任务四机床进给系统液压回路分析与组装

机床进给系统液压回路分析与组装任务引入如图，机床进给系统原理图，试对该回路进行分析，说明其工作过程及工作原理，并在实验台上组装、验证回路。机床进给系统液压回路相关知识讲解一：液压传动工作介质（1）粘度和压力的关系∵P↑，F↑，μ↑∴μ随p↑而↑，压力较小时忽略，32Mpa以上才考虑（2）粘度和温度的关系∵温度↑，内聚力↓，μ↓∴粘度随温度变化的关系叫粘温特性，粘度随温度的变化较小，即粘温特性较好。4、液体的其它性质5、液压油的作用工作介质—传递运动和动力润滑剂—润滑运动部件密封—粘性产生阻力冷却—流动过程带走热量6、液压油的类型机械油精密机床液压油气轮机油变压器油等相关知识讲解一：液压传动工作介质7、液压油选用首先根据工作条件（v、p、T）和元件类型选择油液品种，然后根据粘度选择牌号慢速、高压、高温：μ大（以↓△q）通常快速、低压、低温：μ小（以↓△P）1、理想液体：既无粘性又不可压缩的液体2、恒定流动（稳定流动、定常流动）：流动液体中任一点的p、u和ρ都不随时间而变化流动.3、通流截面：垂直于液体流动方向的截面4、流量—单位时间内流过某通流截面液体体积qdq=v/t=udA整个过流断面的流量：q=∫AudA5、平均流速—通流截面上各点均匀分布假想流速q=vA=∫AudAv=q/A相关知识讲解二：液体流动速度液压缸的运动速度Avv=q/Aq=0v=0qq↑v↑q↓v↓结论：液压缸的运动速度取决于进入液压缸的流量，并且随着流量的变化而变化。相关知识讲解二：液体流动速度液压缸（油缸）将液压能转变为直线运动或摆动的机械能，其结构简单，工作可靠，应用广泛。液压缸的输入量是液体的流量和压力，输出量是速度和力。p1p2FVdQ21pppA液压缸压力p流量Q液压功率作用力F速度V机械功率相关知识讲解三：液压执行元件液压缸的分类按结构形式分：活塞缸、柱塞缸、摆动液压缸AFQPv活塞缸AFQPv柱塞缸Dd1234432411摆动缸按供油方向（作用方式）分：单作用缸、双作用缸单作用式：液体只通向缸的一腔，实现单向运动，反方向的运动需要依靠外力（弹簧力或自重）实现。双作用式：液体通向缸的两腔，实现双向运动液压缸及其分类AFQPv单杆活塞缸AFQPv双杆活塞缸一、活塞缸按伸出活塞杆的不同单杆双杆按固定方式的不同缸筒固定活塞杆固定AFqv缸筒固定式1P2PAFqv活塞杆固定式1P2P因为双活塞杆液压缸的两活塞杆直径相等，所以当输入流量和油液压力不变时，其往返运动速度和推力相等。则缸的运动速度V和推力F分别为：vvdDqAqv)(422mppdDF))((421221、双活塞杆缸：活塞的两侧都有活塞杆AFqv1P2P1）两腔面积相等；2）压力相同时，推力相等，流量相同时，速度相等。即具有等推力等速度特性AFqv1P2P这种液压缸常用于要求往返运动速度相同的场合。双杆活塞缸特点：实心双杆活塞缸—缸体固定式（a）进油腔回油腔运动方向占地范围应用场合左右活塞右移三倍于L中小型设备右左活塞左移进油腔位置与活塞运动方向相反空心双杆活塞缸——活塞杆固定式（b）进油腔回油腔运动方向占地范围应用场合左右缸体左移两倍于L大中型设备右左缸体右移进油腔位置与缸筒运动方向相同1、单杆活塞缸单活塞杆缸的活塞仅一端带有活塞杆，活塞双向运动可以获得不同的速度和输出力。2A1F1v(a)无杆腔进油1P2P1ADdq2A2F(b)有杆腔进油1P2P1A2vq单杆活塞缸双杆活塞缸柱塞缸无杆腔进油vvDqAqv2114mmpdDpDApApF])([4)(22212221111v1F活塞的运动速度和推力分别为:2A1F1v(a)无杆腔进油1P2P1ADdq有杆腔进油活塞的运动速度和推力分别为:2v2FvvdDqAqv)(42222mmpDpdDApApF])[(4)(22122112222A2F(b)有杆腔进油1P2P1A2vq比较上述各式，可以看出：,；液压缸往复运动时的速度比为：2v1v1F2F22212dDDvv上式表明：当活塞杆直径愈小时，速度比接近1，在两个方向上的速度差值就愈小。