液壓與氣動(dòng)控制系統(tǒng) 課件 第二章 硫化罐罐門啟閉液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與裝調(diào)

液壓與氣動(dòng)控制系統(tǒng)21世紀(jì)技能創(chuàng)新型人才培養(yǎng)系列教材·機(jī)械設(shè)計(jì)制造系列PART01學(xué)習(xí)情景1廢舊汽車回收裝置液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與裝調(diào)打印PART02學(xué)習(xí)情景2硫化罐罐門啟閉液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與裝調(diào)PART03學(xué)習(xí)情景3手機(jī)TP壓合裝置氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與裝調(diào)目錄CONTENTSPART04學(xué)習(xí)情景4自動(dòng)門氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與裝調(diào)PART04學(xué)習(xí)情景5雙缸順序動(dòng)作氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與裝調(diào)PART02學(xué)習(xí)情景2硫化罐罐門啟閉液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與裝調(diào)·工作環(huán)節(jié)1明確任務(wù)·工作環(huán)節(jié)2任務(wù)準(zhǔn)備·工作環(huán)節(jié)3計(jì)劃與決策·工作環(huán)節(jié)4任務(wù)實(shí)施學(xué)習(xí)情景1廢舊汽車回收裝置液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與裝調(diào)（1）根據(jù)硫化罐罐門啟閉液壓系統(tǒng)的任務(wù)要求，制訂切實(shí)可行的工作計(jì)劃及實(shí)施方案。（2）掌握控制系統(tǒng)壓力、速度、方向液壓元件的工作原理及使用方法。（3）理解調(diào)壓調(diào)速液壓回路的工作原理。（4）掌握液壓系統(tǒng)的安裝及調(diào)試方法，實(shí)現(xiàn)硫化罐罐門啟閉液壓系統(tǒng)的控制要求和功能要求。（5）熟悉液壓系統(tǒng)的故障診斷與排除方法。（6）提高信息收集與處理能力，初步掌握探究式學(xué)習(xí)方法。（7）增強(qiáng)對(duì)工作細(xì)節(jié)的把控能力，追求精益求精的職業(yè)精神?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】項(xiàng)目學(xué)習(xí)情景1廢舊汽車回收裝置液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與裝調(diào)硫化罐是將橡膠制品用蒸汽進(jìn)行硫化處理的設(shè)備，屬于需頻繁啟閉的壓力容器?，F(xiàn)需設(shè)計(jì)一個(gè)硫化罐罐門自動(dòng)開啟/關(guān)閉裝置，其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為液壓系統(tǒng)。請(qǐng)同學(xué)們分小組領(lǐng)取該任務(wù)，分析并討論任務(wù)具體要求；通過各種途徑（配套學(xué)習(xí)資料、微課、論壇等）搜集、學(xué)習(xí)所需理論知識(shí)；小組成員合理分工，討論并制定設(shè)計(jì)方案，制訂工作計(jì)劃；領(lǐng)取所需元件和工具，按計(jì)劃進(jìn)行設(shè)備的安裝、調(diào)試，調(diào)試合格后進(jìn)行驗(yàn)收交付；總結(jié)在完成本任務(wù)過程中出現(xiàn)的問題及解決方案，吸取教訓(xùn)；小組自評(píng)價(jià)，換組互評(píng)價(jià)，教師總結(jié)性評(píng)價(jià)?！