸回油经调速阀,实现工进;阀1切换至右位后,液压缸有杆腔进油,即快退。

图7—68  液压缸差动连接快速运动回路

1、3—换向阀;2—单向调速阀

这种快速回路简单、经济,但快、慢速的转换不够平稳。

③蓄能器快速运动回路

在图7—69所示回路中,当用流量较小的液压泵供油,而系统中短期需要大流量时,换向阀5处于左位或右位工作,泵1和蓄能器4共同向液压缸6供油,使其实现快速运动。当阀5处于中位,系统停止工作时,这时泵经单向阀2向蓄能器供油,蓄能器压力升高至液控顺序阀3的调定压力时,阀3被打开,使液压泵卸荷。

图7—69  蓄能器快速运动回路

1—泵;2—单向阀;3—液控顺序阀;4—蓄能器;5—换向阀;6—液压缸

   这种快速回路可用较小流量的泵获得较高的运动速度,但蓄能器充油时,液压缸必须停止工作,在时间上有些浪费。

   (3)速度换接回路

   速度换接回路的功用是:使液压执行元件在一个工作循环中,从一种运动速度变换到另一种运动速度。

①快慢速转换回路

图7—70所示为组合机床液压系统中常用的采用行程阀的快慢速转换回路。在图示状态下,液压缸快进;当运动部件上的挡块压下行程阀4时,行程阀关闭,液压缸右腔的油液必须通过节流阀6才能流回油箱,液压缸就由快进转换为慢速工进。这种快慢速转换比较平稳,换接点位置较准确,但行程阀必须安装在执行元件附近,且不能任意改变其位置,管道连接较为复杂。

   图7—70  快慢速转换回路

1—泵;2—换向阀;3—液压缸;4—行程阀;5—单向阀;6—节流阀;7—溢流阀

   若将行程阀改换为电磁阀,如图7—67所示,则安装连接较方便,但速度换接的平稳性和可靠性较差。

  ②两种慢速的转换回路

   1)调速阀串联的慢速转换回路

   图7—71所示回路,两调速阀3、4串联在油路中。当1YA通电时,压力油经调速阀3进入液压缸左腔,缸右腔回油,由阀3调节第一次工进速度;当1YA、3YA同时通电时,压力油经阀3和阀4后进入缸左腔,由于阀4比阀3的开口小,因而由阀4调节第二次工进速度,而且第二次工进速度必须比第一次工进速度低。

图7—71  调速阀串联的慢速转换回路

1、2—电磁阀;3、4—调速阀

   2)调速阀并联的慢速转换回路

图7—72a所示为由调速阀3和4并联的慢速转换回路。当1YA通电,压力油经调速阀4进入液压缸左腔,缸右腔回油,由阀4调节第一次工进速度;当1YA、3YA同时通电时,压力油经阀3进入缸左腔,由阀3调节第二次工进速度。两调速阀可单独调节,两速度互无影响,但速度换接时出现前冲现象。若将二位三通换向阀换用二位五通换向阀(图7—72b所示),则可以克服前冲现象。

图7—72  调速阀并联的慢速转换回路

1、2—电磁阀;3、4—调速阀

(四)常用液压辅助元件

   液压系统中的辅助元件有管件、滤油器、测量仪表、蓄能器、油箱、热交换器等多种。它们在液压系统中数量很大,分布面广,对系统的动态特性、工作稳定性、寿命、噪声和温升等有直接影响,因此必须给予足够的重视。

   1、油箱

   油箱的用途是贮油、散热、分离油中的空气,沉淀油中的杂质。

   在液压系统中,油箱有总体式和分离式两种。总体式油箱是利用机器设备机身内腔作为油箱(如压铸机、注塑机等),其结构紧凑,回收漏油比较方便,但维修不便,散热条件不好。分离式油箱设置一个单独油箱,与主机分开,减少了油箱发热及液压源振动对工作精度的影响,因此得到了普遍的应用。图7—73所示是一个分离式油箱的结构简图。

   油箱的有效容积(油面高度为油箱高度80%时的容积)一般按液压泵的额定流量估算,在低压系统中取液压泵每分钟排油量的2~4倍,中压系统为5~7倍,高压系统为6~12倍。

油箱正常工作温度应在15℃~65℃之间,在环境温度变化较大的场合要安装热交换器。

   图7—73  油箱

1—吸油管;2—滤清器;3—回油管;4—箱盖;5—油面指示器;7—放油塞;6,8—隔板;9—滤油器

   2、油管和管接头

   (1)油管

   液压系统中常用的油管有钢管、紫铜管、橡胶软管、尼龙管、塑料管等多种类型。考虑配管和工艺的方便,在高压系统中常用无缝钢管,中、低压系统一般用紫铜管。橡胶软管主要优点是可用于两个相对运动件之间的连接,尼龙管和塑料管价格便宜,但承压能力差,可用于回油路、泄油路等处。

