第七章 機電控制工程中執(zhí)行部件的設(shè)計

1、第八講 機電控制工程中執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計本章教學(xué)要求和要點1、 了解執(zhí)行部件的組成和分類2、 掌握控制電機的選型和控制3、 掌握液壓執(zhí)行部件的基本組成4、 了解氣動執(zhí)行部件的基本組成一、 執(zhí)行機構(gòu)的組成及要求1、執(zhí)行機構(gòu)的構(gòu)成執(zhí)行機構(gòu)能將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)換為機械能，如電動機、液動機、氣缸、內(nèi)燃機等分別把輸入的電能、液壓能、氣壓能和化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機械能。執(zhí)行機構(gòu)的基本構(gòu)成如圖8-1所示，即由能源、運算控制裝置、能量轉(zhuǎn)換控制裝置和動力產(chǎn)生裝置構(gòu)成。 圖8-1 執(zhí)行機構(gòu)的組成執(zhí)行機構(gòu)的功率可大到幾萬kW，小到1IW以下。從控制角度來看，執(zhí)行機構(gòu)主要有以下三個作用：1）高效率地給負載提供動力。2）正確

2、控制動力產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的力或運動。3） 快速實現(xiàn)對動力產(chǎn)生裝置的控制。2、 機電控制工程對執(zhí)行機構(gòu)的要求1） 慣量小、動力大表征執(zhí)行元件慣量的性能指標為質(zhì)量m（直線運動）或轉(zhuǎn)動慣量J（回轉(zhuǎn)運動）。表征輸出動力的性能指標為推力F、轉(zhuǎn)矩T或功率P。不管是直線運動還是回轉(zhuǎn)運動，人們都希望執(zhí)行元件的慣量小、動力大，能適應(yīng)啟停平繁的要求。2） 體積小、重量輕 既要縮小執(zhí)行元件的體積、減輕重量，同時又要增大其動力，故通常采用執(zhí)行元件單位重量所能達到的輸出功率或比功率，即功率密度或比功率密度，來評價這項指標。3） 便于安裝維修要求執(zhí)行元件便于安裝、維修。4） 適宜進行計算機控制根據(jù)這項要求，使用計算機控制最方

3、便的是電氣式執(zhí)行元件。因此機電控制系統(tǒng)中所使用執(zhí)行元件的主流是電氣式，其次是液壓式和氣動式。近些年，電氣式執(zhí)行元件得到尤為迅速的發(fā)展。如：數(shù)控機床的發(fā)展。二、 執(zhí)行機構(gòu)的分類按照動力產(chǎn)生裝置的種類，可將執(zhí)行元件分為電氣式、液壓式和氣動式等幾種類型，其使用能量有所不同。電氣式是將電能轉(zhuǎn)換成電磁力，并用該電磁力驅(qū)動運行機構(gòu)運動；液壓式是先將電能轉(zhuǎn)換為液壓能并用電磁閥改變壓力油的流向，從而使液壓執(zhí)行元件驅(qū)動運行機構(gòu)運動；氣動式與液壓式的原理相同，只是將介質(zhì)由油改為氣體而已。其他執(zhí)行元件與使用材料有關(guān)，如使用雙金屬片、形狀記憶合金或壓電元件。1）電氣式行元件電氣式執(zhí)行元件的能源通常是工業(yè)電源，通過晶閘

4、管、功率晶體管等構(gòu)成的電力變換裝置產(chǎn)生電力，供給電氣式執(zhí)行元件，由氣報執(zhí)行元件產(chǎn)生所需要的力和運動。常用的電氣式執(zhí)行元件有控制用電動機、直線式電動機、超聲波電動機及電磁鐵等?？刂朴盟欧妱訖C有直流電動機、交流電動機和步進電動機。直流伺服電動機響應(yīng)速度快、可控性好，用于高精度伺服系統(tǒng)中。交流伺服電動機又分感應(yīng)電動機和同步電坳機。同步電動機主要用于機床進給機構(gòu)，而感應(yīng)電動機主要用于機床主軸驅(qū)動等。由于交流伺服電動機控制技術(shù)的發(fā)展，采用向量控制的感應(yīng)民動機也完全可以取代直流電動機用于位置、速度伺服系統(tǒng)。步進伺服電動機主要用于辦公自動化機械、計算機終端設(shè)備、測試裝置等小型伺服系統(tǒng)。功率步進電動機也常用

