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1、气压传动及控制气压传动及控制 哈工大气动技术中心2009年8月31日教材及参考书教材及参考书q气压传动及控制，吴振顺主编，哈尔滨气压传动及控制，吴振顺主编，哈尔滨工业大学出版社，工业大学出版社，1995年。年。q现代实用气动技术，现代实用气动技术，SMC中国有限公司，中国有限公司，机械工业出版社，机械工业出版社，1998年。年。 q气压传动系统动力学气压传动系统动力学 李建藩著李建藩著 华南理华南理工大学出版社工大学出版社1990 q气动元件及系统设计北方工业大学流体气动元件及系统设计北方工业大学流体传动及控制教研室传动及控制教研室 机械工业出版社机械工业出版社 1997 q多媒体教学材料多媒
2、体教学材料本课程主要内容本课程主要内容q绪论绪论q气动技术基础知识气动技术基础知识q气源发生装置气源发生装置q气动系统执行元件气动系统执行元件q气动系统控制元件气动系统控制元件q真空系统真空系统q气动系统回路气动系统回路q气动顺序控制系统气动顺序控制系统1.11.1 什么是气动技术？什么是气动技术？1.2 1.2 气动系统的组成气动系统的组成1.31.3 气压传动的特点气压传动的特点1.41.4 气动技术发展历史气动技术发展历史1.51.5 主要应用行业主要应用行业1.61.6 气动行业概况气动行业概况1.7 1.7 气动技术的新进展气动技术的新进展主主 要要 内内 容容p气动（气动（Pneu
3、matic）是气压传动及控制的简称。是气压传动及控制的简称。p传动传动:传递动力使机器或机器部件运动或运转。传递动力使机器或机器部件运动或运转。p控控制制:掌掌握握住住对对象象不不使使任任意意活活动动或或超超出出范范围围;或使其按控制者的意愿活动。或使其按控制者的意愿活动。p气气动动技技术术是是指指以以空空气气压压缩缩机机为为动动力力源源，以以压压缩缩空空气气为为工工作作介介质质，进进行行能能量量传传递递或或信信号号传传递的技术。递的技术。p气气动动技技术术是是实实现现各各种种生生产产控控制制、自自动动控控制制的的重要手段之一重要手段之一。1.11.1 什么是气动技术？什么是气动技术？典典型型
4、的的气气动动系系统统由由气气压压发发生生装装置置、气气源源处处理理元元件件、控控制制元元件件、执执行行元元件件和和辅辅助助元元件件组成。组成。1.2 1.2 气动系统的组成气动系统的组成气气压压发发生生装装置置即即能能源源元元件件，它它是是获获得得压压缩缩空空气气的的装装置置，将将电电能能转转化化为为压压缩缩空空气气的压力能，其主体部分是空气压缩机。的压力能，其主体部分是空气压缩机。1.2 1.2 气动系统的组成气动系统的组成气源处理元件主要是净化压缩空气的净气源处理元件主要是净化压缩空气的净化器，有过滤器、干燥器等。化器，有过滤器、干燥器等。1.2 1.2 气动系统的组成气动系统的组成气气动
5、动执执行行元元件件是是以以压压缩缩空空气气为为工工作作介介质质，将将压压缩缩空空气气的的压压力力能能转转换换成成机机械械能能的的能能量转换装置。量转换装置。执执行行元元件件分分为为实实现现直直线线运运动动的的直直线线气气缸缸、实实现现摆摆动动的的摆摆动动气气缸缸和和实实现现回回转转运运动动的的气动马达三大类。气动马达三大类。1.2 1.2 气动系统的组成气动系统的组成q气动控制元件是用来调节和控制压缩空气动控制元件是用来调节和控制压缩空气的压力、流量和流动方向，以便使执气的压力、流量和流动方向，以便使执行机构按要求的程序和性能工作。行机构按要求的程序和性能工作。q控制元件分为压力控制阀、流量控
