第八章 典型液压系统 近年来，液压传动技术已经广泛应用于很多工程技术领域，由于液压系统所服务的主机的工作循环、动作特点等各不相同，相应的各液压系统的组成、作用和特点也不尽相同。以下通过对几个典型液压系统的分析，进一步熟悉各液压元件在系统中的作用和各种基本回路的组成，并掌握分析液压系统的方法和步骤。 阅读一个较为复杂的液压系统图，大致可按以下步骤进行： 了解设备的工艺对液压系统的动作要求； 初步游览整个系统，了解系统中包含有哪些元件，并以各个执行元件为中心，将系统分解为若干子系统。 对每一子系统进行分析，搞清楚其中含有哪些基本回路，然后根据执行元件的动作要求，参照动作循环表读懂这一子系统。 根据液压设备中各执行元件间互锁、同步、防干涉等要求，分析各子系统之间的联系。 在全面读懂系统的基础上，归纳总结整个系统有哪些特点，以加深对系统的理解。 第一节 组合机床液压系统 一、组合机床液压系统 组合机床液压系统主要由通用滑台和辅助部分（如定位、夹紧）组成。动力滑台本身不带传动装置，可根据加工需要安装不同用途的主轴箱，以完成钻、扩、铰、镗、刮端面、铣削及攻丝等工序。  图8—1液压系统工作原理 ? 所示为带有液压夹紧的他驱式动力滑台的液压系统原理图，这个系统采用限压式变量泵供油，并配有二位二通电磁阀卸荷，变量泵与进油路的调速阀组成容积节流调速回路，用电液换向阀控制液压系统的主油路换向，用行程阀实现快进和工进的速度换接。它可实现多种工作循环，下面以定位夹紧→快进→工进→二工进→死挡铁停留→快退→原位停止松开工件的自动工作循环为例，说明液压系统的工作原理。 1. 夹紧工件 夹紧油路一般所需压力要求小于主油路，故在夹紧油路上装有减压阀6，以减低夹紧缸的压力。 按下启动按钮，泵启动并使电磁铁4DT通电，夹紧缸24松开以便安装并定位工件。当工件定好位以后，发出讯号使电磁铁4DT断电，夹紧缸活塞夹紧工作。其油路：泵1→单向阀5→减压阀6→单向阀7→换向阀11→左位夹紧缸上腔，夹紧缸下腔的回油→换向阀11左位回油箱。于是夹紧缸活塞下移夹紧工件。单向阀7用以保压。 2.进给缸快进前进 当工件夹紧后，油压升高压力继电器14发出讯号使1DT通电，电磁换向阀13和液动换向阀9均处于左位。其油路为： 进油路：泵1→单向阀5→液动阀9→左位行程阀23右位→进给缸25左腔 回油路：进给缸25右腔→液动阀9左位→单向阀10→行程阀23右位→进给缸25左腔。 于是形成差动连接，液压缸25快速前进。因快速前进时负载小，压力低，故顺序阀4打不开（其调节压力应大于快进压力），变量泵以调节好的最大流量向系统供油。 3.一工进 当滑台快进到达预定位置（即刀具趋近工件位置），挡铁压下行程阀23，于是调速阀12接入油路，压力油必须经调速阀12才能进入进给缸左腔，负载增大，泵的压力升高，打开液控顺序阀4，单向阀10被高压油封死，此时油路为： 进油路：泵1→单向阀5→换向阀9左位→调速阀12→换向阀20右位→进给缸25左腔 回油路：进给缸25右腔→换向阀9左位→顺序阀4→背压阀3→油箱。 一工进的速度由调速阀12调节。由于此压力升高到大于限压式变量泵的限定压力pB，泵的流量便自动减小到与调速阀的节流量相适应。 4.二工进 当第一工进到位时，滑台上的另一挡铁压下行程开关，使电磁铁3DT通电，于是阀20左位接入油路，由泵来的压力油须经调速阀12和19才能进入25的左腔。其他各阀的状态和油路与一工进相同。二工进速度由调速阀19来调节，但阀19的调节流量必须小于阀12的调节流量，否则调速阀19将不起作用。 5.死挡铁停留 当被加工工件为不通孔且轴向尺寸要求严格，或需刮端面等情况时，则要求实现死挡铁停留。当滑台二工进到位碰上预先调好的死挡铁，活塞不能再前进，停留在死挡铁处，停留时间用压力继电器21和时间继电器（装在电路上）来调节和控制。 6.