【文章內(nèi)容簡介】 向閥的作用是使油液只能沿一個方向流動，不許它反向倒流。液控單向閥具有良好的單向密封性能，常用于執(zhí)行元件需要較長時間保壓、鎖緊等情況，也用于防止立式液壓缸停止是自動下滑及速度換接等回路中。 換向閥是利用閥芯和閥體見相對位置的不同來變換閥體上各主油路的通斷關(guān)系，實現(xiàn)各油路連通、切斷、或改變液流方向的閥類。按照結(jié)構(gòu)形式，換向閥可以分為滑閥式、轉(zhuǎn)閥式、球閥式和錐閥式。按照操作方式，換向閥可分為手動、機動、電磁控制、液動、武漢工程大學 畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 電液 動、氣動。按照工作位置和控制的通道數(shù)，換向閥可分為二位二通、二二位三通、二位四通、三位四通等。 本系統(tǒng)以三位四通和二位三通換向閥實現(xiàn)進給油缸往復運動的方向轉(zhuǎn)換控制，以普通單向閥來起到防止回路中特定部位液體反向流動的作用。用三位四通電磁閥來控制夾緊、松動換向動作時，為了避免工作時突然失電而松開，應(yīng)采用失電夾緊方式，考慮到夾緊時間可調(diào)節(jié)和當進油路壓力瞬時下降時仍能保持夾緊力，所以接入節(jié)流閥調(diào)速和單向閥保壓。 流量控制閥 流量控制閥是通過改變閥口通流面積的大小或通道長短來改變局部阻力， 從而實現(xiàn)對流量的控制。流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)速閥、旁通調(diào)速閥和分流集流閥等。 調(diào)速閥是進行了壓力補償?shù)墓?jié)流閥，它是單向閥與節(jié)流閥串聯(lián)而成的復合閥。它的優(yōu)點是流量穩(wěn)定性好，但是由于液流經(jīng)過調(diào)速閥時，多經(jīng)過一個液阻，壓力損失比較大，常用于負載變化大而對速度控制精度高不高的定量泵供油節(jié)流調(diào)速液壓系統(tǒng)。采用兩個調(diào)速閥串聯(lián)的流量控制回路的好處是調(diào)速范圍大，調(diào)速過程簡單，且調(diào)速閥可實現(xiàn)電氣化啟動與停止的控制，回路還起到單向截止的作用。調(diào)速時只要依次控制單個或兩個調(diào)速閥的開啟和閉合就可以控制流經(jīng)回路油液的流量， 進而起到對執(zhí)行元件運行速度的調(diào)節(jié)和控制，達到設(shè)計任務(wù)書中關(guān)于循環(huán)過程中快進、工進行程中對于速度的要求。 本系統(tǒng)中的流量控制由兩個串聯(lián)帶有溫度和壓力補償?shù)恼{(diào)速閥控制。 壓力控制閥 壓力控制閥是用來調(diào)節(jié)和控制液壓系統(tǒng)中油液壓力的閥類。按照其功能和用途可分為溢流閥、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等，它們的共同特點是利用作用于閥芯上的液壓作用力和彈簧力相平衡的原理進行工作。 減壓閥是通過調(diào)節(jié)，將進口壓力減至某一需要的出口壓力，并依靠介質(zhì)本身的能量，使出口壓力自動保持穩(wěn)定的閥門。從流體力學的觀 點看，減壓閥是一個局部阻力可以變化的節(jié)流元件，即通過改變節(jié)流面積，使流速及流體的動能改變，造成不同的壓力損失，從而達到減壓的目的。然后依靠控制與調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，使閥后壓力的波動與彈簧力相平衡，使閥后壓力在一定的誤差范圍內(nèi)保持恒定。 溢流閥是 維持閥進口壓力近于恒定，系統(tǒng)中多余的流體通過該閥回流的壓力控制閥。 主要用途有兩種：一是你過來報紙系統(tǒng)或回路的壓力恒定；二是在系統(tǒng)中作安全閥。此外，溢流閥還可作背壓閥、卸荷閥、制動閥、平衡閥、限速閥等使用。 在本系統(tǒng)中采用溢流閥來對系統(tǒng)起過載保護作用，在夾緊油路中采用減壓閥 來得到恒定壓力。 武漢工程大學 畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 電氣控制部分的方案論證 電氣控制裝置是實現(xiàn)液壓工作控制的重要部分，是液壓系統(tǒng)設(shè)計中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。 本系統(tǒng)采用 PLC控制，控制電路得到很大的簡化?？刂齐娐吩O(shè)計主要依據(jù)系統(tǒng)工作循環(huán)各節(jié)拍或不同工作狀態(tài)下的電磁鐵動作順序。液壓系統(tǒng)的電氣控制回路的控制回路包括電動機驅(qū)動回路，主液壓控制回路和輔助液壓回路的控制電路。電機在系統(tǒng)中的工作時間很長，不經(jīng)常啟動，可設(shè)置簡單的啟動停止開關(guān)控制，主液控回路的控制則主要由 PLC完成。 電器控制柜的內(nèi)部用來安放各類繼電器、接觸器或 PLC 等電氣元件和外 露各種控制按鈕及信號指示燈及其標牌。電器控制柜不僅造型美觀，而且外露按鈕及信號燈排列整齊，方便操作與維護。 繼電器控制 壓力繼電器是利用液體的壓力來啟閉電氣觸點的液壓電氣轉(zhuǎn)換元件。 