6、制阀、控制元件分为压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀和逻辑元件。方向控制阀和逻辑元件。q通过控制压缩空气的压力可以控制执行通过控制压缩空气的压力可以控制执行元件的输出力、控制流量可以控制执行元件的输出力、控制流量可以控制执行元件的运动速度、控制流动方向可以控元件的运动速度、控制流动方向可以控制执行元件的运动方向。制执行元件的运动方向。1.2 1.2 气动系统的组成气动系统的组成1.2 1.2 气动系统的组成气动系统的组成辅助元件包括消除噪声的消声器，提供辅助元件包括消除噪声的消声器，提供系统冷却的冷却器，还有连接元件的管系统冷却的冷却器，还有连接元件的管件和所必须的仪器、仪表如压力表等。件和所
7、必须的仪器、仪表如压力表等。1.2 1.2 气动系统的组成气动系统的组成优点：优点：系系统统的的组组装装、维维修修以以及及元元件件的的更更换换比比较较简简单单（相对液压）。（相对液压）。易于实现直线运动（相对电、机械易于实现直线运动（相对电、机械）。）。执行元件运动速度快。执行元件运动速度快。价格低。价格低。气气压压具具有有较较高高的的自自保保持持能能力力。即即使使压压缩缩机机停停止止运运行行，阀阀关关闭闭，气气动动系系统统仍仍可可维维持持一一个个稳稳定的压力。定的压力。可安全可靠地应用于易燃、易爆场所。可安全可靠地应用于易燃、易爆场所。1.3 1.3 气压传动的特点气压传动的特点缺点：缺点：
8、刚刚度度低低 ：由由于于空空气气有有压压缩缩性性，气气缸缸的的动动作作易受负载变化和外部干扰的影响。易受负载变化和外部干扰的影响。稳稳定定性性差差 (体体现现在在速速度度变变化化大大，位位置置控控制制和速度控制精度低和速度控制精度低)。 和液压传动相比，输出力小。和液压传动相比，输出力小。1.3 1.3 气压传动的特点气压传动的特点各种传动系统的选用各种传动系统的选用l对对于于工工程程中中常常用用的的传传动动方方式式，主主要要有有机机械械（包含电）、液压和气动三大类。（包含电）、液压和气动三大类。l这这三三类类系系统统由由于于原原理理不不同同各各有有优优缺缺点点，各各自自有适于使用的场合。有适
9、于使用的场合。l选选用用原原则则：对对各各种种技技术术进进行行比比较较，扬扬长长避避短短，选出一种最适合的方式或几种方式的组合。选出一种最适合的方式或几种方式的组合。1.3 1.3 气压传动的特点气压传动的特点1.3 1.3 气压传动的特点气压传动的特点 气动技术的应用历史悠久，气动技术的应用历史悠久，在在公公元元前前，埃埃及及就就开开始始利利用用风风箱箱产产生生压压缩空气用于助燃。缩空气用于助燃。18世世纪纪的的产产业业革革命命开开始始，气气动动技技术术逐逐渐渐被被应应用用于于产产业业中中。例例如如，矿矿山山用用的的风风钻钻，火车刹车装置等。火车刹车装置等。气气动动技技术术被被广广泛泛应应用
10、用于于一一般般产产业业中中的的自自动化和省力化则是近五十年的事情。动化和省力化则是近五十年的事情。1.4 1.4 气动技术发展历史气动技术发展历史l在在我我国国，气气动动元元件件作作为为商商品品生生产产和和销销售售，始始于于2020世纪世纪6060年代中后期。年代中后期。l19671967年年6 6月月，首首次次在在北北京京召召开开了了由由少少数数单单位位参参加加的的气气动动专专业业会会议议，重重点点围围绕绕为为第第二二汽汽车车制制造造厂厂提提供供生生产产线线配配套套的的气气动动元元件件，成成立立了了以以济济南南铸铸锻锻机机械械研研究究所所、上上海海机机电电产产品品设设计计研研究究院院为为主主