   (2)管接头

   管接头是油管与油管,油管与液压元件间的连接件。管接头的种类很多,图7—74所示为常用的几种类型:

图7—74a所示为扩口式管接头,常用于中、低压的铜管和薄壁钢管的连接。图7—74b所示为焊接式管接头,用来连接管壁较厚的钢管。图7—74c所示为卡套式管接头,这种管接头拆装方便,在高压系统中被广泛使用,但对油管的尺寸精度要求较高。图7—74d所示为扣压式管接头,用来连接高压软管。

  

(a)扩口式            (b)焊接式

        

(c)卡套式                     (d)扣压式

   图7—74  管接头

1—接头体;2—螺母;3—管套;4—扩口薄管;5—密封垫;6—接管;7—钢管;8—卡套;9—组合密封垫;10—橡胶软管

在经常需要装拆处,常使用快速接头。图7—75所示为油路接通时的工作位置;当要断开油路时,可用力把外套4向左推,在拉出接头体5后,钢球3即从接头体中退出。与此同时,单向阀的锥形阀芯2和6分别在弹簧5和7的作用下将两个阀口关闭,油路即断开。

   图7—75 快速接头

1、7—弹簧;2、6—阀芯;3—钢球;4—外套;5—接头体;6—弹簧座

管接头的性能好坏将直接影响系统的泄漏。表7—15列出了常用管接头的类型及特点。

表7—15  常用管接头的类型和特点

类  型

特    点

扩口式

管接头

靠扩口部分的锥面实现连接和密封,结构较简单,造价低,适用于中低压系统的铜管和薄壁钢管,也可用来连接尼龙管和塑料管

焊接式

管接头

接管与钢管采用焊接连接,结构简单,制造方便,耐高压和强烈振动,密封性能好,广泛应用于高压系统(p≤32MPa)

卡套式

管接头

利用卡套的变形卡住管子并进行密封,不用密封件,工作可靠,装拆方便,抗振性好,使用压力可达32MPa。但工艺比较复杂

扣压式

软管接头

由外套和接头芯子组成,安装时软管被挤在外套和接头芯子之间,因而被牢固地连接在一起,工作压力在10MPa以下,需专用扣压设备

   3、过滤器

   过滤器用来滤除油液中的各种杂质。实践证明,液压系统80%左右的故障是由污染的油液引起的。因此,保持油液清洁是保证液压系统可靠工作的关键,而对油液进行过滤则是保持油液清洁的主要手段。

   过滤器可以安装在液压泵的吸油管路上或液压泵的压油管路上以及重要元件的前面。通常泵的吸油口安装粗滤器以降低吸油阻力,压油管路与重要元件之前安装精滤器。

   常用的过滤器按其滤芯材料和结构形式的不同有网式、线隙式、烧结式、纸质及磁性过滤器等。

   网式过滤器即过滤网,它以铜网包裹在刚性骨架上制成,其过滤精度取决于铜网层数及网孔大小。这种过滤器结构简单,通油能力强,清洗方便。但过滤精度低,一般作粗滤器用。

   图7—76所示为线隙式过滤器,其滤芯由特形铜丝或铝丝绕制而成,利用线间的缝隙过滤油液,结构简单,通流能力强,过滤精度高于网式过滤器。但不易清洗,常用于吸油管。

图7—76  线隙式过滤器

1—堵塞状态发讯装置;2—外壳;3—滤芯

烧结式过滤器如图7—77所示,滤芯用颗粒状锡青铜粉末烧结而成,利用铜颗粒间的微孔过滤杂质。这种过滤器强度好,耐腐蚀、耐高温,过滤精度高,适用于高温、高压系统。缺点是金属颗粒易脱落,易堵塞,且难以清洗。

   纸质过滤器的滤芯由微孔过滤纸加骨架制咸,利用滤纸的微孔滤去杂质。通常将滤纸加以折叠以增大过滤面积。这种过滤器的过滤精度较高,但强度低,易堵塞,且堵塞后无法清洗,一般用于精密过滤。

   磁性过滤器的滤芯用永久磁铁制成,利用磁化原理吸附混入油液中的铁屑和铸铁粉末等,通常与其他过滤器合用。

图7—77  烧结式过滤器

1—端盖;2—滤芯;3—壳体

   4、压力表和压力表开关

   (1)压力表

液压系统中的压力可通过压力表观测,压力表的种类很多,最常用的是弹簧管式压力表,如图7—78a所示。当压力油进入扁截面金属弯管1时,弯管变形而使其曲率半径加大,端部的位移通过杠杆4使齿扇5摆动。于是与齿扇5啮合的小齿轮6带动指针2转动,此时就可由刻度盘3上读出压力值。图7—78b所示为压力表的图形符号。