快速退回 滑台在死挡铁上停留后，泵的供油压力进一步升高，当压力升高到压力继电器21的预调动作压力时（这时压力继电器入口压力等于泵的出口压力，其压力增值主要决定于调速阀19的压差），压力继电器21发出信号，使1DT断电，2DT通电，换向阀13和9均处于右位。这时油路为： 进油路：泵1→单向阀5→换向阀9右位→进给缸25右腔。 回油路：进给缸25左腔→单向阀22→换向阀9右位→单向阀8→油箱。 于是液压缸25便快速左退。由于快速时负载压力小（小于泵的限定压力pB）,限压式变量泵便自动以最大调节流量向系统供油。又由于进给缸为差动缸，所以快退速度基本等于快进速度。 7.进给缸原位停止，夹紧缸松开 当进给缸左退到原位，挡铁碰行程开关发出信号，使2DT、3DT断电，同时使4DT通电，于是进给缸停止，夹紧缸松开工件。当工件松开后，夹紧缸活塞上挡铁碰行程开关，使5DT通电，液压泵卸荷，一个工作循环结束。当下一个工件安装定位好后，则又使4DT、5DT均断电，重复上述步骤。 二、液压系统的特点 本系统采用限压式变量泵和调速阀组成容积节流调速系统，把调速阀装在进油路上，而在回油路上加背压阀。这样就获得了较好的低速稳定性、较大的调速范围和较高的效率。而且当滑台需死挡铁停留时，用压力继电器发出信号实现快退比较方便。 采用限压式变量泵并在快进时采用差动连接，不仅使快进速度和快退速度相同(差动缸)，而且比不采用差动连接的流量可减小一倍，其能量得到合理利用，系统效率进一步得到提高。 采用电液换向阀使换向时间可调，改善和提高了换向性能。采用行程阀和液控顺序阀来实现快进与工进的转换，比采用电磁阀的电路简化，而且使速度转换动作可靠，转换精度也 较高。此外，用两个调速阀串联来实现两次工进，使转换速度平稳而无冲击。 夹紧油路中串接减压阀，不仅可使其压力低于主油路压力，而且可根据工件夹紧力的需要来调节并稳定其压力；当主系统快速运动时，即使主油路压力低于减压阀所调压力，因为有单向阀7的存在，夹紧系统也能维持其压力(保压)。夹紧油路中采用二位四通阀11，它的常态位置是夹紧工件，这样即使在加工过程中临时停电，也不至于使工件松开，保证了操作安全可靠。 本系统可较方便地实现多种动作循环。例如可实现多次工进和多级工进。工作进给速度的调速范围可达6.6～660mm/min，而快进速度可达7m/min。所以它具有较大的通用性。 此外，本系统采用两位两通阀卸荷，比用限压式变量泵在高压小流量下卸荷方式的功率消耗要小。 第二节 M1432A型万能外圆磨床液压系统 一、机床液压系统的功能 M1432A型万能外圆磨床主要用于磨削IT5～IT7精度的圆柱形或圆锥形外圆和内孔，表面粗糙度在Ra1.25～0.08之间。该机床的液压系统具有以下功能： 1.能实现工作台的自动往复运动，并能在0.05～4m/min之间无级调速，工作台换向平稳，起动制动迅速，换向精度高。 2.在装卸工件和测量工件时，为缩短辅助时间，砂轮架具有快速进退动作，为避免惯性冲击，控制砂轮架快速进退的液压缸设置有缓冲装置。 3.为方便装卸工件，尾架顶尖的伸缩采用液压传动。 4.工作台可作微量抖动：切入磨削或加工工件略大于砂轮宽度时，为了提高生产率和改善表面粗糙度，工作台可作短距离(1～3mm)、频繁往复运动(100～150次/min)。 5.传动系统具有必要的联锁动作： (1)工作台的液动与手动联锁，以免液动时带动手轮旋转引起工伤事故。 (2)砂轮架快速前进时，可保证尾架顶尖不后退，以免加工时工件脱落。 (3)磨内孔时，为使砂轮不后退，传动系统中设置有与砂轮架快速后退联锁的机构，以免撞坏工件或砂轮。 (4)砂轮架快进时，头架带动工件转动，冷却泵启动；砂轮架快速后退时，头架与冷却泵电机停转。 二、液压系统的工作原理 图8-2为M1432型外圆磨床液压系统原理图。其工作原理如下：  图8-2M1432A型万能外圆磨床 1—先导阀2—换向阀3—开停阀4—互锁缸5—节流阀6—抖动缸7—挡块8—选择阀9—进给阀10—进给缸11—尾架换向阀12—快动换向阀13—闸缸14—快动缸15—尾架缸16—润滑稳定器17—油箱18—粗过滤器19—油泵20—溢流阀21—精过滤器22—工作台进给缸 1.