两腔进油,差动联接2A3F(c)差动联接1P1A3vq当单杆活塞缸两腔同时通入压力油时，由于无杆腔有效作用面积大于有杆腔的有效作用面积，使得活塞向右的作用力大于向左的作用力，因此，活塞向右运动，活塞杆向外伸出；与此同时，又将有杆腔的油液挤出，使其流进无杆腔，从而加快了活塞杆的伸出速度，单活塞杆液压缸的这种连接方式被称为差动连接。vvdqAAqv22134vmpdAApF1221134)(在忽略两腔连通油路压力损失的情况下，差动连接液压缸的推力为：活塞的运动速度为：2A3F(c)差动联接1P1A3vq差动连接时,液压缸的有效作用面积是活塞杆的横截面积，工作台运动速度比无杆腔进油时的大，而输出力则较小。差动连接是在不增加液压泵容量和功率的条件下，实现快速运动的有效办法。2A3F(c)差动联接1P1A3vq单杆活塞液压缸应用单杆活塞液压缸不同连接，可实现如下工作循环：（差动连接）（无杆腔进油）（有杆腔进油）快进→工进→快退v3、F3v1、F1v2、F2动画演示液压刨床结构：缸体、柱塞、导向套、钢丝卡圈等当活塞式液压缸行程较长时，加工难度大,使得制造成本增加。某些场合所用的液压缸并不要求双向控制,柱塞式液压缸正是满足了这种使用要求的一种价格低廉的液压缸。二、柱塞缸单杆活塞缸双杆活塞缸柱塞缸柱塞缸的特点柱塞与缸筒无配合关系，缸筒内孔不需精加工，只是柱塞与缸盖上的导向套有配合关系，常用于长行程机床。为减轻重量，减少弯曲变形，柱塞常做成空心。柱塞缸只能作单作用缸，要求往复运动时，需成对使用。动画演示三、摆动缸Dd1234432411摆动液压缸能实现小于360°角度的往复摆动运动，由于它可直接输出扭矩，故又称为摆动液压马达，常用于辅助装置，如送料和转位装置、液压机械手及间歇进给机构。主要有单叶片式和双叶片式两种结构形式。摆动缸主要由定子块1、缸体2、摆动轴3、叶片4、左右支承盘和左右盖板等主要零件组成。定子块固定在缸体上，叶片和摆动轴固连在一起，当两油口相继通以压力油时，叶片即带动摆动轴作往复摆动。单叶片摆动液压缸的摆角一般不超过280º，双叶片摆动液压缸的摆角一般不超过150º。Dd1234432411四、增压缸22dDK增压缸是活塞缸与柱塞缸组成的复合缸，但它不是能量转换装置，只是一个增压器件。增压比为大活塞与小柱塞的面积比小柱塞缸输出的压力增压能力是以降低有效流量为代价的。mabpKp五、伸缩液压缸（多级缸）两个或多个活塞式缸套装而成，前一级活塞缸的活塞杆是后一级活塞缸的缸筒。有单作用伸缩液压缸和双作用伸缩液压缸。不同点是单作用回程靠外力，而双作用靠液压作用力。伸缩式液压缸的特点是：活塞杆伸出的行程长，收缩后的结构尺寸小，适用于翻斗汽车，起重机的伸缩臂等。六、齿条活塞缸齿条活塞缸是活塞缸与齿轮齿条机构组成的复合式缸。它将活塞的直线往复运动转变为齿轮的旋转运动，用在机床的进刀机构、回转工作台转位、液压机械手等。1—紧固螺帽；2—调节螺钉；3—端盖；4—垫圈；5—O形密封圈；6—挡圈；7—缸套；8—齿条活塞；9—齿轮；l0—传动轴；11—缸体；12—螺钉qω七、液压缸的结构（活塞缸）双作用单活塞杆液压缸主要由缸底2、缸筒11、缸盖15、导向套13、活塞8、活塞杆12等组成。缸筒一端与缸底焊接，另一端与缸盖采用螺纹连接。活塞与活塞杆采用卡键连接。为了保证液压缸的可靠密封，在相应部位设置了密封圈6、10、14、16和防尘圈19。1、缸体组件包括缸筒、缸底、缸盖、导向环、支撑环等。缸筒：液压缸的主体，其内孔一般采用镗削、绞孔、滚压或珩磨等精密加工工艺制造，要求表面粗造度在0.1m-0.4m。端盖：装在缸筒两端，与缸筒形成封闭油腔，同样承受很大的液压力，因此，端盖及其连接件都应有足够的强度。