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1、 苏州技师学院授课教案 2011-2012 学年 第 二 学期 液压与气动 课程 授课时间 2011. 5.23 授课教师 赵淳 班 级 09大6 课 时 2课时 学习领域 液压与气动技术 学习单元 模块三 方向控制阀 学习课题 任务1 平面磨床工作台换向控制回路设计 学习目标 解读任务单，通过《任务1 平面磨床工作台换向控制回路设计》，学会换向阀的结构、工作原理及职能符号，及换向阀在此任务的应用 目标群体 高中三年制二年级学生 学习环境 黑板、液压与气动实验室、粉笔 行为能力 专业能力
2、 通过《任务1 平面磨床工作台换向控制回路设计》的学习，提高换向阀的运用能力和液压系统的设计能力 社会能力： 与人沟通合作能力，语言表达能力 方法能力： 解决问题能力，独立工作能力 教学方法 引导文教学法 教 案 教学环节 教学内容 师生活动 时间分配 提问 发任务单 提问 新课讲授 模块三 方向控制阀 复习上次课内容 执行元件有哪些？引入新课。 一、提出任务 图1所示的平面磨床的工作
3、台，在工作中是由液压传动系统带动进行往复运动的，工作台在工作行程中要求往复运动的速度一致，同时要求在任意位置都能锁定。 本任务要求画出该平面磨床工作台往复运动的控制回路，并进行分析 图1 平面磨床 二、引导问题（解读任务单） 1．磨床往复运动的特点？ 2．液压缸往复速度一致，选用何种执行元件？ 3．什么元件才能使磨床往复运动？ 4．能够改变执行元件运动方向的阀的结构、原理以及换向回路怎样？ 这种通过改变压力油流通方向从而控制执行元件运动方向的液压元件称为换向阀，引入新学内容 三、新知识学习 换向阀利用阀芯和阀体之间的相对运动变换油液流动的
4、方向，接通或者关闭油路，从而改变液压系统的工作状态。 1.换向阀的结构 如图2所示为换向阀的实物图和内部结构图，从图中可以看出，换向阀主要由阀芯、阀体、阀芯复位弹簧和操纵装 学生回答问题 教师下达工作任务 教师提问 学生回答 老师演示、讲解 2分钟 3分钟 5分钟 30分钟 教 案 教学环节 教学
5、内容 师生活动 时间分配 新课讲授 置组成，阀体上开有四个油口。 图2 换向阀 a) 实物图 b)结构图 T、A、P、B-油口 L-排气口 阀芯在操纵装置的作用下沿阀体内腔移动，从而改变各个阀口间的通断情况。图2b所示为P口与B口相通，但P口、B口与T口、A口互不相通，而A口与T口相通的情况；当阀芯在操纵装置的作用下向右移动，则P口、A口相通且与T口、B口不相通，而A口与T口相通；当操纵装置失去作用时，阀芯
6、在弹簧的作用下复位至图2b所示位置。 2.换向阀的种类 换向阀的用途十分广泛，种类也很多。换向阀按阀的结构形式、操纵方式、工作位置数和控制通道数的不同，可分为各种不同的类型 按阀的结构形式分有：滑阀式、转阀式、球阀式和锥阀式。 按阀的操纵方式分有：手动式、机动式、电磁式、液动式、电液动式和气动式。 按阀的工作位置数和控制的通道数分有：二位二通阀、二位三通阀、二位四通阀、三位四通阀和三位五通阀等。 3. 换向阀的换向机能 上面提到换向阀有二位二通阀、二位三通阀等，换向阀中的“通”和“位”是换向阀的重要概念。不同的“通”和“位”构成了不同类型的换向阀。为了改变液流方向，阀芯相对于阀体
7、应有不同的工作位置，这个工作位置数叫做“位”。换向阀与液压系统油路相连的油口数（主油口）叫做“通”。 老师实物演示、讲解二维动画 教 案 教学环节 教学内容 师生活动 时间分配 新课讲授 当阀芯相对于阀体运动时，可改变各油口之间的连通情况，从而改变了液流的流动方向。 在液压传动回路中通常用图形符号来代表换向阀的“通”和“位”，也就是通常说的换向阀的职能符号。不同“通”和“位”的滑阀式换向阀主体部分
