第12章气压传动系统1

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1、1,第12章 气压传动系统,一、气压传动概述 二、气源装置及辅助元件 三、气压执行元件,2,第12章 气压传动系统 一、气压传动概述 气压传动就是用气体作为工作介质，在密封的回路里，以气体的压 力能进行能量传递的一种传动方式。自20世纪60年代以来，气压传 动发展得十分迅速，目前气压传动已成为一个独立的专门技术领域。 12.1 气压传动系统的组成 典型的气压传动系统一般由气源装置、气压控制元件、气压执行元件和气压辅助元件四个部分组成，如图12.1所示。,3,第12章 气压传动系统 一、气压传动概述 12.1 气压传动系统的组成,4,第12章 气压传动系统 一、气压传动概述 12.1 气压传动系

2、统的组成 1气源装置(或称动力元件) 气源装置是把机械能转化成压力能的装置，为各类气动设备提供动力。用气 量较大的单位一般设有专门的压缩空气站，通过输送管道统一向各用气点分 配压缩空气。气源装置的主体部分是空气压缩机，另外还有气源净化设备。 2、气压执行元件(或称执行装置) 气压执行元件是把压力能转化成机械能的装置，输出力和速度(或转矩和转速)，以驱动工作部件。一般常见的气压执行元件是气缸和气动马达。,5,第12章 气压传动系统 一、气压传动概述 12.1 气压传动系统的组成 3、气压控制元件(或称控制调节装置) 气压控制元件是对气体的压力、流量和流动方向进行控制和调节的装置，保 证执行元件具

3、有一定的输出力、速度和方向。这类元件主要包括压力控制阀 、流量控制阀、方向控制阀和逻辑元件等。 4、气压辅助元件(或称辅助装置) 气压辅助元件是指除以上三种组成部分以外的其他装置，如各种管接件、过 滤器、干燥器、消声器、油雾器、压力表等。它们对保证系统可靠、稳定地 工作起着重要作用。,6,第12章 气压传动系统 一、气压传动概述 12.2 气压传动的优、缺点 1、气压传动的优点 (1) 气压传动系统的介质是空气，成本低且不会污染环境。 (2) 气压传动的工作介质粘度很小，便于集中供气和远距离输送，使用方便。 (3) 气压传动可以在易燃、易爆、多尘埃、强辐射、振动等恶劣环境中工作。 (4) 气压

4、传动的动作速度和反应快。气体流速可以大于10 ms，甚至接近声速，因此在0.020.03 s内即可以达到所要求的工作压力和速度。 (5) 气压传动可以在一定的超负载工况下运行，并不易发生过热现象。,7,第12章 气压传动系统 一、气压传动概述 12.2 气压传动的优缺点 2、气压传动的缺点 (1) 气压传动系统的工作压力低，仅适用于小功率场合。 (2) 由于空气的可压缩性大，会给位置和速度的控制精度带来很大影响。 (3) 气压传动系统的噪声大(尤其是排气时)，所以需要加消声器。 (4) 气压传动中气压信号的传递速度限制在声速以内，比电子信号和液压信号的传递速度慢得多，因此不适用于高速传递信号及

5、控制非常复杂的回路。,8,第12章 气压传动系统 一、气压传动概述 12.3 气压传动的应用 气压传动的应用历史悠久，早在公元前，埃及人就开始用风箱产生压缩空气 助燃，这是最初气压传动的应用。从18世纪产业革命开始，气压传动逐渐被 应用到各类行业中，如矿山用的风钻、火车的刹车装置等。目前，世界各国 都把气压传动作为一种低成本的工业自动化手段。 气压传动技术在工业领域中应用广泛，许多机器设备中都装有气压传动 系统，如机械、电子、钢铁、橡胶、纺织、化工、食品、包装、印刷和烟草 等。 视频：气压系统应用（一） 视频：气压系统应用（二） 视频：气压系统应用（三）,9,第12章 气压传动系统 二、气源装

6、置及辅助元件 气源装置和辅助元件是气动系统中两个不可缺少的重要组成部分，气源装置提 供足够清洁、干燥且具有一定压力和流量的压缩空气，并且满足气压传动和控 制的要求。气动辅助元件是气压系统中元件连接、提高系统可靠性及改善工作 环境等所必需的。 （一）气源装置 1、气源装置的组成和布局,10,第12章 气压传动系统 二、气源装置及辅助元件 （一）气源装置 1、气源装置的组成和布局 空气压缩机从大气中吸入含有水分和灰尘的空气，经压缩后空气的温度提高 到约140170，此时空气压缩机排出的压缩空气是含有油分、水分及灰尘 的高温气体。 若将这种压缩空气送给气动系统，油蒸气可能形成易燃物，有爆炸危险；水

