機(jī)器人驅(qū)動(dòng)與運(yùn)動(dòng)控制 課件 第8、9章 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)、機(jī)器人液壓與氣壓傳動(dòng)控制

第8章步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)8.1步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和分類(lèi)8.2步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行原理8.3步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行特性8.4步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)、選擇與使用8.5本章小結(jié)

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制電機(jī)，又稱為脈沖電機(jī)。在非超載的情況下，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響。

8.1步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和分類(lèi)

步進(jìn)電機(jī)種類(lèi)繁多，按其運(yùn)動(dòng)形式可分為旋轉(zhuǎn)式步進(jìn)電機(jī)和直線式步進(jìn)電機(jī)兩大類(lèi)；按其工作原理又可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)、永磁式步進(jìn)電機(jī)和混合式步進(jìn)電機(jī)三類(lèi)。

8.1.1反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)

反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)亦稱為磁阻式步進(jìn)電機(jī)，是目前應(yīng)用最廣泛的一種步進(jìn)電機(jī)。它的定子鐵芯均由硅鋼片疊壓制成，定子上有多相繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)一般為三、四、五、六相。按照繞組排列方式的不同，反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)可分為單段反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)和多段反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。

1.單段反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)

單段反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)又稱為徑向分相式步進(jìn)電機(jī)，它是目前步進(jìn)電機(jī)中使用最多的一種，其結(jié)構(gòu)如圖8-1所示。定子繞組的磁極對(duì)數(shù)p

通常為相數(shù)m

的兩倍，即p=2m。每個(gè)磁極上都裝有控制繞組，并接成

m

相。在定子磁極的極面上開(kāi)有小齒，轉(zhuǎn)子沿圓周也有均勻分布的小齒，它們的齒形和齒距完全相同。

單段反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是制造簡(jiǎn)便，精度易于保證，步距角(轉(zhuǎn)子每步轉(zhuǎn)過(guò)的機(jī)械角度稱為步距角)可以做得較小，容易得到較高的啟動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率(啟動(dòng)頻率是利用變頻器控制電機(jī)調(diào)速的頻率，運(yùn)行頻率是步進(jìn)電

機(jī)在持續(xù)運(yùn)行情況下的最大頻率)；其缺點(diǎn)是在電機(jī)的直徑較小而相數(shù)又較多時(shí)，沿徑向分相較為困難。此外，電機(jī)消耗的功率較大，斷電時(shí)無(wú)定位轉(zhuǎn)矩。圖8-1單段反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2.多段反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)

多段反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)是指定子鐵芯沿電機(jī)軸向按相數(shù)分成m段的反應(yīng)式步電機(jī)。由于各相繞組沿著軸向分布，因此多段反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)又稱為軸向分相式步進(jìn)電機(jī)。多段反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)磁路的結(jié)構(gòu)有兩種：一種是主磁路仍為徑向，另一種是主磁路包含有軸向部分。所以按其磁路結(jié)構(gòu)的不同，多段反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)又可分為軸向磁路多段反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)和徑向磁路多段反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)兩種。

軸向磁路多段反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖8-2所示。定、轉(zhuǎn)子鐵芯均沿電機(jī)軸向按相數(shù)m

分段，每一組定子鐵芯中間放置一相環(huán)形的控制繞組；定、轉(zhuǎn)子圓周上沖有齒形相近和齒數(shù)相同的均勻分布的小齒槽；定子鐵芯(或轉(zhuǎn)子鐵芯)每相鄰兩段錯(cuò)開(kāi)1/m齒距。這種結(jié)構(gòu)使電機(jī)的定子空間利用率較高，環(huán)形控制繞組繞制方便，轉(zhuǎn)子的慣量較小，步距角也可以做得較小，因此電機(jī)的啟動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率較高。但制造時(shí)鐵芯分段和錯(cuò)位工藝復(fù)雜，精度不易保證。圖8-2軸向磁路多段反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)

徑向磁路多段反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖8-3所示。圖8-3徑向磁路多段反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)

8.1.2永磁式步進(jìn)電機(jī)

與反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一樣，永磁式步進(jìn)電機(jī)的定子鐵芯也由硅鋼片疊壓而成，磁極上也套有線圈并將它們連接組成二相或多相繞組。與反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)不同的是，永磁式步進(jìn)電機(jī)的定子磁極為凸極，不開(kāi)小齒，其轉(zhuǎn)子為凸極式星形磁鋼。永磁步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的極數(shù)與每相定子繞組的極數(shù)相同。

圖8-4中所示的是一種典型的永磁式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。該類(lèi)永磁式步進(jìn)電機(jī)的定子具有二相二對(duì)極的繞組(AO、BO)，轉(zhuǎn)子為二對(duì)極的磁鋼。圖8-4永磁式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

8.1.3混合式步進(jìn)電機(jī)

混合式步進(jìn)電機(jī)的典型結(jié)構(gòu)如圖8-5所示。混合式步進(jìn)電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)與反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)基本相同，即分成若干極，極上有小齒及集中式繞組。轉(zhuǎn)子由環(huán)形磁鋼及多段鐵芯組成，環(huán)形磁鋼在轉(zhuǎn)子的中部，軸向充磁，鐵芯分別裝在磁鋼的兩端，轉(zhuǎn)子鐵芯上也有如反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)那樣的小齒，但磁鋼兩端鐵芯上的小齒相互錯(cuò)開(kāi)半個(gè)齒距。定、轉(zhuǎn)子小齒的齒距通常相同。圖8-5混合式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖

8.2步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行原理

反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)是利用磁阻轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的，是我國(guó)目前使用最廣泛的步進(jìn)電機(jī)。本節(jié)以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例說(shuō)明步進(jìn)電機(jī)的工作原理。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)利用磁通總是沿著磁阻最小的路徑閉合的原理，產(chǎn)生磁拉力形成磁阻性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩而步進(jìn)的，所以也稱為磁阻式步進(jìn)電機(jī)。

圖8-6是一臺(tái)三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的原理圖。圖8-6三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的原理圖

8.2.1三相單三拍

當(dāng)A相繞組通電時(shí)，B相和C相都不通電，此時(shí)僅有A相定子極產(chǎn)生磁場(chǎng)。由于磁場(chǎng)具有沿著磁阻最小路徑“流過(guò)”的特點(diǎn)，因此轉(zhuǎn)子齒1和齒3的軸線與定子A相繞組的磁極軸線對(duì)齊，如圖8-6(a)所示。此時(shí)轉(zhuǎn)子只受徑向力而無(wú)切向力，故使得轉(zhuǎn)子停在此位置形成自鎖。如果此時(shí)將A相斷電，B相通電，使得僅有B相定子極產(chǎn)生磁場(chǎng)，則轉(zhuǎn)子將沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)30°，使轉(zhuǎn)子齒2和齒4的軸線與定子B相繞組的磁極軸線對(duì)齊，即轉(zhuǎn)子走了一步，如圖8-6(b)所示。

將B相斷電，僅將C相通電，轉(zhuǎn)子再按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)30°，轉(zhuǎn)子齒1和齒3的軸線與C相繞組的磁極軸線對(duì)齊，如圖8-6(c)所示。如此按A→B→C→A→…順序不斷將各相繞組通電和斷電，轉(zhuǎn)子就會(huì)一步一步地按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，相應(yīng)的電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于繞組通電和斷電的頻率(即輸入脈沖的頻率)，旋轉(zhuǎn)方向取決于繞組輪流通電的順序。若電機(jī)通電次序改為A→C→B→A→…，則通過(guò)上述方法可知電機(jī)將按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。

上述的控制方式稱為三相單三拍。“三相”指步進(jìn)電機(jī)具有三相繞組；“單”指每次只有一相繞組通電；繞組每改變一次通電方式稱為一拍，“三拍”指三次輪流通電為一個(gè)循環(huán)，第四拍就重復(fù)第一拍通電情況。

通常將每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為步距角，常用θb(單位為機(jī)械角度)表示。步進(jìn)電機(jī)以三相單三拍運(yùn)行時(shí)，步距角θb=30°。