5、于一些需較大功率的場合，如中、小型數(shù)控機床伺服進給驅(qū)動。電氣式執(zhí)行元件主要以電動機控制技術(shù)為基礎(chǔ)?？刂朴秒妱訖C驅(qū)動系統(tǒng)一般由電源供給電力，經(jīng)電力轉(zhuǎn)換后輸送給電動機，使電動機做回轉(zhuǎn)（或直線）運動，驅(qū)動負載機械（運行機械）運動，并在指令器給定的指令位置定位停止。對控制用電動機的性能除了要求穩(wěn)定運轉(zhuǎn)這一性能之外，還要求具有良好的加速、減速性能和伺服性能等動態(tài)性能。2） 液壓式執(zhí)行元件液壓式執(zhí)行元件的能源來自液體的壓力，通過控制閥轉(zhuǎn)換成可控制的能量，由液壓馬達產(chǎn)生所需要的力和運動。在同樣的輸出功率下，液壓驅(qū)動裝置具有重量輕、慣量小、快速性好等優(yōu)點。它通常不使用減速器便可以直接驅(qū)動機構(gòu)得到平滑的運動，且

6、無死區(qū)。 行元件主要包括往復(fù)運動的油缸、回轉(zhuǎn)油缸、液壓馬達等。目前，世界上已開發(fā)出各種數(shù)字式液壓式執(zhí)行元件，如電-液伺服馬達和電-液步進馬達，這些電-液式馬達的最大優(yōu)點是比電動機的轉(zhuǎn)矩大，可以直接驅(qū)動運行機構(gòu)，具有高精確度和定位性能好等特點。 也有它因有的一些缺點，如對管道的安裝、調(diào)整以及防止整個油路的污染及維護等性能要求較高。管路中不可避免的泄漏、輸油管引起的動態(tài)延遲等都將使控制特性變壞。因此，在中、小規(guī)模的機電系統(tǒng)中更多地使用電動驅(qū)動裝置。3）氣動式執(zhí)行機構(gòu) 行元件除了使用壓縮空氣作為工作介質(zhì)外，與液壓式執(zhí)行元件無其他區(qū)別，其驅(qū)動功率在液壓和電動之間，具有代表性的氣動式執(zhí)行元件有氣缸、氣動

7、馬達等，氣動式執(zhí)行元件具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、價格低等優(yōu)點。 系統(tǒng)近些年得到大量應(yīng)用。其主要特點是動作迅速、反應(yīng)快、維護簡單、成本低；同時由于空氣黏度很小，壓力損失小，節(jié)能高效，適用于遠距離輸送；工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別適合在易燃、易爆、強振、輻射等惡劣環(huán)境中工作。乞動控制系統(tǒng)的最大優(yōu)點是有積木性，氣動控制系統(tǒng)的動力源泉可經(jīng)過一個公用的多路接頭為所有的氣動模塊所共享，并可利用標準構(gòu)件組建起一個任意復(fù)雜的系統(tǒng)。三、 電動機的分類、選擇和控制1、 電動機的分類 驅(qū)動電動機：作為動力來使用，主要的任務(wù)能量的傳遞和轉(zhuǎn)換。煤炭輸送帶用的電機、洗衣機用的電機，沖擊鉆用的電機等等?？刂齐妱訖C：主要任務(wù)是轉(zhuǎn)換和