竟ぷ髑榫懊枋觥抗ぷ鳝h(huán)節(jié)1明確任務(wù)工作環(huán)節(jié)1明確任務(wù)（1）了解市場大環(huán)境，明確任務(wù)要求。（2）準(zhǔn)確記錄客戶需求，分析該液壓系統(tǒng)的控制要求?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】工作環(huán)節(jié)1明確任務(wù)熟悉硫化罐罐門開啟/關(guān)閉機(jī)構(gòu)?！緦W(xué)習(xí)過程】工作環(huán)節(jié)2任務(wù)準(zhǔn)備工作環(huán)節(jié)2任務(wù)準(zhǔn)備（1）能正確計(jì)算液壓系統(tǒng)壓力、速度等參數(shù)。（2）了解先導(dǎo)式溢流閥、單向閥、單向節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)及工作原理。（3）掌握換向閥的“位”和“通”以及中位機(jī)能的應(yīng)用。（4）能夠讀懂先導(dǎo)式溢流閥主導(dǎo)的調(diào)壓回路。（5）掌握單向節(jié)流閥主導(dǎo)的調(diào)速回路的設(shè)計(jì)及控制方法。（6）學(xué)會(huì)使用仿真軟件設(shè)置換向閥中位機(jī)能及控制方式。（7）提高信息收集與處理能力，初步掌握探究式學(xué)習(xí)方法。【學(xué)習(xí)目標(biāo)】工作環(huán)節(jié)2任務(wù)準(zhǔn)備將先導(dǎo)式溢流閥重要組成部分（先導(dǎo)閥彈簧、先導(dǎo)閥閥芯、阻尼孔、主閥芯、主閥彈簧、進(jìn)油口、出油口、調(diào)壓手輪）的名稱填入下圖對(duì)應(yīng)的方框內(nèi)?！緦W(xué)習(xí)過程】工作環(huán)節(jié)2任務(wù)準(zhǔn)備下圖所示的液壓元件能實(shí)現(xiàn)雙向調(diào)速還是單向調(diào)速？若是單向調(diào)速，調(diào)節(jié)的是哪個(gè)方向的速度？在方框中填入結(jié)構(gòu)名稱?！緦W(xué)習(xí)過程】工作環(huán)節(jié)2任務(wù)準(zhǔn)備如下圖所示的液壓系統(tǒng)，泵的額定壓力為15MPa，先導(dǎo)式溢流閥的先導(dǎo)閥調(diào)定壓力為5MPa，直動(dòng)式溢流閥（遙控閥）的調(diào)定壓力分別為3Mpa和8MPa，當(dāng)液壓缸受到極大外載荷時(shí)，將對(duì)應(yīng)的A點(diǎn)壓力填入表格內(nèi)?！緦W(xué)習(xí)過程】工作環(huán)節(jié)3計(jì)劃與決策工作環(huán)節(jié)3計(jì)劃與決策（1）能夠根據(jù)客戶需求制訂可行的工作計(jì)劃。（2）小組分工時(shí)，考慮到小組各成員的性格特點(diǎn)與技能水平。（3）熟練操作FluidSIM-H仿真軟件，獨(dú)立設(shè)計(jì)出符合要求的液壓回路。（4）分析各小組設(shè)計(jì)的回路，總結(jié)出本組最優(yōu)方案。（5）能按照相關(guān)規(guī)范查閱產(chǎn)品手冊(cè)，并進(jìn)行液壓元件的選型。

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】工作環(huán)節(jié)4任務(wù)與實(shí)施工作環(huán)節(jié)4任務(wù)與實(shí)施（1）能夠根據(jù)設(shè)計(jì)方案，熟練完成液壓系統(tǒng)設(shè)備的安裝和調(diào)試。（2）能夠通過組間討論、跨組討論、復(fù)查資料、網(wǎng)絡(luò)求助等手段解決在安裝和調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題。（3）熟悉液壓系統(tǒng)的故障診斷與排除方法。（4）會(huì)正確穿戴勞保設(shè)備，施工后能按照管理規(guī)定清理施工現(xiàn)場。（5）增強(qiáng)對(duì)工作細(xì)節(jié)的把控能力，追求精益求精的職業(yè)精神。