工作台的往复运动 (1)工作台右行：如图所示状态，先导阀、换向阀阀芯均处于右端，开停阀处于右位。其主油路为： 进油路：液压泵19→换向阀2右位(P→A)→液压缸2右腔； 回油路：液压缸9左腔→换向阀2右位(B→T2)→先导阀1右位→开停阀3右位→节流阀5→油箱。液压油推液压缸带动工作台向右运动，其运动速度由节流阀来调节。 (2)工作台左行：当工作台右行到预定位置，工作台上左边的挡块拨与先导阀1的阀芯相连接的杠杆，使先导阀芯左移，开始工作台的换向过程。先导阀阀芯左移过程中，其阀芯中段制动锥A的右边逐渐将回油路上通向节流阀5的通道(D2→T)关小，使工作台逐渐减速制动，实现预制动；当先导阀阀芯继续向左移动到先导阀芯右部环形槽，使a2点与高压油路a2′相通，先导阀芯左部环槽使a1→a1′接通油箱时，控制油路被切换。这时借助于抖动缸推动先导阀向左快速移动(快跳)。其油路是： 进油路：泵19→精滤油器21→先导阀1左位(a2′→a2)→抖动缸6左端。 回油路：抖动缸6右端→先导阀1左位(a1→a1′)→油箱。 因为抖动缸的直径很小，上述流量很小的压力油足以使之快速右移，并通过杠杆使先导阀芯快跳到左端，从而使通过先导阀到达换向阀右端的控制压力油路迅速打通，同时又使换向阀左端的回油路也迅速打通(畅通)。 这时的控制油路是： 进油路：泵19→精滤油器21→先导阀1左位(a2′→a2)→单向阀I2→换向阀2右端。 回油路：换向阀2左端回油路在换向阀芯左移过程中有三种变换。 首先：换向阀2左端b1′→先导阀1左位(a1→a1′)→油箱。换向阀芯因回油畅通而迅速 左移，实现第一次快跳。当换向阀芯1快跳到制动锥C的右侧关小主回油路 (B→T2)通道，工作台便迅速制动(终制动)。换向阀芯继续迅速左移到中部台阶处于阀体中间沉割槽的中心处时，液压缸两腔都通压力油，工作台便停止运动。 换向阀芯在控制压力油作用下继续左移，换向阀芯左端回油路改为：换向阀2左端→节流阀J1→先导阀1左位→油箱。这时换向阀芯按节流阀(停留阀)J1调节的速度左移由于换向 阀体中心沉割槽的宽度大于中部台阶的宽度，所以阀芯慢速左移的一定时间内，液压缸两腔 继续保持互通，使工作台在端点保持短暂的停留。其停留时间在0～5s内由节流阀J1、J2调节。 最后当换向阀芯慢速左移到左部环形槽与油路(b1→b1′)相通时，换向阀左端控制油的 回油路又变为换向阀2左端→油路b1→换向阀2左部环形槽→油路b1′→先导阀1左位→油箱。这时由于换向阀左端回油路畅通，换向阀芯实现第二次快跳，使主油路迅速切换，工作台则迅速反向启动(左行)。这时的主油路是： 进油路：泵19→换向阀2左位(P→B)→液压缸22左腔。 回油路：液压缸22右腔→换向阀2左位 (A→T1)→先导阀1左位(D1→T)→开停阀3右位→节流阀5→油箱。 当工作台左行到位时，工作台上的挡铁又碰杠杆推动先导阀右移，重复上述换向过程。实现工作台的自动换向。 2.工作台液动与手动的互锁 工作台液动与手动的互锁是由互锁缸4来完成的。当开停阀3处于图8-2所示位置时，互锁缸4的活塞在压力油的作用下压缩弹簧并推动齿轮Z1和Z2脱开，这样，当工作台液动(往复运动)时，手轮不会转动。 当开停阀3处于左位时，互锁缸4通油箱，活塞在弹簧力的作用下带着齿轮Z2移动，Z2与Z1啮合，工作台就可用手摇机构摇动。 3.砂轮架的快速进、退运动 砂轮架的快速进退运动是由手动二位四通换向阀12(快动阀)来操纵，由快动缸来实现的。在图8-2所示位置时，快动阀右位接入系统，压力油经快动阀12右位进入快动缸14右腔，砂轮架快进到前端位置，快进终点是靠活塞与缸体端盖相接触来保证其重复定位精度；当快动缸左位接入系统时，砂轮架快速后退到最后端位置。