  

            (a)                    (b)

   图7—78  弹簧管式压力表

1—弯管;2—指针;3—刻度盘;4—杠杆;5—齿扇;6—小齿轮

  (2)压力表开关

   压力表开关用于接通或断开压力表与测量点油路的通道。压力表开关有一点、三点、六点式等。多点压力表开关可按需要分别测量系统中多点处的压力。图7—79所示为六点式压力表开关,图示位置为非测量位置,此时压力表油路经沟槽a、小孔b与油箱接通;若将手柄向右推进去,沟槽口将把压力表与测量点接通,并把压力表通往油箱的油路切断,这时便可测出该测量点的压力。如将手柄转到另一个位置,便可测出另一点的压力。

图7—79  K—6B型压力表开关

5、蓄能器

(1)蓄能器的功用

蓄能器是用来储存和释放液体压力能的装置,它在液压系统中的功用主要有以下几个方面。

   ①短期大量供油。当执行件需快速运动时,由蓄能器与液压泵同时向液压缸供给压力油,如图7—69所示。

   ②维持系统压力。当执行件停止运动的时间较长,并且需要保压时,为降低能耗,使泵卸荷,而利用蓄能器贮存的液压油补偿油路的泄漏损失,维持系统压力。另外,蓄能器还可以用作应急油源,在一段时间内维持系统压力,避免电源突然中断或液压泵发生故障时油源中断而引起的事故。

   ③缓和冲击,吸收脉动压力。当液压泵起动或停止、液压阀突然关闭或换向、液压缸起动或制动时,系统中会产生液压冲击,在冲击源和脉动源附近设置蓄能器,以起缓和冲击和吸收脉动的作用。

   (2)蓄能器的结构

   图7—80所示为气囊式蓄能器。它由充气阀1、气囊2、壳体3、提升阀4等组成。气囊用耐油橡胶制成,固定在壳体3的上部,囊内充入惰性气体(一般为氮气)。提升阀是一个用弹簧加载的具有菌形头部的阀,压力油由该阀通入。在液压油全部排出时,该阀能防止气囊膨胀挤出油口。

这种蓄能器气囊惯性小,反应灵敏,容易维护,所以最常用。其缺点是容量较小,气囊和壳体的制造比较困难。

   此外还有活塞式、重力式、弹簧式和隔膜式蓄能器,可参考产品样本或液压设计手册选用。

图7—80  气囊式蓄能器

1—充气阀;2—气囊;3—壳体;4—提升阀

   图7—81所示即为活塞式蓄能器。活塞2将气体和液压油隔开。工作时,先向上腔充入压缩气体,再向下腔充液,推压活塞以储存能量。这种蓄能器结构简单,工作平稳,寿命长。但受活塞的惯性和摩擦力的影响,反应不够灵敏,容量小,缸筒与活塞间的密封较难,制造费用高,一般用于蓄能或供中高压系统吸收压力脉动。

   图7—81  活塞式蓄能器

1—缸体;2—活塞;3—气体;4—液压油

   (五)组合机床动力滑台液压系统概述

   组合机床是一种高效率的专用机床。液压动力滑台是组合机床上用来实现进给运动的一种通用部件,其运动是靠液压缸驱动的,根据加工需要,滑台上面可装上动力箱和多轴主轴箱,以完成钻、扩、铰、铣、镗、刮端面、倒角、攻螺纹等加工工序,并可实现多种工作循环。

   图7—50所示液压动力滑台液压系统能实现的典型工作循环为:快进→第一次工作进给→第二次工作进给→死挡铁停留→快退→原位停止。

   该液压系统采用限压式变量叶片泵供油,用电液换向阀换向,用行程阀实现快慢速度转换,用串联调速阀实现两次工作进给速度的转换,其最高工作压力不大于6.3MPa。液压滑台上的工作循环,是由固定在滑动工作台侧面上的挡铁直接压行程阀换位,或碰行程开关控制电磁换向阀的通电顺序实现的。在阅读和分析液压系统图时,可参阅电磁铁和行程阀动作顺序表7—16。

表7—16  电磁铁和行程阀动作顺序表

动作顺序

电  磁  铁

行程阀11

1YA

2YA

3YA

快进

一工进

二工进

死挡铁停留

快退

+/-

原位停止

注:“+”表示电磁铁通电或行程阀压下;“-”表示电磁铁断电或行程阀复位。

(六)动力滑台液压系统的工作原理

1、快速前进

按下启动按钮,电磁换向阀4的电磁铁1YA通电,使其左位接入系统,液动阀3在控制油液的作用下使其左位接入系统工作,这时系统中油液的通路为:

   控制油路  进油路:变量泵→电磁阀4(左)→单向阀I1→液动阀3左端;