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】學(xué)習(xí)參考資料學(xué)習(xí)參考資料一、液壓系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算液壓系統(tǒng)的參數(shù)中，最主要的是液壓缸的性能參數(shù)，主要指活塞的運(yùn)動(dòng)速度和推力。下面分別講解3種不同形式的液壓缸的性能參數(shù)計(jì)算。1.雙活塞桿液壓缸如圖2-1所示為雙作用雙活塞桿液壓缸。學(xué)習(xí)參考資料若泵輸入液壓缸的流量為q，左腔壓力為p1，右腔壓力為p2，那么液壓缸活塞桿壓力和速度的計(jì)算公式如下：因?yàn)殡p活塞桿液壓缸的活塞桿的兩側(cè)直徑相等，即兩側(cè)面積都為A，所以當(dāng)壓力相同時(shí)，液壓缸雙向推力相等；流量相同時(shí)，液壓缸雙向運(yùn)動(dòng)速度相等。學(xué)習(xí)參考資料2.單活塞桿液壓缸（1）無桿腔進(jìn)油。如圖2-2所示，若泵輸入液壓缸的流量為q，壓力為p，則當(dāng)無桿腔進(jìn)油時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)速度v1及推力F1為：學(xué)習(xí)參考資料（2）有桿腔進(jìn)油。如圖2-3所示，若泵輸入液壓缸的流量為q，壓力為p，當(dāng)有桿腔進(jìn)油時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)速度v2及推力F2為：比較上述公式可以得出：F1<F2，即當(dāng)壓力相同時(shí)，液壓缸的推力大于拉力；v2>v1，即當(dāng)流量相同時(shí)，液壓缸的伸出速度小于縮回速度。學(xué)習(xí)參考資料二、先導(dǎo)式溢流閥1.先導(dǎo)式溢流閥的結(jié)構(gòu)

先導(dǎo)式溢流閥由先導(dǎo)閥和主閥兩部分組成。先導(dǎo)閥實(shí)際上是一個(gè)小流量的直動(dòng)式溢流閥，閥芯為錐閥結(jié)構(gòu)，用于控制壓力；主閥閥芯是滑閥，用于控制溢流流量。先導(dǎo)式溢流閥的壓力波動(dòng)比直動(dòng)式溢流閥小，壓力較穩(wěn)定，噪聲小；有外控口，具有遠(yuǎn)程調(diào)壓和卸荷功能，適用于壓力較高或流量較大的場合。2.先導(dǎo)式溢流閥的工作原理先導(dǎo)式溢流閥的結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)如圖2-5所示。1—調(diào)節(jié)手輪；2—彈簧；3—先導(dǎo)閥閥芯；4—主閥彈簧；5—主閥閥芯學(xué)習(xí)參考資料進(jìn)油口壓力高于溢流閥調(diào)定壓力時(shí)：先導(dǎo)閥在壓力油的作用下打開，部分油液通過主閥芯中心孔流回油箱；由于阻尼孔的節(jié)流損失，主閥芯上腔油液壓力小于下腔壓力，主閥打開；溢流閥的進(jìn)油口與回油口導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)溢流。進(jìn)油口壓力低于溢流閥調(diào)定壓力時(shí)：先導(dǎo)閥閥芯在彈簧力的作用下關(guān)閉，主閥閥芯上、下腔油液停止流動(dòng)，阻尼孔無節(jié)流損失，主閥芯上、下腔無壓力差，主閥芯在彈簧力的作用下關(guān)閉。學(xué)習(xí)參考資料3.先導(dǎo)式溢流閥相對(duì)于直動(dòng)式溢流閥的優(yōu)勢當(dāng)溢流量變化較大時(shí)，閥口開度也會(huì)發(fā)生較大變化，此時(shí)壓力波動(dòng)會(huì)比較大。主要原因是直動(dòng)式溢流閥中一個(gè)彈簧承擔(dān)了“調(diào)壓”和“復(fù)位”兩個(gè)功能，而先導(dǎo)式溢流閥中由兩個(gè)彈簧分別承擔(dān)這兩個(gè)功能，壓力波動(dòng)便會(huì)小很多。學(xué)習(xí)參考資料4.溢流閥的應(yīng)用——調(diào)壓回路液壓系統(tǒng)的工作壓力取決于負(fù)載的大小，負(fù)載越大，油壓越高。必須對(duì)系統(tǒng)最高工作壓力進(jìn)行限制，以防系統(tǒng)過載。如果一個(gè)系統(tǒng)需要幾種不同的工作壓力，則要對(duì)系統(tǒng)壓力進(jìn)行分級(jí)控制。學(xué)習(xí)參考資料（1）單級(jí)調(diào)壓回路。