现代机电设备安装调试、 运行检测与故障诊断、 维修管理实务全书

现代机电设备安装调试、

运行检测与故障诊断、

维修管理实务全书

王 方 主编

（第一册）

金版电子出版公司

现代机电设备安装调试、

运行检测与故障诊断、

维修管理实务全书

王 方 主编

（第二册）

金版电子出版公司

现代机电设备安装调试、

运行检测与故障诊断、

维修管理实务全书

王 方 主编

（第三册）

金版电子出版公司

现代机电设备安装调试、

运行检测与故障诊断、

维修管理实务全书

王 方 主编

（第四册）

金版电子出版公司

前 言

当今时代是一个科学技术迅猛发展的时代，科技的力量已经深刻地影响到了社会 生产生活的每一个方面。随着当代科技的发展，集机械、电子、控制及计算机等多项技 术于一身的现代机电设备得到了广泛的应用，其优越的性能产生了巨大的经济效益和 社会效益。

我国自改革开放以来，随着社会主义市场经济的快速发展，整个工业生产对现代机 电设备的需求和依赖程度越来越高。与传统设备相比较，现代设备的机电一体化、高速 化、微电子化使得设备效率更高，也更容易操作，但在设备的安装、故障诊断和维修等方 面要困难得多。

如何进行现代机电设备的安装调试、故障诊断与维修管理，这也给我们带来了新的 课题。而在当今时代进行这一课题的研究，无疑具有十分的必要性，对社会生产的重大 意义不言而喻。但问题在于：现代机电设备类别繁多，应用广泛，涉及当代工业和科技 的各个领域，所谓“术业有专攻”，这使得这一课题的深入研究变得极为困难。

本书正是针对这一重大课题，而专门组织众多领域内的一批专家学者进行编写的。

本书紧跟当代科技的发展步伐，针对现代机电设备的安装、调试、运行、检测与故障诊 断、维修管理等各个方面进行了翔实的阐述，其中有不少最新的研究成果。作为机电领 域内的第一本巨型工具书，本书无疑具有很高的参考价值。我们期待着本书能为我国 当代社会生产的迅猛发展做出应有的贡献。

全书共分为十二篇：

第一篇 现代机电设备基础知识；

第二篇 现代机电设备的安装与调试总论；

第三篇 现代机电设备运行状态的检测技术；

第四篇 现代机电设备的故障诊断与维修管理总论；

第五篇 电动机的安装调试、故障诊断与维修管理；

第六篇 典型现代机电设备的安装调试与维修管理———数控机床；

第七篇 典型现代机电设备的安装调试与维修管理———电器设备；

第八篇 典型现代机电设备的安装调试与维修管理———汽轮发电机；

第九篇 典型现代机电设备的安装调试与维修管理———水轮发电机；

第十篇 典型现代机电设备的安装调试与维修管理———起重机械；

第十一篇 其他典型现代机电设备的安装调试与维修管理；

! —

—

第十二篇 机电设备安装、运行、维修相关标准规范与法律法规。

由于编者众多，水平所限，书中难免有疏漏及不妥之处，恳请读者不吝批评指正。

编 者

!""! 年 # 月

! —

—

目 录

第一篇 现代机电设备基础知识

第一章 机电设备的发展与分类………（"）

第一节 机电设备的发展………（"）

第二节 机电设备的分类………（#）

第二章 机电设备的基本构成………（$）

第一节 机械系统………（$）

第二节 液压与气压传动系统 ………（!$）

第三节 电气控制系统 ………（%$）

第三章 机电控制基础理论 ………（#&）

第一节 控制系统的概念 ………（#&）

第二节 伺服系统 ………（’!）

第三节 计算机控制系统 ………（$"）

第四节 典型机电控制系统 ………（($）

第四章 机电一体化技术………（!)&）

第一节 机电一体化技术概述………（!)&）

第二节 机电一体化机械技术………（!!)）

第三节 机电一体化系统的电磁兼容………（!&%）

第五章 典型现代机电设备综述………（!’*）

第一节 金属切削机床………（!’*）

第二节 起重运输机械………（!$"）

第三节 塑料成形机械………（!$(）

第二篇 现代机电设备的安装与调试总论

第一章 机电设备安装工程基础………（!*$）

第一节 概述………（!*$）

第二节 机电设备安装工程测量、测试基础 ………（!**）

! —

—

第三节 机电设备在安装位置的测试………（!"#）

第四节 机电设备安装工程中的起重搬运………（!$%）

第五节 机电设备的安装方法………（!$&）

第二章 机电设备安装基本工艺过程………（!#"）

第一节 设备安装前的准备工作………（!#"）

第二节 基础放线与设备就位………（!#%）

第三节 设备零部件的拆卸清洁与装配………（!&’）

第四节 机电设备的找正与初平、挂平 ………（!((）

第五节 二次灌浆………（!’%）

第六节 机电设备试压与安装竣工验收………（!’&）

第三章 典型机器零部件的安装工艺………（!)%）

第一节 螺纹连接、键连接和销连接的安装工艺 ………（!)%）

第二节 轴承的安装………（!)(）

第三节 传动机构的安装………（%"#）

第四节 联轴器的安装………（%$)）

第五节 过盈配合件的安装………（%!$）

第四章 液压与气压传动系统的安装与调试………（%!’）

第一节 液压元件的拆装………（%!’）

第二节 液压传动系统的安装、调试及维护 ………（%%*）

第三节 液压系统故障分析及排除………（%%(）

第四节 气动元件的拆卸与安装………（%%)）

第五节 气压传动系统的维护保养………（%#$）

第五章 典型电气控制电路的安装与调试………（%#%）

第一节 电气装配的工艺要求………（%#%）

第二节 电气控制电路基本环节的安装………（%#&）

第六章 机电设备的起重吊装工艺………（%&%）

第一节 设备起重吊装的操作工艺………（%&%）

第二节 重型设备的吊装方法………（%("）

第七章 机电设备安装质量通病的诊断与防治………（%’"）

第一节 设备基础、地脚螺栓和垫铁 ………（%’"）

第二节 拆卸、清洗和联轴器装配 ………（%’)）

第三节 轴承的装配………（%)#）

第四节 带、链和齿轮传动 ………（%)’）

第五节 液压、润滑系统与减速机 ………（#")）

第六节 起重吊装设备………（#!"）

! —

—

第三篇 现代机电设备运行状态的检测技术

第一章 机电设备检测技术概论………（!"$）

第一节 检测技术的应用………（!"$）

第二节 检测系统的组成………（!"%）

第三节 检测技术的发展………（!&’） 第四节 检测方法概述………（!&(） 第二章 信号及其描述………（!&!） 第一节 信号的分类与描述………（!&!） 第二节 周期信号与离散频谱………（!&)） 第三节 瞬变非周期信号与连续频谱………（!!!） 第四节 随机信号………（!#!） 第三章 测试装置的基本特性………（!#)） 第一节 测试装置的组成………（!#)） 第二节 测试装置的特性………（!*’） 第三节 实现不失真测试的条件………（!$’） 第四节 测试装置动态特性的测试………（!$(） 第五节 测试装置的负载效应和适配………（!$!） 第四章 传感器的原理与应用………（!$$） 第一节 概述………（!$$） 第二节 电阻式传感器………（!$%） 第三节 电感式传感器………（!%(） 第四节 电容式传感器………（!%*） 第五节 压电式传感器………（!%)） 第五章 测试信号的处理与记录………（!)"）