             回油路:液动阀3右端→节流阀L2→电磁阀4(左)→油箱。

   于是液动阀阀芯右移,液动阀左位接入系统工作。

             主油路  进油路:变量泵1→单向阀2→液动阀3(左) →行程阀11→液压缸左腔;

             回油路:液压缸右腔→液动阀3(左) →单向阀7→行程阀11→液压缸左腔。

   液压缸左右两腔都通压力油,形成差动连接回路。此时由于负载较小,液压系统的工作压力较低,于是液控顺序阀6处于关闭状态。又因变量泵1在低压下输出流量为最大,所以滑台快速前进。

   2、第一次工作进给

   当滑台快速前进到预定位置时,滑台上的挡块压下行程阀11而切断快进油路,此时其控制油路未变,但主油路中的压力油只能通过调速阀8和二位二通电磁阀10(右位)进入液压缸左腔。由于油液流经调速阀而使系统压力升高,液控顺序阀6开启,单向阀7关闭,液压缸右腔的油液经阀6和背压阀5流回油箱,同时,泵的流量也自动减小,与调速阀8控制的流量相适应而实现第一次工作进给。其主油路为:

   进油路:变量泵1→单向阀2→液动阀3(左) →调速阀8→电磁换向阀10(右) →液压缸左腔;

   回油路:液压缸右腔→液动阀3(左) →液控顺序阀6→背压阀5→油箱。

   3、第二次工作进给

   第二次工作进给与第一次工作进给时的控制油路和主油路相同,所不同之处是当第一次工作进给终了,挡块压下行程开关,使电磁铁3YA通电,电磁换向阀10左位接入系统使其油路关闭时,压力油须通过调速阀8和9进入液压缸左腔。这时由于调速阀9的通流截面积比调速阀8的通流截面积小,因而滑台实现由阀9调速的第二次工作进给,其主油路的进油路为:变量泵1→单向阀2→液动阀3(左) →调速阀8→调速阀9→液压缸左腔。

4、死挡铁停留

  当滑台第二次工作进给终了碰到死挡铁后,滑台即停止前进。这时液压缸左腔油液的压力进一步升高,使压力继电器12动作,发出电信号给时间继电器,其停留时间由时间继电器控制。这时的油路同第二次工作进给的油路,但实际上,系统内油液已停止流动,液压泵的流量已减至很小,仅用于补充泄漏油。设置死挡铁可以提高滑台停留时的位置精度。

   5、快速退回

   滑台停留时间结束时,时间继电器发出信号,使电磁铁2YA通电,1YA、3YA断电。这时电磁换向阀4右位接入系统,液动换向阀3也换为右位工作,主油路换向。因滑台返回时负载小,系统压力较低,变量泵的流量又自动恢复到最大值,故滑台快速退回。其油路为:

   控制油路  进油路:变量泵1→电磁阀4(右) →单向阀I2→液动阀3右端;

             回油路:液动阀3左端→节流阀L1→电磁阀4(右) →油箱。

   于是液动阀3的阀芯左移,阀3右位接入系统工作。

   主油路  进油路:变量泵1→单向阀2→液动阀3(右)→液压缸右腔;

           回油路:液压缸左腔→单向阀13→液动阀3(右) →油箱。

   于是液压滑台快速后退,当滑台退至第一次工作进给起点位置时,行程阀11复位。由于液压缸无杆腔有效工作面积为有杆腔有效工作面积的2倍,故快退速度与快进速度基本相等。

   6、原位停止

   当动力滑台快速退回到其原始位置时,挡块压下原位行程开关,使电磁铁2YA断电,至此,全部电磁铁均断电,电磁换向阀4、液动换向阀3都处于中间位置,液压缸失去动力来源,滑台停止运动。这时,变量泵输出油液经单向阀2、液动换向阀3流回油箱,液压泵卸荷。单向阀2的作用是在泵卸荷时,使控制油路中仍保持一定的控制压力,以保证电磁换向阀4通电时液动换向阀3能启动换向。  

   (七)动力滑台液压系统的特点

   由以上分析可知,该液压系统主要采用了下列基本回路:限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速回路;差动连接的快速运动回路;电液换向阀的换向回路(三位换向阀的卸荷回路);行程阀和电磁阀的速度转换回路;串联调速阀的二次进给回路等。这些基本回路就决定了系统的主要性能,其具体特点如下:

   1、采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速回路,并在回油路上设置了背压阀,可使滑台获得稳定的低速运动和较好的速度—负载特性。

   2、采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速回路,当快进转工进和死挡铁停留时,没有溢流造成的功率损失,系统的效率较高。又因为使用了差动连接快速回路,使能量的利用比较经济合理。

