气压传动课件资料

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1、101气压传动极其特点,气压传动是以压缩空气为工作介质来传递动力和控制信号，控制和驱动各种机械和设备，以实现生产过程机械化、自动化的一门技术，简称气动。,第十章 气压传动概述,气压传动的特点,1.气压传动的优点 气压传动系统的介质是空气，它取之不尽用之不竭，成本较低，用后的空气可以排到大气中去，不会污染环境。 气压传动的工作介质粘度很小，所以流动阻力很小，压力损失小，便于集中供气和远距离输送，便于使用。 气压传动工作环境适应性好。 气压传动有较好的自保持能力。即使气源停止工作，或气阀关闭，气压传动系统仍可维持一个稳定压力。 气压传动在一定的超负载工况下运行也能保证系统安全工作，并不易发生过热现

2、象。,2. 气压传动的缺点 气压传动系统的工作压力低，因此气压传动装置的推力一般不宜大于1040kN， 仅适用于小功率场合，在相同输出力的情况下，气压传动装置比液压传动装置尺 寸大。 由于空气的可压缩性大，气压传动系统的速度稳定性差，位置和速度控制精度不 高。 气压传动系统的噪声大。 气压传动工作介质本身没有润滑性。 气压传动动作速度和反应快。,10.2 气压传动系统的组成,下图所示为一可完成某程序动作的气压系统的组成原理图，其中的控制装置是由若干气动元件组成的气动逻辑回路。它可以根据气缸活塞杆的始末位置，由行程开关等传递信号，在作出下一步的动作，从而实现规定的自动工作循环。,由上面的例子可以

3、看出，气压传动系统主要由以下几个部分 组成： （1）能源装置把机械能转换成流体的压力能的装置，一般最常见的是空气压缩机。 （2）执行装置把流体的压力能转换成机械能的装置，一般指气压缸或气压马达。 （3）控制调节装置对气压系统中流体的压力、流量和流动方向进行控制和调节的装置。如压力阀、流量阀、方向阀等。 （4）辅助装置指除以上三种以外的装置，分水滤气 器、油雾器、消声器等，它们对保证气压系统可靠和稳定地工作 有重大作用。 （5）传动介质传递能量的流体，即压缩空气。,10.3 气压传动及其控制技术的应用和发展,气压传动的应用也相当普遍，许多机器设备中都装有气压传动系统，在工业各领域，如机械、电子、

4、钢铁、运行车辆及制造、橡胶、纺织、化工、食品、包装、印刷和烟草机械等，气压传动技术不但在各工业领域应用广泛，而且，在尖端技术领域如核工业和宇航中，气压传动技术也占据着重要的地位,气压传动发展 目前，气压传动在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、长寿命、高度集成化、小型化与轻量化、一体化、执行件柔性化等方面取得了很大的进展。同时，由于它与微电子技术密切配合，能在尽可能小的空间内传递出尽可能大的功率并加以准确地控制，从而更使得它在各行各业中发挥出了巨大作用。,11.1 空气的特征,(1)空气的组成 空气由多种气体混合而成。其主要惩罚是氮和氧，其次是氩和少量的二氧化碳及其他气体，清洁的空气是无色

5、、无臭、无味、透明的气体， 空气可分为干空气和湿空气两种形态，以是否含有水蒸气作为区分标致：不含水蒸气的空气为干空气，含有水蒸气的空气成为湿空气。 （2）空气的特征参数 空气的密度。 空气的密度 ，式中，M、V分别为气体的质量与体积。 空气的粘度。空气的年度是空气质点相对运动时产生阻力的性质。空气年度的变化只受温度变化的影响，且随着温度的升高而增大，而压力变化对其影响甚微，可忽略不计。 气体的易变性 气体的体积受压力和温度变化的影响极大，与液体和固体相比较，气体的体积是易变的，称为气体的易变性。气体与液体体积变化相差悬殊，主要原因在于气体分子间的距离大而内聚力小，分子运动的平均自由路径大。气体