8、的结构形式和图形符号见表1 表1 不同“通”和“位”的滑阀式换向阀主体部分的结构形式和图形符号 名称 结构原理图 图形符号 二位二通阀 二位三通阀 二位四通阀 三位四通 表1中图形符号的含义如下： 1. 用方框表示阀的工作位置，有几个方框就表示有几“位” 2. 方框内的箭头表示油路处于接通状态，但箭头方向不一定表示液流的实际方向 3. 方框内符号“┻”或“┳”表示该通路不通。 4. 方框外部连接的接口数有几个，就表示几“通”。 5. 阀与系统供油路连接的进油口用字母P表示；阀与系统回油路连通的回油口用T表示（有时用O表示）；阀与执行元
9、件连接的油口用A、B等表示。有时在图形符号上用 老师实物演示、讲解 用二维动画说明阀的通与断 教 案 教学环节 教学内容 师生活动 时间分配 新课讲授 L表示泄油口。 6.换向阀都有两个或两个以上的工作位置，其中一个味常态位，即阀芯未受到操纵力时所处的位置。三位阀以上的图形符号中的中位位常态位。利用弹簧复位的二位阀则以靠近弹簧的方框内的通路状态为其常态位。
10、注意：绘制系统图时，油路一般应连接在换向阀的常态位上。 4.换向阀的滑阀机能 三位换向阀的阀芯处于中间位置时（常态位置），其油口间的通路有几种不同的连接方式。以适应各种不同的工作要求。这种常态时的内部通路形式称为滑阀机能。 三位四通换向阀的滑阀机能有很多种，常见的有表3中所列的几种。中间方框表示其原始位置，左右方框表示两个换向位，其左位和右位各油口的连通方式均为直通或交叉相通，所以只用一个字母来表示中位的形式。 滑阀机能的选择： 滑阀的中位机能不但影响液压系统的工作状态，也影响执行元件换向时的工作性能。通常可根据液压系统的保压或卸荷要求、执行元件停止时的浮动或锁紧要求、执行元件换向时
11、的平稳或准确性要求，选择滑阀的中位机能。滑阀中位机能选择的一般原则为： 1.当系统有卸荷要求时：应选用中位时油口P与T相互连通的形式，如H形、K形、M形。 2.当系统有保压要求时：应选用中位油口P封闭的形式，如O形、Y形等。 3.当对执行元件换向精度要求较高时：应选用中位时油口A与B封闭的形式，如O形、M形。 4.当对执行元件换向平稳性要求较高时：应选用中位时油口A、B与T相互连通的形式，如H形、Y形、X形。 5.当对执行元件启动平稳性要求较高时：应选用中位时 老师实物演示、讲解
12、 边画滑阀机能符号边讲滑阀机能的选择原则 教 案 教学环节 教学内容 师生活动 时间分配 实施任务 油口A与B均不与T连通的形式，如O形、C形、P形。 四、任务实施 1.平面磨床工作台液压控制回路设计 为了方便了解，将任务中平面磨床工作台的运动分为三个，即：1是工作台向左运动、2是工作台向右运动、3时候工作台在任意位置的停止。据此选定双作用双出杆液压缸作为驱动工
13、作运动的液压执行元件，换向阀采用三位四通中位机能为O形的换向阀作为方向控制元件。采用O形阀的目的是因为换向阀在中位时，可以对液压系统自锁，保证工作台可以按需要随时停止运动。 依据任务要求和选定的液压元件，设计出如图3所示的平面磨床工作台液压控制回路。 图3 平面磨床工作台液压控制回路 回路分析：如图3所示，若活塞杆固定，当阀左位接入回路，液压油进入液压缸左腔，使工作台右移;当阀右位接入系统，液压油进入液压缸右腔，使工作台左移；当阀中位接入系统时，液压缸左、右腔均没有液压油流入，且左、右腔不相同，工作台停止运动。 在运动过程中，液压油进入左腔和右腔的流量一致，因此工作台
14、的往复运动速度也一致；采用二位四通O形阀，能够对液压系统进行自锁，也就是说，在任意位置，若阀换向到中位，工作台都能锁定不动。 教师演示，巡回指导。 学生完成任务实施过程。 30分 教 案 教学环节 教学内容 师生活动 时间分配 实施任务 评价任务 根据分析可知，该回路能够满足平面磨床工作台的工作要求。 2.