导向套：对活塞杆或柱塞起导向和支承作用，有些液压缸不设导向套，直接用端盖孔导向。缸筒，端盖和导向套的材料选择和技术要求可参考液压设计手冊。(2)半环连接式优点缺点1.结构简单1.键槽使缸筒壁的强度2.易装卸有所削弱2.零件较多(1)法兰式连接优点缺点1.结构较简单外形较大2.易加工3.连接可靠，易装卸缸筒与缸盖的连接：(3)焊接连接式优点缺点1.连接强度高易引起缸筒变形2.制造简单(4)拉杆式连接优点缺点1.缸筒最易加工重量较重2.最易装卸外形尺寸较大3.结构通用性大(5)螺纹连接式外螺纹连接内螺纹连接优点缺点1.重量较轻端部结构复杂2.外形较小装卸要用专门工具缸筒缸筒2、活塞组件活塞组件由活塞、活塞杆和连接件等组成。活塞与活塞杆的连接形式：活塞与活塞杆的连接最常用的有螺纹连接和半环连接形式。液压缸行程较短、且活塞与活塞杆直径相差不多时，可将活塞与活塞杆做成整体，但在大多数情况下，活塞与活塞杆是分开的。在一般工作条件下，活塞和活塞杆采用螺纹固定。当缸工作压力较高或负载较大，而活塞杆直径又较小时，活塞杆的螺纹可能过载；另外工作机械振动较大时，固定活塞的螺母可能松动，因此需采用半环连接。3、密封装置有活塞与缸筒、活塞杆与缸盖的密封，用以防止油液的泄漏。一般要求密封装置应具有良好的密封性、尽可能长的寿命、制造简单、拆装方便、成本低。常见的密封装置有：间隙密封（依靠运动件间的微小间隙来防止泄漏）、活塞环密封（依靠在活塞上的活塞环在O形圈弹力作用下贴紧缸壁而防止泄漏）密封圈密封（有Y形圈、V形圈等，利用橡胶和塑料的弹性使各种截面的环形圈贴紧在静、动配合面之间来防止泄漏）。4、缓冲装置为了防止这种危害，保证安全，应采取缓冲措施，对液压缸运动速度进行控制。当液压缸带动质量较大的部件作快速往复运动时，由于运动部件具有很大的动能，因此当活塞运动到液压缸终端时，会与端盖碰撞，而产生冲击和噪声。这种机械冲击不仅引起液压缸的有关部分的损坏，而且会引起其它相关机械的损伤。当活塞移至端部，缓冲柱塞开始插入缸端的缓冲孔时，活塞与缸端之间形成封闭空间，该腔中受困挤的剩余油液只能从节流小孔或缓冲柱塞与孔槽之间的节流环缝中挤出，从而造成背压迫使运动柱塞降速制动，实现缓冲。图a)、b)为间隙缓冲，缓冲柱塞进入缸端孔时，孔内油液从柱塞与孔壁间的环形间隙挤出，形成缓冲压力，吸收惯性引起的机械动能。图c)为可变节流槽式缓冲。缓冲柱塞进入缸端孔时，回油路封闭，迫使回油经由缓冲柱塞上的节流口(轴向三角槽)流出而建立缓冲压力。节流口面积随柱塞行程而变化。图d)为可调节流孔缓冲。缓冲柱塞进入缸端孔时，封闭了回油通路，迫使回油通过一个可调节流阀而建立缓冲压力。液压传动系统往往会混入空气，使系统工作不稳定，产生振动、爬行或前冲等现象，严重时会使系统不能正常工作。5、排气装置通常有两种：一种是在液压缸的最高部位处开排气孔，并用管道连接排气阀进行排气；另一种是在液压缸的最高部位安放排气塞。相关知识讲解四：流量控制阀三、调速阀相关知识讲解五：速度控制回路1．执行元件爬行故障诊断与维修方法序号故障原因维修方法1液压系统中进了空气排净液压系统中的空气2液压泵流量脉动大，溢流阀振动造成系统压力脉动，引起液压缸或液压马达速度变化检修或更换液压泵或溢流阀3节流阀或调速阀阀口堵塞，系统泄漏不稳定清洗节流阀或调速阀阀口4调速阀中减压阀阀芯不灵活造成流量不稳定而引起爬行清洗或研磨调速阀中减压阀阀芯，使其运动灵活5在进油路的节流调速回路中，无背压或背压不足时，外负载变化时导致执行元件速度变化而引起爬行在进油路的节流调速回路中，要加背压阀，并使背压阀压力足够6活塞杆密封压得过紧调整活塞杆密封压紧力7活塞杆弯曲校正活塞杆8导轨与缸的轴线不平行校正9导轨润滑不良加强导轨的润滑相关知识讲解六：速度控制回路故障诊断与排除2．负载增加时速度显著下降故障诊断与维修方法序号故障原因维修方法1液压缸（或液压泵）或液压系统中其他元件的泄漏随着负载压力