6、体积随温度和压力的变化规律遵循气体状态方程。,1.空气的物理特征,2.干空气及其特性,我们把不含水蒸气的空气称“干空气”，而把含有水蒸气的空气称“湿空气。干空气的分子量是28.966，而水蒸气的分子量是18.016，故干空气分子要比水蒸气分子重。在相同状况下，干空气的密度也比水蒸气的密度大，水蒸气的密度仅为干空气密度的62%左右。 对相同状况下的干空气与湿空气来说，由于干空气中的气体分子密度及分子的平均质量都比湿空气要大，且干空气分子的平均动量也比湿空气大，因而干空气压力也就比湿空气大。 干空气的主要物理性质见表11.3。,3.湿空气及其特性,（1）湿度 绝对湿度。单位体积的湿空气中所含水蒸汽

7、的质量，称为湿空气的绝对湿度，用x表示,或由气体状态方程导出,相对湿度。在一定温度和压力下，绝对湿度和饱和绝对湿度之比称为该温度下的相对湿度,饱和绝对湿度。在一定温度下，单位体积湿空气中所含水蒸气的质量达到最大极限度时，称此时湿空气为饱和湿空气。此时，湿空气中水蒸气的分压力达到该温度下水蒸气哦的饱和压力，其绝对湿度称为饱和绝对湿度,（2）含湿量 质量含湿量。即单位质量的干空气中所混合的水蒸气的质量，用d（单位为g/kg）表示，,容积含湿量。即单位体积的干空气中所混合的水蒸气的质量,11.2 气体状态方程,11.2.1 理想气体状态方程,气体处于某一平衡状态时，其压力、温度和比容间的关系。,2、

8、状态变化方程,(1)等容变化（查理定律）,一定质量的气体，在状态变化过程中体积保持不变。,体积不变时，压力与温度成正比。,如：车胎、液化气罐等。,(2)等压变化（盖吕萨克定律）,一定质量的气体，在状态变化过程中压力保持不变。,压力不变时，温度上升，气体比容增大（膨胀）； 压力不变时，温度下降，气体比容减小（被压缩）。,(3)等温变化（波意耳定律）,一定质量的气体，在状态变化过程中温度保持不变。,如：气缸工作、管道输送空气等。,(4)绝热变化,一定质量的气体，在状态变化过程中系统与外界无热交换。,式中：k为绝热指数。对干空气取1.4；对饱和蒸汽取1.3。,如：空压机压缩空气(上升至250 )；高

9、速气流流经阀口(下降至-100 )。,(5)多变过程,不加任何限制的过程称为多变过程。,式中：n为多变指数。,n=0，等压变化过程 n=1，等温变化过程 n=k，绝热变化过程 n= , 等容变化。,1：n=0，等压变化 2：n= ,等容变化 3：n= 1,等温变化 4：n= 1.4，绝热变化 5：n=n，多变过程。,11.3 气体流动基本规律,一、连续性方程,根据质量守恒定律，通过管道任一截面的气体质量流量相等。,二、伯努利方程,1.可压缩气体绝热流动的伯努里方程 如果忽略气体流动时的能量损失和位能变化，可得,或,式中，k为绝热指数。,2有机械功的压缩气体能量方程 在所研究的管道两过流断面之间

10、有流体机械对气体供以能量E时，绝热过程能量方程为,对绝热过程和多变过程，分别有,11.3.3 通流能力 1有效截面积 节流孔口 如图，气体流经气流孔口，且设孔口面积为,。由于孔口具有尖锐边缘，而流线又不可能突然转折，经孔口后流束发生收缩，其最小收缩截面积称为有效截面积，以A表示，它代表了节流孔的通流能力。节流孔的有效截面积A与孔口世界截面积,之比，称为收缩系数，以表示，即,。,（2） 管道的有效截面 系统中多个元件串联时，等效有效截面积,为,系统中多个元件并联时，起等效有效截面积,为,2通过节流小孔的流量 气流通过气动元件，使元件进口压力,保持不变，出口压力,降低。 当气流压力之比,时，流速在

11、声区内。自由状态流量为,当,时，流速在压声速区自由状态的流量为,11.3.4 充气温度与时间的计算 1.充气时引起温度变化，充气后的温度为：,式中：, 气源温度( K )；k 绝热指数；,、, 容器的开始、结束内压(Pa)。,2.充气时间,式中：, 容器内的初始压力(Pa)；, 气源的压力(Pa)；, 充、放气时间常数(s)。,1.放气时引起温度变化，放气后的温度为：,式中：,、, 容器的开始、结束内压(Pa)；, 容器内初始温度(k)；k 绝热系数。 2.放气时间：,式中：, 容器内的初始压力(Pa)；k 绝热系数；, 充、放气时间常数(s)；, 放气临界压力，值为：,(Pa),11.3.5