第一节 信号的放大与变换………（!)"）

第二节 电桥………（!)%） 第三节 滤波器………（#’"）

第四节 调制与解调………（#("）

第五节 记录仪器………（#(%）

第六章 非电量基本参数的测试方法………（#!(）

第一节 力和转矩的测量………（#!(）

第二节 位移和厚度测量………（#!$）

第三节 速度和加速度的测量………（##$）

第四节 振动的测量………（#*!）

第五节 转速的测量………（#*%）

& —

—

第六节 噪声的测量………（!"#）

第七节 压力的测量………（!$%）

第八节 流量的测量………（!$&）

第七节 温度的测量………（!’(）

第七章 测试中的抗干扰技术………（!’$）

第一节 干扰的种类及防护………（!’$）

第二节 噪声源及噪声耦合方式………（&%%）

第三节 抗干扰技术………（&%&）

第八章 测试结果的处理与分析………（&(!）

第一节 误差的基本概念………（&(!）

第二节 测量数据的处理………（&)%）

第九章 微机在自动检测系统中的应用………（&)"）

第一节 微机自动检测系统………（&)"）

第二节 微机在检测系统中的应用………（&#%）

第四篇 现代机电设备的故障诊断与维修管理总论

第一章 机电设备的故障诊断………（&*#）

第一节 故障诊断基础知识………（&*#）

第二节 机电设备的简易诊断………（&*’）

第三节 振动诊断技术………（&!&）

第二章 大型机电系统的故障诊断………（&&&）

第一节 概述………（&&&）

第二节 大型机电系统故障诊断技术………（&&’）

第三节 大型机电系统故障诊断内容………（&"(）

第三章 机电设备的维修管理………（&"&）

第一节 维修的方式与类别………（&"&）

第二节 设备修理复杂系数与修理定额………（&$%）

第三节 设备修理计划………（&$*）

第四节 设备修前的准备工作………（&$"）

第五节 设备修理计划的实施………（"’%）

第六节 设备修理的信息管理………（&’*）

第七节 设备维修技术资料与技术文件………（&’$）

第八节 设备修理的质量管理………（"%!）

第九节 设备维修用量具和检具的管理………（"%"）

第四章 机械零件的修复技术………（"%’）

* —

—

第一节 概述………（!"#）

第二节 钳工修复和机械修复………（!$%）

第三节 焊接修复法………（!%%）

第四节 热喷涂喷熔修复法………（!%&）

第五节 电镀修复法………（!’(）

第六节 胶接修复法………（!’#）

第五章 机电设备的拆卸、清洗与装配 ………（!(’）

第一节 机电设备的拆卸………（!(’）

第二节 零件的清洗和检验………（!)’）

第三节 机械零部件的装配………（!)&）

第六章 机电设备的使用与维护………（!!&）

第一节 机电设备的使用管理………（!!&）

第二节 机电设备的维护管理………（!&%）

第七章 机电设备的润滑管理………（!&!）

第一节 概述………（!&!）

第二节 润滑材料………（!&&）

第三节 设备润滑操作………（!#%）

第四节 设备润滑管理………（!#&）

第八章 机电设备的更新改造………（&")）

第一节 设备的磨损及其补偿………（&")）

第二节 设备的更新改造………（&"#）

第九章 维修电工基本技术………（&%)）

第一节 基本操作工艺………（&%)）

第二节 电气施工识图………（&’)）

第三节 电工安全（防护）用具的使用与维护………（&()）

第五篇 电动机的安装调试、故障诊断与维修管理

第一章 电动机的原理与结构………（&(#）

第一节 电动机的工作原理………（&(#）

第二节 电动机的分类和基本结构………（&)(）

第三节 三相异步电动机………（&)&）

第四节 单相异步电动机………（&*!）

第五节 单相串励电动机………（&!$）

第六节 直流电动机………（&!&）

第二章 电动机的安装调试与绕组接线………（&#%）

) —

—

第一节 电动机的安装调试………（!"#）

第二节 交流电动机绕组………（!"!）

第三节 直流电动机的电枢绕组………（"$#）

第四节 电动机的接线………（"$%）

第三章 电动机维修基础………（"$!）

第一节 测试仪器仪表与维修工具………（"$!）

第二节 维修中常用的材料………（"&’） 第三节 电动机维修工作管理………（"##）

第四章 三相异步电动机的故障诊断与维修………（"#’）

第一节 异步电动机的故障诊断与处理………（"#’）

第二节 绕组绝缘电阻偏低的处理………（"#"） 第三节 绕组接地故障的检修………（"((）

第四节 绕组短路故障的检修………（"(!）

第五节 绕组断路故障的检修………（")&） 第五章 单相异步电动机的故障诊断与维修………（"))）

第一节 单机异步电动机的故障诊断及处理………（"))）

第二节 单相异步电动机的局部修理………（")!）

第六章 单相串励电动机的故障诊断与维修………（"%$）

第一节 绕组故障诊断及维修………（"%$）

第二节 其他部分故障诊断小维修………（"%)）

第七章 直流电动机的故障诊断与维修………（"%*）

第一节 直流电动机的故障诊断及处理………（"%*）

第二节 直流电动机的修后测试检查………（"%"）

第六篇 典型现代机电设备的安装调试与维修管理 ———数控机床

第一章 数控机床的原理与结构………（"’%）

第一节 数控机床产生与发展………（"’%）

第二节 数控机床的工作原理………（"*%）

第三节 数据机床的类型与结构………（"")）

第二章 数控机床的安装与调试………（""’）

第一节 数控机床的安装………（""’）

第二节 数控机床的调试 ………（&$$$）

第三章 数控机床的使用与维护 ………（&$$(）

第一节 数控机床的选择与使用 ………（&$$(）

’ —

—

第二节 数控机床的维护保养 ………（!"!#）

第四章 数控机床的故障诊断与维修 ………（!"!$）

第一节 数控机床的常用故障诊断 ………（!"!$）

第二节 进给伺服系统的故障诊断与维修 ………（!"!%）

第三节 主轴伺服系统的故障诊断与维修 ………（!"&’） 第四节 其他故障的诊断与维修 ………（!"&(） 第五章 机床数控系统的维修 ………（!"&)） 第一节 数控系统硬件的维修 ………（!"&)） 第二节 硬件故障的检查与维修 ………（!"#!）