通常由壓力 —— 位移轉(zhuǎn)換部分和微動開關(guān)兩部分組成， 當系統(tǒng)壓力達到壓力繼電器的調(diào)定值時，發(fā)出電信號，使電氣元件（如電磁鐵、電機、時間繼電器、電磁離合器等）動作，使油路卸壓、換向，執(zhí)行元件實現(xiàn)順序動作，或關(guān)閉電動機使系統(tǒng)停止工作，起安全保護作用等。壓力繼電器有柱塞式、膜片式、彈簧管式和波紋管式四種結(jié)構(gòu)形式， 采用最廣泛的彈簧管 式和柱塞式。 本次系統(tǒng)設(shè)計采用柱塞式壓力繼電器。 PLC 控制 由于系統(tǒng)采用了 PLC控制，可以適應(yīng)技術(shù)條件 變更，而且能夠使電控裝置小型化，PLC 控制程序的編寫可根據(jù)系統(tǒng)循環(huán)動作各個階段繼電器的斷開情況來設(shè)定。 PLC 可編程控制器是微機技術(shù)與繼電器技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是在順序控制閥和微機控制閥的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型控制器，是一種以微機處理器為核心，用作數(shù)字控制的專用計算機，它主要有電源，中央處理單元 cpu、存儲器、輸入輸出接口電路、功能模塊、通訊模塊組成。 其工作原理如下： 當 PLC 投入運行 后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間， PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 (一 ) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，武漢工程大學 畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描 周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 (二 ) 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段， PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 (梯形圖 )。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在 I/O 映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在 I/O 映象區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即 I/O 指令則可以直接存取 I/O 點。即使用I/O 指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從 I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入 有些區(qū)別。 (三 ) 輸出刷新階段 當掃描用戶程序結(jié)束后， PLC 就進入輸出刷新階段。在此期間， CPU 按照 I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是 PLC 的真正輸出。 綜上所述，該系統(tǒng)基本回路方案論證結(jié)果如下： 1）供油方式： 考慮到該機床在 _丁作進給時負載較大，速度較低。而在快進、快退時負載較小，速度較高。從節(jié)省能量、減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供油或變量泵供油。現(xiàn)采用帶壓力反饋的限壓式變量葉片泵，采用這種限壓式葉片泵時，系統(tǒng)的最高壓 力由泵調(diào)節(jié)，其值為泵處于無流量輸出時的壓力值。 2）調(diào)速方式的選擇：根據(jù)機床工作時對低速性能和速度負載特性都有一定的要求，決定采用限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速。容積節(jié)流調(diào)速回路采用壓力補償型變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)進入或流出液壓缸的流量來調(diào)節(jié)其運動速度，并使變量泵的輸油量自動地與液壓缸所需流量相適應(yīng)。這種調(diào)速回路沒有溢流損失、效率較高、發(fā)熱小和速度剛性好的特點，并且調(diào)速閥裝在回油路上，具有承受負切削力的能力。 3）速度換接方式：該系統(tǒng)采用電磁閥的快慢速換接回路，它的特點是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)行程比較 方便，閥的安裝也比較容易，但速度換接的平穩(wěn)性差。若要提高系統(tǒng)的換接平穩(wěn)性，則可以改用行程閥切換的速度換接回路。此外液壓系統(tǒng)的快進、工進和快退可以采用快速運動回路中的液壓缸差動連接回路來實現(xiàn)。 武漢工程大學 畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 4）夾緊回路的選擇：用三位四通電磁閥來控制夾緊、松動換向動作時，為了避免工作時突然失電而松開，應(yīng)采用失電夾緊方式。