12、放气温度与时间计算,12.1 气源装置 12.11气压传动对工作介质的要求 1.要求压缩空气具有一定的压力和足够的流量。 2.要求压缩空气具有一定的净化程度，保证空气质量。 3.有些气动装置和气动仪表还要求压缩空气的压力波动不能太大，一般气源压力波动应控制在4%以内。 因为一般气动设备所使用的空气压缩机都是属于工作压力较低(小于1MPa)，使用油润滑的活塞式空气压缩机。它排出的压缩空气温度一般在140170，使空气中的水分和部分润滑油变成气态，再与吸人的灰尘混合，形成油汽、水汽、灰尘相混合的杂质混在压缩空气中。 上述压缩空气是不能为气动装置作用的，这样的压缩空气必须经过除油、除水、除尘、干燥等

13、净化处理后才能被气压传动系统所使用。,12.1.2 气源系统的组成 气源装置是气动系统的动力源，它应提供清洁、干燥且具有一定压力和流量的压缩空气，以满足条件不同的使用场合对压缩空气的质量的要求。气源装置一般由四部分组成：,(1)产生压缩空气的气压发生装置(如空气压缩机)。 (2)压缩空气的净化处理和贮存装置(如后冷却器、贮气罐、空气干燥器、空气过滤器、油水分离器等)。 (3)传输压缩空气的管道系统。 (4)气动三大件(分水过滤器、减压阀、油雾器)。,1、空气压缩机,(1)类型：,按工作原理分：,按输出压力 p 分类：,鼓风机： p 0.2MPa 低压空压机： 0.2 MPa p 1MPa 中压

14、空压机： 1MPap 10MPa 高压空压机： 10MPap 100MPa 超高压空压机：p100MPa,按输出流量(即铭牌流量或自由流量)分类：,(2) 空气压缩机的工作原理,吸气过程 压缩过程 排气过程 膨胀过程,(3) 空压机的选用,依据是：工作压力和流量。一般气动系统的工作压力为0.40.8MPa，故常选用低压空压机，特殊需要亦可选用中、高压或超高压空压机。空压机或空压站的供气量(自由流量) qz可按下式估算：,式中：qimax为第 i 台设备的最大自由空气耗量 ; n 为系统内所用气动设备总台数; 为利用系数（查图）； K1为漏损系数，取1.15-1.5 ；K2为备用系数，取1.3-

15、1.6,m3/s,(4) 空压机的职能符号,2、冷却器,3、油水分离器,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，让压缩空气得到初步净化。其结构形式有环形回转式、撞击并折回式、离心旋转式、水浴式以及以上形式的组合使用等。,4、干燥器,作用：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、射流元件组成的系统使用。,干燥方法：吸附法和冷冻法,冷冻法：利用制冷设备使空气冷却到-定的露点温度，析出空气中超过饱和水蒸汽压部分的水分，以降低其含湿量，增加干燥程度的方法。,吸附法：利用硅胶、铝胶、分子筛、焦炭等吸附剂吸收压缩空

16、气中的水分，使压缩空气得到干燥的方法。吸附法除水效果很好。采用焦炭作吸附剂效果较差，但成本低，还可以吸附油分。,5、贮气罐,贮气罐的作用：,（1）储存一定数量的压缩空气，保证输出气流的连续性； （2）消除压力波动，稳定输出 ； （3）当空压机停机或突然停电或设备发生故障时，储存空气或临时需要应急使用，保证系统安全； （4）降低空气温度，进-步分离压缩空气中的水分和油分。,12.2气动辅件元件,12.2.1 气动三大件 水滤气器、减压阀和油雾器一起被称为气动三大件。 三大件无管连接而成的组件称为三联件。三大件是多数气动系统中不可缺少的气源装置，安装在用气设备近处，是压缩空气质量的最后保证。三大件的安装顺序依进气方向分别为分水滤气器、减压阀和油雾器。在使用中可以根据实际要求采用一件或两件，也可多于三件。,图分水滤气器结构,1. 分水滤气器 分水滤气器的作用是滤去空气中的灰尘和杂质，