【知识目标】

1.认知各种常用液压和气动元件,掌握其结构组成、工作原理及基本应用方法。

2.掌握各种常用液压和气动基本回路的组成及工作原理。

3.掌握液压和气动元件及回路图的画法。

【能力目标】

1.熟悉常用液压元件的性能和使用方法。

2.掌握油缸和气缸的速度控制、定位控制的基本方式。

3.锻炼动手能力,能根据液压原理图连接好液压和气压回路。

6.2.1　实验设备

①TC-QGY01 型液压气动PLC 综合教学实验台(含气动元件)1 台。

②液压泵站(含油箱、液压泵、电动机、三位四通阀、溢流阀、液压表)1 套。

③五通接头若干。

④油管、气管(含快换接头)若干。

⑤油缸、三位四通换向阀、溢流阀各1 个。

⑥两位两通/三通电磁换向阀、节流阀各2 个。

6.2.2　实验内容

①按照实物连接图,连接好双作用气缸的进口速度调节回路。

②调节流量控制阀控制气缸运动速度。

③按照实物连接图连接好液压缸节流阀的进油节流调速回路。

④调节流量控制阀控制液压缸运动速度。

6.2.3　气动元器件的结构原理及功能介绍

(1)气动三联件

气动系统中分水滤气器、油雾器和调压阀常组合在一起使用,俗称“气动三联件”,如图6.4所示。由空气压缩机排出的压缩空气虽然可满足气动系统工作时的压力和流量的要求,但其含有水蒸气和灰尘等污染物,这些污染物将会对气动系统造成一些不利的影响。因此,通常通过三联件将压缩机排出的气体进行净化处理。

图6.4　气动三联件

三联件内部结构如图6.5 所示,其技术参数见表6.1。

图6.5　气动三联件结构示意图

1—分水滤气器;2—连接片;3—固定支架;4—调压阀;5—固定片;6—内六角螺栓;7—油雾器

表6.1　气动三联件技术参数

1)分水滤气器

分水滤气器能除去压缩空气中的冷凝水、固态杂质和油滴,用于空气的精过滤。其工作原理是:当压缩空气从输入口流入后,由导流板(旋风挡板)引入滤杯中。旋风挡板使气流沿切线方向旋转,于是空气中的冷凝水、油滴和固态杂质等因质量较大,受离心力作用被甩到滤杯内壁上,并流到底部沉积起来;随后,空气流过滤心,进一步除去其中的固态杂质,并从输出口输出。拧开底部的排放螺栓,可排放掉沉积的冷凝水和杂质。

2)油雾器

油雾器是一种特殊的注油装置。油雾器可使润滑油雾化,并随气流进入需要润滑的部件,在那里气流撞壁,使润滑油附着在部件上,以达到润滑的目的。用这种方法注油,具有润滑均匀、稳定、耗油量少以及不需要大的储油设备等特点。

3)调压阀

调压阀的作用是将较高的输入压力调整到低于输入压力的调定压力输出,并能保持输出压力的稳定,以保证气动系统或装置的工作压力稳定,不受输出空气流量变化和气源压力波动的影响。

(2)消声器

消声器是一种允许气流通过而使声能衰减的装置,能降低气流通道上的空气动力性噪声,如图6.6 所示。在气动系统中,压缩空气经换向阀向气缸等执行元件供气,动作完成后,又经换向阀向大气排气。由于阀内的气路复杂且又十分狭窄,压缩空气以接近声速的流速从排气口排出,空气急剧膨胀和压力变化产生高频噪声,声音十分刺耳。因此,一般在排气口安装消声器消声。

图6.6　消声器

(3)双作用气缸

双作用气缸是指两腔可分别输入压缩空气,实现双向运动的气缸。其结构可分为双活塞杆式、单活塞杆式、双活塞式、缓冲式及非缓冲式等。双作用气缸技术参数见表6.2。

表6.2　双作用气缸技术参数

双作用单出杆式气缸内部结构如图6.7 所示。

图6.7　双作用单出杆式气缸内部结构

1—螺母;2—活塞杆;3—前端盖密封圈;4—前端盖;5—衬套;6—缓冲密封圈;7—缸体;8—O 形环;9—活塞;10—活塞密封圈;11—耐磨环;12—磁铁;13—内六角螺栓;14—缓冲密封垫;15—后端盖;16—自攻螺钉

