《流体传动与控制第二部分气压传动篇》由会员分享，可在线阅读，更多相关《流体传动与控制第二部分气压传动篇（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二部分 气压传动篇第1章 气动基础及气源系统1.1 概述1.1.1气动及其系统组成气动是气压传动及控制的简称，也可称为气动技术。它是以压缩空气为动力源来驱动和控制各种机械设备以实现生产过程机械化和自动化的一种技术。它主要包含两个方面的内容：即气压传动和气动控制。1. 气压发生装置 即获得压缩空气的装置和设备，如空气压缩机。2. 气动执行元件 以压缩空气为工作介质产生机械运动的装置，如作直线运动的气缸或作回转运动的气马达。3. 气动控制元件 通过它能改变工作介质的压力，流量或流动方向来实现执行元件所规定的动作，如各种压力、流量、方向控制阀和各种气动逻辑元件。4. 气动传感元件 感受各种被测参数
2、（如位置、尺寸、压力等）并转换成气压信号的装置，如位置传感器等。5. 气动辅件 为压缩空气的净化、元件的润滑、元件间的连接、消音等所需要的一些辅助装置。1.1.2 气动的特点1. 使用、维修方便。2. 安全、可靠。3. 成本低、寿命长。（1） 气动系统的优点：环保性、适用性、灵活性、安全性 、经济、可靠性 （2） 气动系统的缺点：可压缩性、工作压力低、噪声大、信号传递速度慢1.2 压缩空气由产生、处理和贮存压缩空气的设备组成的系统称为气源系统。1.2.1 干空气与湿空气1. 干空气与湿空气通常，大气中的空气总含有水蒸气。不含水蒸气的空气称为干空气，含水蒸气的空气就称为湿空气。当空气中所含水蒸气
3、达到最在限度时，水蒸气处于饱和状态，此时的湿空气就称为饱和湿空气。2. 相对湿度每立方米湿空气所含水蒸气含量rs (未饱和空气中水蒸气密度)与同温度下每立方米饱和湿空气中所含水蒸气量rb (即饱和水蒸气密度)之比称为相对湿度。用符号j表示，即 (1-2)3. 含湿量当一定容积的湿空气中水蒸气质量ms(kg)与干空气质量ma(kg)之比称为含湿量，以符号d表示。其中，ra为水蒸气密度。将式(1-1)代入上式，可得(1-4)式中，p为空气压力(绝对压力)。4. 露点在一定压力下，降低未饱和湿空气的温度，使其达到饱和状态时的湿度称作露点。实际上，露点就是未饱和湿空气中水蒸气分压rs相对应的饱和温度。
4、温度降到露点以下，湿空气中就会有水滴析出，降温去除湿空气中的水份就是利用此原理。1.2.2 压缩空气的污染1. 污染源空气污染一般是指空气中混入或产生某些污染物质，使空气的洁净受到不良影响。污染物质多种多样，有粉尘、烟尘、液雾等。一切混入气体的物质都会引起污染。压缩空气中杂质的主要来源有：(1) 由系统外部的大气中经压缩机等吸入的；(2) 由系统内部自发产生的；(3) 安装、装配或维修时混入的。2. 污染的影响空气的污染物按物质种类，可分为水份、油份和固体杂质。(1) 水份的影响气流中混入水份后，会使气动元件等因生锈而动作迟缓，喷涂时因气动喷雾器中含有的水份而影响喷涂质量。在寒冷地区，水凝结后
5、结冰会使管道及附件损坏，或使气流不能流通。此外，聚集在管道内的凝结水当达到一定量时，在气流压力的作用下，会对管壁形成水击现象，损坏管路。 (2) 油份的影响 油蒸气聚集在贮气罐中，形成易燃物甚至是爆炸混合物。另外，油份经高温氧化后形成的一种有机酸，会腐蚀金属设备。此外，食品、药品和微电子等行业对环境有特殊要求，应用于这些行业的气动设备若没有实施无油化以及空气净化处理后没有达到含油率的要求，油份将严重影响产品质量，降低产品品质。 (3) 固体尘埃的影响 固体尘埃进入气动元件的可动部分后，会加速该部件的磨损，导致动作不良，功能下降，进而失效。颗粒大的固体尘埃沉积在管道内，减小了管道的可流通截面积。