8、傳遞控制信號，能量的轉(zhuǎn)換是次要的。如：步進電機、伺服電機、直接驅(qū)動電機等。對控制電動機的要求是：動作靈敏、準確度高、重量輕、體積小、耗電少和運行可靠等特點。因此在機電控制工程中選擇電動機的前提是看電動機的主要任務(wù)和用途是什么。2、 控制中低壓電器的選擇（1） 刀開關(guān)：手動隔離開關(guān)電器。用來不平繁接通和分斷電路。或?qū)㈦娐放c電源隔離。（2） 主令電器：用于發(fā)布控制指令的電器a、 控制按鈕：用來發(fā)布手動控制指令。b、 組合開關(guān)：用作電源隔離開關(guān)以接通和分斷小電流電路。c、 萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)：用來控制許多條通斷要求不同的電路。d、行程開關(guān)：依據(jù)生產(chǎn)機械的行程發(fā)出命令以控制其運動方向或行程長短的電器。（3）

9、繼電器：繼電器是一種根據(jù)特定形式的輸入信號而動作的自動控制器。分為：a、 電流繼電器：其線圈與被測量電路串聯(lián)，以反映電路電流的變化。分為欠電流和過電流繼電器。b、 電壓繼電器：其線圈與負載并聯(lián)以反映負載電壓，分為過電壓、欠電壓和零電壓繼電器。c、 中間繼電器：其結(jié)構(gòu)屬于電壓繼電器，用來轉(zhuǎn)換控制信號的中間元件。它輸入的是線圈的通斷電信號，輸出為觸電的動作信號。d、 時間繼電器：其敏感元件獲得信號后，執(zhí)行元件要延遲一段時間才動作。分為電磁式、空氣阻尼式、電動式和電子式。e、 熱繼電器：是利用熱源效應(yīng)原理實現(xiàn)過載保護的一種自動電器。（4）熔斷器：熔斷器是一種當電流超過規(guī)定值一定時間后，以本身產(chǎn)生的熱

10、量使熔體融化而分斷電路的電器。（5） 接觸器：是一種自動化的控制電器，主要用于頻繁接通或分斷交流、直流 電路，具有控制容量大和可遠距離操作等特點，主要控制對象是電動機。也可以用于其他電力負載，如電熱器、照明設(shè)備、電焊機等。接觸器由電磁系統(tǒng)、觸電系統(tǒng)和滅弧系統(tǒng)組成。 繼電器和接觸器的比較：繼電器觸點容量通常較小，接在控制線路中主要用于反映控制信號，是控制系統(tǒng)中的信號檢測元件；接觸器觸點容量大，直接用于開、斷主電路，是控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件。（6） 現(xiàn)代低壓電器a、 高頻振蕩行程開關(guān)b、 電磁感型行程開關(guān)c、 電容型行程開關(guān)d、 光電型行程開關(guān)e、 永磁型行程開關(guān)f、 超聲波型行程開關(guān)g、 霍爾型行

11、程開關(guān)h、 晶體管時間繼電器i、 數(shù)字式時間繼電器j、 固態(tài)繼電器：其接通和斷開無需機械接觸部件，因而具有控制功率小、開關(guān)速度快、工作頻率高、使用壽命長、耐振動和沖擊能力強、動作可靠、抗干擾、對電流電壓適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點。在自動控制中代替了常規(guī)的電磁式繼電器。k、 軟啟動器3、 異步電機控制異步電機的正反轉(zhuǎn)控制如圖8-3所示。 圖8-3電機正反轉(zhuǎn)按鈕控制電路 控制的步驟如下。 正轉(zhuǎn)：按下正轉(zhuǎn)啟動按鈕SB2，接觸器KM1線圈得電，正轉(zhuǎn)主電路觸點閉合；輔助觸點中的常開觸點閉合而常閉觸點斷開，電機正轉(zhuǎn)。 反轉(zhuǎn)：按下反轉(zhuǎn)啟動按鈕SB3，接觸器KM2線圈得電，反轉(zhuǎn)主電路觸點閉合；輔助觸點中的常開觸點閉合而

