项目 4 压力机液压系统 学习目标 能力目标： 能够识别各种压力阀，如溢流阀、减压阀、顺序阀等； 能够理论联系实际，分析压力控制回路在实际中的应用；

1. 项目4 压力机液压系统 • 学习目标 • 能力目标： • 能够识别各种压力阀，如溢流阀、减压阀、顺序阀等； • 能够理论联系实际，分析压力控制回路在实际中的应用； • 能够分析钣金冲床液压系统压力控制的液压回路； • 具有良好的行为习惯及团队协作能力。 • 知识要求： • 熟悉压力控制元件的结构及工作原理； • 掌握压力控制元件种类及图形符号； • 掌握钣金冲床液压系统不同控制方式的特点及应用场合。 • 技能要求： • 能通过查阅资料完成液压元件的信息搜集和综合应用； • 能根据液压回路设计其电气控制回路； • 能正确使用液压元件及文明操作； • ④ 能正确进行液压电气控制回路设计； • ⑤ 能正确使用FuildSIM仿真软件； • ⑥ 熟悉可编程控制器系统设计。

2. 项目介绍 • 冲压技术是目前被广泛应用的金属压力加工方法之一，它具有效率高、质量好、能量省、成本低的特点。液压冲床广泛适用于各种材料的冲孔、压印、整形、铆接，弯曲、剪切、拉伸、各种小型零部件的压装、装配。 • 液压冲压机又称液压成形冲压机，如图4-1所示，使用各种金属与非金属材料成型加工的设备。液压冲压机主要是有机架、液压系统、冷却系统、加压油缸、上模及下模，加压油缸装在机架上端，并与上模联接，冷却系统与上、下模连接。其特征在于机架下端装有移动工作台及与移动工作台联接的移动油缸，下模放在移动工作台的上面。液压冲压机是通过液压泵产生的带压力的液体通过控制回路液压执行件来传递动力。

3. 图4-1 钣金冲床

4. 液压式冲压机主要特点： • ①工作压力大，运行平稳； • ②工作行程可以自由控制调节范围大，工作空间较大； • ③工作效率适中，可以完成机械压力机绝大部分的工作，适用面广； • ④液压压力机配置较为复杂，稍微大一点压力机一般都配有独立的泵站； • ⑤控制部分和回路较为复杂，造价相对较高。 • 现以180吨钣金冲床为例分析其液压系统的工作原理和特点，它在电气和机械装置的配合下可以实现一定的工作循环。它要求液压传动系统完成的进给运动是：夹紧缸夹紧→压缸快速下降→压缸慢速下降（加压成型）→压缸暂停（降压）→压缸快速上升→夹紧缸松开→泵卸荷，且要求工作可靠，速度平稳，效率高。

5. 项目分析 • 1、动力元件选择 • 采用复合泵作为液压冲床的动力源。如图4-2所示。 图4-2 采用复合泵的卸载回路

6. 当液压缸快速推进时，推动液压缸活塞前进所需的压力比左、右两边的溢流阀所设定压力还低，故大排量泵和小排量泵的压力油全部送到液压缸，使活塞快速前进。 • 当上模和工件接触时，液压缸活塞移动的速度要变慢，且在活塞上的工作压力变大，此时，往液压缸去的管路的油压力上升到比右边卸荷阀设定的工作压力大时，卸荷阀被打开，低压大排量泵所排出的液压油经卸荷阀送回油箱。因为单向阀受高压油作用的关系，所以低压泵所排出的油根本不会经单向阀就流到液压缸了。在加压成型的阶段，液压缸的油液由高压小排量泵来供给。因为这种回路的动力几乎完全由高压泵在消耗，所以可达到节约能源的目的。卸荷阀的调定压力通常比溢流阀的调定压力要低0.5MPa以上。