   3、采用行程阀、液控顺序阀进行速度转换时,速度转换平稳,转换位置精度高。

   4、在工作进给结束时,采用死挡铁停留,工作台停留位置精度高。

   5、由于采用了调速阀串联的二次进给进油路节流调速方式,可使启动和进给速度转换时的前冲量较小,并有利于利用压力继电器发出信号进行自动控制。

(八)动力滑台液压系统常见故障及排除方法

现将动力滑台液压系统的常见故障及排除方法列于表7—17,以供参考。

表7—17  动力滑台液压系统常见故障及排除方法

故障现象

产生原因

排除方法

快速时系统压力过高

①回路压力损失过大

②导轨的镶条或压板过紧

③导轨润滑不良

④液压缸轴线与导轨面不平行

⑤活塞或活塞杆密封装置的摩擦力过大

⑥行程阀未完全复位,阀口开度太小

⑦电液换向阀换向未到位,阀口开度太小

①检查各阀、连接处、管道的通径,并修复与更换

②调整镶条或压板

③改善润滑条件

④调整液压缸轴线与导轨面的平行度

⑤调整或更换密封装置

⑥修理或更换行程阀

⑦修理或更换电液换向阀

快进终了不能转工进

①调速阀8调速性能不良

②单向阀13密封性能差

③行程阀11未压到位或密封性太差

①修理或更换调速阀8

②修理或更换单向阀13

③调整挡块或修理行程阀11

无第二次工进

①一工进转二工进的行程开关未压下,阀10未得到电信号,或电磁铁3YA吸力太小

②阀10复位弹簧太硬

③阀10的阀芯与阀孔磨损严重,导致配合间隙过大,泄漏量太大

④行程阀11阀芯与阀孔磨损严重,单向阀13密封不良,造成严重泄漏

⑤调速阀9有故障或未调速好

①调整挡块,修理或更换电磁铁3YA

②更换弹簧

③镗磨阀孔,单配阀芯

④修理或更换单向阀13与行程阀11

⑤调整调速阀9,修理或更换调速阀9

工进时有爬行现象

①泵1的极限压力调得太低,未保证调速阀前后压力差

②调速阀有故障

③滑台导轨的镶条或压板过紧

④导轨润滑不良

⑤液压缸轴线与导轨不平行

⑥液压系统混入大量空气

①适当提高泵1的极限压力

②修理或更换调速阀

③调整压板和镶条

④调整润滑油量或采用具有防爬性能的L—HG液压油

⑤调整液压缸

⑥排除空气

七、扩展知识

(一)多缸工作控制回路

   当液压系统有二个或二个以上的执行元件时,一般要求这些执行元件作顺序动作或同步动作等。通常需设计以下几种多缸工作控制回路。

   1、顺序动作回路

   顺序动作回路的功用是使多缸液压系统中的各液压缸按规定的顺序依次动作。常用控制方式分行程控制和压力控制两大类。

   (1)行程控制的顺序动作回路

   ①用行程阀控制

   图7—82为用行程阀2及电磁阀1控制A、B两液压缸实现①、②、③、④工作顺序的回路。图示液压缸A和B的活塞均处于右端。当电磁阀1通电时,液压缸B的活塞左移,完成动作①;当挡块3压下行程阀2时,油液进入缸A右腔,缸A左腔回油,其活塞左移,完成动作②;当电磁阀1断电时,液压缸B的活塞右移,完成动作③;当挡块3放开行程阀2时,液压缸A的活塞右移,实现动作④。该回路动作灵敏,工作可靠,但调整和改变动作顺序较困难。

图7—82  用行程阀控制的顺序动作回路

1—电磁阀;2—行程阀;3—挡块

   ②用行程开关和电磁换向阀控制

   图7—83为用行程开关控制电磁阀1、2的通断电顺序来实现A、B两液压缸按①、②、③、④顺序动作的回路。图示状态,1YA、2YA断电,阀1、2均为右位工作,液压缸A和B的活塞均处于右端。当1YA通电时,阀1左位工作,缸A活塞左移,实现动作①;当运动到预定位置时,挡块3压下行程开关S1,使2YA通电,阀2左位工作,缸B活塞左移,实现动作②;当挡块4压下行程开关S2,使1YA断电时,阀1换为右位工作,缸A活塞右移,实现动作③;当挡块3压下行程开关S3,使2YA断电,阀2右位工作,缸B活塞右移,实现动作④。当B缸活塞运动至挡块4压下行程开关S4时,又使1YA通电,开始下一个工作循环。这种回路使用方便,调节行程和动作顺序也方便,但顺序转换时有冲击。