第三节 数控系统软件的维修 ………（!"$"） 第四节 软件系统的故障诊断与维修 ………（!"$!）

第六章 机床液压设备的安装调试与保养维护 ………（!"(!）

第一节 液压设备的调试与运转 ………（!"(!）

第二节 机床液压设备的保养与维护 ………（!"($）

第七章 机床电气控制线路的维修 ………（!"%&） 第一节 机床电气线路故障的检查 ………（!"%&） 第二节 机床电气控制线路的维修 ………（!"%$）

第七篇 典型现代机电设备的安装调试与维修管理 ———电器设备

第一章 变压器 ………（!!"%）

第一节 概述 ………（!!"%）

第二节 变压器的工作原理 ………（!!!$）

第三节 变压器的安装 ………（!!&’）

第四节 变压器的异常运行与分析 ………（!!#&）

第五节 变压器的大修与小修 ………（!!#%）

第六节 变压器的故障处理 ………（!!$!）

第七节 变压器事故的预防 ………（!!(!）

第二章 高低压配电设备 ………（!!(%）

第一节 互感器的安装、运行与维护管理………（!!(%）

第二节 高压断路器的安装运行与维护管理 ………（!&!&）

第三节 电容器、电抗器和消弧线圈的安装、运行与维护管理 ………（!&#"）

第四节 隔离开关的安装、运行与维护管理………（!&’"）

第五节 高压熔断器和负荷开关的安装、运行与维护管理………（!&$"）

第六节 导线、金具和绝缘子的安装、运行与维护管理 ………（!&(#）

% —

—

第七节 成套配电装置的安装、运行与维护管理………（!"#$）

第三章 电力线路 ………（!%&&） 第一节 架空线路的施工与维护 ………（!%&&） 第二节 电缆线路的敷设与维护 ………（!%!’） 第四章 电力锅炉 ………（!%"’）

第一节 概述 ………（!%"’）

第二节 各部件的安装 ………（!%"(）

第五章 弱电系统 ………（!%("）

第一节 火灾自动报警与灭火系统的安装与维护 ………（!%("）

第二节 通信系统的安装与维护 ………（!%)#） 第三节 电缆电视系统的安装与维护 ………（!%**）

第八篇 典型现代机电设备的安装调试与维修管理 ———汽轮发电机

第四节 发电机和汽轮发电机组的损失和效率 ………（!’’$） 第二章 汽轮发电机的安装调试 ………（!’’#） 第一节 概述 ………（!’’#） 第二节 主要设备的安装与调试 ………（!’’)） 第三章 汽轮发电机的故障处理与预防 ………（!’("）

第一节 定子绕组故障的处理与预防 ………（!’("）

第二节 转子故障的处理与预防 ………（!’#&） 第三节 水内冷发电机的故障处理与预防 ………（!’##） 第四节 氢、油系统的故障处理与预防………（!’)%） 第四章 汽轮发电机的维修养护 ………（!’)*） 第一节 汽轮发电机转子的维修养护 ………（!’)*） 第二节 汽轮发电机定子的维修养护 ………（!$&%） 第三节 汽轮发电机定子铁心的维修养护 ………（!$!"）

第九篇 典型现代机电设备的安装调式与维修管理 ———水轮发电机

) —

—

第一节 水轮机的工作参数 ………（!"#!）

第二节 水轮机的类型和应用范围 ………（!"#$）

第三节 水轮机的牌号及装置型式 ………（!"#%）

第四节 水轮机的结构 ………（!"$"）

第二章 水轮发电机的安装调试 ………（!"&!）

第一节 概述 ………（!"&!）

第二节 各部件的正式安装 ………（!"&&）

第三章 水轮发电机的故障处理与预防 ………（!"’%）

第一节 水轮发电机的异常运行分析 ………（!"’%）

第二节 水轮发电机常见故障分析与处理 ………（!"(!）

第三节 发电机的干燥 ………（!"("）

第四节 发电机的预防性电气试验 ………（!"(’）

第四章 水轮发电机组的维修养护 ………（!"%"）

第一节 机组检修工程的分类和组织 ………（!"%"）

第二节 水轮机转轮的检修 ………（!)*)）

第三节 水轮机其它部件的检修 ………（!)!$）

第四节 发电机检修 ………（!)!%）

第十篇 典型现代机电设备的安装调试与维修管理

———起重机械

第一章 起重机械综述 ………（!)#"）

第一节 概述 ………（!)#"）

第二节 轻小型起重设备简介 ………（!)#)）

第三节 起重机简介 ………（!)#%）

第四节 电梯简介 ………（!)$"）

第二章 起重机的安装与维修养护 ………（!)$’）

第一节 起重机的安装工艺 ………（!)$’）

第二节 起重机的维修养护 ………（!)&*）

第三章 电梯的安装调试与维修养护 ………（!)&%）

第一节 电梯的安装与调试 ………（!)&%）

第二节 电梯的维修养护 ………（!)(&）

第四章 电动葫芦与电动叉车的安装与维修养护 ………（!)%(）

第一节 电动葫芦 ………（!)%(）

第二节 电动叉车 ………（!’*’）

第五章 起重机械的事故类型与案例分析 ………（!’#$）

% —

—

第一节 起重机械的事故类型 ………（!"#$）

第二节 起重机械事故的案例分析 ………（!"#%）

第十一篇 其他典型现代机电设备的安装调试与维修管理

第一节 概述 ………（!"’!）

第二节 工业管道的安装 ………（!"’(）

第三节 各种工业管道的安装与维修 ………（!%!"）

第三章 压力容器 ………（!%$&） 第一节 压力容器基础知识 ………（!%$&） 第二节 压力容器的安装与调试 ………（!%&(） 第三节 压力容器的维护保养 ………（!%&(） 第四节 压力容器的定期检验 ………（!%&"） 第四章 自动装配生产线 ………（!%((） 第一节 概述 ………（!%((） 第二节 自动装配生产线的检测装置 ………（!%)(） 第三节 自动装配生产线的故障诊断与维修 ………（!%))）

第十二篇 机电设备安装、运行、维修相关标准规范与法律 法规

第一章 相关标准规范 ………（!%"$）

第二章 相关法律法规 ………（#!’"）

* —

— !

第一篇

现代机电设备基础知识

第一章 机电设备的发展与分类

第一节 机电设备的发展

机电设备广泛用于国民经济各行业。机电设备的技术水平，在一定程度上反映了 国家工业生产的水平和能力。所以，采用先进的机电设备，管好、用好机电设备，对提高 企业效益，促进国民经济的发展都起着十分重要的作用。

一、机电设备的发展过程

机电设备是随着科学技术的发展而不断发展的。传统的机电设备是以机械技术和 电气技术应用为主的设备。例如，普通机床，其运动的传递、运动速度的变换主要是由 机械机构来实现的，而运动的控制则是由开关、接触器、继电器等电器构成的电气系统 来实现的，这里的“机”、“电”分别构成各自独立的系统，两者的“融合性”很差，这是传统 机电设备的共同特点。虽然，传统的机电设备也能实现自动化，但是自动化程度低，功 能有限，耗材多，能耗大，设备的工作效率低，性能水平不高。

为了提高机电设备的自动化程度和性能，从 !" 世纪 #" 年代开始，人们自觉或不自 觉地将机械技术与电子技术结合，以改善机械产品的性能，结果出现了许多性能优良的 机电产品或设备。到了 !" 世纪 $"、%" 年代，微电子技术获得了惊人的发展，各种功能 的大规模集成电路不断涌现，导致计算机与信息技术广泛使用。这时人们自觉、主动地 利用微电子技术的成果，开发新的机电产品或设备，使得机电产品或设备的发展发生了 脱胎换骨的变化，机电产品或设备不再是简单的“机”和“电”相加，而是成为集机械技 术、控制技术、计算机与信息技术等为一体的全新技术产品。到了 !" 世纪 &" 年代，这 种机电一体化技术迅猛发展，时至今日，机电一体化产品或设备已经透渗到国民经济和