7. 2、执行元件选择 • ①选用一个夹紧缸A对钣金材料进行夹紧固定。 • ②压缸选用差动液压缸B，因为液压缸要垂直放置，所以要设计平衡回路防止液压缸和与之相连的工作部件因自重而自行下落。如图4-3所示。当活塞下行时，控制压力油打开液控顺序阀，背压消失，因而回路工作效率较高；当停止工作时，液控顺序阀关闭以防止活塞和工作部件因自重而下降。 • 这种平衡回路的优点是只有上腔进油时活塞才下行，比较安全和可靠。 图4-3 用液控式顺序阀的平衡回路

8. 3、控制元件选择 • ① 对于液压缸B运动方向的控制采用电液式换向阀。电液换向阀是由电磁换向阀和液动换向阀组合而成的。电磁换向阀起先导作用，它可以改变和控制液流的方向，从而改变液动换向阀的位置。由于操纵液动换向阀的液压推力可以很大，因此主阀可以做得很大，允许有较大的流量通过。这样用较小的电磁铁就能控制较大的液流了。 • 对于液压缸A运动方向的控制采用单电磁铁二位四通阀。 • ② 对于系统压力的调定采用三级调压回路。当压缸下降时,系统需要压力较大，由调定压力大的溢流阀控制，上升时,系统需要压力较小，由遥控溢流阀（调定压力较小）控制，如此,可使系统产生的热量减少,防止了油温上升，如图4-4所示。

9. 图4-4 三级调压回路

10. 调压回路的功用是使液压系统整体或部分的压力保持恒定或不超过某个数值。在定量泵系统中，液压泵的供油压力可以通过溢流阀来调节。在变量泵系统中，用安全阀来限定系统的最高压力，来防止系统过载。若系统中需要两种以上的压力，则可采用多级调压回路调压回路的功用是使液压系统整体或部分的压力保持恒定或不超过某个数值。在定量泵系统中，液压泵的供油压力可以通过溢流阀来调节。在变量泵系统中，用安全阀来限定系统的最高压力，来防止系统过载。若系统中需要两种以上的压力，则可采用多级调压回路 • 如图4-4所示为三级调压回路，由溢流阀1、2、3分别控制系统的压力，从而组成了三级调压回路。当两电磁铁均不带电时，系统压力由阀1调定，当1YA得电时，由阀2调定系统压力；当2YA得电时，系统压力由阀3调定。但在这种调压回路中，阀2和阀3的调定压力都要小于阀1的调定压力，而阀2和阀3的调定压力之间没有什么一定的关系。

11. ③ 在压缸上升之前作短暂时间的降压，可防止压缸上升时产生振动、冲击现象，100吨以上的冲床尤其需要降压。可采用电液式换向阀的中位机能来控制。如图4-5所示。 图4-5 电液式换向阀

12. ④ 当压缸上升时,有大量液压油要流回油箱,回油时,一部分压油经液控单向阀流回油箱,剩余压油经电液式换向阀中位流回油箱,如此，电液式换向阀可选用额定流量较小的阀件。液控单向阀如图4-6所示。 (a) 结构 (b)职能符号 图4-6 液控式单向阀

13. ⑤ 由于夹紧缸A需要的压力小于压缸B，故采用一个减压阀来降低压力。如图4-7所示。 • 图4-7 直动型减压阀 • 当回路内有两个以上液压缸，且其中之一需要较低的工作压力，同时其他的液压缸仍需高压运作时，就得用减压阀提供一个比系统压力低的压力给低压缸。 图4-7 直动型减压阀

14. 项目实施 • 根据以上分析，结合液压传动的基本回路，设计本系统的液压回路如图4-8所示。 图4-8 180吨钣金冲床液压系统 1、2、3、15-过滤器 4-高压小排量泵 5-低压大排量泵 6、7、8-电动机 9、12-溢流阀 10-卸荷阀 11-三位四通电磁阀 13、14、32-单向阀 18-压力计 19电液式换向阀 20、28-液控式单向阀 21-节流阀22-液控式单向顺序阀 23-内控式顺序 26、33-压力继电器 27-压缸B 29-夹紧缸A 30-单电磁铁二位四通阀 31-减压阀 34、35-行程开关