8.2.2三相雙三拍

三相雙三拍運(yùn)行是指每次有兩相繞組通電，三拍為一個(gè)循環(huán)，繞組的通電方式為AB→BC→CA→AB或AB→CA→BC→AB。下面以AB→BC→CA→AB通電方式為例說(shuō)明三相雙三拍運(yùn)行下步進(jìn)電機(jī)的原理。當(dāng)A、B兩相繞組同時(shí)通電時(shí)，A、B相定子極會(huì)同時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子齒的位置應(yīng)同時(shí)考慮到兩對(duì)定子極的作用，即只有當(dāng)A相極和B相極對(duì)轉(zhuǎn)子齒所產(chǎn)生的磁拉力相平衡時(shí)，才是轉(zhuǎn)子最終的平衡位置，如圖8-7(a)所示。

下一拍時(shí)為B、C兩相同時(shí)通電，此時(shí)A相極失磁而C相極產(chǎn)生磁場(chǎng)，C相極的磁場(chǎng)會(huì)吸引轉(zhuǎn)子齒1、3，即轉(zhuǎn)子按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)30°到達(dá)新的平衡位置，如圖8-7(b)所示。下一拍C、A兩相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子亦按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)30°，如圖8-7(c)所示?？梢?jiàn)，雙三拍運(yùn)行時(shí)的步距角仍是30°，但雙三拍運(yùn)行時(shí)每一拍總有一相繞組持續(xù)通電。例如，由A、B兩相通電變?yōu)锽、C兩相通電時(shí)，B相保持持續(xù)通電狀態(tài)，C相磁拉力力圖使轉(zhuǎn)子按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，而B(niǎo)相磁拉力卻起阻止轉(zhuǎn)子繼續(xù)向前轉(zhuǎn)動(dòng)的作用，即起到一定的電磁阻尼作用，所以電機(jī)工作比較平穩(wěn)。而在三相單三拍運(yùn)行時(shí)不存在這種電磁阻尼作用，所以轉(zhuǎn)子達(dá)到新的平衡位置時(shí)容易產(chǎn)生振蕩，運(yùn)行穩(wěn)定性不如三相雙三拍運(yùn)行方式。圖8-7三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)原理圖

8.2.3三相單雙六拍

三相單雙六拍運(yùn)行中的“單”即一相通電，“雙”即兩相通電，“單雙”指的是一相通電和兩相通電交替進(jìn)行，繞組的通電方式為A→AB→B→BC→C→CA→A或A→AC→C→CB→B→BA→A，完成一個(gè)循環(huán)需要改變六次通電狀態(tài)。下面以A→AB→B→BC→C→CA→A通電方式為例說(shuō)明三相單雙六拍運(yùn)行下步進(jìn)電機(jī)的原理。當(dāng)A相繞組通電時(shí)和單三拍運(yùn)行的情況相同，如圖8-6(a)所示。當(dāng)A、B兩相同時(shí)通電時(shí)和雙三拍運(yùn)行的情況相同，如圖8-7(a)所示。

對(duì)比圖8-6(a)和圖8-7(a)可以得出，轉(zhuǎn)子只按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)15°，當(dāng)斷開(kāi)A相使B相單獨(dú)接通，轉(zhuǎn)子繼續(xù)按順時(shí)針?lè)较蛴洲D(zhuǎn)過(guò)15°，如圖8-6(b)所示。依次類(lèi)推，若繼續(xù)按BC→C→CA→A的順序通電，步進(jìn)電機(jī)就一步一步地按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。若通電順序變?yōu)锳→AC→C→CB→B→BA→A，則步進(jìn)電機(jī)按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)?？梢?jiàn)六拍運(yùn)行時(shí)，步距角為15°，即θb=15°，比三拍運(yùn)行時(shí)減小一半。因此，對(duì)于同一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，采用不同的通電方式，可以有不同的拍數(shù)，對(duì)應(yīng)運(yùn)行時(shí)的步距角也不同。

對(duì)于上述結(jié)構(gòu)的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，它的步距角較大，常常滿足不了系統(tǒng)精度的要求。實(shí)際采用的步進(jìn)電機(jī)的步距角多為3°和1.5°，步距角小，電機(jī)加工的精度高。為產(chǎn)生小步距角，定、轉(zhuǎn)子都做成多齒的，如圖8-8所示。圖8-8中定子每個(gè)極面上有5個(gè)齒，轉(zhuǎn)子上均勻分布40個(gè)齒，定、轉(zhuǎn)子的齒寬和齒距都相同。轉(zhuǎn)子齒距對(duì)應(yīng)的機(jī)械角度(空間幾何角度)等于360°/40=9°，齒槽和齒寬分別為4.5°。定子相鄰磁極間的轉(zhuǎn)子齒數(shù)為

式中，Zr為轉(zhuǎn)子齒數(shù)，p

為定子繞組的磁極對(duì)數(shù)，m

為相數(shù)。圖8-8小步距角步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

由于定子相鄰磁極間的轉(zhuǎn)子齒數(shù)不是整數(shù)，因此當(dāng)A相繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子受到磁阻轉(zhuǎn)矩的作用，使轉(zhuǎn)子齒的軸線和定子齒的軸線對(duì)齊。這時(shí)，B相的轉(zhuǎn)子齒軸線和定子齒軸線必然錯(cuò)開(kāi)1/3齒距，機(jī)械角度為3°；C相的轉(zhuǎn)子齒軸線和定子齒軸線錯(cuò)開(kāi)2/3齒距，機(jī)械角度為6°，如圖8-9所示。圖8-9小步距角步進(jìn)電機(jī)原理圖(展開(kāi))

由分析可知：

(1)轉(zhuǎn)子齒數(shù)Zr

與相數(shù)m

和一相繞組通電時(shí)在圓周上形成的磁極對(duì)數(shù)p

之間有確定關(guān)系，不能任意選取。定子圓周上屬于同一相的極總是成對(duì)出現(xiàn)的，所以轉(zhuǎn)子齒數(shù)應(yīng)是偶數(shù)。另外，為了獲得連續(xù)不斷的步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，要求在不同相的磁極下，定子齒和轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置應(yīng)依次錯(cuò)開(kāi)1/m齒距，即

式中，k

為正整數(shù)。

(2)步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電一個(gè)循環(huán)，定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)過(guò)360°，而轉(zhuǎn)子僅轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距，相當(dāng)于空間上轉(zhuǎn)過(guò)360°/Zr

機(jī)械角度。那么假設(shè)N為運(yùn)行拍數(shù)，每運(yùn)行一拍，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度只是齒距的1/N，因此步距角θb

為

式中，N=Cm，C

為通電狀態(tài)系數(shù)。當(dāng)采用單拍或雙拍運(yùn)行方式時(shí)，C=1；當(dāng)采用單雙拍運(yùn)行方式時(shí)，C=2。

(3)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)可以按特定指令旋轉(zhuǎn)某一角度而進(jìn)行單步步進(jìn)控制，也可以連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)速度控制。步進(jìn)控制時(shí)，每輸入一個(gè)脈沖，定子繞組就換接一次，輸出軸就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，其步數(shù)與脈沖數(shù)一致，輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移量與輸入脈沖數(shù)成正比。速度控制時(shí)，步進(jìn)電機(jī)繞組中送入的是連續(xù)脈沖，各相繞組不斷地輪流通電，步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，它的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。

由式(8-3)可知，每輸入一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度是整個(gè)圓周角的也就是轉(zhuǎn)過(guò)因此轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(每分鐘所轉(zhuǎn)過(guò)的圓周數(shù))為

式中，f為脈沖頻率，即每秒輸入的脈沖數(shù)。

由式(8-4)可見(jiàn)，反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和運(yùn)行拍數(shù)。當(dāng)轉(zhuǎn)子齒數(shù)一定時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，或者說(shuō)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和脈沖頻率同步，改變脈沖頻率可以改變轉(zhuǎn)速，進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，其調(diào)速范圍很寬廣。另外，若改變通電順序，即改變定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向，則可以控制正反轉(zhuǎn)。