12、常閉觸點斷開，電機反轉(zhuǎn)。 將正反轉(zhuǎn)的的常閉觸電串接在對方的工作線圈里，構(gòu)成“互鎖”。 電機由正到反或由反到正必須先按下，停止按鈕SB1.4、 控制電機的選擇與控制（1）步進電機的選擇及控制概念：步進電機是一種利用電磁鐵的作用原理將電脈沖信號轉(zhuǎn)化為線位移或角位移的執(zhí)行機構(gòu)。特點：（a）步進電機的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴格成正比； （b）步進電機與驅(qū)動電路組成簡單、廉價的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可以與角度反饋環(huán)境組成高性能的閉環(huán)控制系統(tǒng)； （c）步進電機的動態(tài)響應(yīng)快，易于啟停、正方轉(zhuǎn)及變速； （d）調(diào)速范圍寬，低速轉(zhuǎn)矩大； （e）步進電機的轉(zhuǎn)矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降； （f）步進電機只能通過脈沖電源工地才能運行

13、，不能直接使用交、直流電源。選擇：（a）輸出轉(zhuǎn)矩的選擇：正常工作狀態(tài)下，啟動轉(zhuǎn)矩必須大于折算到電動機軸上的負載轉(zhuǎn)矩。為了可靠穩(wěn)定，還應(yīng)有一定的安全系數(shù)，即Ma（23）MLmax式中 Ma步進電動機啟動轉(zhuǎn)矩，MLmax最大負載力矩。在系統(tǒng)要求的運行頻率范圍內(nèi)，步進電動機的電磁轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于折算到電動機軸上的最大靜態(tài)負載轉(zhuǎn)矩與最大慣性力矩之和，以保證加速性能。（b） 步矩角的選擇：電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當量）換算到電機軸上，每個當量電機應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場上步進電機的步距角一般有0.36°、0.75°、0

14、.9°、1.5°、2.25°、3.0°、7.5°等。步矩角ap要滿足系統(tǒng)最小位移量的要求，即apamin式中，amin為負載軸要求的最小位移增量（即脈沖當量）。（c）精度的選擇：步進電動機的精度用步距精度am應(yīng)滿足amaL式中，aL為負載軸允許的角度誤差。（d）啟動頻率與運行頻率的選擇：步進電機運行頻率連續(xù)上升時，電動機不失步的最高頻率為運行頻率，它的值跟負載有關(guān)。要求在同樣負載下，運行頻率要遠大于啟動頻率。（e）電流的選擇： 靜力矩一樣的電機，由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機的電流（參考驅(qū)動電源、及驅(qū)動電壓

15、） （f）輻射干擾的選擇：在檢測系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)組合條件下的機電產(chǎn)品，應(yīng)選擇無輻射干擾的步進電動機，有利于檢測和控制精度及可靠性。（g）尺寸選擇：在滿足總體控制要求的條件下，選擇結(jié)構(gòu)尺寸小、重量輕的步進電動機?？刂疲簣D8-2 步進電機工作控制系統(tǒng)框圖（2）伺服電機的選擇及控制概念：伺服電機是一種將信號電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的執(zhí)行機構(gòu)。特點：（a）調(diào)速范圍廣。伺服電機的轉(zhuǎn)速隨著控制電壓改變，能在寬廣的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。（b）轉(zhuǎn)子的慣性小，即能實現(xiàn)迅速啟動、停轉(zhuǎn)，當信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。（c）控制功率小，過載能力強，可靠性好。選擇： （a）電機的類型選擇：無刷電機具有轉(zhuǎn)矩高、速度范圍寬、堅