图7—83  用行程开关控制的顺序动作回路

   1、2—电磁阀;3、4—挡块

   (2)压力控制的顺序动作回路

   压力控制是利用液压系统工作过程中压力的变化,使所控执行元件按顺序动作。压力控制的顺序动作回路所用的控制元件一般为顺序阀和压力继电器。

   图7—84为用普通单向顺序阀2和3与电磁换向阀1配合动作,使A、B两液压缸实现①、②、③、④顺序动作的回路。图示位置,1YA、2YA均断电,换向阀1处于中位,缸A、B的活塞均处于左端位置。当1YA通电,阀1左位工作时,压力油先进入A缸左腔,A缸右腔经阀2中单向阀回油,A缸活塞右移实现动作①;当活塞行至终点停止时,系统压力升高,当压力升高到阀3中顺序阀的调定压力时,顺序阀打开,压力油进入B缸左腔,B缸活塞右移,实现动作②;当2YA通电,阀1右位工作时,压力油先进入B缸右腔,B缸左腔经阀3中的单向阀回油,其活塞左移实现动作③;当B缸左移至终点停止时,系统压力升高,当压力达到阀2中顺序阀的调定压力时,顺序阀打开,压力油进入A缸右腔,左腔回油,活塞左移实现动作④。这种回路构成简单,工作可靠,便于调整。

图7—84  用单向顺序阀控制的顺序动作回路

1—电磁换向阀;2、3—单向顺序阀

   2、同步回路

   某些液压系统要求两个或两个以上的液压缸在运动过程中保持相同速度或相同位移的回路,称为同步回路。

   (1)用调速阀的同步回路

   图7—85所示为用两个单向调速阀控制并联液压缸的同步回路,调整两个调速阀的开口大小,可使两缸活塞向上实现速度同步。这种回路结构简单,使用方便,且同步速度可以调整,但不易保证位置同步,速度同步精度也较低,一般在5%~7%左右。

图7—85  用调速阀的同步回路

   (2)用分流阀的同步回路

   图7—86a所示回路中,8为分流阀,其图形符号如图7—86b所示。在分流阀的入口处有两个尺寸相同的固定节流器4和5,阀体出口a和b分别接在两个液压缸的入口处,阀体内并联了两个单向阀6和7。

(a)工作原理图    (b)分流阀图形符号

   图7—86  用分流阀的同步回路

1、2—液压缸;3—阀芯;4、5—节流器;6、7—单向阀;8—分流阀;9—电磁阀

   当电磁阀9通电,左位工作时,压力为ps的压力油经过固定节流器,再经过分流阀上的a和b两个可变节流口,进入液压缸1、2的左腔,两缸右腔回油,两活塞同时向右运动。若两液压缸无杆腔的有效面积相等,由于分流阀的阀芯3处于某一平衡位置时,阀芯两端压力相等,即p1=p2。,固定节流器4、5上的压力降保持相等,进入液压缸1和2的流量相等,所以两缸活塞以相同速度向右运动。如果缸1上的负载增加,则油压p′1升高,分流阀左端的压力p1也增大,阀芯右移,a口加大,b口减小,使压力p1下降,p2上升,直至达到一个新的平衡位置时,p1又重新与p2相等,阀芯不再移动。所以,即使作用在液压缸上的负载不相等,液压缸仍能保持速度同步。当电磁阀9断电复位后,液压缸1和2的活塞反向运动,回油经单向阀6和7排回油箱。分流阀的同步精度约为2%~5%。

这种回路使用方便,能承受变动负载与偏载,但只能保证速度同步,不能保证位置同步。

(3)带补偿装置的串联液压缸同步回路

   图7—87中的两液压缸A、B串联,B缸下腔的有效工作面积等于A缸上腔的有效工作面积。为克服泄漏及制造误差等导致同步误差大的缺点,采用由液控单向阀3、电磁换向阀2和4组成的补偿装置,可使两缸每一次下行至终点位置时,同步误差得到补偿。

   其补偿原理是:当1YA通电,换向阀1右位工作时,压力油进入B缸的上腔,B缸下腔油流入A缸上腔,A缸下腔回油,这时两活塞同步下行。若A缸活塞先到终点,它就压下行程开关S1,使4YA通电,阀4上位工作,压力油则经阀4将液控单向阀3打开,B缸下腔的油可经阀3、阀2流回油箱,使B缸活塞能继续下行到终点位置。若B缸活塞先到达终点,它压下行程开关S2,使2YA通电,阀2右位工作,这时压力油可经阀2、阀3继续进入A缸上腔,使A缸活塞继续下行到终点位置。

   显然,这种带有补偿装置的串联液压缸同步回路能及时补偿误差,保证较高的终点位置同步精度。

   图7—87  带补偿装置的串联缸同步回路

1、2、4—电磁换向阀;3—液控单向阀

(二)比例阀和叠加阀

   比例阀和叠加阀与普通液压阀相比,它们具有许多显著的优点。下面对这二种阀作简要介绍。

   1、比例阀

   电液比例阀简称比例阀,它是一种把输入的电信号按比例地转换成力或位移,从而对压力、流量等参数进行连续控制的一种液压阀。

   比例阀由直流比例电磁铁与液压阀两部分组成。其液压阀部分与一般液压阀差别不大,而直流比例电磁铁和一般电磁阀所用的电磁铁不同,采用比例电磁铁可得到与给定电流成比例的位移输出和吸力输出。比例阀按其控制的参量可分为:比例压力阀、比例流量阀、比例方向阀三大类。