11、体体的的两两个个攻攻关关组组，相相继继开开发发了了电电磁磁换换向向阀阀和和气气源源处处理理元元件件等等产产品品。到到6060年年代代末末，自自行行开开发发生生产产的的气气动动元元件件只只有有1616个个品品种种、8080多个规格。多个规格。 1.4 1.4 气动技术发展历史气动技术发展历史l19751975年年，在在广广东东肇肇庆庆召召开开了了第第一一次次全全国国气气动动技技术术专专业业会会议议，成成立立了了由由科科研研院院所所和和工工厂厂共共同同参参加加的的四四个个联联合合设设计计组组，组组织织了了换换向向阀阀、流流量量阀阀、气气缸缸、气气动动逻逻辑辑元元件件等等一一批批新新产产品品的的开开
12、发发，并并确确定定了了气气动动元元件件发发展展规规划划和和定定点点生生产产企企业业。到到19781978年年，使使气气动动元元件件增增加加至至6161个个品品种种、256256个规格。个规格。 1.4 1.4 气动技术发展历史气动技术发展历史l“六六五五”时时期期，气气动动元元件件被被列列入入国国家家3838项项重重点点科科技技攻攻关关内内容容，机机械械工工业业部部与与科科研研单单位位和和工工厂厂签签订订了了新新产产品品研研制制合合同同119119项项，科科研研攻攻关关项项目目1010项项。开开发发了了铝铝合合金金气气缸缸、带带阀阀气气缸缸、三三位位五五通通同同轴轴截截止止式式换换向向阀阀、电
13、电磁磁先先导导阀阀等等产品。产品。l19821982年年，我我国国首首次次由由上上海海气气动动元元件件厂厂引引进进了了西西德德HERIONHERION公公司司气气源源处处理理元元件件、机机控控换换向向阀阀、电电控控换换向向阀阀、多多介介质质气气阀阀等等4 4大大类类1919个个品品种种、9696个规格的气动产品及制造技术。个规格的气动产品及制造技术。 1.4 1.4 气动技术发展历史气动技术发展历史l“七七五五”期期间间，气气动动元元件件先先后后被被列列入入国国家家“5050条条龙龙”和和7676项项重重点点科科技技攻攻关关计计划划，无无锡锡气气动动技技术术研研究究所所及及部部分分企企业业承承
14、担担了了国国家家级级科科研项目研项目1818项项 。l在在此此期期间间，肇肇庆庆气气动动元元件件总总厂厂、烟烟台台无无锡锡气气动动元元件件总总厂厂大大连连组组合合机机床床研研究究所所气气动动元元件件厂厂引引进进了了日日本本、西西德德等等多多个个公公司司的的数数十十个个品品种种、数百个规格的气动元件。数百个规格的气动元件。l到到19901990年年末末，我我国国气气动动元元件件发发展展到到450450多多个个品种、品种、19301930多个规格。多个规格。 1.4 1.4 气动技术发展历史气动技术发展历史l至至19931993年年底底，我我国国气气动动产产品品品品种种约约为为10801080个个
15、，规规格格为为47304730个个（不不包包括括管管接接头头141141个个品品种种、940940个规格）个规格） l19981998年年底底，气气动动元元件件的的品品种种约约有有13501350个个，规规格格约约有有80008000多多个个（另另有有管管接接头头180180个个品品种种、12001200个个规规格格）。20002000年年底底，品品种种有有14801480余余种种，规格达上万个。规格达上万个。 l20032003年年全全国国约约有有各各类类气气动动元元件件生生产产企企业业400400多多家家，全全行行业业年年生生产产总总值值约约1313亿亿元元，气气动动产产品约品约17001