’ —

—

社会生活的各个领域。

二、现代机电设备的特点

现代机电设备，如电动缝纫机、电子调速器、自动取款机、自动售票机、自动售货机、

自动分检机、自动导航装置、数控机床、自动生产线、工业机器人、智能机器人等都是应 用机电一体化技术为主的设备。与传统机电设备相比，现代机电设备具有以下特点：

! " 体积小，重量轻

机电一体化技术使原有的机械结构大大简化，如电动缝纫机的针脚花样主要是由 一块单片集成电路来控制的，而老式缝纫机的针脚花样是由 #$% 个零件构成的机械装 置控制的。机械结构的简化，使设备的结构减小，重量减轻，用材减少。

& " 工作精度高

机电一体化技术使机械的传动部件减少，因而使机械磨损所引起的传动误差大大 减少。同时还可以通过自动控制技术进行自行诊断、校正、补偿由各种干扰所造成的误 差，从而使得机电设备的工作精度有很大的提高。

# " 可靠性、灵敏性提高

由于采用电子元器件装置代替了机械运动构件和零部件，因而避免了机械接触式 存在的润滑、磨损、断裂等问题，使可靠性和灵敏性大幅度提高。

’ " 具有柔性

例如在数控机床上，加工不同零件时，只需重新编制程序就能实现对零件的加工，

它不同于传统的机床，不需要更换工、夹具，不需要重新调整机床就能快速地从加工一 种零件转变为加工另一种零件。所以，适应多品种、小批量的加工要求。

由于现代机电设备具有上述特点，所以具有节能、高质、低成本的共性，而机电一体 化技术也是世界各国竞相发展的技术。

三、机电设备的发展趋势

机电设备的发展趋势也就是机电一体化技术的发展趋势，典型的机电一体化产品

———数控机床的发展方向，便具有代表性。

! " 机电设备的高性能化趋势

高性能化一般包括高速度、高精度、高效率和高可靠性。为了满足“四高”的要求，

新一代数控系统采用了 #& 位多 ()* 结构，在伺服系统方面使用了超高速数字信号处 理器，以达到对电动机的高速、高精度控制；为了提高加工精度，采用高分辨率、高响应 的检测传感器和各种误差补偿技术；在提高可靠性方面，新型数控系统大量使用大规模 和超大规模集成电路，从而减少了元器件数量和它们之间连线的焊点，以降低系统的故

’ —

—

障率，提高可靠性。

! " 机电设备的智能化趋势

人工智能在机电设备中的应用越来越多，例如自动编程智能化系统在数控机床上 的应用。原来必须由编程员设定的零件加工部位、加工工序、使用刀具、切削条件、刀具 使用顺序等，现在可以由自动编程智能化系统自动地设定，操作者只需输入工件素材的 形状和加工形状的数据，加工程序就可自动生成。这样不仅缩短了数控加工的编程周 期，而且简化了操作。

目前，除了在数控编程和故障诊断智能化外，还出现了智能制造系统控制器，这种 控制器可以模拟专家的智能制造活动，对制造中的问题进行分析、判断、推理、构思和决 策。因此，随着科学技术的进步，各种人工智能技术将普遍应用于机电设备之中。

# " 机电设备的系统化发展趋势

由于机电一体化技术在机电设备中的应用，机电设备的构成已不是简单的“机”和

“电”，而是由机械技术、微电子技术、自动控制技术、信息技术、传感技术、软件技术构成 的一个综合系统，各技术之间相互融合，彼此取长补短，其融合程度越高，系统就越优 化。所以机电设备的系统化发展，可以获得最佳性能。

$ " 机电设备的轻量化发展趋势

随着机电一体化技术在机电设备中的广泛应用，机电设备正在向轻量化方向发展，

这是因为，构成机电设备的机械主体除了使用钢铁材料之外，还广泛使用复合材料和非 金属材料。加上电子装置的组装技术的进步，设备的总体尺寸也越来越小。

第二节 机电设备的分类

机电设备门类、品种、规格繁多，涉及面广，其分类方法多种多样，没有统一的国家 标准。为了便于了解，本节只对典型、常用的机电设备作介绍。

一、机电设备分类方法与类型

广义的机电设备分类通常有以下两种：

% & 按设备与能源关系分类

这种分类适应科学研究需要，通常分为：

（%）电工设备 又可分为电能发生设备、电能输送设备和电能应用设备。

（!）机械设备 又可分为机械能发生设备、机械能转换设备和机械能工作设备。

! & 按部门需要分类

’ —

—

如原轻工部将设备按工作类型分为 !" 个大类，每大类又分 !" 个中类，每个中类又 分 !" 个小类。!" 个大类见表 ! # !。

表 ! # !

! ! !

机电设备按工作类型分类

! ! !

序 号 类 别 序 号 类 别

! 金属切削机床 $

! ! !

工业窑炉

% 锻压设备 &

! ! !

动力设备

’ 仪器仪表 (

! ! !

电器设备

) 木工、铸造设备 *

! ! !

专业生产设备

+ 起重运输设备 !" 其它设备

又如设备管理部门根据需要，将机电设备分为两大项，即：机械设备和动力设备，每 大项又分若干个大类，每大类又分 !" 个中类，每中类又分 !" 个小类。大、中类相应类 型见表 ! # %。