反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速還可以用步距角來(lái)表示，將式(8-4)進(jìn)行變換，可得

(4)步進(jìn)電機(jī)具有自鎖能力。當(dāng)控制脈沖停止輸入，而保持最后一個(gè)脈沖控制的繞組繼續(xù)通電時(shí)，步進(jìn)電機(jī)將保持在固定位置上，即具有自鎖能力。

8.3步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行特性

8.3.1靜態(tài)轉(zhuǎn)矩特性

1.矩角特性矩角特性是指不改變通電狀態(tài)(也就是控制繞組的電流不變)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩

T與轉(zhuǎn)子失調(diào)角θ的關(guān)系，即T=f(θ)。失調(diào)角是指步進(jìn)電機(jī)偏離初始穩(wěn)定平衡位置(步進(jìn)電機(jī)在空載情況下，控制繞組中通以直流時(shí)轉(zhuǎn)子的最后穩(wěn)定平衡位置)的電角度。在反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)中，轉(zhuǎn)子一個(gè)齒距所對(duì)應(yīng)的電角度應(yīng)為2π。

靜轉(zhuǎn)矩的正方向取θ增大的方向。當(dāng)一相通電，該極下定、轉(zhuǎn)子正好對(duì)齊，即θ

等于0時(shí)，靜轉(zhuǎn)矩T等于0，如圖8-10(a)所示；當(dāng)轉(zhuǎn)子齒正對(duì)定子槽中間，即θ等于π時(shí)，靜轉(zhuǎn)矩T

也為0，如圖8-10(b)所示；當(dāng)θ大于0時(shí)，靜轉(zhuǎn)矩T

大于0，如圖8-10(c)所示；同理亦可推出當(dāng)θ小于0時(shí)，靜轉(zhuǎn)矩T

小于0。圖8-10不同失調(diào)角時(shí)的靜轉(zhuǎn)矩狀態(tài)

反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩可由電機(jī)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理得出。若不計(jì)電機(jī)磁路鐵芯部分磁場(chǎng)能量變化的影響，則只需考慮氣隙磁場(chǎng)能量的變化；若忽略定、轉(zhuǎn)子鐵芯中的磁位

降，則每極控制繞組的磁動(dòng)勢(shì)即是電機(jī)單邊氣隙磁動(dòng)勢(shì)；若忽略氣隙比磁導(dǎo)中諧波的影響，則可得出步進(jìn)電機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系(即矩角特性)為

式中，Zs

為定子每極齒數(shù)，Zr

為轉(zhuǎn)子齒數(shù)，L

為步進(jìn)電機(jī)鐵芯長(zhǎng)度，F(xiàn)δ

為單邊氣隙磁動(dòng)勢(shì)，λ1

為氣隙比磁導(dǎo)中的基波分量。

由式(8-6)可知，單相通電時(shí)矩角特性為正弦波形，如圖8-11所示。由圖8-11可知，在靜轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子有一定的穩(wěn)定平衡點(diǎn)。若電機(jī)空載，則穩(wěn)定平衡點(diǎn)對(duì)應(yīng)于θ=0處，而θ=±π處為步進(jìn)電機(jī)的不穩(wěn)定平衡點(diǎn)。兩個(gè)不穩(wěn)定平衡點(diǎn)之間的區(qū)域(即-π<θ<π)構(gòu)成靜穩(wěn)定區(qū)。圖8-11步進(jìn)電機(jī)的矩角特性

2.最大靜轉(zhuǎn)矩特性

在矩角特性中，靜轉(zhuǎn)矩(絕對(duì)值)的最大值稱為最大靜轉(zhuǎn)矩。由圖8-11可知，當(dāng)一相控制繞組通電時(shí)，在θ=±π/2時(shí)有最大靜轉(zhuǎn)矩Tmax，即

當(dāng)多相控制繞組同時(shí)通電時(shí)，最大靜轉(zhuǎn)矩為

式中，K

為轉(zhuǎn)矩增大系數(shù)。當(dāng)兩相控制繞組同時(shí)通電時(shí)，

K=2cos(π/m)；當(dāng)三相控制繞組同時(shí)通電時(shí)，K=1+cos(π/m)。

在一定通電狀態(tài)下，最大靜轉(zhuǎn)矩與控制繞組內(nèi)電流的關(guān)系，即

Tmax=f(I)，稱為最大靜轉(zhuǎn)矩特性，由式(8-8)可看出，當(dāng)電機(jī)磁路不飽和時(shí)，最大靜轉(zhuǎn)矩

Tmax與控制繞組中電流I的二次方成正比。當(dāng)電流稍大時(shí)，由于受到磁路飽和的影響，單邊氣隙磁動(dòng)勢(shì)Fδ

增加變慢，最大靜轉(zhuǎn)矩Tmax的上升就低于電流的二次方；當(dāng)電流很大時(shí)，由于磁路過(guò)飽和，F(xiàn)δ增加很少，Tmax也就基本不變，呈飽和狀態(tài)。最大靜轉(zhuǎn)矩特性如圖8-12所示。圖8-12最大靜轉(zhuǎn)矩特性

3.矩角特性族

不同通電狀態(tài)的矩角特性的總和稱為步進(jìn)電機(jī)的矩角特性族。如果將一臺(tái)轉(zhuǎn)子齒數(shù)Zr=2的三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)(如圖8-13(a)所示)的失調(diào)角θ的坐標(biāo)軸統(tǒng)一取在A相磁極的中心線上，電機(jī)以三相單三拍方式(A→B→C→A通電方式)運(yùn)行，那么A相通電時(shí)矩角特性如圖8-13(b)中的曲線a所示，穩(wěn)定平衡點(diǎn)為OA點(diǎn)；B相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子空載時(shí)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)為OB處，即θ=2/3π，矩角特性如圖8-13(b)中的曲線b

所示；C相通電時(shí)的矩角特性如圖8-13(b)中的曲線c所示。同理，可以得到電機(jī)以三相單雙六拍方式(A→AB→B→BC→C→CA→A通電方式)運(yùn)行時(shí)的矩角特性族，如圖8-13(c)所示。圖8-13步進(jìn)電機(jī)和其對(duì)應(yīng)不同通電狀態(tài)下的矩角特性族圖8-13步進(jìn)電機(jī)和其對(duì)應(yīng)不同通電狀態(tài)下的矩角特性族圖8-13步進(jìn)電機(jī)和其對(duì)應(yīng)不同通電狀態(tài)下的矩角特性族

8.3.2單脈沖運(yùn)行

步進(jìn)電機(jī)的單脈沖運(yùn)行是指步進(jìn)電機(jī)在單相或多相通電狀態(tài)下，僅改變一次通電狀態(tài)的運(yùn)行方式，或輸入脈沖頻率非常低，以至于加第二脈沖之前，前一步已經(jīng)走完，轉(zhuǎn)子運(yùn)行已經(jīng)停止的運(yùn)行方式。

1.動(dòng)穩(wěn)定區(qū)

動(dòng)穩(wěn)定區(qū)是指步進(jìn)電機(jī)輸入單脈沖時(shí)，電機(jī)從一種通電狀態(tài)切換到另一種通電狀態(tài)時(shí)，不致引起失步的區(qū)域，如圖8-14所示。步進(jìn)電機(jī)初始狀態(tài)時(shí)的矩角特性如圖8-14中曲線“0”所示。圖8-14動(dòng)穩(wěn)定區(qū)

若電機(jī)空載，則轉(zhuǎn)子處于穩(wěn)定平衡點(diǎn)O0

處。輸入一個(gè)脈沖，電機(jī)的通電狀態(tài)改變后，矩角特性變?yōu)閳D8-14中曲線“1”，轉(zhuǎn)子新的穩(wěn)定平衡點(diǎn)為O1。在改變通電狀態(tài)時(shí)，只有當(dāng)轉(zhuǎn)子起始位置位于a、b

之間時(shí)才能使它向O1

點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到穩(wěn)定平衡位置。因此，區(qū)間(a，b)稱為電機(jī)空載時(shí)的動(dòng)穩(wěn)定區(qū)，用失調(diào)角表示為