如圖2-6所示為定量泵系統(tǒng)中的單級(jí)調(diào)壓回路，節(jié)流閥可以調(diào)節(jié)進(jìn)入液壓缸的流量，定量泵輸出的流量大于進(jìn)入液壓缸的流量，多余油液便從溢流閥流回油箱。調(diào)節(jié)溢流閥便可調(diào)節(jié)泵的供油壓力。溢流閥的調(diào)定壓力必須大于液壓缸最大工作壓力和油路上各種壓力損失的總和。學(xué)習(xí)參考資料（1）單級(jí)調(diào)壓回路。如圖2-6所示為定量泵系統(tǒng)中的單級(jí)調(diào)壓回路，節(jié)流閥可以調(diào)節(jié)進(jìn)入液壓缸的流量，定量泵輸出的流量大于進(jìn)入液壓缸的流量，多余油液便從溢流閥流回油箱。調(diào)節(jié)溢流閥便可調(diào)節(jié)泵的供油壓力。溢流閥的調(diào)定壓力必須大于液壓缸最大工作壓力和油路上各種壓力損失的總和。學(xué)習(xí)參考資料（2）雙向調(diào)壓回路。當(dāng)執(zhí)行元件的正反向運(yùn)動(dòng)需要不同的供油壓力時(shí)，可采用雙向調(diào)壓回路，如圖2-7所示。雙向調(diào)壓回路采用兩個(gè)溢流閥分別調(diào)整液壓缸的工作行程和返回行程的系統(tǒng)壓力。學(xué)習(xí)參考資料（3）多級(jí)調(diào)壓回路。1）二級(jí)調(diào)壓回路。如圖2-8所示為二級(jí)調(diào)壓回路，該回路由帶有遠(yuǎn)程控制口的先導(dǎo)式溢流閥3、二位二通電磁換向閥2和直動(dòng)式溢流閥1串聯(lián)組成。注意：閥1的開啟壓力一定要低于閥3的開啟壓力。學(xué)習(xí)參考資料2）三級(jí)調(diào)壓回路。先導(dǎo)式溢流閥1的遠(yuǎn)程控制口通過三位四通換向閥4分別接遠(yuǎn)程調(diào)壓閥（小流量溢流閥）2和3，使系統(tǒng)可以得到3種壓力調(diào)定值，即可向系統(tǒng)提供3種不同壓力輸出。注意：遠(yuǎn)程調(diào)壓閥的調(diào)整壓力必須低于主溢流閥的調(diào)定壓力。學(xué)習(xí)參考資料三、換向閥1.換向閥的工作原理換向閥的作用是利用閥芯對(duì)閥體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使油路接通、關(guān)斷或變換油液流動(dòng)的方向，從而實(shí)現(xiàn)液壓執(zhí)行元件及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)、停止或換向。2.換向閥的“位”與“通”換向閥滑閥的工作位置數(shù)稱為“位”，與液壓系統(tǒng)中油路相連通的油口數(shù)稱為“通”。學(xué)習(xí)參考資料（1）用方框數(shù)表示閥的工作位置數(shù)，即有幾個(gè)方框就是幾位閥。（2）在一個(gè)方框內(nèi)，箭頭“↑”或堵塞符號(hào)“┬”、“⊥”與方框相交的點(diǎn)數(shù)就是通路數(shù)，即有幾個(gè)交點(diǎn)就是幾通閥，箭頭“↑”表示閥芯處在這一位置時(shí)兩油口相通，但不表示流向，“┬”或“⊥”表示此油口被閥芯封閉（堵塞），不通流。學(xué)習(xí)參考資料（3）三位閥中間的方框和二位閥靠近彈簧的方框?yàn)殚y的常態(tài)位置（即施加控制之前的原始位置）。在液壓系統(tǒng)原理圖中，換向閥的圖形符號(hào)與油路的連接情況一般應(yīng)畫在常態(tài)位。工作位置應(yīng)遵循“左位”畫在常態(tài)位左邊，“右位”畫在常態(tài)位右邊的規(guī)定。此外，應(yīng)在常態(tài)位上標(biāo)出油口的代號(hào)。（4）控制方式和復(fù)位彈簧的符號(hào)畫在方框的兩側(cè)。常用換向閥的結(jié)構(gòu)原理和圖形符號(hào)見表2-1。學(xué)習(xí)參考資料3.換向閥的中位機(jī)能三位換向閥的閥芯處于中間位置時(shí)（即常態(tài)位置），其油口P、A、B、T間的通路有多種不同的連接形式，以適應(yīng)不同的工作要求。這種常態(tài)時(shí)的內(nèi)部通路形式稱為中位機(jī)能。學(xué)習(xí)參考資料4.換向閥的驅(qū)動(dòng)方式（1）手動(dòng)換向閥。手動(dòng)換向閥是通過手柄操縱閥芯換位的換向閥，分為彈簧自動(dòng)復(fù)位和彈簧鋼球定位兩種。