气动系统的分析与研究.

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1、气动系统的分析与研究2摘要：2一、气动系统的基本结构和原理31.1气源发生和处理元件31.2 气动控制元件91.3气动执行元件19二.气动技术的特点24三.气动技术的应用253.1在工业生产过程中的的应用26四.气动系统的比例控制29五.维护保养42六.气动元件发展趋势44参考文献47气动系统的分析与研究摘要：气动技术具有响应速度快、元件结构简单、抗环境污染、成本低廉、便于集中供气和工作时无污染等特点，被广泛应用于化工、医药、纺织、微电子、生物工程等工业自动化领域中，作为实现工业生产自动化的重要手段之一广受重视1。随着现代先进制造技术和传感技术的进一步发展，,现代气动技术也有迅猛的发展,与其它

2、传动技术相比,已有了更多的优势。仅在可靠性和元件使用寿命方面,一般气动电磁阀的寿命已高于3000万次,小型阀更起过1亿次,已高于一般电器元件(数百万次)的寿命。更由于气压传动具有防火、防爆、安全性好、无污染等优越性,因此在工业领域中的应用正日益拓宽。本文从气动系统的基本结构和原理出发，概述了气动系统的基本特点，了解了气动系统的运用领域，研究了气动系统的比例控制方式，总结了气动系统的维护保养与故障诊断，最后指出了气动系统发展趋势和应用前景。一、气动系统的基本结构和原理气压传动系统的工作原理是利用空气压缩机将电动机或其它原动机输出的机械能转变为空气的压力能，然后在控制元件的控制和辅助元件的配合下，

3、通过执行元件把空气的压力能转变为机械能，从而完成直线或回转运动并对外作功【2】。气动元件主要由气源发生和处理元件、气动控制元件、气动执行元件和气动辅助元件等四部分组成。1-电动机；2-空气压缩机；3-储气罐；4-压力控制阀；5-逻辑元件；6-方向控制阀；7流量控制阀；8-机控阀；9-气缸；10-消声器；11-油污器；12-空气过滤器图1-1 气动系统的组成示意图1.1气源发生和处理元件图1-2 气源发生装置和净化处理系统气源设备包括空气压缩机、后冷却器、气罐等,它提供气压传动与控制的动力源,将电能转化为压缩空气的压力能，供气动系统使用。气源处理元件包括过滤器、干燥器等,过滤器可清除压缩空气中的

4、水分、油污和灰尘等,提高气动元件的使用寿命和气动系统的可靠性;干燥器可进一步清除压缩空气中的水分。（1）气体压缩机是气压发上装置的主要设备。其按结构主要分为叶轮型和容积型两大类。叶轮型是通过叶轮转动，把空气动量转换成压力;容积型是通过压缩封闭空间的空气来提高空气压力。在一般工厂中均使用容积型压缩机。如下图给出了往复式压缩机（图1-3）和回转式压缩机（图1-4）示意图：图1-3 往复式压缩机 图1-4 回转式压缩机（2）后冷却器是为了防止气动装置内有冷凝水，应把压缩机排出的高温空气经冷却后图1-5 后冷却器结构示意图产生的冷凝水分离出去。与气罐装在一起的小型压缩机只靠气罐的表面空气冷却进行水分离

5、。大型压缩机要用后冷却器以分离水。后冷却器一般和压缩机采用同一冷却方式。空冷式后冷却器的结构与简单的翅片管汽车散热器一样，是通过驱动风扇旋转送风冷却的。水冷式结构使用列管式或蛇管式热交换器(图1-5)，强迫通水进行冷却，生成的冷凝水用排水阀排出。（3）气罐的作用是减小压缩机排气压力脉动，为瞬时大量耗气进行贮备，进一步分离压缩机空气中的水分和油分。当压缩机发生异常停机时，可用于对气动装置进行紧急处理。因此，一般气动系统中均使用气罐。一般气动系统中的气罐多为立式，它用钢板焊接而成，并装有放泄过剩压力的安全阀、指示罐内压力的压力表和排放冷凝水的排水阀。气罐属于压力容器，应使用经有关监督部门检查并出具

