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1、第六章 机电液一体化系统的执行6.1 概述6.2液压执行元件的特性与选择制作人: 王连升 王朝烽6.1 概述v6.1.1 伺服系统简要介绍v6.1.2执行元件的特点及类型v6.1.3机电控制系统对执行元件的要求6.1.1 伺服系统简要介绍1.伺服系统的基本概念伺服来自英文单词Servo，指系统跟随外部指令进行人们 所期望的运动，运动要素包括位置、速度和力矩。伺服系统的发展经历了从液压、气动到电气的过程，而电气伺服系统包括伺 服电机、反馈装置和控制器。2.伺服系统的基本类型u按控制原理分 有开环、闭环和半闭环三种形式 u按被控制量性质分 有位移、速度、力和力矩等伺服系统形式u按驱动方式分 有电气
2、、液压和气压等伺服驱动形式u按执行元件分 有步进电机伺服、直流电机伺服和交流电机伺服形 式3.伺服系统的基本要求 精度高精度高（指输出量复现输入指令信号的精确程度，通常用稳态误差 表示） 稳定性好稳定性好 快速响应快速响应（是衡量伺服系统动态性能的重要指标） 调速范围宽调速范围宽（是伺服系统提供的最高速与最低速之比）是伺服系统提供的最高速与最低速之比） 低速大转矩低速大转矩（应变能力指能承受频繁的启动、制动、加速、减速的 冲击）4.伺服系统的基本构成伺服系统的结构组成机电一体化的伺服控制系统的结构、类型繁多，但从自动控 制理论的角度来分析，伺服控制系统一般包括控制器、被控对控制器、被控对 象、
3、执行环节、检测环节、比较环节象、执行环节、检测环节、比较环节等五部分。比较比较 元件元件调节调节 元件元件执行执行 元件元件被控被控 对象对象测量、反测量、反 馈元件馈元件输入指令输入指令输出量输出量伺服系统组成原理框图6.1.2执行元件的特点及类型1. 电气执行元件电气执行元件包括直流(DC)伺服电机、交流（AC） 伺服电机、步进电机以及电磁铁等，是最常用的执行元 件。对伺服电机除了要求运转平稳以外，一般还要求动态 性能好，适合于频繁使用，便于维修等2液压式执行元件液压式执行元件主要包括往复运动油缸、回转油缸、 液压马达等，其中油缸最为常见。在同等输出功率的情况 下，液压元件具有重量轻、快速
4、性好等特点3气压式执行元件气压式执行元件除了用压缩空气作工作介质外，与液 压式执行元件没有区别。气压驱动虽可得到较大的驱动 力、行程和速度，但由于空气粘性差，具有可压缩 性，故不能在定位精度要求较高的场合使用。异步电动电动 机感应电动应电动 机离合器电动电动 机永磁同步电动电动 机微型直流减速电动电动 机电磁式液压压式气压式应用：液压系统用于需大的功率重型设备;气动用于工件夹紧、输送等 自动化生产线; 电动应用最广泛.种类类特点优优点缺点电电 气 式 可用商业电源；信号 与动力传送方向相同； 有交流直流之分；注意 使用电压和功率。 操作简便；编程容易； 能实现定位伺服控制； 响应快、易与计算机
5、（ CPU）连接；体积小、动 力大、无污染。 瞬时输出功率大；过载 差；一旦卡死，会引起 烧毁事故；受外界噪音 影响大。 气 压压 式 气体压力源压力 57Mpa；要求操作人 员技术熟练。 气源方便、成本低；无 泄露而污染环境；速度 快、操作简便。 功率小、体积大、难于 小型化；动作不平稳、 远距离传输困难；噪音 大；难于伺服。 液 压压 式 液体压力源压力 2080Mpa；要求操作 人员技术熟练。输出功率大，速度快、 动作平稳，可实现定位 伺服控制；易与计算机 （CPU）连接。 设备难于小型化；液压 源和液压油要求严格； 易产生泄露而污染环境 。 6.1.3 机电控制系统对执行元件的要求1.
6、 惯量小、动力大 2. 体积小、重量轻 3. 便于维修、安装 4. 宜于微机控制6.2 液压执行元件的特性与选择 6.2.1 液压泵 6.2.2液压缸 6.2.3液压电动机 6.2.4液压执行元件的选择方法6.2.1 液压泵1.液压泵的分类2.液压泵的主要技术参数（1）泵的排量（mL/r）泵每旋转一周、所能排出 的液体体积。 （2）泵的理论流量（L/min）在额定转数时、用计 算方法得到的单位时间内泵能排出的最大流量。 （3）泵的额定流量（L/min）在正常工作条件下； 保证泵长时间运转所能输出的最大流量。 （4）泵的额定压力（MPa）在正常工作条件下，能 保证泵能长时间运转的最高压力。 （5
7、）泵的最高压力（MPa）允许泵在短时间内超过 额定压力运转时的最高压力。（6）泵的额定转数（r/min）在额定压力下，能保证长时 间正常运转的最高转数。 （7）泵的最高转数（r/min）在额定压力下，允许泵在短 时间内超过额定转速运转时的最高转数。 （8）泵的容积效率（%）泵的实际输出流量与理论流量的 比值。 （9）泵的总效率（%）泵输出的液压功率与输入的机械功 率的比值。 （10）泵的驱动功率（kW）在正常工作条件下能驱动液压 泵的机械功率。3.液压泵的常用计算公式参数 名 称单位计算公式符号说明流量L/minq0=Vn q=Vn0V排量（mL/r） n转速（r/min） q0理论流量（L/
8、min） q实际 流量（L/min）输入 功 率kWPi=2Tn/600Pi输入功率（kW） T转矩（Nm）输出 功 率kWP0=pq/60P0输出功率（kW） p输出压力（MPa）容积 效 率%0 = q/q0100 0容积效率（%）机械 效 率%m=1000Pq0/(2*3.14Tn)*100 m机械效率（%）总效 率%=(Po/Pi)*100总效率（%）6.2.2液压缸6.2.3液压电动机6.2.4液压执行元件的选择方法1.液压泵的选择 首先依据初选的系统压力选择液压泵的结构类型 ，一般P21MPa，选用齿轮泵和叶片泵；P21MPa，则选择柱塞泵 。然后确定液压泵的最大工作压力和流量。液
9、压泵的最大工作压力必须 等于或超过液压执行元件最大工作压力及进油路上总压力损失这两者之 和，液压执行元件的最大工作压力可以从工况图或表中找到；进油路上 总压力损失可以通过估算求得，也可以按经验资料估计，见表10-3。表10-3 进进油路压压力损损失经验值经验值系统结统结 构情况总压总压 力损损失p/MPa一般节节流调调速及管路间单间单 的系统统0.20.5进进油路有调调速阀阀及管路复杂杂的系统统0.51.5液压泵的流量必须等于或超过几个同时工作的液压执行元件总流量的最大值以 及回路中泄漏量这两者之和。液压执行元件总流量的最大值可以从工况图或表 中找到（当系统中备有蓄能器时，此值应为一个工作循环中液压执行元件的平 均流量）；而回路中泄漏量则可按总流量最大值的10%-30%估算。在参照产品样本选取液压泵时，泵的额定压力应选得比上述最大工作压 力高20%-60%，以便留有压力储备；额定流量则只需选得能满足上述最大流 量需要即可。液压泵在额定压力和额定流量下工作时，其驱动电机的功率一般可以直 接从产品样本上查到。电机功率也可以根据具体工况计算出来，有关的算式 和数据见第三章相关部分或液压工程手册。