16、固耐用、易維修等優(yōu)點，因而伺服電機一般選擇用無刷電機，如異步感應(yīng)電機（IM）、三相永磁同步電機（PMSM）和無刷直流電機（BDCM）。矢量控制技術(shù)解決了這三種電機各自的不足，特別是在伺服驅(qū)動中的動態(tài)控制問題的解決，使交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)可與直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)相媲美。在轉(zhuǎn)矩/慣量比等方面交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)明顯優(yōu)于直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)，特別是在一些高精度伺服驅(qū)動系統(tǒng)中，一般選擇交流伺服電機。（b）電機成本選擇：由于交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)一般是同伺服電機、變頻裝置（流器和逆變器）和控制系統(tǒng)三部分組成。對于三相異步（感應(yīng)）電機、三相永磁同步電機和無刷交流電機這三種交流伺服系統(tǒng)來說，變頻裝置和控制系統(tǒng)的價格相差無幾，后兩

17、種電機的價格差距也不大，而三相感應(yīng)電機的價格僅為三相交流永磁同步電機的1/3左右。因而，從經(jīng)濟性來考慮，在控制精度要求不高時，選擇三相交流籠型感應(yīng)電機最合適，價格低，使用方便。轉(zhuǎn)速和編碼器分辨率的確認（c）按轉(zhuǎn)矩/慣量比選擇：徑向磁場的三相永磁同步電機和無刷交流電機的轉(zhuǎn)矩/慣量比可達4200s2，軸向磁場的三相永磁同步電機可達56002，而感應(yīng)電機僅為其一半。轉(zhuǎn)矩/慣量比是電機加速性能和動態(tài)性能的重要指標，在高性能伺服控制系統(tǒng)中，應(yīng)選轉(zhuǎn)矩/慣量比大的電機。計算負載慣量，慣量的匹配（d）電機調(diào)整范圍選擇。電機調(diào)整范圍應(yīng)在滿足負載功率要求的條件下進行選擇，并且電機調(diào)整范圍大于應(yīng)用的負載轉(zhuǎn)速。（e）

18、電機的額定功率應(yīng)與驅(qū)動器功率匹配，原則上驅(qū)動器功率大于電機功率的20%。（f）電機的功率選擇。負載功率的大小是由理論計算和實測結(jié)果確定的，為了保證電機的正常穩(wěn)定工作，電機的功率應(yīng)大于負載功率的23倍。電機軸上負載力矩的折算和加減速力矩的計算。（g）電機尺寸。電機的結(jié)構(gòu)尺寸和安裝方式，應(yīng)在滿足總體設(shè)計要求條件下選擇，必須根據(jù)電機功率、性能特性確定?？刂疲海╝）幅值控制：保持控制電壓與勵磁電壓間的相位差不變，僅僅改變控制電壓的幅值。（b）相位控制：保持控制電壓的幅值不變，改變制電壓與勵磁電壓間的相位差。（a） 幅-相控制：同時改變控制電壓的幅值和相位。 （3） 步進電機與伺服電機的比較控制精度不同

19、 兩相混合式步進電機步距角一般為 1.8°、0.9°，五相混合式步進電機步距角一般為0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步進電機通過細分后步距角更小。如山洋公司（SANYO DENKI）生產(chǎn)的二相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關(guān)設(shè)置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了兩相和五相混合式步進電機的步距角。 交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以山洋全數(shù)字式交流伺服電機為例，對于帶標準20

20、00線編碼器的電機而言，由于驅(qū)動器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當量為360°/8000=0.045°。對于帶17位編碼器的電機而言，驅(qū)動器每接收131072個脈沖電機轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當量為360°/131072=0.0027466°，是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當量的1/655。 低頻特性不同 步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負載情況和驅(qū)動器性能有關(guān)，一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機器的正常運轉(zhuǎn)非常不利。當步進電機工作在低速時，一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象，

21、比如在電機上加阻尼器，或驅(qū)動器上采用細分技術(shù)等。 交流伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機能（FFT），可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調(diào)整。 矩頻特性不同 步進電機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000RPM或3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。 過載能力不同 步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。以山洋交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度