7、分冷凝成水滴在管道内形成水膜，增加阻力；灰尘等污染物与凝聚的油分、 水分混合形成胶状物质，堵塞节流孔和气流通道；温度过高会加速气动元 件中各种密封件、膜片和软管材料的老化，降低系统的使用寿命，所以由空 气压缩机排出的压缩空气必须经过降温、除油、除水、除尘和干燥，使其品 质达到一定要求后才能使用。 实际中，需根据对压缩空气品质的要求来设置气源装置。,11,第12章 气压传动系统 二、气源装置及辅助元件 （一）气源装置 1、气源装置的组成和布局 空气压缩机产生一定压力和流量的压缩空气，其吸气口装有空气过滤器，以 减少进入压缩空气内的污染杂质；压缩空气进入冷却器(又称后冷却器)后温 度从140170

8、降至4050，使高温气化的油分、水分凝结出来；然后 进入油水分离器，使大部分的油滴、水滴和杂质等从压缩空气中分离出来， 并从排污口排出； 将初步净化的空气送入储气罐中(一般称为一次净化系统)，储气罐可平衡空 气压缩机的流量和设备用气量，并稳定压缩空气的压力，同时还可以除去压 缩空气中的部分水分和油分； 将压缩空气再送入干燥器进一步吸收、排除压缩空气中的水分、油分等，使 之变成干燥空气；过滤器(又称一次过滤器)的作用是进一步清除压缩空气中 的灰尘、杂质和颗粒。经过净化后的压缩空气送入储气罐(一般称为二次净 化系统)。对要求不高的气压系统可以从前面储气罐直接供气，后面储气罐 中输出的压缩空气可用于

9、要求较高的气压系统。,12,第12章 气压传动系统 二、气源装置及辅助元件 （一）气源装置,2、空气压缩机 空气压缩机简称空压机，是气源装置的核心。 空压机将电动机或内燃机的机械能转化为压 缩空气的压力能。 空气压缩机按工作原理分为容积型压缩机和 速度型压缩机。 容积型压缩机的工作原理是压缩气体的体积 ，使单位体积内气体分子的密度增加以提高 压缩空气的压力。 速度型压缩机的工作原理是提高气体分子的 运动速度，使气体分子具有的动能转化为气 体的压力能，从而提高压缩空气的压力。在 气压传动中，通常采用卧式容积型活塞式空 气压缩机。其工作原理如右图所示。,13,第12章 气压传动系统 二、气源装置及

10、辅助元件 （一）气源装置,2、空气压缩机 吸气过程：当活塞4向右移动时，气缸3左腔 的压力低于大气压力，进气阀2打开，空气 在大气压力作用下进入气缸3左腔。 压缩过程：当活塞4向左移动时，进气阀2在 气缸3左腔内压缩气体的作用下关闭，气缸 左腔内的气体被压缩。 排气过程：当气缸左腔内的气体压力增高到 略大于输出管路内的气体压力后，排气阀1打 开，压缩空气排入输气管道。 往复运动：活塞4的往复运动是由电动机(或内 燃机)带动曲柄9转动，通过连杆8、滑块6、 活塞杆5转化成直线往复运动而产生的。,14,第12章 气压传动系统 二、气源装置及辅助元件 （一）气源装置,3、压缩空气净化和储存装置 压缩

11、空气的净化、储存装置一般包括冷却器、油水分离器、储气罐和干燥器等。 (1) 冷却器 冷却器安装在空气压缩机的出口管道上，能将空气压缩机排出的高温气体的温 度降低到4050，压缩空气中的油雾和水气大部分可以凝结成滴而析出。 冷却器的冷却方式有水冷和风冷两种。风冷依靠风扇作用产生的冷空气通过散 热片以降低通过的热空气。最常用的冷却方式为水冷，是通过强迫冷却水沿压 缩空气流动方向的。 如图所示，为蛇管式冷却器， 钢管盘成螺旋状，形成蛇形， 浸在冷却水中；气体在管内 流动，水在管外水套中流动。,15,第12章 气压传动系统 二、气源装置及辅助元件 （一）气源装置,3、压缩空气净化和储存装置 压缩空气的