考慮到夾緊時間可調(diào)節(jié)和當進油路壓力瞬時下降時仍能保持夾緊力，所以接入節(jié)流閥調(diào)速和單向閥保壓。在該回路中還裝有減壓閥，用來調(diào)節(jié)夾緊力的大小和保持夾緊力的穩(wěn)定。 擬定系統(tǒng)原理圖 在選定上述基本原件和回路 后，配上其他輔助回路，為簡化系統(tǒng)，去掉重復的元件，是作用相近的回路合并，為確保系統(tǒng)的安全，必要時增設(shè)安全回路，保證設(shè)備和操作人員的安全，為了便于系統(tǒng)的安全、維修、檢查、管理，在回路上要適當裝設(shè)一些截留閥或測試點。這樣擬定一個完整的液壓系統(tǒng)，原理如下圖所示： 6 Y A 武漢工程大學 畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 17單向閥 17壓力表 16三位四通換向閥 13壓力繼電器 11 機床動力滑臺 12 工作缸 14夾緊缸 15單向節(jié)流閥 19 順序閥 圖 G10 鋼管自動切斷機床液壓系統(tǒng)原理圖 系統(tǒng)分析 該系統(tǒng)可實現(xiàn)“夾緊 —— 快進 —— I 工進 —— II 工進 —— 快退 —— 原位停止 —— 松開”的工作循環(huán)。其工作循環(huán)如表 所示，系統(tǒng)在各個動作循環(huán)中油液的流向如下所示。 1）夾緊工件 按下啟動按鈕，使電磁鐵換向閥的 16 的開關(guān) 5YA 通電，溢流 閥 4關(guān)閉，減壓閥 19打開，安裝并定位工件。當工件定好位之后，發(fā)出信號使電磁鐵換向閥的 16的開關(guān) 5YA斷電夾緊工件，此時油路為： 進油路：變量液壓泵 2→ 單向閥 3→ 順序閥 19→ 單向閥 l→ 換向閥 16(右位 )一 → 單向節(jié)流閥 15→ 夾緊缸 14(下腔 ) 回油路：夾緊缸 14(上腔 )→ 油箱 (2)進給缸快進 當工件夾緊后油壓升高， 壓力繼電器 13發(fā)出信號使換向閥 6中的 1YA通電，換向閥 6的左位開始工作，溢流閥 4關(guān)閉，油液到達油缸，油缸達到一定壓力，壓力繼電器 10發(fā)出信號使換向閥 9中的 3YA通電，油路打開。由于快進是滑臺負載較小 ，系統(tǒng)工作壓力不高，因而變量液壓泵 2輸入最大流量，減壓閥 19關(guān)閉，此時進給缸作差動連接。此時油路如下： 進油路：變量液壓泵 2→ 單向閥 3→ 換向閥 6(左位 ) → 工作缸 12(左腔 ) 回油路：工作缸 12(右腔 )→ 換向閥 9(左位 )→ 單向調(diào)速閥 7→ 工作缸 12(左腔 ) (3) I工進 當滑臺快進到指定位置時， 壓力繼電器 13發(fā)信號使 調(diào)速閥 8中的 6YA斷電通右位，回油路液壓油從調(diào)速閥 6YA的右位、調(diào)速閥 7中通過，此時調(diào)速閥 7起節(jié)流調(diào)速作用，使工作臺的運動速度達到 I工進的速度。同時由于調(diào)速閥 7接入系統(tǒng)，溢流閥 4打開，減壓閥19關(guān)閉，變量液壓泵 2自動減小其輸出量，以與調(diào)速閥 7的流量相適應(yīng)。此時油路為： 進油路：變量液壓泵 2→ 單向閥 3→ 換向閥 6(左位 )→ 工作缸 12(左腔 ) 回油路：工作缸 12(右腔 )→ 換向閥 9(左位 )→ 調(diào)速閥 6YA（右位） → 單向調(diào)速閥 7→ 油箱 II工進 當?shù)谝淮喂みM到位時，工作臺達到一定位置，此時 壓力繼電器 13發(fā)信號使 調(diào)速閥 8中的 6YA通電通左位，此時出現(xiàn)油路截斷，回油路液壓油從調(diào)速閥 8中通過，此時調(diào)速閥 8起節(jié)流調(diào)速作用，使工作臺的運動速度降低至 II工進的速度，由于調(diào)速閥 8武漢工程大學 畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 同時接入系統(tǒng)，使系統(tǒng)的壓力進一步升高，溢流閥 4仍然打開，減壓閥 19仍然關(guān)閉，變量泵 2進一步減小其輸出流量。此時的油路為： 進油路：變量液壓泵 2→ 單向閥 3→ 換向閥 6(左位 )→ 工作缸 12(左腔 ) 回油路：工作缸 12(右腔 )→ 換向閥 9(左位 ) → 調(diào)速閥 8→ 單向調(diào)速閥 7→ 油箱 (4)進給腔快退 當?shù)诙喂みM到位時，按下返回按鈕，發(fā)出信號使換向閥 6中的 2YA通電打開，此時油泵輸出的壓力油回路連接換向閥 6中的 右位，調(diào)速閥 8出于閉合狀態(tài)，此時的油路為： 進油路：變量液壓泵 2→ 單向閥 3→ 換向閥 6(右位 )→ 單向調(diào)速閥 7→ 換向閥 9(左位 )→ 液壓缸 12(右腔 ) 回油路：工作缸 12(左腔 )→ 換向閥 6(右位 )→ 油箱 此時工作臺快速退回，液壓油從調(diào)速閥中的單向閥通過，調(diào)速閥并不起節(jié)流調(diào)速的作用，相當于直接進給缸右腔，推動工作臺左移，而進給缸左缸的液壓油也直接流回油箱。 (5) 原位停止 工作臺快速退回之后，壓力繼電器 10發(fā)出信號使換向閥 6斷電，此時多余的液壓油直接經(jīng)過換向閥中路進入油箱，達到卸荷液壓油的目的。其油 路為： 卸荷油路：變量液