22、過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的二到三倍，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機因為沒有這種過載能力，在選型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象。 運行性能不同步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問題。交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。 速度響應(yīng)性能不同 步進電機從靜止加速到

23、工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要200400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以山洋400W交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。 綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進電機。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進電機來做執(zhí)行電動機。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當?shù)目刂齐姍C。（4）力矩電機的選擇及控制概念：是一種將電信號轉(zhuǎn)化成恒力矩輸出的執(zhí)行機構(gòu)。特點：（a）調(diào)速簡單，范圍廣。電機轉(zhuǎn)矩與交流電壓成平方比，因此只要改變輸入的電壓即可調(diào)速（b） 大轉(zhuǎn)矩矩且轉(zhuǎn)矩矩波動小。適用與收卷取設(shè)備。（

24、c）過載能力強，可在堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下運轉(zhuǎn)。在堵轉(zhuǎn)或接近堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下輸出穩(wěn) 定的轉(zhuǎn)矩，適用于頂住物體等需要靜止轉(zhuǎn)矩的場合。（d）響應(yīng)快，特性線性度好 （5）直線電機簡介概念：直線電機是一種將信號轉(zhuǎn)化為直線運動的執(zhí)行機構(gòu)。特點：（a） 速度快（b） 結(jié)構(gòu)簡單（c） 直接拖動（d） 適應(yīng)性強（e） 靈活性大（f）不能連續(xù)地作直線運動 例：券鈔箱自動開箱機的設(shè)計四、 液壓系統(tǒng)的控制1、液壓系統(tǒng)的組成液壓系統(tǒng)是由若干具有特定功能的液壓元件組成并完成某種具體任務(wù)的一個整體，圖8-4示出了一個典型的液壓系統(tǒng)。 圖8-4液壓系統(tǒng)的組成通常一個完整的液壓系統(tǒng)由以下5個部分組成。（1）液壓動力元件。將原動機的機械能轉(zhuǎn)換成

25、機械能，典型的動力元件為液壓泵等。在圖8-3中液壓泵把油箱中的液壓油打入液壓系統(tǒng)中去。（2）液壓執(zhí)行元件。將液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能，如液壓馬達等，從原理上講液壓泵和液壓馬達具有互逆性。就像發(fā)電機和電動機一樣。但是為了提高其工作性能，在其各自結(jié)構(gòu)上采取的措施限制了這種可逆性。另一種重要的執(zhí)行元件是液壓缸。液壓缸分為直線往復(fù)式和擺動式兩種，直線往復(fù)式又有單作用與雙作用、單出桿與雙出桿、活塞式與柱塞式等區(qū)別。單作用指的是液壓只能在一個方向上推動活塞，活塞的返回要靠彈簧。圖8-3中的液壓缸即為最典型的雙作用單出桿活塞缸，這種缸通過兩個油口液壓油的進出實現(xiàn)活塞桿的雙向直線運動。（3）液壓控制元件。對系

26、統(tǒng)壓力、執(zhí)行機構(gòu)的運動速度和運動方向?qū)嵭锌刂啤＠每刂圃ο到y(tǒng)中的液體壓力、流量及方向進行控制或調(diào)節(jié)，以滿足工作裝置對傳動的要求?？刂圃饕歉鞣N各樣的閥。溢流閥：的作用是在壓力過大時讓部分油返回油箱，從而控制了系統(tǒng)中的油壓。單向閥“（逆止閥）防止液壓油逆向流動。換向閥：只具有開關(guān)切換的功能，而節(jié)流閥因為可以通過改變閥口通流面積或通流道的長度來改變流阻，則使其具有連續(xù)調(diào)節(jié)流量的功能。在需要系統(tǒng)具有開關(guān)切換功能，且使系統(tǒng)的輸出自動地、快速地和準確地跟蹤輸入時，就需要采用伺服閥。液壓伺服閥有滑閥式、射流管式、噴嘴擋板式、轉(zhuǎn)閥式和電液式等。（4）液壓輔助元件。起輔助作用，如油箱、濾油器、管路、管