表 ! # % 设备分类与编号

分 项 大类别

中类别 编号

" ! % ’ ) + $ & ( *

机 械 设 备

" 金 属 切 削 机 床

数控金属

切削机床 车床 钻床及 镗床

研磨 机床

联合及组 合机床

齿轮及 螺纹加 工机床

铣床 刨、插 拉床

切断 机床

其它金属 切削机床

! 锻压设备 数控锻

压设备 锻锤 压力机 铸造机 辗压机 冷作机 剪切机 整形机 弹簧 加工机

其它冷 作设备

% 起 重 运 输 设

备 起重机 卷扬机 传送

机械 运输

车辆 船舶 其它起重

运输设备

’ 木 工 铸 造 设 备

木工 机械

铸造 设备

) 专 业 生 产 用 设备

螺钉专 用设备

汽车专 业设备

轴承专 用设备

电线、电 缆专用 设备

电瓷专 业设备

电池专 业设备

其它专 业设备

+ 其 它 机 械 设

备 油漆机械 油处理

机械 管用机械 破碎机

械 土建材料 材料试 验机

精密度 量设备

其它专 业机械

动 力 设 备

$ 动 能 发 生 设 备

电站 设备

氧气站 设备

煤气及保 护气体发 生设备

乙炔发 生设备

空气压 缩设备

二氧化

碳设备 工业泵 锅炉房 设备

操作 机械

其它动 能发生 设备

& 电炉设备 变压器 高、低 压配电

设备

变频、高 频变流 设备

电气检 测设备

焊切 设备

电气 线路

弱电 设备

蒸汽及 内燃机 设备

其它电 器设备

( 工业炉窑 熔铸炉 加热炉

热处理 炉

（窑）

干燥炉 溶剂 竖窑

其它工 业炉窑

* 其 它 动 力 设 备

通风采 暖设备

恒温

设备 管道

电镀设 备及工 艺用槽

除尘 设备

涂漆

设备 容器 其它动

力设备

$ —

—

第二章 机电设备的基本构成

机电设备门类多，工作原理各不相同，结构差异性大，但基本构成可以分为：机械系 统、液压与气压传动系统、电控系统和动力源。

第一节 机械系统

机械系统主要包括：机体、传动机构和润滑、密封装置。

一、机体

机体是指机器或机电设备的驱体，如机壳、机架、机床的床身、立柱、变速箱体等。

其功能是用于固定各种传动装置、驱动装置、控制装置以及执行机构等。

现代机电设备对机体的要求很高，如重量轻、体积小、刚度大、精度高、外观美、操作 方便，因此，机体结构的合理性和材料的使用直接影响机电设备的性能。

二、传动机构

传动机构的作用是把动力源的动力和运动传递给工作机械（执行机构），以完成预 定的工作。在传递过程中有时需完成变速、变向和改变转矩的任务。

常用的机械传动机构有：带传动机构、链传动机构、齿轮传动机构以及滚珠丝杆传 动机构等。

常用的变速机构主要是分级变速机构。

! —

—

（一）带传动机构

! " 带传动的类型

根据带的横截面形状，带传动可分为平带传动、# 带传动、圆带传动和同步带传动

（见图 ! $ % $ !）。

图 ! $ % $ ! 带传动的类型

&）平带传动 ’）# 带传动 (）圆带传动 )）同步带传动

! $ 带 % $ 带轮

% " 带传动的特点

传动带作为中间挠性件具有弹性，是通过与带轮间的摩擦力进行传动的，故有以下 特点：

（!）适用于两中心距较大的传动。

（%）带本身具有弹性，能吸收振动和缓和冲击，使传动平稳，且无噪声。

（*）过载时，带在轮上打滑，可防止其它零件损坏。

（+）结构简单，成本低，安装维护方便。

（,）带传动的外廓尺寸较大，结构不够紧凑。

（-）不能保证准确的传动比。

（.）由于带需要施加张紧力，所以轴和轴承受力较大，带传动寿命较短。

* " 传动带的应用

生产上应用的带传动以平带和 # 带使用最多，平带多用于高速远距离传动；# 带 的传动能力强，多用于大功率传动；其它传动带应用场合相对较少，圆带主要用于功率 很小的简单传动，如缝纫机和医疗设备上；同步带因为有齿的啮合，能保证恒定的传动 速比，并且刚度好，可以广泛用于输送自动线上，在机床、通风设备和计算机中也有应 用。

（二）链传动机构

! " 链传动的类型

链传动类型主要是齿形链和套筒滚子链，见图 ! $ % $ %、图 ! $ % $ * 所示。

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—

图 ! " # " # 齿形链 图 ! " # " $ 套筒滚子链

%）单排 &）双排

! " 滚子 # " 套筒 $ " 销轴 ’ " 内链板 ( " 外链板

齿形链由基本链板和导向链板组成，基本链板与链轮相啮合，导向链板是防止链向 外侧移动。套筒滚子链由滚子、套筒、销轴和内、外链板组成，链节与链轮啮合传动时，

滚子与轮齿之间为滚动摩擦，故摩擦阻力较小，磨损较轻。套筒滚子链可制成单排、双 排、三排和四排。

# ) 链传动的特点

链传动主要有以下特点：

（!）传动比准确。

（#）结构比带传动紧凑。

（$）承载能力较大，效率高。

（’）振动和噪声较大，无过载保护作用。

（(）铰链易磨损，链条会伸长，易发生脱链现象。

$ ) 链传动的应用

链传动既可用于减速传动，也可用于增速传动，最适合于两轴相距较远，工作现场 温度高，不允许打滑的场合，如输送机械设备、起重机械设备等。

（三）齿轮传动机构

! ) 齿轮传动的类型

齿轮传动类型如图 ! " # " ’ 所示，按齿轮轴线的相对位置关系可分为平行轴的直 齿轮传动、斜齿轮传动和齿轮齿条传动；相交轴的锥齿轮传动，交错轴的弧齿圆柱齿轮 和蜗轮蜗杆传动。此外还有人字齿轮传动、行星齿轮传动等。

# ) 齿轮传动特点

（!）传动比恒定不变，适应的速度范围广。

（#）传动功率范围较大，可以从几瓦到几万千瓦。

（$）传动效率高，可达 * ) +, - * ) ++。

+ —

—

（!）结构紧凑，工作可靠，使用寿命长。

（"）制造和安装精度要求高，精度较低的齿轮在高速运转时会产生较大的振动和噪 声。

（#）不适合中心距较大的传动。

图 $ % & % ! 齿轮传动类型

’）直齿轮 (）斜齿轮 )）齿轮齿条

*）锥齿轮 +）弧齿圆柱齿轮 ,）蜗轮蜗杆传动

- . 齿轮传动的应用

齿轮传动是最常用的传动型式。一般在仪表中主要用于传递运动，并且多采用摆 线齿轮；在机器中既用于传递运动又用于传递转矩，并且多使用渐开线齿轮。

（四）滚珠丝杠传动

如图 $ % & % " 所示，滚珠丝杠传动机构主要由螺母 $、丝杠 &、滚珠 - 和滚珠循环装 置 ! 等组成。滚珠沿螺纹滚道滚动，并沿滚珠循环装置的通道返回，构成封闭循环。由 于滚动运动与滑动运动相比摩擦阻力小得多，所以机械效率可以达到 /01 以上，并且 运动稳定，动作灵敏。一般用于高速度和高位置精度的机械传动中，如数控机床和精密 机床的进给机构、精密测量仪器以及各种自动控制装置中。

图 $ % & % " 滚珠螺旋机构

$ % 螺母 & % 丝杠 - % 滚珠 ! % 滚珠循环装置

0 —

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（五）常用变速机构

机械变速机构很多，但在机床中常用的分级变速机构有：塔轮变速机构、滑移齿轮 变速机构、离合器变速机构及配换齿轮变速机构等，见图 ! " # " $。

图 ! " # " $ 常用分级变速机构

%）塔轮变速机构 &）滑移齿轮变速机构 ’）、(）离合器变速机构 )）、*）配换齿轮变速机构

（六）传动链及其传动比

将若干个传动副组合起来，即构成一个传动系统，习惯上称为传动链。在研究传动系统 时，常常把各种传动件进行简化，用规定的示意性符号代表传动件，绘成传动系统图。

图 ! " # " + 传动链图例

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图 ! " # " $ 所示的传动链中，运动从电动机轴经带传动输入到!轴；又经 !!、!#齿 轮传动传给"轴；再经 !%、!& 齿轮传动给#轴；最后，经 !$、!’齿轮传动到$轴，运动从

$轴输出。

若已知电动机的转速为 "_!，带轮的直径为 #_!、#_# 和各齿轮的齿数 !_!、!_#、!_%、!_&、

!_$、!’，即可确定任一轴的转速。如求$轴的转速，可按下式计算

"_$( "_!・$总( "_!・$!・$#・$%・$&( "_!・#_!

