自动化工程应用实例五-液压气动综述

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1、自动化工程应用实例 （五） 液压气动控制 液压驱动 气压驱动 电力驱动 总称电气驱动（传动） 目前，电力驱动优势明显，所占比重越 来越大。但在需要出力大或有防爆要求 的场合，液压和气压驱动仍应用较多。 运动控制系统常用的驱动方式 液压驱动以油（水）作为工作介质。 液压驱动优于电力驱动的根本之处是它的本质安全性，不存 在电弧，可在易燃易爆环境下使用，保证安全。 液压技术涉及不可压缩的液体的运动，遵循帕斯卡定律。 帕斯卡定律指出压力在液体中的各个方向上相等的传递。 5.1液压驱动动的基本原理 F1 F2 S1S2 图5-1 液压驱动原理 F1/F2=S1/S2 液压系统中有五种元件 驱动装置：电动

2、机或其它 动力机 泵：增加液体的压力 控制阀：控制液体的流动与流向 执行元件：把液体输入转化为机械输出 负载：运动部件 5.2 液压驱动的基本元件 液压缸 换向阀 溢流阀 压力表 液压泵 滤油器 油箱 图5-2 液压系统的组成 电磁铁 复位 弹簧 xiaye 一种执行元件是液压缸，液压缸分为： 直线往复式和摆动式二种； 直线往复式又有单作用与双作用；单出杆与双 出杆；活塞式与柱塞式等区别。 单作用指的是液压只能在一个方向上推动活塞 ，活塞的返回要靠弹簧。 图5-2即为双作用单出杆活塞缸。 5.2 液压驱动的基本元件 控制元件为各种各样的阀 溢流阀的作用是在压力过大时让部分油返回油箱 。 换向阀

3、只具有开关切换的功能，控制活塞的运动 与运动方向。 单向阀防止液压油逆向流动。 节流阀可以改变流阻，连续调解流量。 5.2 液液驱动的基本元件 三位四通换向阀的内部结构 阀体 可滑动的阀芯 四个出入口A、B、P和T 取决于阀芯的位置，这四个出入口形成可反向的 来回二个油路。 该换向阀有三位，由二个电磁铁控制。 5.3 典型的控制元件 三位四通换向阀 A P B T A B P T 阀体阀芯 二个电磁铁都不通电，阀芯处于中间位置 不动，二路油路都不通。 阀芯在电磁铁的作用下可左右滑动 图5-3 A P B T A B P T 左边电磁铁得电，阀芯左移， 油路P B通，A T通 图5-4 A P

4、B T A B P T 右边电磁铁得电，阀芯右移， 油路P A通，B T通 图5-5 和电路图一样，液压系统也用各种符号表示 系统的结构与组成，图5-6表示了一个典型的 液压系统。图中的三位四通阀可以控制液压 缸完成二个方向的运动，如向上/向下、左向/ 右向等，能在任意中间位置停留(二个电磁阀 均失电)，节流阀用来调节活塞右移的速度。 在自动化系统中获得了广泛应用。 5.4 液压系统的组成 压压力表 溢流阀阀 换换向阀阀 单单向阀阀 节节流阀阀 液压压缸 执执行部分 控制部分 动动力部分 液压泵压泵 滤滤油器 油箱 图图5-6 液压压系统统的组组成 电电磁铁铁YA1电电磁铁铁YA2 上页 组合

5、机床等加工设备的进给运动可以用液压动 力滑台来实现。滑台运动靠液压缸驱动，用电 磁阀控制。 动力滑台的工作循环是：快进工进快退 原位停止，工作循环过程如图5-7所示。 5.5 应用例子-液压动力滑台 图5-7 工作循环过程 SB1 启动 SQ2 快进 工进 SQ3 快退 SQ1 停止 SB1：启动按钮；SQ1、SQ2、SQ3：行程开关 三位五通电电磁换换向阀阀 单单向阀阀 节节流阀阀 液压压缸 液压泵压泵 滤滤油器 油箱 图图5-8 滑台液压传动压传动 系统统 YA1YA2 YA3 油箱 二位二通电电磁换换向 阀阀 滤滤油器 滑台 滑台在原位，挡铁压下SQ1，SQ1动合触点闭合。 按下启动按钮