式中，θse為用電角度表示的步距角，θse=Zrθb。

動(dòng)穩(wěn)定區(qū)的邊界a

點(diǎn)到初始穩(wěn)定平衡位置O0

點(diǎn)的區(qū)域稱為裕量角，記為θr。裕量角越大，電機(jī)運(yùn)行越穩(wěn)定。若裕量角的值趨于零，則電機(jī)不能穩(wěn)定工作，也就沒(méi)有帶負(fù)載的能力。裕量角用電角度表示為

2.最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩(啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩)Tst

步進(jìn)電機(jī)在負(fù)載情況下，若負(fù)載轉(zhuǎn)矩為

TL1，則初始狀態(tài)時(shí)電機(jī)的穩(wěn)定平衡位置對(duì)應(yīng)于圖8-15(a)中曲線“0”上的O'0

點(diǎn)。

若負(fù)載轉(zhuǎn)矩相當(dāng)大，值為T(mén)L2，初始狀態(tài)時(shí)電機(jī)的穩(wěn)定平衡位置對(duì)應(yīng)于圖8-15(b)中曲線“0”上的O″0點(diǎn)。圖8-15最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩

由以上分析可知，步進(jìn)電機(jī)能帶動(dòng)的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩要比最大靜轉(zhuǎn)矩Tmax小。從圖8-15可以看出，電機(jī)能帶動(dòng)的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩值可由矩角特性族上相鄰的兩條矩角特性曲線的交點(diǎn)決定，即圖8-15中的s點(diǎn)。Tst是最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩，有時(shí)也稱它為步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

若矩角特性曲線為幅值相同的正弦波形時(shí)，則可得出

Tst是步進(jìn)電機(jī)能帶動(dòng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩極限值。在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，電機(jī)具有一定的轉(zhuǎn)速，因此，最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩值還將有所減小，通常應(yīng)使折合到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=(0.3~0.5)Tmax。

8.3.3連續(xù)脈沖運(yùn)行

步進(jìn)電機(jī)的連續(xù)脈沖運(yùn)行和連續(xù)的單脈沖運(yùn)行類(lèi)似，其主要特點(diǎn)如下。

1.啟動(dòng)頻率

步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率fst是指在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下能夠不失步地啟動(dòng)脈沖的最高頻率，它是步進(jìn)電機(jī)的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)。影響步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)頻率的因素有以下幾個(gè)。

(1)電機(jī)能啟動(dòng)的最短脈沖間隔時(shí)間。電機(jī)能啟動(dòng)的最短脈沖間隔時(shí)間tf

可決定電機(jī)的啟動(dòng)頻率，且

(2)電機(jī)的步距角。電機(jī)的相數(shù)及運(yùn)行的拍數(shù)越多，步距角就越小，進(jìn)而使裕量角越大，進(jìn)入動(dòng)穩(wěn)定區(qū)越容易，電機(jī)的啟動(dòng)頻率也就越高。

(3)最大靜轉(zhuǎn)矩。電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩越大，作用于電機(jī)轉(zhuǎn)子上的電磁轉(zhuǎn)矩也越大，使加速度越大，轉(zhuǎn)子達(dá)到動(dòng)穩(wěn)定區(qū)所需時(shí)間也就越短，啟動(dòng)頻率越高。

(4)轉(zhuǎn)子齒數(shù)。轉(zhuǎn)子齒數(shù)增多，步距角就減小，故啟動(dòng)頻率也隨之增高。

(5)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(包括轉(zhuǎn)子本身及負(fù)載)越小，同樣的電磁轉(zhuǎn)矩下產(chǎn)生的角加速度就越大，越容易進(jìn)入動(dòng)穩(wěn)定區(qū)，啟動(dòng)頻率也越高。

(6)負(fù)載轉(zhuǎn)矩。負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，使作用在轉(zhuǎn)子上的加速轉(zhuǎn)矩減小，啟動(dòng)頻率也將降低。

(7)電路時(shí)間常數(shù)。電路時(shí)間常數(shù)增大，控制繞組中電流的上升速度變慢，使電磁轉(zhuǎn)矩變小，啟動(dòng)頻率也有所降低。

(9)電機(jī)的內(nèi)部或外部阻尼轉(zhuǎn)矩。電機(jī)的內(nèi)部或外部阻尼轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，相當(dāng)于負(fù)載轉(zhuǎn)矩有所增加，相應(yīng)地使啟動(dòng)頻率降低。

2.啟動(dòng)特性

1)啟動(dòng)矩頻特性

當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J

為常數(shù)時(shí)，啟動(dòng)頻率fst和負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL

之間的關(guān)系，即fst=f(TL)，稱為啟動(dòng)矩頻特性，如圖8-16中的曲線1所示。圖8-16步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性

2)啟動(dòng)慣頻特性

當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL

為常數(shù)時(shí)，啟動(dòng)頻率fst和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J(主要是負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)之間的關(guān)系，即fst=f(J)，稱為啟動(dòng)慣頻特性，如圖8-17所示。圖8-17步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)慣頻特性

3.連續(xù)運(yùn)行特性

步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)后，當(dāng)控制脈沖頻率連續(xù)上升時(shí)，能不失步運(yùn)行的最高頻率fsuc稱為該電機(jī)的連續(xù)運(yùn)行頻率。連續(xù)運(yùn)行頻率與輸出轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系稱為電機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)的矩頻特

性，如圖8-16中的曲線2所示。連續(xù)運(yùn)行時(shí)的矩頻特性為一條下降的曲線。

在一定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，提高連續(xù)運(yùn)行頻率的主要方法是減小控制繞組中的電流。為了提高連續(xù)運(yùn)行頻率，通常采用以下兩種方法：一是在控制繞組電路中串入電阻，并相應(yīng)提

高電源的電壓；二是采用高、低壓驅(qū)動(dòng)電路。第二種方法是在電壓脈沖的起始部分提高電壓，能夠有效地改善電流波形的前沿，從而使控制繞組中電流的上升加快，故可以大大提高電機(jī)的連續(xù)運(yùn)行頻率。

步進(jìn)電機(jī)的連續(xù)運(yùn)行頻率要比啟動(dòng)頻率高得多。這是因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)除了要克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩，還要滿足電機(jī)加速的要求，即要保證一定的加速轉(zhuǎn)矩。在啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)的角加速度較大，它的負(fù)載遠(yuǎn)比連續(xù)運(yùn)行時(shí)的重。若啟動(dòng)時(shí)脈沖頻率稍高，電機(jī)轉(zhuǎn)速就不易跟上，會(huì)在啟動(dòng)過(guò)程中發(fā)生失步。而連續(xù)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)處于穩(wěn)態(tài)，隨著脈沖頻率的升高，電機(jī)的角加速度甚小，電機(jī)便能隨之正常升速。所以步進(jìn)電機(jī)的連續(xù)運(yùn)行頻率要高于啟動(dòng)頻率。

8.4步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)、

選擇與使用

1.步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)與產(chǎn)品步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)除了相數(shù)、相繞組的額定電壓及電流，還包括以下幾種。

(1)步距角及步距角誤差。

(2)最大靜轉(zhuǎn)矩。

(3)分配方式。

(4)極限啟動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率。

(5)矩頻特性和慣頻特性。

2.步進(jìn)電機(jī)的選擇與使用

選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)首先結(jié)合其不同類(lèi)型的特點(diǎn)及所驅(qū)動(dòng)負(fù)載的要求進(jìn)行選擇。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的步距角較小，啟動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率較高；但斷電時(shí)無(wú)定位力矩，需帶電定位。

永磁式步進(jìn)電機(jī)步距角較大，啟動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率較低，斷電后有一定的定位力矩，但需要雙極性脈沖勵(lì)磁。感應(yīng)子式永磁步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，需雙極性脈沖供電，兼有反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)和永磁式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。