#_#・!_!

!_#・!_%

!_&・!_$

!_’

式中 $_!、$_#、$_%、$_&———分别为各传动副的传动速比。

$总———传动链的总传动比。

为了使用方便，表 ! " # " ! 给出了常用传动副及这些传动副传动速比的计算式。

表 ! " # " ! 常用传动副及传动比

注："!、""、" 为相应传动轴与传动件的转速或转数；#!、##为带轮直径；!!、!#、!%为齿轮、蜗轮的齿数；%

为蜗杆头数；& 为齿轮和齿条的模数；’ 为丝杠螺母的导程；( 为齿轮（或齿条）、螺母（或丝杠）的直线 运动速度或位移量。

# —

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三、润滑方法及装置

机械系统中作相对运动的零部件，在工作时会产生摩擦。为了减少摩擦阻力，降低 磨损程度，控制机械系统的温升，提高机械效率和使用寿命，必须对机械的摩擦部位进 行润滑。

（一）滑动轴承的润滑

滑动轴承常用的润滑方式有间歇润滑和连续润滑两种。

! " 间歇润滑

低速轻载的滑动轴承常采用间隙润滑，使用的装置有压注油杯和旋盖式油杯。

压注油杯如图 ! # $ # %& 所示，使用时用油壶把油注入油孔，使润滑油进入润滑部 位。

旋盖式油杯如图 ! # $ # %’ 所示，润滑脂装满在油杯中，定期地把盖旋紧，润滑脂被 挤入轴承。

图 ! # $ # % 油杯

&）压注油杯 ’）旋盖式油杯

!、( # 杯体 $ # 球阀 ) # 弹簧 * # 杯盖

$ " 连续润滑

承受速度较高、载荷大的滑动轴承，常采用连续润滑，润滑装置和方式有下列几种。

（!）针阀油杯 如图 ! # $ # + 所示，这种油杯用于滴油润滑。滴油量由针阀控制，

当需要加油时，将手柄直立，针阀被提起，油孔打开，油滴入润滑点上，不需加油时，将手 柄放倒，针阀堵住油孔，供油停止。调节螺母可调节供油量大小。

（$）油环润滑 如图 ! # $ # !, 所示，这种润滑是在轴颈上套上油环，油环又浸入到 油池中。当轴回转时带动油环旋转，把油引入轴承进行润滑。此方式只适合水平轴。

（)）飞溅润滑 如图 ! # $ # !! 所示，这种方式是将转动零件，如齿轮、甩油盘等浸 入油池适当深度，旋转时将油飞溅到箱盖上后，油在通过油沟流入轴承。齿轮箱中的轴 承润滑常用这种方法。

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图 ! " # " $ 针阀油杯

! " 手柄 # " 螺母 % " 阀杆

图 ! " # " !& 油环润滑

图 ! " # " !! 飞溅润滑

（’）压力润滑 用一定压力将润滑油输送到轴承处。此方法适用于高速、重载要求 连续供油的轴承，但润滑装置复杂，成本较高。

（二）滚动轴承润滑

根据轴承的工作条件，采用不同的润滑方式。当轴颈的圆周速度小于 () * + 时，可 采用润滑脂或粘度较高的润滑油润滑。润滑脂的填充量一般占轴承空间的 ! * % , ! * #，

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由于润滑脂易密封，可长期不必补充。当轴颈圆周速度大于 !" # $ 时，可以采用浸油、

滴油、飞溅润滑和喷油润滑。

（三）传动零件的润滑

齿轮传动、蜗杆传动和链传动等因啮合过程中都存在摩擦，所以必须进行润滑。

一般对开式传动副采用人工定期加润滑脂或润滑油进行润滑，对闭式传动副应根 据传动件的运动速度选用不同的润滑方式。当传动件运动速度较低时，通常采用油浸 式润滑或定期滴油润滑，当传动件运动速度较高时，通常采用润滑液压泵加压喷油润 滑。

四、密封装置

对机器的接合面应采用适当的密封装置，以防润滑油流失，灰尘水分侵入。根据密 封处的各零件之间是否有相对运动，可分为静密封和动密封。

（一）静密封装置

静密封就是密封表面与接合面无相对运动的密封，常见的有凸缘密封、箱盖密封 等。常用的静密封装置有研合面密封、垫圈密封、% 形圈密封和密封胶密封（见图 & ’ (

’ &(）。

图 & ’ ( ’ &( 常用密封装置 )）研合面密封 *）垫圈密封 +）% 形圈密封

研合面密封的接合面应经精密研磨加工，靠螺栓联接压紧，中间没有垫片，常用于 气缸密封。

垫圈密封因价格低、使用方便而广泛使用。垫圈材料有金属、橡胶、纤维质和塑料 等，以适合密封不同的介质。

% 形密封圈是一种剖面呈圆形的密封元件，一般用合成橡胶制成，它是靠变形堵住 泄漏缝隙，密封效果好。适合于液压元件、真空设备等密封。

密封胶密封是在接合面涂上一层胶而产生密封效果。常用于减速器、鼓风机等剖 分面和法兰的密封。

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（二）旋转动密封装置

旋转动密封装置的类型很多，常用的密封装置及特性见表 ! " # " #。

表 ! " # " # 常用的旋转密封装置及特性

名称 简 图 特性及应用

毛 毡 圈 式

主要用于润滑脂润滑，适用工作环境较清洁、轴与毛毡圈接触处的 圆周速度!$ % & ’( ) *，要求表面粗糙度 !"! + , # & -."(。结构简 单、成本低

皮 碗 式

密封效果比毛毡圈式为好，适用于润滑脂或润滑油润滑。圆周速度

!一般为 / & 0( ) *，缺点是皮碗橡胶易硬化。使用时须注意皮碗密 封凸缘的方向；如果为了防止漏油，则皮碗凸缘应向着轴承，如图所 示，如果要防止杂质浸入，则皮碗凸缘应背向轴承

油 沟 式

在油沟及间隙里充填润滑脂以达到密封作用。但密封效果较差，宜 用于润滑脂的密封

迷 宫 式

由旋转的和固定的密封零件形成曲折的小缝隙，在缝隙内注满润滑 脂，达到密封作用。这种密封结构复杂，成本高，但效果好，主要用 于润滑油润滑时的密封

混 合 式

混合式的密封装置是将两种或多种密封方法联合使用，性能好、成 本低，适合轴的转速低、多灰尘和潮湿的场合

挡 圈 式

挡圈随轴旋转，可利用离心力甩去油和杂物。适用于润滑油和润滑 脂的密封

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第二节 液压与气压传动系统

一、电液控制系统

当控制系统的功率及动态要求都较高时，一般采用电液控制机构，这是由于电液控 制机构具有很大的功率重量比，而且有响应快、精度高、功率大等优点，因而近年来这种 控制系统正日益广泛应用于冶金机械、轻工机械、机械制造、大型科学实验装备及航空 航天、舰船、军工等部门。