15、回路连接 （1）在液压实验台上连接平面磨床工作台控制回路。 操作要求如下： 1）能看懂液压回路图，并能正确选用元器件。 2）安装元器件时要规范，各元器件在工作台上合理布置。 3）用油管正确连接元器件的各油口。 4）检查各油口连接情况后，启动液压泵，利用二位四通电磁换向阀来控制执行元件运动。 2. 液压回路的安装方法 （1）液压元件的准备。 序号 元件名称 类型 数 量 1 液压缸 双作用双出杆 1 2 换向阀 二位四通手动换向阀 1 3 溢流阀 直动式 1 4 液压源 --------- 1 （2）液压元件的连接及回路的安装 在连接液
16、压回路时，基本上都是用这种即插即用的方法把各个元器件连接起来的，只要按照液压回路的顺序连接即可。故下面的任务中不再叙述回路的连接方法，请读者参考该任务的方法，自行连接。 五、任务评价 学号： 姓名： 总得分： 序号 评分标准 配分 得分 备注 1 画出回路图 10 2 元器件选择正确、合理 20 3 系统布局合理 20 4 管子连接正确、可靠 40 5 安全、文明操作 10 教师演示，巡回指导。 学生完成任务实施过程。
17、 学生按照评价表内容进行任务评价。 5分 教 案 教学环节 教学内容 师生活动 时间分配 小结 布置作业 六、任务反思 拿元件时不要拿错阀，接线时要注意管子插牢固。
18、七、巩固与练习 习题册：模块三 任务1的内容 教师总结 布置作业 3分 2分 苏州技师学院授课教案 2011-2012 学年 第 二 学期 液压与气动 课程 授课时间 2012. 5.24 授课教师 赵淳 班 级 10大3 课 时 2课时 学习领域 液压与气动技术 学习单元 模块三 方向控制阀 学习课题 任务2 液压吊车锁紧控制回路设计 学习目标 解读任务单，通过《任务2 液压吊车锁紧控制回路设计》，学会单向阀的结构、工作原理及职能符号，及单向阀在此任务的应用
19、 目标群体 高中四年制二年级学生 学习环境 黑板、液压与气动实验室、粉笔 行为能力 专业能力： 通过《任务2 液压吊车锁紧控制回路设计》的学习，学会单向阀的运用能力和液压系统的设计能力 社会能力： 与人沟通合作能力，语言表达能力 方法能力： 解决问题能力，独立工作能力 教学方法 引导文教学法 教 案 教学环节 教学内容 师生活动 时间分配 发任务单 学生分组 一、任务引入 塑料模具需要安
20、装到注塑机上才能工作，当模具自身质量很大时，仅靠人力搬运安装显得非常困难，这时就需要利用一些机械设备来辅助完成。如图1所示为液压吊车，它的底部安装有滚轮，利用它来进行大模具安装时非常方便和灵活。 图1 液压吊 在安装模具的过程中，对模具的吊装定位时，要求液压吊车在停止运动时应不受外界影响而发生漂移或窜动，而液压吊车的上下运动靠液压缸的活塞杆驱动，这就要求液压缸活塞杆能可靠地停留在行程的任意位置上。 本任务要求设计液压吊车锁紧机构的液压控制回路图，并进行分析。 二、任务分析 通过模块三任务1的学习，已经知道在平面磨床液压传动系统中。液压缸的停止时靠滑阀的中位机能实现的，而滑阀式换向
21、阀为了保证阀芯和阀体间能顺利滑动，它们之间总是存在着间隙，这就造成了换向阀内部的泄漏。平面磨床的工作方向是水平方向，在停止状态没有外力施加给液压缸，因此，换向阀内部的泄漏对工作台稳定性几乎没有影响；而液压吊车在工作过程中，液压缸活塞杆长时间受到较大重力 教师下达工作任务 学生讨论分析 3分 5分 教 案 教学环节 教学内容
22、 师生活动 时间分配 新课讲授 的影响，此时，要保持位置不变，仅依靠换向阀的中位机能是不能保证的，这时就要利用单向阀组成锁紧控制回路来控制液压油的流动，从而保证液压缸的自锁，防止液压缸在重力作用下下滑。 要设计液压吊车锁紧机构的液压控制回路，必须掌握单向阀的结构、工作原理等知识。 三、新知识学习 单向阀根据结构的不同可分为普通单向阀和液控单向阀两类。 1.普通单向阀 普通单向阀又称止回阀，它使液体只能沿一个方向
23、通过。单向阀可用于液压泵的出口，防止系统油液倒流；可用于隔开油路之间的联系，防止油路相互干扰；也可用做旁通阀，与其他类型的液压阀并联，从而构成组合阀。对单向阀的主要性能要求是：油液向一个方向通过时压力损失要小；反向不通过时密封性要好；动作灵敏，工作时无撞击和噪声。 （1）普通单向阀的工作原理和图形符号 图2所示为单向阀的工作原理和图形符号。当液流由A腔流入时，克服弹簧力将阀芯顶开，于是液流由A流向B；当液流反向流入时，阀芯在液压力和弹簧力的作用下关闭阀口，使液流截止，液流无法流向A腔。单向阀实质上是利用流向所形成的压力差使阀芯开启或关闭。 图2 单向阀的工作原理和图形符号 a)工