確定所選用的步進(jìn)電機(jī)類(lèi)型后需要確定以下項(xiàng)目：

(1)步距角。

(2)最大靜轉(zhuǎn)矩。

(3)啟動(dòng)頻率與運(yùn)行頻率。

(4)電機(jī)的電壓、電流、機(jī)座號(hào)與安裝方式。

(5)驅(qū)動(dòng)電源。

步進(jìn)電機(jī)使用中需注意的事項(xiàng)如下：

(1)電機(jī)的啟動(dòng)頻率與運(yùn)行頻率均不能超出對(duì)應(yīng)的極限頻率，啟動(dòng)與停止時(shí)需要漸進(jìn)地升降頻率，防止失步或滑動(dòng)制動(dòng)。

(2)負(fù)載應(yīng)在電機(jī)的負(fù)載能力范圍之內(nèi)，電機(jī)運(yùn)行中盡量使負(fù)載均衡，避免由于突變而引起動(dòng)態(tài)誤差。

(3)注意電機(jī)靜態(tài)工作時(shí)的情況。步進(jìn)電機(jī)靜態(tài)時(shí)電流較大，發(fā)熱也比較嚴(yán)重，應(yīng)注意避免電機(jī)過(guò)熱。

(4)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)失步現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)仔細(xì)查找具體故障的原因。負(fù)載過(guò)大或負(fù)載波動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電源不正常、步進(jìn)電機(jī)自身故障，工作方式不當(dāng)及工作頻率偏高或偏低均有可能導(dǎo)致失步。

8.5本

章

小

結(jié)

步進(jìn)電機(jī)是將控制脈沖信號(hào)變換為角位移或線位移的一種特殊電機(jī)。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理是磁力線力圖通過(guò)磁阻最小的路徑產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩來(lái)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。輸出的角位移或線位移量與脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)向取決于控制繞組中的通電順序。

步進(jìn)電機(jī)每相繞組中的通電是脈沖式的，每輸入一個(gè)控制脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為步距角。步距角的大小由轉(zhuǎn)子齒數(shù)和運(yùn)行拍數(shù)所決定。由于同一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)既可以單

相通電方式運(yùn)行，又可以兩相通電方式運(yùn)行，所以步進(jìn)電機(jī)一般有兩個(gè)步距角。

步進(jìn)電機(jī)靜止時(shí)，靜轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子失調(diào)角θ的關(guān)系稱為矩角特性。在θ=±π/2時(shí)，有最大靜轉(zhuǎn)矩，它表示步進(jìn)電機(jī)承受負(fù)載的能力，一般增加通電相數(shù)能提高它的數(shù)值。

相鄰兩矩角特性的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩是電機(jī)做單步運(yùn)行所能帶動(dòng)的極限轉(zhuǎn)矩，也稱為極限啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

步進(jìn)電機(jī)在動(dòng)態(tài)時(shí)的主要特性和性能指標(biāo)是啟動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性，啟動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率。盡可能地提高電機(jī)轉(zhuǎn)矩，減小電機(jī)和負(fù)載的慣量，是改善步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)性能的有效途徑。

由于控制繞組中電感的影響，繞組中的電流不能突變，致使步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩隨頻率的增高而減小。值得注意的是，在步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)所能施加的最高頻率(稱為啟動(dòng)頻率)比連續(xù)運(yùn)行頻率低很多。

除反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)外，步進(jìn)電機(jī)還有永磁式步進(jìn)電機(jī)和感應(yīng)子式(混合式)步進(jìn)電機(jī)。尤其是混合式步進(jìn)電機(jī)，由于其性能較好，發(fā)展較快。它的原理大致和反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的相似，所不同的是混合式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子也有磁極，工作時(shí)兩個(gè)磁動(dòng)勢(shì)共同作用在磁路上。第9章機(jī)器人液壓與氣壓傳動(dòng)控制9.1液壓傳動(dòng)概述9.2典型的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)9.3氣壓傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)9.4氣動(dòng)基本回路和氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)例9.5本章小結(jié)

傳動(dòng)的類(lèi)型有很多，按照傳動(dòng)所采用的機(jī)件或工作介質(zhì)的不同，傳動(dòng)可分為：

(1)機(jī)械傳動(dòng)。機(jī)械傳動(dòng)是通過(guò)齒輪、齒條、皮帶、鏈條等機(jī)件傳遞動(dòng)力和進(jìn)行控制的一種傳動(dòng)方式。它是最早的、應(yīng)用最為普遍的傳動(dòng)方式。

(2)電力傳動(dòng)。電力傳動(dòng)是一種利用電力設(shè)備，通過(guò)調(diào)節(jié)電參數(shù)來(lái)傳遞動(dòng)力和進(jìn)行控制的傳動(dòng)方式。

(3)氣壓傳動(dòng)。氣壓傳動(dòng)是一種以壓縮空氣為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和控制的傳動(dòng)方式。

(4)液體傳動(dòng)。液體傳動(dòng)是一種以液體為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和控制的傳動(dòng)方式。

9.1液壓傳動(dòng)概述

9.1.1液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理液壓傳動(dòng)是以液體為工作介質(zhì)，并以壓力能進(jìn)行動(dòng)力(或能量)傳遞、轉(zhuǎn)換與控制的液體傳動(dòng)?，F(xiàn)以圖9-1所示的液壓千斤頂為例，說(shuō)明液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理。為實(shí)現(xiàn)力和運(yùn)動(dòng)的傳遞，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作介質(zhì)———液壓油應(yīng)具有兩個(gè)重要的性質(zhì)；其一，液壓油幾乎是不可壓縮的；其二，液壓油具有力的放大作用。圖9-1液壓千斤頂工作原理圖

1.力的傳遞

在圖9-1中，假設(shè)小油缸2的活塞面積為A1，驅(qū)動(dòng)力為F1，液體壓力為p1，大油缸12的活塞面積為A2，負(fù)載力為G，液體壓力為p2。

穩(wěn)態(tài)時(shí)，小油缸2的活塞和大油缸12的活塞靜壓力平衡方程式分別為

若不考慮管道的壓力損失，則p1=p2=p，液壓泵的排油壓力又稱為系統(tǒng)壓力。

為了克服負(fù)載力而使液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)，作用在液壓泵活塞上的驅(qū)動(dòng)力F1

應(yīng)該為

由式(9-1)可知，負(fù)載力G

越大，系統(tǒng)中的壓力p

也就越大，所需的驅(qū)動(dòng)力F1

也就越大，即系統(tǒng)壓力與外負(fù)載密切相關(guān)。

由此得出液壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理的第一種重要特征：液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中工作壓力取決于外負(fù)載。

2.運(yùn)動(dòng)的傳遞

如果不考慮液體的可壓縮性、漏損等其他損失，小油缸2排出的液體體積必然等于進(jìn)入大油缸12的液體體積。設(shè)小油缸12活塞的位移為S1，大油缸活塞的位移為S2，則有

式(9-2)兩邊同除以運(yùn)動(dòng)時(shí)間t得

式中，v1、v2

分別為小油缸活塞和大油缸活塞的平均運(yùn)動(dòng)速度，單位為m/s；q1、q2

分別為小油缸輸出的平均流量和輸入大油缸的平均流量，單位為

m3/s或L/min。

液壓傳動(dòng)是靠密封工作容積變化相等的原則實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)傳遞的。調(diào)節(jié)進(jìn)入液壓缸的流量即可調(diào)節(jié)活塞的運(yùn)動(dòng)速度，由此得出液壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理的第二個(gè)重要特征：活塞的運(yùn)動(dòng)速度只取決于輸入流量的大小，而與外負(fù)載無(wú)關(guān)。

從上面討論還可以看出，與外負(fù)載力相對(duì)應(yīng)的流體參數(shù)是流體壓力，與運(yùn)動(dòng)速度相對(duì)應(yīng)的流體參數(shù)是流體流量。因此壓力和流量是液壓傳動(dòng)中兩個(gè)最基本的參數(shù)。

通過(guò)分析可知，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

(1)液壓傳動(dòng)的液體為傳遞能量的工作介質(zhì)；

(2)液壓傳動(dòng)必須在密閉的系統(tǒng)(或容器)中進(jìn)行，且密封的容積必須發(fā)生變化；

(3)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是一種能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，而且液壓傳動(dòng)過(guò)程中有兩次能量轉(zhuǎn)換；