   (1)比例阀的结构及工作原理

   图7—88a所示为先导式比例溢流阀的结构原理图。当输入电信号(通过线圈2)时,比例电磁铁1便产生一个相应的电磁力,它通过推杆3和弹簧作用于先导阀芯4,从而使先导阀的控制压力与电磁力成比例,即与输入信号电流成比例。由溢流阀主阀阀芯6上受力分析可知,进油口压力和控制压力、弹簧力等相平衡(其受力情况与普通溢流阀相似),因此比例溢流阀进油口压力的升降与输入信号电流的大小成比例。若输入信号电流是连续地按比例地或按一定程序变化,则比例溢流阀所调节的系统压力,也连续地按比例地或按一定程序地进行变化。图7—88b所示为比例溢流阀的图形符号。

      

              (a)                                 (b)

   图7—88  比例溢流阀

1—比例电磁铁;2—线圈;3—推杆;4—先导阀芯;5—导阀座;6—主阀阀芯

(2)比例阀的应用举例

   图7—89a为利用比例溢流阀调压的多级调压回路,图中1为比例溢流阀,2为电子放大器。改变输入电流I,即可控制系统获得多级工作压力。它比利用普通溢流阀的多级调压回路所用液压元件数量少,回路简单,且能对系统压力进行连续控制。

   图7—89b为采用比例调速阀的调速回路。改变比例调速阀输入电流即可使液压缸获得所需要的运动速度。比例调速阀可在多级调速回路中代替多个调速阀,也可用于远距离速度控制。

   总之,采用比例阀能使液压系统简化,所用液压元件数大为减少,既能提高液压系统性能参数及控制的适应性,又能明显地提高其控制的自动化程度,它是一种很有发展前途的液压控制元件。

          

       (a)                           (b)

图7—89  比例阀的应用

1—溢流阀;2—电子放大器

   2、叠加阀

   叠加式液压阀简称叠加阀,其阀体本身既是元件又是具有油路通道的连接体,阀体的上、下两面做成连接面。选择同一通径系列的叠加阀,叠合在一起用螺栓紧固,即可组成所需的液压传动系统。

   叠加阀现有五个通径系列:φ6、φ10、φ16、φ20、φ32 mm,额定压力为20 MPa,额定流量为10L/min~200L/min。叠加阀按功用的不同分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀三类,其中方向控制阀仅有单向阀类,主换向阀不属于叠加阀。

   (1)叠加阀的结构及工作原理

   叠加阀的工作原理与一般液压阀相同,只是具体结构有所不同。现以溢流阀为例,说明其结构和工作原理。

   图7—90a所示为Y1一F10D—P/T先导型叠加式溢流阀,其型号意义是:Y表示溢流阀,F表示压力等级(20MPa),10表示φ10mm通径系列,D表示叠加阀,P/T表示进油口为P、回油口为T。它由先导阀和主阀两部分组成,先导阀为锥阀,主阀相当于锥阀式的单向阀。其工作原理是:压力油由进油口P进入主阀阀芯6右端的e腔,并经阀芯上阻尼孔d流至阀芯6左端b腔,再经小孔a作用于锥阀阀芯3上。当系统压力低于溢流阀调定压力时,锥阀关闭,主阀也关闭,阀不溢流;当系统压力达到溢流阀的调定压力时,锥阀阀芯3打开,b腔的油液经锥阀口及孔c由油口T流回油箱,主阀阀芯6右腔的油经阻尼孔d向左流动,于是使主阀阀芯的两端油液产生压力差。此压力差使主阀阀芯克服弹簧5而左移,主阀阀口打开,实现了自油口P向油口T的溢流。调节弹簧2的预压缩量便可调节溢流阀的调整压力,即溢流压力。图7—90b所示为叠加式溢流阀的图形符号。

  

                           (a)                               (b)

   图7—90  叠加式溢流阀

1—推杆;2—弹簧;3—锥阀阀芯;4—阀座;5—弹簧;6—主阀阀芯

   (2)叠加式液压系统的组装

   叠加阀自成体系,每一种通径系列的叠加阀,其主油路通道和螺钉孔的大小、位置、数量都与相应通径的板式换向阀相同。因此,将同一通径系列的叠加阀互相叠加,可直接连接而组成集成化液压系统。

