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第3章执行装置的构造及其使用方法 3 3液压与气动执行装置3 3 1液压执行装置 1 液压系统液压系统由液压泵 减压阀 控制阀 管路 执行装置等组成 如图3 13所示 1 能源装置 或称动力元件 把机械能转化成液体压力能的装置 2 把液体压力能转化成机械能的装置 一般是液压缸和液压马达 5 传动介质 传递能量的液体介质 即各种液压工作介质 3 控制元件 对液体的压力 流量和流动方向进行控制和调节的装置 这类元件主要包括各类控制阀或者由各种阀构成的组合装置 4 辅助装置 如各种管接件 油管 油箱 过滤器 蓄能器 压力表等 起连接 输油 贮油 过滤 贮存压力能和测量等作用 减压阀用于将液压泵的出口压力保持为一定的压力值 流量控制阀压力控制阀换向阀 控制阀 2 液压油缸单行程油缸 即单作用油缸 回程运动是由载荷 重力或者弹簧力来驱动的 往复油缸 即双作用油缸 双杆型 液压伺服系统常用 单杆型 3 液压马达液压马达与液压泵的输入 输出关系也恰好相反 两者的构造基本相同 液压马达 1 叶片马达 图3 3 结构 在转子的径向上插入若干 通常为9 13 片叶片 叶片的悬伸部分在液压的作用下产生转矩 优点 输出转矩平稳 噪音低 转矩 重量比高 齿轮马达的结构 由两个齿轮和壳体构成 由左右两个口的压力差来决定旋转方向 优点 结构简单 重量轻 价格便宜 抗振动等 2 齿轮马达和活塞式马达 图3 14 活塞式马达 1 径向活塞式马达2 轴向活塞式马达 各活塞与曲轴之间通过连杆连接 与曲轴连为一体的旋转阀控制各个油缸按顺序供油 使曲轴能够连续转动 活塞式马达虽然结构复杂 但效率较高 3 3 2驱动方式与液压控制阀控制方式有两种 1 泵控制方式 通过改变液压泵的转速或者斜板角度来控制出口流量 优点 系统结构简单 能量效率高等 2 阀控制方式 使液压泵的出口流量一定 用液压阀来调节油路的面积 从而控制执行装置的流量 压力等的 从响应速度 控制精度和价格等来看 阀控制方式更优越 应用得也较多 液压控制阀 用电信号控制的电 液控制阀 模拟型的电液伺服阀和开关型的电磁换向阀 在开环系统中 阀是由电磁铁打开和控制的 在闭环系统中 则是由电液伺服阀或手动阀来控制的 由力矩电机 喷嘴挡板机构 阀杆和四个进油出油口构成 P口与液压泵连接 供给高压油 T口与油箱连接 A B两口与液压执行装置连接 电磁换向阀 工作原理 优点 能够用小功率的电能快速 高精度地控制大功率的液压能 缺点 但由于这种伺服阀的精度要求很高 所以价格很贵 而且对工作油的清洁程度和湿度都要求很高 机械手伸缩运动伺服系统 3 3 3气动执行装量及控制阀 1 气动系统气动系统的基本构成如图3 16所示 其由空气压缩机 二次冷却器 储气罐 干燥机 过滤器 减压阀 管道 控制阀及气动执行装置构成 作用 1 由PLC完成 用微处理器编程 汽缸是典型的气动执行装置 此外还有气动马达和摆动式气动执行装置 气动执行装置本质上与液压执行装置相同 但因为空气的可压缩性及油的润滑性 二者有一些细微的差别 汽缸 气动马达 2 汽缸与气动马达由于空气的可压缩性 使得汽缸的特性与液压油缸的特性有所不同 因为空气的温度和压力变化时将导致密度的变化 所以采用质量流量比体积流量更方便 假设汽缸不受热的影响 则质量流量QM与活塞速度 之间有如下关系其中 R为气体常数 T为绝对温度 V为汽缸腔的容积 k为比热常数 p为汽缸腔内压力 A为活塞的有效受压面积 可以看出 在气动系统中 活塞速度与流量之间的关系不像式 3 4 那样简单 气动系统所产生的力与液压系统相同 也可以用式 3 3 来表达 典型的气动马达有叶片马达 图3 17 和径向活塞马达 其工作原理与液压马达相同 气动机械的噪音较大 有时要安装消音器 叶片气动马达的优点是转速高 体积小 重量轻 其缺点是启动力矩铰小 这种气动马达的转速可以达到25000r min 在气动工具中应用较多 径向活塞式气动马达 轴向活塞式气动马达 径向活塞马达优点 输出功率大 启动转矩高 缺点 结构复杂体积大 3 无杆汽缸分类 索链汽缸 纵剖式汽缸和磁力牵引式汽缸等许多种 这些汽缸利用用索链 活塞梭 磁铁等机构来传递活塞运动 工作原理 活塞在工作流体压力的作用下左右移动 并带动夹在密封带中间的活塞梭左右移动 活塞梭又带动滑板左右移动 优点 安装空间小 仅是普通汽缸的一半 在输送距离较长的场合特别方便 缺点 存在结构复杂 造价高 摩擦力大等 4 气动控制阀分类 换向阀和高速电磁开关阀 多 应用于一般气动系统 电 气伺服阀 压力比例控制阀及流量比例控制阀 少 应用于气动伺服系统中 换向阀 气动伺服控制系统 用脉宽调制PWM或脉码调制PCM来控制高速开关电磁阀 应用 应用于像汽车部件 橡胶制品 轴承及键盘等产品的中 小型疲劳试验机中 该试验机主要由被试件1 方向盘 负载传感器2 气缸3 位移传感器4 伺服控制阀5和伺服控制器及计算机等组成 要求向被试件方向盘的轴向 径向和螺旋方向 单独或复合 两轴同时 地施加正弦波变化的负载 然后检测其寿命 在图中 根据系统的要求 输入一定幅值和频率的信号 由负载传感器检测出实际气缸的施加力 经伺服控制放大器放大 滤波和AD转换后 与给定值进行比较 从而产生控制信号 再经D A转换后由伺服控制器产生驱动伺服阀的电流 从而使气缸跟踪输入信号产生加载所需要的负载 特点 精度和简单性兼顾 在两轴同时加载时 不易形成相互干涉 1 2 3 5 4 气压力控制伺服系统 张力控制伺服系统 作业 P54 55 11 4微电机 直径 4mm总长 19 8 0 2mm额定电压 1 3VDC额定电流 80mAmax 65mAaverage额定转速 8500 1500rpm启动电压 0 9Vmax 0 8Vaverage堵转电流 100mAmax 95mAaverage电压范围 0 75 1 6V应用地方 手机 传呼机 玩具等 重量 1 4g旋转方向 CW 直径 4mm总长 16 6mm额定电压 1 3VDC额定电流 75mAmax额定转速 10000 2000rpm启动电压 0 9VDC堵转电流 110mAmax电压范围 1 1 1 6VDC应用地方 手机 传呼机 玩具等 重量 1 27g旋转方向 CW 4微