(4)工作液體只能承受壓力而不能承受其他應(yīng)力，所以液壓傳動(dòng)是通過(guò)靜壓力進(jìn)行能量傳遞的。

9.1.2液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成

下面以圖9-2所示的機(jī)床工作臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)為例，說(shuō)明液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成和各種元件在系統(tǒng)中的作用。圖9-2機(jī)床工作臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

從機(jī)床工作臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作過(guò)程可以看出，一個(gè)完整的、能夠正常工作的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)該由以下幾個(gè)主要部分組成：

(1)動(dòng)力元件。

(2)執(zhí)行元件。

(3)控制調(diào)節(jié)元件。

(4)輔助元件。

(5)工作介質(zhì)。

9.1.3液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的圖形符號(hào)

圖9-1、圖9-2所示的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)圖是一種半結(jié)構(gòu)式的原理圖，其直觀性強(qiáng)、容易理解，但難于繪制。

圖9-3所示即為用圖形符號(hào)表示的機(jī)床工作臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理圖。圖9-3用圖形符號(hào)表示的機(jī)床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)的工作原理圖

9.1.4液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)

1.液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)

(1)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的各種元件可根據(jù)需要進(jìn)行方便、靈活的布置。

(2)單位功率的重量輕、體積小、傳動(dòng)慣性小、反應(yīng)速度快。

(3)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)比較簡(jiǎn)單，操縱方便、省力，可實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速(調(diào)速比可達(dá)2000)。當(dāng)機(jī)、電、液配合使用時(shí)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化工作循環(huán)。

(4)能比較方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)過(guò)載保護(hù)。

(5)一般采用礦物油為工作介質(zhì)，完成相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的潤(rùn)滑，延長(zhǎng)零部件的使用壽命。

(6)很容易實(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

(7)當(dāng)采用電、液聯(lián)合控制后，可實(shí)現(xiàn)更高程度的自動(dòng)控制和遙控。

(8)液壓元件已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，因此液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和使用都比較方便。

2.液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)

(1)由于液體流動(dòng)的阻力損失和泄漏較大，因此液壓傳動(dòng)的效率較低。如果處理不當(dāng)，泄漏的液體不僅污染場(chǎng)地，而且還可能引起火災(zāi)和爆炸事故。

(2)工作性能易受溫度變化的影響，因此液壓傳動(dòng)系統(tǒng)不宜在很高的溫度或者很低的溫度條件下工作。

(3)液壓元件的制造精度要求很高，因而液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的價(jià)格較高。

(4)由于液體介質(zhì)的泄漏及可壓縮性的影響，因此不能得到嚴(yán)格的定比傳動(dòng)。液壓傳動(dòng)出故障時(shí)不易找出原因，使用和維修要求具有較高的技術(shù)水平。

(5)在高壓、高速、大流量的環(huán)境下，液壓元件和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的噪聲較大。

9.1.5液壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用

液壓傳動(dòng)技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)成為現(xiàn)代機(jī)械工程、機(jī)電一體化技術(shù)中的基本構(gòu)成技術(shù)和現(xiàn)代控制工程中的基本技術(shù)，在各行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。表9-1和圖9-4列舉了液壓傳動(dòng)技在機(jī)械工程設(shè)備中的一些應(yīng)用。圖9-4液壓傳動(dòng)的應(yīng)用示例

9.2典型的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)

為了使液壓傳動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)特定的運(yùn)動(dòng)循環(huán)或工作，將實(shí)現(xiàn)各種不同運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件及其液壓回路拼集、匯合起來(lái)，用液壓泵組集中供油，形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，就構(gòu)成了設(shè)備的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱液壓系統(tǒng)。

分析一個(gè)比較復(fù)雜的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)可以從以下幾步進(jìn)行：

(1)了解設(shè)備的工況對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的要求，尤其是了解工作循環(huán)中的各個(gè)工況對(duì)力、速度和方向這三方面的要求。

(2)以執(zhí)行元件為中心，將系統(tǒng)分解為若干個(gè)子系統(tǒng)，弄清各個(gè)子系統(tǒng)所包含的各類(lèi)元件。

(3)根據(jù)執(zhí)行元件的動(dòng)作要求對(duì)每個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行分析，了解執(zhí)行元件與相應(yīng)的閥和泵之間的關(guān)系，并弄清楚每個(gè)子系統(tǒng)由哪些基本回路組成。

(4)根據(jù)設(shè)備對(duì)各執(zhí)行元件間互鎖、同步、順序動(dòng)作和防干擾等要求，分析各子系統(tǒng)之間的聯(lián)系。

(5)歸納、總結(jié)整個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)。

9.2.1YT4543型組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)

組合機(jī)床一般為多刀加工，切削負(fù)荷變化大，快慢速度差異大，故其液壓傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：切削時(shí)速度低而平穩(wěn)；空行程進(jìn)退速度快；快慢速度轉(zhuǎn)換平穩(wěn)；系統(tǒng)效率高，發(fā)熱少，功率利用合理。

1.YT4543型組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理

下面以YT4543型組合機(jī)床動(dòng)力滑動(dòng)臺(tái)為例，分析液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理及特點(diǎn)。圖9-5所示為YT4543型組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)圖，其進(jìn)給速度范圍為6.6~600mm/min，最大進(jìn)給力為45kN，它完成的工作循環(huán)如下：快進(jìn)→第一次工作進(jìn)給→第二次工作進(jìn)給→止位釘停留→快退→原位停止。電磁鐵和行程閥的動(dòng)作順序見(jiàn)表9-2。圖9-5YT4543型組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)圖

1)快進(jìn)

當(dāng)滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)，由于負(fù)載小、壓力低，因此液控順序閥6關(guān)閉，液壓缸左右腔形成差動(dòng)連接，變量泵1輸出最大流量，滑臺(tái)快進(jìn)。

按下啟動(dòng)按鈕，電磁鐵1YA通電，電磁換向閥4左位接入系統(tǒng)，液動(dòng)換向閥3在控制壓力油作用下也將左位接入系統(tǒng)工作，其油路如下。

(1)控制油路。

(2)主油路。

2)第一次工作進(jìn)給

滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)由調(diào)速閥8調(diào)速的第一次工作進(jìn)給，其主油路如下。

進(jìn)油路：變量泵1→單向閥2→液動(dòng)換向閥3(左)→調(diào)速閥8→電磁換向閥10(右)→缸左腔。

回油路：缸右腔→液動(dòng)換向閥3(左)→液控順序閥6→背壓閥5→油箱。

3)第二次工作進(jìn)給

由于調(diào)速閥9的通流面積比調(diào)速閥8的通流面積小，因而滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)由調(diào)速閥9調(diào)速的第二次工作進(jìn)給，其主油路的進(jìn)油路如下。

進(jìn)油路：變量泵1→單向閥2→液動(dòng)換向閥3(左)→調(diào)速閥8→調(diào)速閥9→缸左腔。

4)止位釘停留

滑臺(tái)完成第二次工作進(jìn)給后，液壓缸碰到滑臺(tái)座前端的止位釘(可調(diào)節(jié)滑臺(tái)行程的螺釘)后停止運(yùn)動(dòng)。這時(shí)液壓缸左腔壓力升高，當(dāng)壓力升高到壓力繼電器12的開(kāi)啟壓力時(shí)，壓力繼電器動(dòng)作，向時(shí)間繼電器發(fā)出電信號(hào)，由時(shí)間繼電器控制滑臺(tái)停留時(shí)間。這時(shí)的油路同第二次工作進(jìn)給的油路，但實(shí)際上系統(tǒng)內(nèi)油液已停止流動(dòng)，液壓泵的流量已減至很小，僅用于補(bǔ)充泄漏油。