6、1.2.4 空气的净化处理 压缩空气净化装置有主管道净化设备，包括后冷却器、各种大流量的过滤器(除水滤的分水过滤器、除焦油过滤器、除油过滤器和除臭过滤器等)、各种空气干燥器、排污器和贮气罐等。1.3 空气压缩站1.3.1 空气压缩站的组成 空气压缩站(简称空压站)是气动自动化控制系统的重要组成部分，为气动设备提供满足要求的压缩空气动力源。空压站的主要组成装置有气压发生装置(空气压缩机，简称空压机)、贮气罐和后冷却器。 1. 空压机 空压机是气压发生装置，是将机械能转换为气体压力能的转换装置。常见的空压机有活塞式空压机、叶片式空压机和螺杆式空压机三种。 (1) 分类 空压机的种类很多，按工作原理
7、、结构形式及性能参数分类。 1) 按工作原理分类 可分为容积型空压机和速度型空压机。容积型空压机的工作原理是压缩空压机中气体的体积，使单位体积内空气分子的密度增加以提高压缩空气的压力。速度型空压机的工作原理是提高气体分子的运动速度以此增加气体的动能，然后将气体分子的动能转化为压力能以提高压缩空气的压力。2) 按结构形式分类3) 按空压机输出压力大小分类低压空压机 0.21.0MPa中压空压机 1.010MPa高压空压机 10100MPa超高压空压机 100MPa4) 按空压机输出流量(排量)分类微型 100m3/min 1.3.2 空压站机组的选择 空压站机组的选择依据是气动系统的工作压力、流
8、量以及安装地点周围的环保要求来选择的。 1. 输出流量 (1) 标准流量与有压流量换算所谓标准流量是指在温度20，大气压力1.013105Pa，相对湿度65的状态下的流量。标准流量也可看作自由流量。 (m3/min) (1-9)式中，Q标标准流量，m3/min，(ANR)； Q压压力状态下的流量，m3/min； p压绝对工作压力，Pa； p标标准状态下的空气压力，Pa，p标=1.013105Pa； T压工作空气温度，t，T压=(t+273)K T标标准状态下的空气温度，T=293K 1.4.1 干燥器 1. 冷冻式空气干燥器 2. 吸附式空气干燥器 3. 膜式空气干燥器 1.4.2 过滤器 目
9、前，广泛使用的是分水过滤，分水过滤器滤尘能力较强，它和减压阀、油雾器一起被称为气动三联件，是气动系统中不可缺少的辅助装置。 使用时，分水过滤器必须垂直安装，并使排水阀向下，壳体上箭头所指为气流方向，切勿装反。需要特别强调的是，使用中必须经常放水，存水杯中的积水不得超过挡水板，否则水份仍将被气流带出，失去了分水过滤器的作用。应定期清洗或更换滤芯。1.4.3 油雾器 油雾器在系统中的作用是将润滑油雾化，把雾化后的油雾全部随压缩空气输出，油雾粒径约为20mm。 固定节流式普通型油雾器有以下特点：当空气流量变化时，如果不重新调整油量调节针阀的开度，则输出的油雾浓度将被改变。调整油量调节针阀的开度以改变
10、滴油量，保持一定的油雾浓度。滴油速度根据空气流速思考题和习题1-1 气动系统由哪些装置及元件组成？1-2 气动系统对压缩空气的质量有些什么要求？1-3 空气压缩机在气动系统中起何作用？如何选用？1-4 压缩空气的净化装置和设备包括哪些？它们各起什么作用？1-5 气动系统的管道布置应遵循哪些原则？如何选择管道的内径和壁厚？1-6 依次说明气动三大件的名称及其用途。1-7 简述分水滤气器的结构原理。它有哪些性能指标？1-8 简述油雾器的工作原理。什么场合需要油雾器？什么场合不需要油雾器？1-8 为什么气动系统要用消声器？消声器一般安装在什么地方？1-9 气动系统如何选用管道及管接头？5第2章 气动