24、作原理b)一般符号c)简化符号 教师讲解相关知识。 32分 教 案 教学环节 教学内容 师生活动 时间分配 （2） 普通单向阀的典型结构 普通单向阀的结构如图3所示。按进出口流道的布置形式，单向阀可分为直通式和直角式两种。直通式单向阀进口和出口流道在同一轴线上；而直角式单向阀进出口流道呈直角布置。图3a所示为板式连接的
25、直角式单向阀，在该阀中液流顶开阀芯后，直接从阀体内部的铸造通道流出，压力损失小，而且只要打开端部旋塞即可对内部进行维修，十分方便。图3b、图3c所示为管式连接的直通式单向阀，它们可直接装在管路上，比较简单，但液流阻力损失较大，而且维修装拆及更换弹簧不便。图3d、图3e所示分别为单向阀的实物图和职能符号。 按阀芯的结构形式，单向阀又可分为钢球式和锥阀式两种。图3b是阀芯球阀的单向阀，其结构简单，但密封容易失效，工作时容易产生振动和噪声，一般用于流量较小的场合。图3c是阀芯位锥阀的单向阀，这种单向阀结构较复杂，但其导向性和密封性较好，工作比较平稳。 图3 单向阀 a)直角式（板式连接
26、b)球芯直通式（管式连接） c)锥芯直通式（管式连接） d)实物图 e)职能符号 普通单向阀开启压力一般为0.035-0.05MPa，所以单向阀中的弹簧很软。单向阀也可以用做背压阀。将软弹簧更换成合适的硬弹簧，就成为背压阀。这种阀常安装在液压系统的回油路上，用以产生0.2-0.6MPa的背压力。 教师讲解相关知识。 教 案 教学环节 教学内容 师生活动 时间分配 2.液控单向阀 液控
27、单向阀是允许液流向一个方向流动，反向开启则必须通过液压控制来实现的单向阀。液控单向阀可用做二通开关阀，也可用做保压阀，用两个液控单向阀还可以组成“液压锁”。 （1） 液控单向阀的工作原理和图形符号 图4所示为液控单向阀的工作原理、图形符号和实物图。当控制油口无压力油（Pk=0）进入时，它和普通单向阀一样，压力油只能从A腔流向B腔，不能反向流动。若从控制油口K通入控制油时，即可推动控制活塞，将锥阀芯顶开，从而实现液控单向阀的反向开启，此时液流可从B腔流向A腔。 （2）液控单向阀的典型结构 液控单向阀有带卸荷阀芯的卸载式液控单向阀（见图4）和不带卸载阀芯的简式液控单向阀两种结构形式。卸载
28、式液控单向阀中，当控制活塞上移时先顶开卸载阀的小阀芯，使主油路卸压，然后在顶开单向阀芯。这样可大大减小控制力，使控制压力与工作压力之比降低到4.5%，因此，可用于压力较高的场合，同时可以避免简式液控单向阀中当控制活塞推开单向阀芯时，高压封闭回路内油液的压力突然释放，产生巨大的冲击和响声的现象。 图4 液控单向阀的工作原理和图形符号 a)工作原理 b)一般符号 c)简化符号 d)实物图 卸载式液控单向阀又有内泄式和外泄式之分。图5a所示为内泄式，其控制活塞的背压腔与进油口P1相通。外泄式如图5b所示，活塞背压腔直接通油箱，这样，反向开启时就可减小P1腔压力对控制压力的影响，从而
29、减小控制压 教师讲解相关知识。 教 案 教学环节 教学内容 师生活动 时间分配 新授知识 实施任务 力Pk。故一般在反向出油口压力P1较低时采用内泄式，在高压系统中采用外泄式。 图5 卸载式液控单向阀 a)内泄式 b)外泄式 四 任务实施 1.液压吊车锁紧回路设计 根据液压吊车的工作要求，绘制如图6所示的液压吊车锁紧回路图。 液压吊车液压系统对执行机构的往复运动过程中停止位置
30、要求较高，其本质就是对执行机构进行锁紧，使之不动，这种起锁紧作用的回路称为锁紧回路。锁紧回路的功用是使液压缸在任意位置上停留，且停留后不会因为外力作用而移动。 图6 液压吊车锁紧回路 教师讲解相关知识。 教师演示，巡回指导。 学生完成任务实施过程。 30分 教 案 教学环节 教学内容 师生活动 时间分配 小结 布置作业 2.回路分析 使用液控单向阀（又称双向液压锁）的锁紧回路，分析进油路和回油路的工作过程 3.做实验验证 五、任务反思 拿元件时不要拿错阀，接线时要注意管子插牢固。 六、巩固与练习 习题册：模块三 任务2的内容 教师总结 5分 5分
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