5)快退

滑臺(tái)停留時(shí)間結(jié)束時(shí)，時(shí)間繼電器發(fā)出信號(hào)，使電磁鐵2YA通電，電磁鐵1YA、3YA斷電。這時(shí)電磁換向閥4右位接入系統(tǒng)，液動(dòng)換向閥3也換為右位工作，主油路換向。因滑臺(tái)返回時(shí)為空載，系統(tǒng)壓力低，變量泵1的流量自動(dòng)增至最大，因此動(dòng)力滑臺(tái)快速退回，其油路如下。

(1)控制油路。

(2)主油路。

6)原位停止

當(dāng)滑臺(tái)快速退回到其原始位置時(shí)，擋塊壓下終點(diǎn)開(kāi)關(guān)，使電磁鐵2YA斷電，電磁換向閥4恢復(fù)中位，液動(dòng)換向閥3也恢復(fù)中位，液壓缸兩腔油路被封閉，液壓缸失去動(dòng)力，滑臺(tái)被鎖緊在起始位置上而停止運(yùn)動(dòng)。這時(shí)液壓泵則經(jīng)單向閥2及液動(dòng)換向閥3的中位卸荷，其油路如下。

(1)控制油路。

(2)主油路。

2.YT4543型組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)

動(dòng)力滑臺(tái)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是能完成較復(fù)雜工作循環(huán)的典型的單缸中壓系統(tǒng)，其有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

(1)采用容積節(jié)流調(diào)速回路。

(2)采用液動(dòng)換向閥實(shí)現(xiàn)的換向回路。

(3)采用液壓缸差動(dòng)連接的快速回路。

(4)采用行程控制的速度轉(zhuǎn)換回路。

(5)采用壓力繼電器控制動(dòng)作順序。

9.2.2YB32-200型四柱萬(wàn)能液壓機(jī)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)

液壓機(jī)是在鍛壓、沖壓、冷擠、校直、彎曲、粉末冶金、成形、打包等加工工藝中廣泛應(yīng)用的壓力加工機(jī)械設(shè)備，是最早應(yīng)用液壓傳動(dòng)技術(shù)的機(jī)械之一。YB32-200型四柱萬(wàn)能液壓機(jī)主缸的最大壓制力為2000kN，其液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的最高工作壓力為32MPa?，F(xiàn)以YB32-200型四柱萬(wàn)能液壓機(jī)為例，分析其液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理及特點(diǎn)。該液壓機(jī)有上、下兩個(gè)液壓缸，安裝在四個(gè)立柱之間。上液壓缸為主缸，驅(qū)動(dòng)上滑塊實(shí)現(xiàn)“快速下行→慢速加壓→保壓延時(shí)→泄壓換向→快速退回→原位停止”的工作循環(huán)。下液壓缸為頂出缸，驅(qū)動(dòng)下滑塊實(shí)現(xiàn)“向上頂出→停留→向下退回→原位停止”的工作循環(huán)。

圖9-6所示為YB32-200型四柱萬(wàn)能液壓機(jī)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖。該液壓機(jī)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由主缸、頂出缸(軸向柱塞式)、變量泵、安全閥、遠(yuǎn)程調(diào)壓閥、溢流閥、電磁換向閥、液動(dòng)換向閥、順序閥、預(yù)泄換向閥、電液換向閥、壓力繼電器、單向閥、液控?fù)Q向閥等元件組成。該系統(tǒng)采用變量泵與液壓缸式容積調(diào)速回路，工作壓力范圍為10~32MPa，其主油路的最高工作壓力由安全閥2限定，實(shí)際工作壓力可由遠(yuǎn)程調(diào)壓閥3調(diào)整，控制油路的壓力由溢流閥4調(diào)整，液壓泵的卸荷壓力可由順序閥7調(diào)整。電磁鐵的動(dòng)作順序見(jiàn)表9-3。圖9-6YB32-200型四柱萬(wàn)能液壓機(jī)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖

1.主缸運(yùn)動(dòng)

1)快速下行。

(1)控制油路。

(2)主油路。

2)慢速加壓

當(dāng)主缸的上滑塊接觸到被壓制的工件時(shí)，主缸上腔壓力升高，液控單向閥12關(guān)閉，且液壓泵流量自動(dòng)減小，滑塊下移速度降低，慢速壓制工件。這時(shí)除充液箱不再向液壓缸上腔供油外，其余油路與快速下行的油路完全相同。

3)保壓延時(shí)

保壓延時(shí)的油路如下。

(1)控制油路。

(2)主油路。

4)泄壓換向

泄壓換向的油路如下。

(1)控制油路。

(2)主油路。

5)快速退回

快速退回的油路如下。

(1)控制油路。

(2)主油路。

6)原位停止

當(dāng)上滑塊返回至原始位置，壓下行程開(kāi)關(guān)S1時(shí)，使電磁鐵2YA斷電，電磁換向閥5和液動(dòng)換向閥6均換為中位(預(yù)泄換向閥8復(fù)位)，主缸上、下腔封閉，上滑塊停止運(yùn)動(dòng)。安全閥13為上缸安全閥，起平衡上滑塊重量作用，可防止與上滑塊相連的運(yùn)動(dòng)部件在上位時(shí)因自重而下滑。

2.頂出缸運(yùn)動(dòng)

1)向上頂出

當(dāng)主缸返回原位，壓下行程開(kāi)關(guān)S1時(shí)，除使電磁鐵2YA斷電，主缸原位停止外，還使電磁鐵4YA通電，電液換向閥14換為右位。壓力油經(jīng)電液換向閥14進(jìn)入頂出缸下腔，其上腔回油，下滑塊上移，將壓制好的工件從模具中頂出。這時(shí)系統(tǒng)的最高工作壓力可由溢流閥15調(diào)整。

2)停留

當(dāng)下滑塊上移到其活塞碰到缸蓋時(shí)，便可停留在這個(gè)位置上。同時(shí)碰到上位開(kāi)關(guān)

S2，使時(shí)間繼電器動(dòng)作，延時(shí)停留。停留時(shí)間可由時(shí)間繼電器調(diào)整。這時(shí)的油路未變。

3)向下退回

當(dāng)停留結(jié)束時(shí)，時(shí)間繼電器發(fā)出信號(hào)，使電磁鐵3YA通電(電磁鐵4YA斷電)，電液換向閥14換為左位。壓力油進(jìn)入頂出缸上腔，其下腔回油，下滑塊下移。

4)原位停止

當(dāng)下滑塊退至原位時(shí)，擋塊壓下下位開(kāi)關(guān)S3，使電磁鐵3YA斷電，電液換向閥14換為中位，運(yùn)動(dòng)停止。

3.浮動(dòng)壓邊

1)上位停留

先使電磁鐵4YA通電，電液換向閥14換為右位，頂出缸下滑塊上升至頂出位置，由行程開(kāi)關(guān)或按鈕發(fā)出信號(hào)以使4YA再斷電，電液換向閥14換為中位，使下滑塊停在頂出位置上。這時(shí)頂出缸下腔封閉，上腔通油箱。

2)浮動(dòng)壓邊

浮動(dòng)壓邊時(shí)主缸上腔進(jìn)壓力油(主缸油路同慢速加壓油路)，主缸下腔油進(jìn)入頂出缸上腔，頂出缸下腔油可經(jīng)溢流閥15流回油箱。

YB32-200型四柱萬(wàn)能液壓機(jī)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

(1)系統(tǒng)采用了變量泵

液壓缸式容積調(diào)速回路。

(2)兩液壓缸均使用液動(dòng)換向閥換向。

(3)采用兩主換向閥中位串聯(lián)的互鎖回路。

(4)液壓機(jī)是大功率立式設(shè)備，壓制工件時(shí)需要很大的力，因而主缸直徑大，上滑塊快速下行時(shí)需要很大的流量，但頂出缸工作時(shí)卻不需要很大的流量。

(5)在保壓延時(shí)階段時(shí)，由多個(gè)單向閥、液控單向閥組成主缸保壓回路。

(6)系統(tǒng)中采用了預(yù)泄換向閥，使主缸上腔泄壓后才能換向。

9.3氣壓傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)