11、执行元件2.1 概述 在气动自动化系统中，气动执行元件是一种将压缩空气的能量转化为机械能，实现直线、摆动或回转运动的传动装置。气动执行元件有如下特点： (1) 与液压执行元件相比，气动执行元件的运动速度快，工作压力低，适用于低输出力的场合。正常工作的环境温度也较宽，一般可在20+80(耐高温的可达+150)的环境下正常工作。 (2) 相对机械传动来说，气动执行元件的结构简单，制造成本低，维修方便；便于调节其输出力的大小和速度。 (3) 由于气体的可压缩性使气动执行元件在速度控制、抗负载影响等方面的性能劣于液压执行元件。当需要精确地控制运动速度，减小负载变化对运动影响时，常需要借助气动液压联合装
12、置等来实现。 气动执行元件有三大类：产生直线往复运动的气缸，在一定角度范围内摆动的摆动马达 (也曾称摆动气缸)以及产生连续转动的气动马达。本章主要讨论气缸。气缸是气动自动化系统中使用最为广泛的一种执行元件。根据使用条件、场合的不同，其结构、功能和形状也不一样，种类繁多。 2.2 气缸 1. 按结构分类 按结构分类见图2-1。图2-1 按结构分类2. 按缸径分类缸径2.56mm为微型气缸，825mm为小型气缸，32320mm为中型气缸，大于320mm为大型气缸。3. 按安装形式分类按气缸的安装件是否可拆卸，可分为可拆式和整体式气缸两种。国际标准ISO6430规定了缸径32320mm整体式单活塞杆
13、气缸的安装尺寸，ISO6431规定了缸径2320mm可拆式单活塞杆气缸的安装尺寸，ISO6432规定了缸径825mm单活塞杆气缸的安装尺寸。图2-2所示为常用的气缸安装方式。4. 按缓冲形式分类为防止气缸活塞在行程终端撞击缸盖，一般都设有缓冲装置。气缸内设有缓冲装置的，称缓冲气缸；否则，就是无缓冲气缸。无缓冲气缸适用于微型气缸、小型单作用气缸和短行程气缸。通常所说的“缓冲”气缸是指气垫缓冲。5. 按驱动方式分类 驱动方式是指压缩空气作用在活塞端面上的方向，有单向作用气缸和双向作用气缸两种。 6. 按润滑方式分类 可分为给油气缸和无给油气缸两类。2.2.2 普通气缸 普通气缸是指在缸筒内只有一个
14、活塞和一根活塞杆的气缸，有单作用气缸和双作用气缸两种。1. 结构原理（1）双作用气缸双作用气缸一般由缸筒、前后缸盖、活塞、活塞杆、密封件和紧固件等零件组成，图2-3所示为普通双作用气缸的结构原理图。 （2） 单作用气缸这种气缸在缸盖一端气口输入压缩空气使活塞杆伸出(或退回)，而另一端靠弹簧、自重或其它外力等使活塞杆恢复到初始位置。图2-4所示为弹簧复位的单作用气缸，在活塞的一侧装有使活塞杆复位的弹簧，在另一端缸盖上开有呼吸用的气口。除此之外，其结构基本上和双作用气缸相同。图示单作用气缸的缸筒和前后缸盖之间采用滚压铆接方式固定。弹簧装在有杆腔内，气缸活塞杆初始位置处于退回的位置，这种气缸称为预缩型单作用气缸；弹簧装在无杆腔内，气缸活塞杆初始位置为伸出位置的，称为预伸型气缸。 2. 密封 在气动元件中所采用的密封与液压缸相同，大致分为两类：动密封和静密封。类似缸筒和缸盖等固定部分所需的密封称为静密封，至于活塞在缸筒里作往复运动及旋转所需的密封称为动密封。密封结构可参考液压缸一章或相关专业书籍。 3. 工作特性 (1) 压力位移特性气缸活塞在运动过程中，腔室里的气体压力和活塞位移随时间变化的关系，称为气缸的压力位移特性，如图2-5所