15. 1、工作流程分析 • ①夹紧缸夹紧 • 按下启动按钮，使Y5通电，电磁铁30左位工作。 • 进油路线：泵4、泵5→单向阀32→减压阀31→单电磁阀30左位→夹紧缸29左腔； • 回油路线：夹紧缸29右腔→单电磁阀30左位→邮箱。 • ②冲压缸快速下降 • 夹紧缸运动到尽头，系统压力上升，压力继电器33动作，Y1通电。 • 进油路线：泵4、 泵5→电磁阀19左位→液控单向阀28→压缸上腔； • 回油路线：压缸下腔→顺序阀23→单向阀14→压缸上腔。 • 压缸快速下降时，进油管路压力低，未达到顺序阀22所设定的压力，故压缸下腔压力油再回压缸上腔，形成一差动回路。 • ③冲压缸慢速下降 • 当压缸上模碰到工件进行加压成形时，进油管路压力升高，使顺序阀22打开。 • 进油路线：泵4→电磁阀19左位→液控单向阀28→压缸上腔； • 回油路线：压缸下腔→顺序阀22→电磁阀19左位→油箱。 • 此时，回油为一般油路，卸载阀10被打开，泵5的压油以低压状态流回油箱，送到压缸上腔的油仅由泵4供给，故压缸速度减慢。

16. ④冲压缸暂停（降压） • 当上模加压成型时，进油管路压力达到20MPa，压力开关26动作，Y1断电、Y3通电，电磁阀19恢复正常位置、电磁阀11左位工作。此时，压缸上腔压油经节流阀21、电磁阀19中位流回油箱，如此，可使压缸上腔压油压力下降，防止了压缸在上升时上腔油压由高压变成低压而发生的冲击、振动等现象。 • ⑤冲压缸快速上升 • 当降压完成时（通常为0.5～7 s，视阀的容量而定），Y2通电。 • 进油路线：泵4、泵5→电磁阀19右位→顺序阀22→压缸下腔； • 回油路线：⑴压缸上腔→液控单向阀20→邮箱； • ⑵压缸上腔→液控单向阀28→电磁阀19右位→邮箱。 • 因泵4、泵5的液压油一齐送往压缸下腔，故压缸快速上升。 • ⑥夹紧缸松开 • 冲压缸上升回到起始点，压下行程开关34，使Y5、Y2断电，夹紧缸回退。 • 进油路线：泵4、泵5→单向阀32→减压阀31→单电磁阀30右位→夹紧缸29右腔； • 回油路线：夹紧缸29左腔→单电磁阀30右位→邮箱。 • ⑦泵卸荷 • 夹紧缸回退压下行程开关35，使Y3断电，Y4通电，泵4通过溢流阀9和电磁阀11右位流回油箱卸荷。

17. 2、180吨板金冲床液压回路图的特点 • 180吨板金冲床液压系统包含差动回路、平衡回路（或顺序回路）、降压回路、 二段压力控制回路、高压和低压泵回路等基本回路。该系统有以下几个特点： • (1)当压缸快速下降时，下腔回油由顺序阀23建立背压，以防止压缸自重产生失速等现象。同时，系统又采用差动回路，泵流量可以比较少，亦为一节约能源的回路。 • (2)当压缸慢速下降做加压成型时，顺序阀22由于外部引压被打开，压缸下腔压油几乎毫无阻力地流回油箱，因此，在加压成型时，上型模重量可完全加在工件上。 • (3)在上升之前作短暂时间的降压，可防止压缸上升时产生振动、冲击现象，100吨以上的冲床尤其需要降压。 • (4) 当压缸上升时,有大量压油要流回油箱，回油时，一部分压油经液控单向阀20流回油箱，剩余压油经电磁阀19中位流回油箱，如此电磁阀19可选用额定流量较小的阀件。 • (5) 当压缸下降时,系统压力由溢流阀9控制，上升时，系统压力由遥控溢流阀12控制，如此，可使系统产生的热量减少，防止了油温上升。