9.3.1氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理圖9-7(a)所示為氣動(dòng)剪切機(jī)的工作原理簡(jiǎn)圖(圖示位置為工料被剪前的情況)。圖9-7(b)所示為該系統(tǒng)的圖形符號(hào)。圖9-7氣動(dòng)剪切機(jī)的工作原理圖

9.3.2氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成

1.氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的基本構(gòu)成

氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)主要由以下5個(gè)部分組成。

(1)氣源裝置。

(2)氣動(dòng)執(zhí)行元件。

(3)氣動(dòng)控制元件。

(4)氣動(dòng)輔助元件。

(5)工作介質(zhì)。

由以上五部分組成的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)是為了驅(qū)動(dòng)用于各種不同目的的機(jī)械裝置，其最重要的三個(gè)控制內(nèi)容是壓力大小、運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度。

2.氣動(dòng)元件的基本類(lèi)型

表9-4中列出了氣動(dòng)元件的基本類(lèi)型。

9.3.3氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn)

常用的各種傳動(dòng)和控制方式包括氣壓傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)、電子傳動(dòng)等。在自動(dòng)化、省力化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)各種方式進(jìn)行比較，選擇最合適的方式或組合進(jìn)行運(yùn)用，以做到更可靠、更經(jīng)濟(jì)、更安全和更簡(jiǎn)單。表9-5列出了氣壓傳動(dòng)與其他傳動(dòng)方式的比較。

1.氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)

氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)空氣來(lái)源方便，用后直接排出，無(wú)污染。

(2)空氣黏度小，氣體在傳輸中摩擦力較小，故可以集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送。

(3)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)工作環(huán)境適應(yīng)性好。特別在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射、振動(dòng)等惡劣工作環(huán)境中工作時(shí)，氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的安全性和可靠性優(yōu)于液壓傳動(dòng)、電子傳動(dòng)和電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的。

(4)氣動(dòng)動(dòng)作迅速、反應(yīng)快、調(diào)節(jié)方便，可利用氣壓信號(hào)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

(5)氣動(dòng)元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低且壽命長(zhǎng)，易于標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化。

2.氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)

氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)如下：

(1)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性較差。因空氣的可壓縮性較大，其工作速度受外負(fù)載變化影響大。

(2)工作壓力較低(0.3~1MPa)，輸出力或轉(zhuǎn)矩較小。

(3)空氣凈化處理較復(fù)雜。氣源中的雜質(zhì)及水蒸氣必須凈化處理。

(4)因空氣黏度小，潤(rùn)滑性差，需設(shè)置單獨(dú)的潤(rùn)滑裝置。

(5)有較大的排氣噪聲。

9.4氣動(dòng)基本回路和氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)例

9.4.1換向控制回路氣動(dòng)執(zhí)行元件的換向主要是利用方向控制閥來(lái)實(shí)現(xiàn)的。方向控制閥按照通路數(shù)可分為二通閥、三通閥、四通閥、五通閥等，利用這些方向控制閥可以構(gòu)成單作用執(zhí)行元件和雙作用執(zhí)行元件的各種換向控制回路，如單作用氣缸換向回路和雙作用氣缸換向回路。

1.單作用氣缸換向回路

圖9-8(a)所示為二位三通電磁閥控制的單作用氣缸換向回路。電磁鐵通電時(shí)，氣缸桿向上；反之，氣缸桿向下。

圖9-8(b)所示為三位四通電磁閥控制的單作用氣缸換向回路，其可以控制氣缸上、下、停止。三位四通電磁閥在兩電磁鐵都斷電時(shí)自動(dòng)對(duì)中，能使氣缸停止在任何位置，但定位精度不高，并且定位時(shí)間不長(zhǎng)。圖9-8單作用氣缸換向回路

2.雙作用氣缸換向回路

圖9-9所示為不同的雙作用氣缸換向回路，在實(shí)際中，可以根據(jù)執(zhí)行元件的動(dòng)作與操作方式等，對(duì)這些回路進(jìn)行靈

活選用和組合。圖9-9(a)、(b)所示為簡(jiǎn)單換向回路。

圖9-9(c)所示為雙穩(wěn)換向回路，雙穩(wěn)換向回路具有“記憶”功能。當(dāng)有置位(或復(fù)位)信號(hào)作用后，系統(tǒng)輸出某一工作狀態(tài)。在該信號(hào)取消后，其他復(fù)位(或置位)信號(hào)作用前，原輸出狀態(tài)一直保持不變。圖9-9-雙作用氣缸換向回路

9.4.2壓力控制回路

1.一次壓力控制回路

一次壓力控制是指把空氣壓縮機(jī)的輸出壓力控制在一定值以下。一般情況下，空氣壓縮機(jī)的輸出壓力為0.8MPa左右，并在壓力控制回路中設(shè)置儲(chǔ)氣罐，儲(chǔ)氣罐上裝有壓力表、安全閥等。

安全閥的調(diào)定值要適當(dāng)，若調(diào)得過(guò)高，則系統(tǒng)不夠安全，壓力損失和泄漏也要增加；若調(diào)得過(guò)低，則會(huì)使安全閥頻繁開(kāi)啟溢流而消耗能量。一般可根據(jù)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作壓力范圍，將安全閥的調(diào)定值調(diào)整在0.7MPa左右。安全閥用于控制空氣壓縮站的儲(chǔ)氣罐，使其壓力不超過(guò)規(guī)定壓力。一次壓力控制回路如圖9-10所示。圖9-10一次壓力控制回路

2.二次壓力控制回路

二次壓力控制回路是指利用每臺(tái)氣動(dòng)設(shè)備的氣源進(jìn)口處的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)的回路。二次壓力控制是指把空氣壓縮機(jī)輸送出來(lái)的壓縮空氣，經(jīng)一次壓力控制后作為減壓閥的輸入壓力p1(稱為供氣壓力)，再經(jīng)減壓閥減壓穩(wěn)壓后所得到的輸出壓力p2(稱為二次壓力)作為氣動(dòng)控制系統(tǒng)的工作氣壓使用?？梢?jiàn)，氣源的供氣壓力p1

應(yīng)高于二次壓力p2所必需的調(diào)定值。在選用圖9-11所示的二次壓力控制回路時(shí)，可以用三個(gè)分離元件(即空氣過(guò)濾器1、減壓閥2和油霧器3)組合而成，也可以采用氣動(dòng)三聯(lián)件的組合件。

在組合時(shí)，三個(gè)元件的相對(duì)位置不能改變。由于空氣過(guò)濾器的過(guò)濾精度較高，因此，在它的前面還要加一級(jí)粗過(guò)濾裝置。若控制系統(tǒng)不需要加油霧器，則可省去油霧器或在油霧器之前用三通接頭引出支路即可。圖9-11二次壓力控制回路

3.高、低壓力選擇回路

圖9-12所示為利用減壓閥控制高、低壓力輸出的回路。圖9-12高、低壓力選擇回路

4.壓力控制順序回路

圖9-13所示為壓力控制順序回路。圖9-13壓力控制順序回路

5.過(guò)載保護(hù)回路

在如圖9-14所示的過(guò)載保護(hù)回路中，按下機(jī)械控制控向閥1，當(dāng)工作缸伸出時(shí)，若遇到障礙物，使氣缸過(guò)載，則無(wú)桿腔壓力升高，打開(kāi)順序閥4，使二位三通手控?fù)Q向閥2換向，二位四通氣控?fù)Q向閥3復(fù)位，從而使活塞桿立即縮回。圖9-14過(guò)載保護(hù)回路

9.4.3速度控制回路

1.單作用氣缸速度控制回路

單作用氣缸速度控制回路中常用節(jié)流閥、快排氣閥等進(jìn)行調(diào)速。

(1)節(jié)流閥調(diào)速。升降均通過(guò)節(jié)流閥調(diào)速如圖9-15(a)所示，通過(guò)調(diào)節(jié)各單向節(jié)流閥的開(kāi)度大小，可以調(diào)節(jié)氣體流量，從而可以分別控制活塞桿伸出和退回的運(yùn)動(dòng)速度。該回路的運(yùn)