6、证明书的产品。（4）干燥器是用于除去压缩空气中的水分，得到干燥空气的装置，根据除去水分的方法，有冷冻式、吸附式等。冷冻式干燥器(图1-6)用冷冻机强制冷却压缩空气，使水分凝结后分离出去。由图1-6可知，入口进来的压缩空气先在空气预冷却器中靠已除湿的干冷空气预先冷却，然后进入冷却室，被氟利昂气体冷却到2-5以除湿。最后，冷凝变成的水滴被自动排水器排走，而除湿后的冷空气进入预冷却器，被由入口进来的暖空气加热，其湿度降低后由出口输出。冷却室内冷冻螺旋管外周如挂满油污和灰尘，将使冷却效率大为降低，因此在干燥器前应装有除去灰尘和油污的过滤器。图1-6 冷冻式干澡器（5）过滤器来自气压发生装置的空气中含有

7、水分、灰尘等，为了防止其进入气动控制回路，在入口处设置空气过滤器。典型的空气过滤器如图1-7所示。由入口进入的压缩空气通过旋风叶片使气流产生旋转运动。旋风效应使较大的游离水滴和灰尘等杂质撞击到存水杯内壁上并图1-7 过滤器1.旋风叶片2.滤芯3.挡水板4.存水杯5.手动放水阀沿壁面落到存水杯的底部。这样，大部分杂质都被除去，压缩空气再经过由烧结金属(或合成树脂)制成的有无数微孔的滤芯，进一步除去微细的灰尘颗粒后由出口处流出。分离出来的污水贮存在存水杯底部，在底端装有手控排水阀或自动排水阀，可将污水排到大气中去。滤芯的过滤精度按我国规定可分档为1级(最大颗粒直径为0.1m)、2级(最大颗粒直径为

8、1m)、3级(最大颗粒直径为5m)、4级(最大颗粒直径为40m)和5级(最大颗粒直径为75m)。一般使用最多的是3级和4级。（6）除油器通常使用的过滤器很难分离自压缩机来的油雾，因为油滴直径小于23m时已很难附着在物体上，要分离这些微滴油雾，需要使用凝聚式滤芯。除油器就是使用这种滤芯来除油的。在除油器结构中，除滤芯以外，其余和普通过滤器基本一样。图1-8是滤芯的一种结构。一般含有油雾的空气从其内侧流向外侧通过滤层时，使油滴经过冲撞、合并，逐渐形成较大油滴，并自滤芯表面分离，落到杯底。图1-8 除油浪芯的内部结构(7)油雾器在气动元件中，气缸、气马达或气阀等内部常有滑动部分，为使其动作圆滑、耐久

9、性好，一般需加入润滑油。但是，对于无给油式气动元件，由于已预先封入了润滑脂，故无需另外加润滑油。油雾器是利用流动的压缩空气将润滑油喷成雾状后送到气动元件的，其结构如图1-9所示。压缩空气流经文丘里管，靠产生的差压使贮油杯内的润滑油通过吸油导管压送，油从滴管滴入文丘里管后，借助气流被吹散呈雾状，和空气一起被送到气动元件中。油的滴下量可由透明的视油器看到，并可借助针形阀调节。图1-9 除油器的结构原理图1.2 气动控制元件气动基本回路是组成气动控制系统的基本单元，也是设计气动控制回路的基础。气动基本回路分为压力控制、速度控制和方向控制基本回路。1.2.1压力控制回路 压力控制回路的作用是调压和稳压

10、。一次压力控制回路指用安全阀将空气压缩机的输出压力控制在 0.8MPa左右。二次压力控制回路指把经一次调压后的压力p1再经减压阀减压稳压后所得到的输出压力p2（称为二次压力），作为气动控制系统的工作气压使用。 图1-10 QTY型减压阀1-手柄；2、3-调压弹簧；4-溢流孔；5-膜片；6-阀杆；7-阻尼孔；8-阀座；9-阀芯；10-复位弹簧；11-阀口；12-膜片室；13-排气口（1）高低压选择回路 高低压选择回路由多个减压阀控制，实现多个压力同时输出。用于系统同时需要高低压力的场合。图1.11 高低压选择回路示意图（2）高低压切换回路 利用换向阀和减压阀实现高低压切换输出。用于系统分别需要高