18. 3、电气控制回路设计 图4-9 电气控制分析图

19. 图4-10 电气控制图

20. 若采用PLC控制，则应当先规划PLC的输入输出口，现对PLC的硬件接线图如4-11图所示：若采用PLC控制，则应当先规划PLC的输入输出口，现对PLC的硬件接线图如4-11图所示： 图4-11 PLC接线图

21. 根据上述IO口，将图4-10控制电路图转换为PLC梯形图，如图4-12所示：根据上述IO口，将图4-10控制电路图转换为PLC梯形图，如图4-12所示： 图4-12 PLC程序图

22. 项目拓展 • 1、请采用另一种方式实现换向时的降压。 • 项目小结 • 常用的压力阀有溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器等。它们共同的特点是利用作用于阀芯上的油液压力和弹簧力相平衡的原理进行工作。 • 典型的压力控制回路有调压回路、减压回路、增压回路、平衡回路、保压回路和顺序动作回路等。 • 液压辅件是液压系统不可或缺的组成部分，对系统的动态特性、工作稳定性、寿命、噪声和温升等有直接影响。常见液压辅件有油管、管接头、蓄能器、压力表、邮箱等。

23. 学习思考 • 一、选择题 • 1、减压阀控制的是（ ）处的压力。 • A、进油口 B、出油口 C、A 和B都不是 • 2、在液压系统中，（ ）可作背压阀。 • A、溢流阀 B、减压阀 C、液控顺序阀 • 3、在减压回路中，减压阀调定压力为Pj，溢压阀调定压力为Py，主油路暂不工作，二次回路的负载压力为P。若Py＞Pj＞PL，减压阀阀口状态为（ ）。 • A、阀口处于小开口的减压工作状态 • B、阀口处于完全关闭状态，不允许油流通过阀口 • C、阀口处于基本关闭状态，但仍允许少量的油流通过阀口流至先导阀 • D、阀口处于全开启状态，减压阀不起减压作用 • 4、顺序阀在系统中作背压阀时，应选用（ ）型。 • A、内控内泄式 B、内控外泄式 • C、外控内泄式 D、外控外泄式

24. 二、简答题 • 1、直动式和先导式溢流阀的阻尼孔的作用分别是什么？ • 2、试述溢流阀、减压阀和顺序阀的异同。 • 3、在很多机床上具有自锁性能的液压夹紧机构中，大都采用二级压力控制回路，试说明有什么必要？ • 4、图4-13所示为双泵供油的油源，试述该油源的工作原理。 图4-13

25. 三、计算题 • 1、如图4-14所示液压系统中，试分析在下面的调压回路中各溢流阀的调整压力应如何设置，能实现几级调压？ 图4-14

26. 2、如图4-15所示，分析下列回路中个溢流阀的调定压力分别为pY1 =3MPa，pY2 =2MPa，pY3=4MPa，问外负载无穷大时，泵的出口压力各位多少？ 图4-15

27. 3、夹紧回路如下图4-16所示，若溢流阀的调整压力p1＝3MPa、减压阀的调整压力p2＝2MPa，试分析活塞空载运动时A、B两点的压力各为多少？减压阀的阀芯处于什么状态？工件夹紧活塞停止运动后，A、B两点的压力又各为多少？此时，减压阀芯又处于什么状态？3、夹紧回路如下图4-16所示，若溢流阀的调整压力p1＝3MPa、减压阀的调整压力p2＝2MPa，试分析活塞空载运动时A、B两点的压力各为多少？减压阀的阀芯处于什么状态？工件夹紧活塞停止运动后，A、B两点的压力又各为多少？此时，减压阀芯又处于什么状态？ 图4-16