电液控制机构既具有电子控制的灵活性，又有液压元件的巨大功率。随着计算机 技术的发展，电液控制机构与之相结合，更具有控制灵活、操作方便、显示清晰并能进行 数据处理和实现大系统控制的功能。随着生产水平的发展，机械装备自动化程度的日 益提高，在工作性能的要求力求完善的情况下，集机电液于一体的电液控制机构将更普 遍地应用于各个领域之中。

（一）电液控制系统的组成

电液控制系统的基本组成如图 ! " # " !$ 所示，这是一种由电液控制阀控制的系 统，它由以下基本元件组成：

图 ! " # " !$ 电液控制系统的基本组成

! % 指令元件

可以是信号发生器、电位计、计算机或其他电子器件；根据系统动作的需要发出相 应的电压信号。若采用计算机，可由计算机软件发出相应的指令，由 & ’ ( 转换器转换 成电压信号。

# % 比较元件

将控制信号与反馈信号相比较得出偏差信号。一般由包括在控制放大器内的运算 放大器完成。

$ % 控制放大器

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根据配用的电液控制阀的不同，有伺服控制器、比例控制器或开关式放大器等。它 将输入的电压信号转换成电流信号，并包括各种补偿环节和功率放大装置等。

! " 电液控制阀

可以是电液伺服阀、电液比例阀或电液数字阀，它包括电—机械转换器及液压阀两 部分，可将输入的电流信号转换成液压量输出，液压量即液流的压力及流量。

# " 液压缸（或液压马达）

是液压系统的执行元件，根据液压控制阀输出液流的流量和压力使活塞或轴动作。它 的运动部分与负载连接在一起，有时内部装有位移传感器、压力传感器等检测元件。

$ " 负载

电液控制系统的负载就是控制对象，如塑料机械中就是模具等可动部分，试验机中 就是试件，它们和液压缸（或液压马达）相连接并同时运动，它的输出量即系统的控制 量，如模具的位置、模腔的压力，预塑螺杆的转速，试验机中试件的作用力、位移及变形 等。

% " 检测元件

用以检测控制量的元件，如检测位移、速度、加速度、压力等。它包括传感器及其二 次仪表，使被控量转换为电压以便测量、反馈及显示等。

电液控制系统中的液压控制阀、液压缸及负载往往是装在一起的，控制系统的性能 和它们密切相关，这三者的组合一般称为液压动力机构。

图 & ’ ( ’ &! 数控电液控制系统的基本配置

图 & ’ ( ’ &) 所示的电液控制系统是最基本的组成形式，当使用计算机控制时，它 最简单的组成如图 & ’ ( ’ &! 所示。由键盘将所需控制的运动型式及数据输入计算机，

根据已编制好的软件对电液控制系统进行控制。由于电液伺服阀或比例阀都是用模拟 电量进行控制的，因此在计算机和放大器之间还需要用 * + , 转换器将数字量转换为模 拟量。而检测元件输出的一般是模拟电量，所以在检测元件和计算机之间还要用 , + * 转换器将模拟量转换为数字量。在数控电液系统中，有关比较、补偿及优化、自适应等 功能往往可以用计算机软件完成，控制放大器部分只执行功率放大的功能。

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（二）电液控制系统的分类

电液控制系统可按各种不同的原则进行分类，分述如下：

! " 按液压控制元件分

（!）阀控系统

由液压控制阀利用节流原理控制流入液压缸的流量或压力；这种控制系统应用比 较普遍。图 ! # $ # !% 所示即为这种控制系统，它的动态响应较快，但系统的效率较低。

（$）泵控系统

由液压阀控制变量泵的变量机构，改变泵的流量或压力，使液压缸按要求运动，它 的控制系统方框图如图 ! # $ # !& 所示。

图 ! # $ # !& 泵控电液系统

这种控制系统功率损失小，效率较高，最高可达 ’()，在省能上效益显著，在目前 能源问题得到重视时，对这种控制系统进行研究较多。但这种控制系统动态响应较慢，

只能用于动态性能要求不高的场合。

$ " 按电液控制阀分

（!）电液伺服系统

用电液伺服阀作为控制阀的系统。这种系统动作灵敏、频带宽、精度高，但价格较 贵，抗污染性较差，效率较低。

（$）电液比例系统

用电液比例阀作为控制阀的系统。这种系统抗污染性能好，在工业中应用较广泛。

但在动态性能要求较高时，不能满足要求。

（%）数控电液系统

用数字式液压控制元件控制的系统。采用的数字式液压控制元件可以是数字阀、

数控液压缸、数控马达或数控泵等。这种系统可直接用计算机或微处理机控制。

% " 按被控的物理量分

（!）位置控制系统

（$）速度控制系统

（%）加速度控制系统

（*）压力控制系统

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（!）力控制系统

（"）其他物理量控制系统

# $ 按反馈与否的情况分

图 % & ’ & %" 开环控制系统

（%）开环控制系统

这种控制系统如图 % & ’ & %" 所示，由图可见这种控制系统的被控量不再反馈到输 入端与指令信号相比较，因此有了误差后无法纠正，控制精度比较低，但它不存在稳定 性问题，调试方便。由于系统中没有了反馈、比较等部分，价格也较便宜，比例阀及数字 式电液控制元件可以采用这种开环控制系统。伺服阀由于零区要求较高，死区很小，存 在零漂等情况，不宜开环使用。

（’）闭环控制系统

电液控制系统绝大部分都采用闭环控制。它将被控量转换成电信号并与指令信号 相比较，再根据偏差进行控制，这种控制系统控制精度较高，但因闭环控制存在稳定性 问题，所以调试比较困难。

! $ 以控制变量的信号型式分

（%）连续控制系统

有时也称为模拟量控制系统。此控制系统中各变量均为时间的连续函数，目前一 般电液控制系统中大都用这种连续信号进行控制。

（’）离散控制系统

有时也称数字量控制系统。这种控制系统中信号是用脉冲或数码形式实现的，它 是时间上离散、幅值上量化的信号。数字计算机控制的系统是一种离散控制系统。离 散控制系统同样有开环和闭环之分。

（三）电液控制系统的发展和选择

电液控制系统是在各学科发展的基础上产生的，它的根源来自四个方面：液压流体 力学、控制理论、电器学和电子学。在这些学科发展的基础上，电液控制系统在第二次 世界大战时得到了开发。由于它具有很高的功率重量比，能在较大的功率时达到准确 而快速的控制，因而得到重视，其中的关键是电液伺服阀。首先开发的是伺服阀，它是 直接由伺服电机或螺管电磁铁带动的滑阀，伺服电机等的惯性较大，限制了系统的动特 性。!( 年代初美国开发了高速响应的永磁力矩马达和无摩擦的喷嘴挡板先导级伺服 阀，这使电液伺服阀的性能达到一个新水平。"( 年代后各种结构的电液伺服阀相继问 世。目前电液伺服系统已得到广泛的应用，除在航空、航天等军工部门上使用外，工业 上的应用也有广阔的前景，其中较引人注意的是塑料成形的过程控制、工业机器人的控

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制等，这些系统的动态性能要求并不高，但希望系统工作可靠、抗污染性能好、价格低 廉，因此电液比例控制系统得到了发展。