11、低压力的场合图1-12 高低压切换回路示意图1.2.2方向控制回路单作用气缸换向回路利用电磁换向阀通断电，将压缩空气间歇送入气 缸的无杆腔，与弹簧一起推动活塞往复运动。双作用气缸换向回路分别将控制信号到气控换向阀的K1、K2 的控制腔，使换向阀的换向，从而控制压缩空气实现使气缸的活塞往复运动。 图1-13 方向控制回路 （1）差动控制回路是用二位三通手拉阀控制差动联接气缸，实现气缸的差动控制。图1-14 差动控制回路（2）多位运动控制回路给各三位换向阀分别加入开关量信号时，各气缸可分别完成向左、向右、停止三种运动状态。当信号解除后，缸可以停止在原位；若更换不同中为机能的三位换向阀，缸可以得到不

12、同的停留状态。图1-15 多位运动控制回路1.2.3速度控制回路（1）单作用气缸速度控制回路 双向调速回路：采用二只单向节流阀串联分别实现进气节流和排气节流，控制气缸活塞的运动速度。 慢进快退调速回路：在图示回路中当有控制信号K时，换向阀换向，其输出经节流阀、快排阀入单作用缸的无杆 腔，使活塞杆慢速伸出，伸出速度的大小取决于节流阀的开口量；当无控制信号K时，换向阀复位，缸无杆腔余气经快排阀排入大气，活塞在弹簧作用下缩回。 图1-16 单作用气缸速度控制回路（2）双作用缸速度控制回路 双向调速回路：在换向阀的排气口上安装排气节流阀，两种调速回路的调速效果基本相同。慢进快退回路：控制活塞杆伸出时采

13、用排气节流控制，活塞杆慢速伸出；活 塞杆缩回时，无杆腔余气经快排 阀排空，活塞杆快速退回。图1-17 双作用缸速度控制回路（3）缓冲回路是对于气缸行程较长速度较快的应用场合，可以通过回路来实现缓冲；图1-18为快速排气阀和溢流阀配合使用缓冲回路 ；图1-19为单向节流阀与二位二通行程阀配合使用的缓冲回路 。图1-18 图1-191.2.4气液联动速度控制回路 在气液联动速度控制回路中，采用气液联动目的，使气缸得到平稳的运动速度。常用两种方式：气液阻尼缸的回路；用气液转换器的回路。 慢进快退回路：在气液阻尼缸中，气缸是动力缸，油缸是阻尼缸，气缸与阻尼缸串联联接。图1-20 气液联动速度控制回路1

14、.2.5 变速回路 气液缸串联调速回路：通过单向节流阀，利用液压油不可压缩的特点，实现气缸单方向的无级调速，油杯用于补充油缸漏油。 气液缸串联变速回路：当活塞杆右行到撞块碰到机动换向阀后开始作慢速运动。改变撞块的安装位置，即可改变开始变速的位置。图1-21 变速回路示意图1.2.6 气液转换器的调速回路 气液转换器是一种气液共存又可以相互转换的气液转换元件。其作用是在一段输入压缩空气时，另一端输出液体。 图1-22)为双作用缸慢进快退的回路，活塞的慢进运动速 度通过节流阀2控制气缸的右腔与气液转换器间油液的流量调节。 图1-23) 为可以实现快慢速换接的慢进快退的回路 当挡块压下行程阀6时，活

15、塞实现快慢速换接。图1-22)双作用缸慢进快退的回路 图1-23)实现快慢速换接的慢进快退的回路1.2.7 安全保护回路单缸互锁回路：只有a和b两个信号同时存在时，换向阀换向，气缸活塞杆伸出，否则活塞保持缩回状态。 多缸互锁回路：在操作换向阀（1）（2）时，只允许与所操作换向阀相应的气缸动作，其余气缸被锁于原位置。 图1-24 单缸互锁回路 图1-25 多缸互锁回路过载保护回路是当气缸活塞杆外伸超载时，气缸左腔压力升高，顺序阀5打开，压缩空气经梭阀排出，换 向阀3换向并处于右位，活塞杆缩回。因而，防止了系统因过载而可能造成的事故。图1-26 过载保护回路示意图1.2.8 往复运动回路 （1）一次往复运动回路 加压控