27、接頭及各種控制、檢測儀表等。其作用是儲存、輸送、凈化工作液及監(jiān)控系統(tǒng)等。在有些系統(tǒng)中，為了進一步改善系統(tǒng)性能，還采用了蓄能器、加熱器及散熱器等輔助元件。（5）工作介質(zhì)。液壓系統(tǒng)中的工作介質(zhì)為液壓油或水基液體，它們存在于上述4種元件之中，起傳遞動力和能量的作用。 上述各種元件之間的關(guān)系如圖8-5所示 圖8-5 液壓系統(tǒng)組成框圖2、液壓系統(tǒng)的優(yōu)缺點理論上液壓系統(tǒng)可以用來實現(xiàn)與負載無關(guān)的任意運動規(guī)律，很容易實現(xiàn)對液體壓力、流量和運動方向的控制，從而實現(xiàn)對輸出力、速度和運動方向的控制。因此，液壓系統(tǒng)在控制上獲得了廣泛應(yīng)用。液壓系統(tǒng)的優(yōu)點（1）液壓傳動可在運行過程中方便地實現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速，調(diào)速范圍可

28、達1000：1。液壓傳動裝置可在極低的速度下輸出很大的力。例如，當液壓成達轉(zhuǎn)速達1r/min時仍具有良好的特性一，這是電氣傳動不能實現(xiàn)的，如果采用機械傳動裝置減速，其減速器結(jié)構(gòu)往往十分復(fù)雜。（2）在輸出相同功率的情況下，液壓傳動裝置的體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。由于液壓系統(tǒng)中的壓力比電樞磁場中單位面積上的磁力大3040倍，液壓傳動裝置的體積和質(zhì)量只占機同功率電動機的12%左右。因此，液壓傳動易于實現(xiàn)快速起動、制動及頻繁換向，每分鐘的換向次數(shù)可達500次（左右擺動）或1000次（往復(fù)移動）。（3）液壓傳動易于實現(xiàn)自動化，特別是采用電液和氣液傳動時，可實現(xiàn)復(fù)雜的自動控制。（4）液壓裝置易于實

29、現(xiàn)過載保護。當液壓系統(tǒng)超負荷（或系統(tǒng)承受液壓沖擊）時，液壓油可以經(jīng)溢流閥排回油箱，使系統(tǒng)得到過載保護。（5）易于設(shè)計、制造。液壓元件已實現(xiàn)了標準化、系列化和通用化。液壓系統(tǒng)的設(shè)計、制造和使用都比較方便。液壓元件的排列布置也有很大靈活性。 液壓系統(tǒng)的缺點（1）不能保證嚴格的傳動比。這是由于液壓介質(zhì)的可壓縮性和不可避免的泄漏等因素造成的。（2）系統(tǒng)工作時，對溫度的變化較為敏感。液壓介質(zhì)的黏性隨溫度變化而變化，從而使液壓系統(tǒng)不易保證在高溫和低溫下都具有良好的工作穩(wěn)定性。（3）在液壓傳動中，能量需經(jīng)過兩次。且液壓能在傳遞過程中有流量和壓力損失，所以系統(tǒng)能量損失較大，傳輸效率較低。（4）元件投敵精度高、造價高，對其使用和維護提出了較高的要求。（5）出現(xiàn)故障時，比較難以查找和排除，對維修人員的技術(shù)水平要求較高。五、 氣動系統(tǒng)的控制1、氣動系統(tǒng)的組成基本的氣動系統(tǒng)組成如圖8-6所示，它是由壓縮空氣的產(chǎn)生、輸送系統(tǒng)、壓縮空氣消耗系統(tǒng)等主要部分組成。（1）氣壓發(fā)生裝置：空氣壓縮機將大氣壓力的空氣壓縮并以較高的