比例控制有二种情况，一是由伺服阀简化而来，如 !""# 公司将伺服阀的结构及工 艺简化，降低动态性能要求，使价格下降，抗污染性能提高，这种阀该公司称为比例阀，

其他公司也有称为廉价伺服阀或工业伺服阀。为与另一种比例电磁铁驱动的比例阀相 区别，一般称为工业用伺服阀。

另一种是在传统液压阀的基础上采用廉价而又可靠的螺管式比例电磁铁来控制有 关的阀，即比例溢流阀、比例流量阀、比例方向阀等。这种阀价格低廉，抗污染性能好，

性能虽比伺服阀低，但已能满足工业应用的需要，因此它的应用面比电液伺服控制更为 广泛。

近年来由于计算机技术日益广泛地得到应用，数字式电液控制元件得到了关注，如 数字阀、数控缸、数控马达、数字泵等。这种元件对介质污染不敏感、工作可靠、重复精 度高，容易和计算机连接，在今后计算机技术日益普及的基础上将会逐步得到更广泛应 用和发展。

对这三种电液控制阀进行选择时，应在性能、价格、抗污染等各方面进行考虑，一般 可按图 $ % & % $’ 所示进行选择。

图 $ % & % $’ 电液控制阀的应用范围

随着机电一体化的进展，电液控制阀也向着这方向发展，目前新开发的电液控制阀 往往将阀的检测元件和放大器等和液压阀装在一起，使用时只需供给直流电压，这样就 使电液控制阀的应用更易普及和推广。

（四）液压控制阀

$ ( 液压控制阀的作用

液压放大元件分为液压控制变量泵和液压控制阀两大基本类型。液压控制阀是液 压控制系统中最主要的一种控制元件。

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液压控制阀以输入的机械运动控制输出流体的压力和流量，在液压控制系统中，它 是机械—液压转换装置，把输入的小功率机械信号，转换为大功率的液压信号输出，所 以它也是一种功率放大装置，有时被叫做液压放大元件。

液压控制阀，在节流式液压控制系统中，它直接控制液压执行元件的动作；在容积 式液压系统中，它控制液压泵的变量机构，改变其输出流量，从而间接地对液压执行元 件进行控制，所以，液压控制阀的性能直接影响系统的工作性能。

! " 典型液压控制阀

液压伺服控制系统中，常用的典型液压控制阀有滑阀、喷嘴挡板阀和射流式阀。

（#）滑阀

这种阀因具有良好的控制性能，在液压控制系统中应用最广泛。由于使用场合不 同，滑阀具有各种结构形式。

图 # $ ! $ #% 滑阀的各种结构示意图

!根据滑阀上控制边（工作节流棱边）的数目，圆柱滑阀可分为双边和四边滑阀，如 图 # $ ! $ #%（ !）、（ "）、（ #）、（ $）所示。从加工工艺来看，单边滑阀最简单，四边滑阀最 复杂；从控制性能来看，双边滑阀较差，四边滑阀最好。在要求较高的液压控制系统中，

四边滑阀应用最多。

"根据滑阀的通道数，圆柱滑阀可分为二通阀、三通阀和四通阀等。二通阀和三通 阀只有一个负载通道，只能控制差动液压缸，如图 # $ ! $ #%（ !）所示。

#根据滑阀在零位时的开口型式，圆柱滑阀可分为正开口（负重叠，% & &）阀，零开 口（零重叠 % ’ &）阀和负开口（正重叠 % ( &）阀，分别如图 # $ ! $ #) 所示。

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图 ! " # " !$ 滑阀的不同开口形式

滑阀的优点是功率放大系数大，特性易于计算和控制，因此功率级均采用滑阀；其 缺点是要求严格的配合公差、制造成本高，作用于阀芯上的力较多且较大、又是变化的，

因此灵敏度和动态响应较低，要求控制力大。

（#）喷嘴挡板阀

喷嘴—挡板式阀没有摩擦副，灵敏度高；挡板惯性很小，动态响应高；所需的控制力 小，缺点是喷嘴直径很小，对工作油的过滤要求很高，抗污染差，效率低，因此，适用于小 功率，通常作前置放大级用。

图 ! " # " #% 喷嘴挡板阀

! " 固定节流孔；# " 喷嘴；& " 挡板

喷嘴挡板阀有单喷嘴挡板阀和双喷嘴挡板阀两种结构型式，如图 ! " # " #%（ !）、

（ "）所示，主要由喷嘴 #、固定节流孔 ! 和挡板 & 组成。挡板与喷嘴之间形成一个可变 节流口，挡板一般由扭轴或弹簧支承，挡板的位置由输入信号控制。

对于双喷嘴挡板阀〔如图 ! " # " #%（ "）所示〕，当压力油 #_$进入阀后，分别通过两 个液阻相等的固定节流口 !，再经喷嘴 # 和挡板 & 间的可变节流口 !、" 喷出，流回油 箱，在喷嘴腔 %、& 内分别形成压力户 #’、##，作用在液压缸的左右腔。

当挡板上没有输入信号时，挡板处于中间位置，喷嘴和挡板间的可变节流口液阻相

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等，作用在液压缸左右腔压力 !! 和 !" 相等，液压缸不动，当输入信号作用于挡板上 时，例如使挡板向左偏转，可变节流口 " 减小，液阻增大，压力 !! 增高；同时，可变节流 口 # 增大，液阻减小，压力 !" 降低，作用在液压缸左右腔压力 !! # !_"，液压缸向右运 动。当输入信号反向时，液压缸向相反方向运动。

单喷嘴挡板如图 ! $ " $ "%（ "）所示，压力油经固定节流孔 ! 流到液压缸右腔，另方 面压力油又向下流到液压缸左腔。右腔的压力由喷嘴挡板间的距离决定，若在某位置 时 !$& !

" !%，而活塞二端面积之比也是 "：!，即 !$&!& !%&"，则活塞不动，当喷嘴挡板 间距离变大时，!$下降，活塞向右移动，反之，则向相反方向运动。

（’）射流式阀

射流式阀中应用最普遍的是射流管式阀，如图 ! $ " $ "! 所示，当射流管 ! 在中间 位置时，接受器上两个受流孔接受的油液流量及压力相等，则活塞不动，当射流管偏离 中央位置时，由于射到两孔的流量不同，在活塞的二腔产生压力差使活塞运动。操纵射 流管的力比挡板大，结构上也较复杂，但这种阀的抗污染性较好，由于存在着功率损耗，

因此一般仅作为控制阀的前置级使用，但应用范围远比喷嘴挡板阀小。

图 ! $ " $ "! 射流管阀

二、气动控制系统

（一）气动控制的发展及其优缺点

! ( 气动控制的发展

气压传动与控制也称为气动技术，是指以压缩空气为工作介质传递力和控制信号 的系统。气动控制技术的发展主要经历了以下几个发展阶段：

（!）压缩空气在一开始只是被用来传递动力，如电、汽车的自动开门、火车的自动抱 闸、采矿用的风钻等。

（"）到了本世纪 )% 年代，人们利用压缩空气来传递信号、进行控制，气动执行元件 的种类主要为气缸、气马达，控制元件主要为由射流元件组成的气动逻辑控制元件和各 种气控阀。

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