6、SB1，中间继电器KA1得电动作并自 锁，动合触点闭合使三位五通电磁阀电磁铁YA1、 二位二通电磁阀电磁铁YA3同时得电。 动力滑台快进（图5-9自动） 此时从液压泵输出的液压油由三位五通换向阀左 位流入液压缸无杆腔，推动活塞杆快速右移，液 压缸的有杆腔回液经三位五通阀左位另侧、二位 二通电磁阀左位流出进入液压缸的无杆腔，形成 差动连接。活塞杆快速右移，带动动力滑台快速 进给。 动力滑台快进（图5-9自动） 动力滑台快速进给中，挡块压下SQ2，SQ2动合 触点闭合，中间继电器线圈KA2得电动作，其 动断触点断开使电磁铁YA3失电，其动合触点 闭合，使KA2线圈自锁。 动力滑台工进（图5-9自动

7、） 此时，液压系统三位五通换向阀左位和二位二通阀常态 （右位）进入系统。从液压泵输出经三位五通换向阀左 位流入液压缸无杆腔，推动活塞右移，有杆腔的液压油 流出经三位五通换向阀的左位另侧节流阀滤油器 流回油箱。由于节流阀的作用，回油流量减少，活塞杆 右移速度减慢，动力滑台进入工作进给。 动力滑台工进（图5-9自动） 动力滑台工作进给到达终点时，挡铁压下SQ3，SQ3动 合触点闭合，中间继电器KA3线圈得电并自锁，KA3动 断触点断开，使电磁铁YA1、YA3同时失电；KA3动合触 点闭合，使电磁铁YA2得电。 此时，从液压泵输出的液压油经三位五通换向阀右位进 入液压缸有杆腔，推动活塞杆左移，无杆腔

8、的回油经三 位五通换向阀右位左侧流回油箱，带动动力滑台快退。 动力滑台快退（图5-9自动） 动力滑台快退到原位时，挡铁压下SQ1，SQ1动断触 点断开，中间继电器KA3线圈失电，KA3动合触点断 开，电磁铁YA2失电，从液压泵输出的液压油经三位 五通换向阀中间位直接流回油箱，动力滑台原位停 止。 动力滑台原位停止（图5-9自动） 表5-1 电磁阀动作顺序 +得电；-失电 电磁阀 转换主令 YA1 YA2 YA3 工步 快进 工进 快退 原位停止 SB1 SQ2 SQ3 SQ1 + - + + - - - + - - - - 图图5-9 液压动压动 力滑台电电气控制电电路图图 KA1 YA1 Y

9、A3 KA2 KA3 YA2 SA 手动动自动动 SB1 SQ1 KA3 KA3 KA1 KA1 KA2 SQ2 KA2 SQ3 SB2 KA3 KA3 SQ1 返回18 返回19 返回20 返回21 电液伺服阀与电磁换向阀不同，它能调节液 路的开度。即阀的开度（开口量）与输入信 号成正比，因此输出流量与输入信号成正比 ，故也称流量控制型电液伺服阀或线性阀。 5.6 电液伺服阀与液压伺服系统 电液伺服阀的一种是喷嘴挡板式结构。调节喷嘴 与挡板之间的距离，可以调节流量和压力，如图5 -10所示。 图5-10中，挡板的位置在中间时，压力P1=P2，活 塞静止不动；挡板的位置偏左时，压力P1增大P2

10、 减小，活塞向右移动；挡板的位置偏右时，压力 P2增大P1减小，活塞向左移动。 电液伺服阀 图5-10 喷嘴挡板结构调节压力与活塞的位置 挡板 喷嘴 压力油 油缸 活塞 喷嘴 图5-11 电液伺服阀实物 图5-12 电液伺服阀刨视图 图5-13 如图5-13所示，喷嘴挡板式电液伺服阀的 二个出油口A、B与液压缸的二个油口相 通，用闭环的方式控制液压缸活塞的位置 （工作台与活塞杆连在一起），也就是控 制工作台的位置。 电液伺服阀位置控制系统工作原理 用一个电位器对工作台进行位置测量，用 另一个电位器作位置给定。位置误差体现 为二个电位器活动触点间的电位差，位置 误差通过差分放大驱动一个电液伺服阀