   图7—91所示为叠加式液压装置示意图。最下面的是底板,底板上有进油孔、回油孔和通向液压执行元件的油孔,底板上面第一个元件一般是压力表开关,然后依次向上叠加各压力控制阀和流量控制阀,最上层为换向阀,用螺栓将它们紧固成一个叠加阀组。一般一个叠加阀组控制一个执行元件。如果液压系统有几个需要集中控制的液压元件,则用多联底板,并排在上面组成相应的几个叠加阀组。

   (3)叠加式液压系统的特点

   1)用叠加阀组装液压系统,不需要另外的连接块,因而结构紧凑,体积小,重量轻。

   2)系统的设计工作量小,绘制出叠加阀式液压系统原理图,即可进行组装,且组装简便,组装周期短。

   3)调整、改换或增减系统的液压元件方便简单。

   4)元件之间可实现无管连接,不仅省掉大量管件,减少了产生压力损失、泄漏和振动的环节,而且使外观整齐,便于维护保养。

图7—91  叠加式液压装置示意图

   (三)动力滑台液压系统的调整

1、滑台运动速度的调速

(1)准备工作

   1)根据限压式变量泵1的说明书或有关资料,在坐标纸上绘出图7—92所示泵1的流量一压力特性曲线ABC。

   2)根据机床工艺要求,初步确定快进和工进(第一、二次工作进给都可以)时泵1的压力(p、p)及流量(qV快、qV工)。

   3)根据已确定的p、qV快和p、qV工在图4—27上作出k点和g点,再通过k点作AB的平行线A′B′,通过g点作BC的平行线B′C′,A′B′和B′C′相交于B′点,曲线A′B′C′即可供调整泵1时参考。

   4)准备秒表,百分表和钢直尺。

图7—92  限压式变量泵的压力—流量特性曲线

(2)调整

   1)首先适当拧紧液控顺序阀6的调节手柄。(保证液压缸形成差动连接),将泵1的压力调节螺钉拧进2~3转(保证泵1的限定压力高于快进时所需最大压力),再按下启动按钮使滑台快速前进,同时用钢直尺和秒表测快进速度,并调节泵1的流量调节螺钉,直至测得快进速度符合要求再锁紧。

   2)将压力计开关接通p1,测压点,使滑台处于死挡铁停留状态,调节泵1的压力调节螺钉直到压力计读数为图7—91所示极限压力pC ′再锁紧。

   3)将调速阀8全开,背压阀5的调节手柄拧至最松,使滑台从原位开始运动。先观察快进时p1测压点最大压力,并判断是否低于泵1的限定压力pB ′(若高于,应重新调高pC ′)。当挡块压下行程阀11后,逐渐关小调速阀8,同时观察液控顺序阀6打开时p1测压点的压力,使液控顺序阀6打开时的压力比快进时最大压力高0.5~0.8MPa即可。若差值不符合要求,则应根据差值微调液控顺序阀6直至符合要求,再锁紧液控顺序阀6的调节手柄。

   4)先将调速阀8关闭,使滑台处于第一次工作进给状态(无切削工进),再慢慢开大调速阀8,同时用秒表和钢直尺(工作速度很低时用百分表)测速度,当速度符合第一次工作进给速度要求后,锁紧调速阀8的调节手柄;然后使滑台处于第二次工作进给状态(无切削工进),用同样的方法调整第二次工作进给速度。

   5)将压力计开关接通p2测压点,使滑台处于工作进给状态,调节背压阀5的调节手柄,至压力计读数为0.3~0.5MPa,再锁紧阀5的调节手柄。

   6)测几次有工件试切的实际工作循环各阶段的速度,若发现快进和快退速度高了,可微调泵1的流量调节螺钉直至符合要求再锁紧;若发现工进速度低了且不稳定,应微量拧紧泵1的压力调节螺钉直至符合要求后再锁紧。

   2、滑台工作循环的调整

   1)根据工艺要求调整死挡铁位置。

   2)使压力计开关接通p3测压点,将压力继电器12的调节螺钉拧进1~2转,经压力计观察有工件切削工进时的最大压力和碰到死挡铁后压力继电器12的动作压力,若动作压力比工进时的最大压力高0.3~0.5MPa,同时比泵1的极限压力低0.3~0.5MPa,即调整完毕;若差值不符合要求,应再微调压力继电器12的调节螺钉和(或)泵1的压力调节螺钉直至符合要求为止。

3)根据运动行程要求调整挡块位置,根据工作循环调整控制方案。

维修液压传动装置项目小结

液压传动中的各种元件的结构、原理、表示符号我掌握了吗?各种液压回路的组成、原理也掌握了吗?组合机床动力滑台液压系统的工作原理能对别人讲清吗?我能拆装各种液压元件和简单液压系统吗?液压元件和液压系统的故障能诊断会维修吗?学过本项目后,相信我们对这些问题都能解决。如果我们进一步研究液压传动系统,我们就可以自行设计一些有实用价值的液压系统,相信自己的能力,未来的天空是绚丽多彩的。