如圖2-11所示，放開手柄，閥芯可在彈簧的作用下自動(dòng)回到中位，該閥適用于動(dòng)作頻繁、工作持續(xù)時(shí)間短的場合，操作比較安全，廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中。如果將該閥閥芯左端的彈簧改為如圖2-11（a）所示的形式，即成為可在3個(gè)位置定位的手動(dòng)換向閥，如圖2-11（c）所示為其圖形符號(hào)。學(xué)習(xí)參考資料學(xué)習(xí)參考資料（2）機(jī)動(dòng)換向閥。機(jī)動(dòng)換向閥又稱行程換向閥，它利用安裝在運(yùn)動(dòng)部件上的擋塊或凸塊推壓閥芯端部滾輪使閥芯移動(dòng)，從而使油路換向。常用的有二位二通（常閉和常通）、二位三通、二位四通和二位五通等。如圖2-12所示為二位二通常閉式機(jī)動(dòng)換向閥，在圖示狀態(tài)下，閥芯被彈簧頂至上端，油口P和A不通。當(dāng)擋鐵壓下滾輪并經(jīng)推桿使閥芯移至下端時(shí)，油口P和A連通。學(xué)習(xí)參考資料（3）電磁換向閥。電磁換向閥（簡稱電磁閥）利用電磁鐵的通電吸合與斷電釋放功能直接推動(dòng)閥芯，從而控制液流方向。它是電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)之間的信號(hào)轉(zhuǎn)換原件，操縱方便，布局靈活，有利于提高自動(dòng)化程度，因此應(yīng)用廣泛。由于電磁鐵的吸力有限（120N），因此電磁換向閥只適用于流量不太大的場合。如圖2-13所示為三位四通電磁換向閥。學(xué)習(xí)參考資料（4）液動(dòng)換向閥。液動(dòng)換向閥是通過控制油路的壓力油來改變閥芯位置的換向閥，廣泛應(yīng)用于大流量（閥的通徑大于10mm）的控制回路中。如圖2-14所示為三位四通液動(dòng)換向閥，閥芯通過其兩端密封腔中油液的壓差來移動(dòng)。當(dāng)控制油路的壓力油從閥右邊的控制油口K2進(jìn)入右控制油腔時(shí)，推動(dòng)閥芯左移，使進(jìn)油口P與油口B接通，油口A與回油口T接通；當(dāng)壓力油從閥左邊的控制油口Kl進(jìn)入左控制油腔時(shí)，推動(dòng)閥芯右移，使進(jìn)油口P與油口A接通，油口B與回油口T接通，實(shí)現(xiàn)換向；當(dāng)兩控制油口K1和K2均不通壓力油時(shí)，閥芯在兩端彈簧的作用下居中，恢復(fù)至中間位置。學(xué)習(xí)參考資料如圖2-15所示為三位四通電液換向閥，上半部是電磁換向閥（先導(dǎo)閥），下半部是液動(dòng)換向閥（主閥）。其工作原理可通過圖形符號(hào)加以說明。如圖2-15（b）所示，常態(tài)時(shí)，先導(dǎo)閥和主閥皆處于中位，主油路中的A、B、P、T油口均不相通。當(dāng)先導(dǎo)閥的左電磁鐵通電時(shí)，先導(dǎo)閥三位工作，控制油由K經(jīng)先導(dǎo)閥到主閥芯左端油腔，操縱主閥芯右移，使主閥也切換至左位工作，主閥芯右端油腔回油經(jīng)先導(dǎo)閥及卸油口L回油箱。此時(shí)主油路中的P與A相通，B與T相通。同理，當(dāng)先導(dǎo)閥的右電磁鐵通電時(shí)，主油路油口換接，P與B相通、A與T相通，即實(shí)現(xiàn)油液換向。學(xué)習(xí)參考資料若在液動(dòng)換向閥的兩端蓋處加調(diào)節(jié)螺釘，則可調(diào)節(jié)液動(dòng)換向閥閥芯的行程和各主閥口的開度，從而改變通過主閥的流量，實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行元件的速度的粗略調(diào)節(jié)。學(xué)習(xí)參考資料四、單向閥1.普通單向閥單向閥的作用是使油液只能按一個(gè)方向流動(dòng)，而反向截止。如圖2-16所示為管式普通單向閥，當(dāng)壓力油從P1口流入時(shí)，克服彈簧力的作用，使閥芯2向右打開，從P2口流出；當(dāng)壓力油從P2口流入時(shí)，液壓力和彈簧力將閥芯緊緊壓在閥座上，使閥口關(guān)閉，油液不能流出。為了減小系統(tǒng)壓力損失，單向閥的開啟壓力一般為0.03MPa～0.05MPa。特殊情況下（如用于背壓）可通過更換剛度較大的彈簧，使開啟壓力達(dá)到0.2MPa～