11、。 电液伺服阀位置控制系统工作原理 电液伺服阀的驱动电流为零时，挡板处于中间 位置；驱动电流为正时，挡板向左偏；驱动电 流为负时，挡板向右偏。挡板不在中间位置时 ，活塞二边的压力不相等，造成活塞移动，推 动工作台的移动，直到位置误差为零，致使驱 动电流为零并进一步致使伺服阀挡板处于中间 位置，使工作台保持位置误差为零。 电液伺服阀位置控制系统工作原理 图5-14 射流管型电液伺服阀 利用空气压缩机将电动机或其它原动机输出的机 械能转换为空气的压力能，在控制元件和辅助元 件的配合下，通过执行元件把空气的压力能转换 为机械功。 气压传动的工作介质是压缩空气，与液压传动不 同之处在于工作介质是可压缩

12、的，而液压传动的 工作介质是不可压缩的。 5.7 气压驱动系统 电动机 空气压缩机 储气罐 压力阀 方向阀 逻辑元件 限位开关气缸 图5-15 气压传动系统的组成 气压传动系统的一般组成如图5-15所示，系 统中的工作介质是可压缩的无需回收的空气 。 气动系统的优点是重量轻、成本低、具有积 木性，很容易给各个驱动装置接上压缩空气 管道，并利用标准构件组建起一个任意复杂 的系统。 5.7 气压传动系统 （1）气压发生装置 电动机、空气压缩机、储气罐 （2）控制元件 压力阀、方向阀、流量阀等 （3）执行元件 气缸、马达等 （4）辅助元件 过滤器、干燥器、油雾器、消声器等 气动系统中的元件的大致分为

13、以 下几类 工作介质空气来源方便，用后排气处理简单， 不污染环境。 压缩空气可集中供气，远距离输送。 气动动作迅速、反应快、维护简单、管路不易 堵塞，不存在介质变质、补充和更换的问题。 可安全的应用于易燃易爆的场合。 气压传动的优点 气动系统压力等级低，因此装置结构简单 、轻便、安装维护方便，使用较为安全。 空气具有可压缩性，气动系统能够实现过 载自动保护。 气压传动的优点 由于空气具有可压缩性，所以气缸的动作速度易受 负载变化的影响。 工作压力较低（一般为0.40.8MPa）,因而气动系 统输出力较小。 气动系统有较大的排气噪声，所以系统中往往要用 消声器。 工作介质本身没有润滑性，需另加油

14、雾气给油润滑 。 气压传动的缺点 多数气动系统是完成确定位置间的运动，例 如图5-15中的气缸的顶杆接触到安装于特定位 置的限位开关，限位开关的通断将通过逻辑 元件实现某种程序决定的位置控制。 操作简单是气动系统的主要优点，可以完成 大量点位操作的任务。 气动系统的应用 A B C D 齿条 齿轮轴承 图5-16 气动机械手 图5-16所示机械手有四个气缸组成，可在三维坐标中工作。 图中A缸为夹紧缸，活塞退回时夹紧工件，伸出时松开工件 。 B缸为长臂伸缩缸，可实现伸出和缩回动作。 C缸为立柱升降缸。 D缸为立柱回转缸，二个活塞分别装在带齿条的活塞杆二 头，齿条的往复运动带动立柱上的齿轮旋转，实

15、现立柱的 回转。 气动机械手 多种不同功能的电磁阀在制冷系统中的应用，如图 5-17所示。 电磁阀控制冷媒管路的通断。 温控阀根据温度传感器测量的温度值按比例的打开 冷媒阀门的的开度，起调温的作用。 压缩后的冷媒在冷凝器散热，宜装在室外。 压缩后的冷媒冷凝散热，也可用来除霜。 蒸发器吸热（制冷），应装在室内。 电磁阀在制冷系统中的应用 压缩机 冷媒入口 冷媒出口 冷凝器 （散热） 电磁阀 电磁阀 温控阀 温控阀 蒸发器（吸热） 温度检测 温度检测 去霜旁路调节 去霜电磁阀 蒸发器 图5-17电磁阀在制冷系统中的应用 泵、油箱、操纵杆 泵、油箱、 电磁阀总成 油压缸 液压站 工程机械中大量 使用液压系统 液压油缸 液压油缸 汽车尾板 使用的液 压系统 箱式车翼开液压系统 油压缸 装载机液压系统 液压 手动阀 液压系统总成