(4)气压控制换向阀

气压控制换向阀是利用气体压力来获得轴向力,使主阀芯迅速地移动换向,从而使气体改变流向的。按施加压力的方式不同,可分为加压控制、泄压控制、差压控制及延时控制等。本设备所用到的气压控制换向阀为加压型单气控和双气控换向阀。单气控换向阀的工作原理为:在Z 口没有气压的情况下,阀内部弹簧处于自然状态,P 与A 接通,B 与S 接通。A 出气,S排气。当Z 口气压达到能克服弹簧弹力时,P 与B 接通,A 与S 接通。B 出气,A,S 为排气通道,如图6.8 所示。双气控与单气控类似,所不同的只是把弹簧改为了气压控制。气压控制换向阀技术参数见表6.3。

图6.8　气压控制换向阀

表6.3　气压控制换向阀技术参数

气压控制换向阀内部结构如图6.9 所示。

图6.9　气压控制换向阀内部结构

1—圆头螺钉;2—弹簧;3—底盖;4—止泄垫;5—阀体;6—O 形密封圈;7—阀芯;8—耐磨环;9—活塞;10—引导本体;11—O 形密封圈;12—圆头螺钉

(5)电磁控制换向阀

电磁控制换向阀是利用电磁力来获得轴向力使阀芯心迅速移动方向的。它由电磁铁控制部分和主阀两部分组成。本设备中所用电磁阀的工作原理与气控阀类似。电磁控制换向阀技术参数见表6.4。

表6.4　电磁控制换向阀技术参数

电磁控制换向阀内部结构如图6.10 所示。

(6)单向型控制阀

单向型方向控制阀包括单向阀、梭阀、双压阀及快速排气阀等。

1)单向阀

单向阀是最简单的一种单向型方向阀。它控制气体只能朝一个方向流动,而不能反向流动。电磁控制换向阀内部结构如图6.11 所示。

图6.10　电磁控制换向阀内部结构

1—电磁铁;2—手动销;3—引导本体;4—大活塞;5—阀体;6—阀芯;7—转接块

图6.11　电磁控制换向阀内部结构

1—阀体;2—弹簧;3—阀芯;4—端盖;5—内六角螺栓;6—O 形环;7—垫片;8—密封垫;9—缓冲垫

2)梭阀(或门)

梭阀相当于由两个单向阀组合而成。它有两个输入口和一个输出口,在回路中起逻辑“或”的作用,又称或门型梭阀。梭阀技术参数见表6.5。

表6.5　梭阀技术参数

3)双压阀(与门)

双压阀又称与门型梭阀,有两个输入口和一个输出口。当两个输入口都有输入时,输出口A 才有输出。双压阀技术参数见表6.6。(www.daowen.com)

表6.6　双压阀技术参数

4)快速排气阀

快速排气阀主要用于气缸排气,以加快气缸的动作速度。通常气缸的排气是从气缸的腔室经管路及换向阀而排出的。若气缸到换向阀的距离较长,排气时间也较长,气缸的动作速度缓慢。采用快速排气阀后,则气缸内的气体就直接从快速排气阀排出。在实际使用中,快速排气阀应配置在需要快速排气的气动执行元件附近,否则将会影响快排效果。

(7)节流阀

节流阀是用来调节流过的空气流量,以改变气缸运动速度或应用于其他需要节流的场合。

节流阀技术参数见表6.7。

表6.7　节流阀技术参数

节流阀内部结构如图6.12 所示。

图6.12　节流阀内部结构

1—调节帽;2—锁紧螺母;3—节流体;4—六角螺母;5,6—O 形环;7—节流套;8—阀体;9—阀芯;10—异型密封圈

(8)L 形单向节流阀(限出型)

此单向节流阀是由单向阀和节流阀并联而成的组合式流量控制阀。当气体沿正向流动时,节流阀节流;反向流动时,气体直接从单向阀通过,不发生节流。此单向节流阀一般安装在气缸和换向阀之间。

(9)机械阀

机械控制阀是利用执行机构或其他机构的机械运动,借助凸轮、滚轮、杠杆及撞块等机构使阀换向的。它主要用于行程程序控制系统,常用作为信号阀。机械阀技术参数见表6.8。

表6.8　机械阀技术参数

机械阀内部结构如图6.13 所示。

图6.13　机械阀内部结构

1—十字圆头螺钉;2—前盖;3—本体;4—隔套;5—定位块;6—十字圆头螺钉;7—底盖;8—弹簧;9—阀芯;10—异型密封圈;11—十字圆头螺钉;12—滚轮固定座;13—轴头;14—旋转座;15—摇臂;16—滚轮