12、净化、储存装置一般包括冷却器、油水分离器、储气罐和干燥器等。 (2) 油水分离器（除油器） 油水分离器安装在冷却器后面，主要是用离心、撞击、水洗等方法使压缩空气中 凝聚的水分、油分等杂质从压缩空气中分离出来。 分离的方式主要包括环形回转式、撞击并折回式、 离心旋转式、水浴式及以上形式的组合使用等。 如图所示的油水分离器，采用惯性分离原理，压 缩空气自入口进入后，因撞击隔板而折回向下， 继而回升向上，形成回转环形流，使水滴、油 滴和杂质在离心力和惯性力的作用下，从空气中 分离析出，并沉降在底部，通过定期打开底部阀 门排出，初步净化的空气从出口送往储气罐。,16,第12章 气压传动系统 二、气源装

13、置及辅助元件 （一）气源装置,3、压缩空气净化和储存装置 (3) 储气罐 储气罐有下述作用： 使压缩空气供气平稳，减少压力脉动； 作为压缩空气瞬间消耗需要的储存补充之用，使输出气流具有流量连续性和气 压稳定性； 储存一定量的压缩空气，调节用气量或以备发生故障和临时需要时应急使用； 利用储气罐的大表面积散热分离压缩空气中的部分水分和油分。 储气罐一般采用圆筒状焊接结构，有立式和卧式两种。使用时进气口在下，出气 口在上，两者间的距离应尽可能大。储气罐的结构如图所示，安全阀的作用是当 储气罐内的压力超过允许限度时，可将压缩空气排出；压力表显示储气罐内的压 力；最低处应设有排水阀，以排掉凝结在储气罐内

14、所有的水。储气罐属于压力容 器，应遵守压力容器的有关规定，必须有产品耐压合格证书。,17,第12章 气压传动系统 二、气源装置及辅助元件 （一）气源装置,3、压缩空气净化和储存装置 (4) 干燥器 干燥器进一步吸收和排除压缩空气中的水分、油分，使之变为干燥空气，以供对 气源品质要求较高的气动仪表等系统使用。 目前使用的干燥方法主要是吸附法和冷冻法。 冷冻式干燥器的工作原理是利用制冷设备使湿空气冷却到其露点温度以下，使空 气中的水蒸气凝结成水滴并清除出去，以降低其含湿量，增加干燥程度。然后再 将压缩空气加热至环境温度输送出去。吸附式干燥器是利用硅胶、铝胶、分子筛、 焦炭等吸附剂吸收压缩空气中的水

15、分，使压缩空气得到干燥的方法，吸附法除水 效果很好。 如图所示，是吸附式干燥器的工作原理图，压缩空气从进气口进入干燥器，通过 上吸附剂层、栅板和下吸附剂层以后，其中的水分被吸收而得到干燥；然后经过 过滤器和密封垫过滤掉灰尘和其它固态杂质后从出气口中输出。,18,第12章 气压传动系统 二、气源装置及辅助元件 （一）气源装置,3、压缩空气净化和储存装置 (4) 干燥器 干燥器中的吸附剂吸水达到饱和状态后将失去吸附 水分的能力，需用干燥的热空气或其它方法除去吸 附剂中的水分，使其再生后才能使用。故气源装置 中一般设置两套干燥器，一套工作时，另一套再生。 关闭进气管和排气管，将干燥再生热空气从再生空

16、 气入口处通入，使吸附剂吸附的水分蒸发为水蒸气， 从两个再生空气出口处排入大气。经过34h干燥、 45h冷却后，干燥器就可以再使用了。 吸附式干燥器体积小、质量轻、易维护，但处理流 量小。因此，适合于处理空气量小、干燥程度要求 高的场合。 气源装置中的冷却器、油水分离器、干燥器、过滤器及储气罐等均属压力容器， 需按有关标准设计制造并做水压试验，一般试验压力ps1.5p (工作压力)。,19,第12章 气压传动系统 二、气源装置及辅助元件 （一）气源装置,4、辅助元件 辅助元件主要包括过滤器、油雾器、消声器、管道及其它辅助元件，是气动系 统不可缺少的重要组成部分 （1）分水过滤器 分水过滤器的作用是滤去空气中的灰尘和杂质，并将空气中的水分分离出来。如 图所示