为防止砂轮架在快速运动到达前后终点处产生冲击，在快动缸两端设缓冲装置，并设有抵住砂轮架的闸缸13，用以消除丝杠和螺母间的间隙。 手动换向阀12(快动阀)的下面装有一个自动启、闭头架电动机和冷却电动机的行程开关和一个与内圆磨具联锁的电磁铁(图上均未画出)。当手动换向阀12(快动阀)处于右位使砂轮架处于快进时，手动阀的手柄压下行程开关，使头架电动机和冷却电动机启动。当翻下内圆磨具进行内孔磨削时，内圆磨具压另一行程开关，使联锁电磁铁通电吸合，将快动阀锁住在左位(砂轮架在退的位置)，以防止误动作，保证安全。 4.砂轮架的周期进给运 砂轮架的周期进给运动是由选择阀8、进给阀9、进给缸10通过棘爪、棘轮、齿轮、丝杠来完成的。选择阀8根据加工需要可以使砂轮架在工件左端或右端时进给，也可在工件两端都进给(双向进给)，也可以不进给，共四个位置可供选择。 图8-2所示为双向进给，周期进给油路：压力油从a1点→J4→进给阀9右端；进给阀9左端→I3→a2→先导阀1→油箱。进给缸10→d→进给阀9→c1→选择阀8→a2→先导阀1→油箱，进给缸柱塞在弹簧力的作用下复位。当工作台开始换向时，先导阀换位(左移)使a2点变高压、a1点变为低压(回油箱)；此时周期进给油路为：压力油从a2点→J3→进给阀9左端；进给阀9右端→I4→a1点→先导阀1→油箱，使进给阀右移；与此同时，压力油经a2点→选择阀8→c1→进给阀9→d→进给缸10，推进给缸柱塞左移，柱塞上的棘爪拨棘轮转动一个角度，通过齿轮等推砂轮架进给一次。在进给阀活塞继续右移时堵住c1而打通c2，这时进给缸右端→d→进给阀→c2→选择阀→a1→先导阀a1′→油箱，进给缸在弹簧力的作用下再次复位。当工作台再次换向，再周期进给一次。若将选择阀转到其他位置，如右端进给，则工作台只有在换向到右端才进给一次，其进给过程不再赘述。从上述周期进给过程可知，每进给一次是由一股压力油(压力脉冲)推进给缸柱塞上的棘爪拨棘轮转一角度。调节进给阀两端的节流阀J3、J4就可调节压力脉冲的时期长短，从而调节进给量的大小。 5.尾架顶尖的松开与夹紧 尾架顶尖只有在砂轮架处于后退位置时才允许松开。为操作方便，采用脚踏式二位三通阀11(尾架阀)来操纵，由尾架缸15来实现。由图可知，只有当快动阀12处于左位、砂轮架处于后退位置，脚踏尾架阀处于右位时，才能有压力油通过尾架阀进入尾架缸推杠杆拨尾顶尖松开工件。当快动阀12处于右位(砂轮架处于前端位置)时，油路L为低压(回油箱)，这时误踏尾架阀11也无压力油进入尾架缸14，顶尖也就不会推出。 尾顶尖的夹紧是靠弹簧力。 6.抖动缸的功用 抖动缸6的功用有两个。第一是帮助先导阀1实现换向过程中的快跳；第二是当工作台需要作频繁短距离换向时实现工作台的抖动。 当砂轮作切入磨削或磨削短圆槽时，为提高磨削表面质量和磨削效率，需工作台频繁短距离换向—抖动。这时将换向挡铁调得很近或夹住换向杠杆，当工作台向左或向右移动时，挡铁带杠杆使先导阀阀芯向右或向左移动一个很小的距离，使先导阀1的控制进油路和回油路仅有一个很小的开口。通过此很小开口的压力油不可能使换向阀阀芯快速移动，这时，因为抖动缸柱塞直径很小，所通过的压力油足以使抖动缸快速移动。抖动缸的快速移动推动杠带先导阀快速移动(换向)，迅速打开控制油路的进、回油口，使换向阀也迅速换向，从而使工作台作短距离频繁往复换向—抖动。 三、本液压系统的特点 由于机床加工工艺的要求，M1432A型万能外圆磨床液压系统是机床液压系统中要求较高、较复杂的一种。其主要特点是： (1)系统采用节流阀回油节流调速回路，功率损失较小。 (2)工作台采用了活塞杆固定式双杆液压缸，保证左、右往复运动的速度一致，并使机床占地面积不大。 (3)本系统在结构上采用了将开停阀、先导阀、换向阀、节流阀、抖动缸等组合一体的操纵箱。使结构紧凑、管路减短、操纵方便，又便于制造和装配修理。此操纵箱属行程制动换向回路，具有较高的换向位置精度和换向平稳性。