(10)手动换向阀

手动换向阀借助人为的动作来控制气体的换向。手动换向阀技术参数见表6.9。

表6.9　手动换向阀技术参数

手动换向阀内部结构如图6.14 所示。

图6.14　手动换向阀内部结构

1—十字圆头螺钉;2—底盖;3—本体;4—O 形环;5—阀芯;6—手动换向阀上盖;7—十字圆头螺钉;8—轴头;9—内六角止付螺钉;10—弹簧;11—钢珠护套;12—钢珠

(11)插入式管接头

插入式管接头适用于尼龙管、塑料管的连接。使用时,把需用长度的管子垂直切断,修去切口毛刺,将管子插入接头内,使管子通过弹簧片和密封圈达到底部,即可牢固的连接、密封。拆卸管子时,用手将管子向接头里推一下,同时向里推压管接头外的顶套,即可拔出管子。

6.2.4　实验步骤

(1)双作用气缸的进口速度调节回路

如图6.15 所示为双作用气缸的进口速度调节回路管路连接图。

图6.15　双作用气缸的进口速度调节回路管路连接图

实验步骤如下:

①根据实验的需要选择元件(单杆双作用缸、单向节流阀两只、二位五通双电磁换向阀、三联件、连接软管),并检验元件的实用性能是否正常。

②按图搭建实验回路。根据实物连接,采用标准符号绘制气动原理图。

③将二位五通双电磁换向阀的电源输入口插入相应的控制板输出口。

④确认连接安装正确稳妥,把三联件的调压旋钮放松,通电,开启气泵。待泵工作正常,再次调节三联件的调压旋钮,使回路中的压力在系统工作压力以内。

⑤当电磁阀得电后,压缩空气通过三联件经过电磁阀再过单向节流阀进入缸的工腔,活塞在压缩空气的作用下向右运动。在此过程中,调节左边的单向节流阀的开口大小就能调节活塞的运动速度,实现了进口调速功能。

⑥当电磁阀右位接入时,压缩空气经过电磁阀的右边再经过右边的单向节流阀进入缸的右腔,活塞在压缩空气的作用下向左运行。而在此过程中调节左边的单向节流阀就不再起作用,只有调节右边的单向节流阀才能控制活塞的运动速度。

⑦实验完毕后,关闭泵,切断电源,待回路压力为零时,拆卸回路,清理元器件并放回规定的位置。

试一试:

①把回路中单向节流阀拆掉重做一次实验,气缸的活塞运动是否会很平稳,而且冲击效果是否很明显?回路中用单向节流阀的作用是什么?

②三位五通双电磁换向阀是否能实现缸的定位?想一想主要是利用了三位五通双电磁阀的什么机能。

(2)液压缸节流阀的进油节流调速回路

熟悉实验台上的所有实验器材和设备的性能、用法,本次实验不涉及电气连接。了解进口节流调速回路的组成及性能,并与其他节流调速行行比较。

如图6.16 所示为液压缸节流阀的进油节流调速回路实物连接图。

图6.16　液压缸节流阀的进油节流调速回路实物连接图

实验步骤如下:

①按照实验实物连接图,选取所需的液压元件,并检查性能是否完好。绘制液压控制系统回路图。

②将检验好的液压元件安装在插件板的适当位置,通过快速接头和软管按回路要求连接;然后把相应的电磁换向阀插头插到输出孔内。

③依照实物图,确认安装和连接正确;放松溢流阀、启动泵、调节溢流阀的压力,调节单向节流阀开口大小。

④电磁换向阀通电换向,通过对电磁换向阀的控制就可以实现活塞的伸出和缩回。

⑤通过调节溢液阀的压力大小,也可控制了回路中的整体压力,进而调节了活塞的运动速度。

⑥在运行的过程中,通过调节单向节流阀开口的大小,就可控制活塞运动的快慢。

⑦当活塞以稳定速度运动时,活塞的受力平衡方程式为

式中　p2——液压缸回油腔压力,由于回油腔通油箱,p2=0

因此,p1=FL/A1=pL,pL 为克服负载所需的压力,称为负载压力,故得

式中　v——速度;

K——取决于节流阀阀口和油液特性的液阻系数;

AT——节流阀通流面积;

A1——缸截面;

FL——负载力;

ps——溢流阀调定后的定值。

这个方程反映了速度v 与负载FL 的关系。按不同节流阀通流面积AT 作图,可得进油节节流调速回路中的速度-负载特性曲线。

实验完毕后,首先旋松回路中的溢液阀手柄,然后将泵关闭。确认回路中压力为零后,方可将胶管和元件取下,并清理元件放入规定的抽屉内。

6.2.5　思考题

①谈谈你在气动液压回路组装调试过程中的心得体会。

②绘制分析实验中的气动液压系统回路图。