16、700多个品种，多个品种，1100011000多个规格。多个规格。1.4 1.4 气动技术发展历史气动技术发展历史冶金矿山机械冶金矿山机械汽车制造业汽车制造业半导体电子及家电行业半导体电子及家电行业加工制造业加工制造业石油化工业石油化工业包装业包装业其它其它1.5 1.5 气动技术主要应用行业气动技术主要应用行业1999年气动产品销售去向分析年气动产品销售去向分析冶冶金金矿矿山山机机械械 10.91% 塑塑料料机机械械 5.45% 机机床床7.28% 石石油油化化工工机机械械 7.28% 轻轻工工机机械械 10% 汽汽车车 7.27% 食食品品制制药药机机械械 7.28% 包包装装机机械械 7
17、.27% 电电子子 7.27% 工工程程运运输输机机械械 5.45% 纺纺织织机机械械 7.27% 其其他他 17.27% 1.5 1.5 气动技术主要应用行业气动技术主要应用行业1.5 1.5 气动技术主要应用行业气动技术主要应用行业气动技术在汽车生产线上的应用气动技术在汽车生产线上的应用1.5 1.5 气动技术主要应用行业气动技术主要应用行业气动技术在工业生产线上的应用（沈阳华润）气动技术在工业生产线上的应用（沈阳华润）1.5 1.5 气动技术主要应用行业气动技术主要应用行业气压式测漏仪气压式测漏仪1.5 1.5 气动技术主要应用行业气动技术主要应用行业气压式测漏仪气压式测漏仪1.5 1.
18、5 气动技术主要应用行业气动技术主要应用行业1.5 1.5 气动技术主要应用行业气动技术主要应用行业气动自动平衡式助力器在海尔气动自动平衡式助力器在海尔l最最近近2020多多年年，气气动动行行业业发发展展很很快快，7070年年代代，液液压压与与气气动动元元件件的的产产值值比比约约为为9:19:1，目目前前在在工工业业技技术术发发达达的的欧欧美美、日日本本等等国国家该比例达到家该比例达到6:46:4，甚至接近，甚至接近5:55:5。l气气动动元元件件的的生生产产可可以以说说美美洲洲( (以以美美国国为为中中心心) )、欧欧洲洲( (欧欧洲洲各各工工业业发发达达国国家家) )和和亚亚太太地区地区(
19、 (以日本为中心以日本为中心) )三分天下。三分天下。l作作为为气气动动行行业业的的知知名名企企业业，有有日日本本的的SMC,SMC,德德国国的的FESTOFESTO、英英国国的的NORGRENNORGREN和和美美国的国的PARKERPARKER等。等。1.6 1.6 气动行业概况气动行业概况中国气动行业的知名企业中国气动行业的知名企业: : 无无锡气气动技技术研究所研究所 中国中国济南南华能气能气动元器件公司元器件公司 浙江新益气浙江新益气动工工业有限公司有限公司 宁波宁波亿日科技日科技实业有限公司有限公司 宁波星箭航天机械厂宁波星箭航天机械厂 1.6 1.6 气动行业概况气动行业概况1.
20、7 1.7 气动技术的新进展气动技术的新进展q无给油化无给油化 ：气动元件采用自润滑方式，无须：气动元件采用自润滑方式，无须外部供油。外部供油。q节能化：节能化：降低气动系统的电力消耗和空气消耗降低气动系统的电力消耗和空气消耗量量。q小型化与轻量化：小型化与轻量化：降低元件的成本，节省功率，降低元件的成本，节省功率，从而提高了整个系统的经济性从而提高了整个系统的经济性；减少运动部分减少运动部分的重量，易于实现控制。的重量，易于实现控制。 q控制的高精度化：力控制、位置控制、速度控控制的高精度化：力控制、位置控制、速度控制。制。1.7 1.7 气动技术的新进展气动技术的新进展q电气一体化：电气一
21、体化：气动元件与电气元件的结合，使气动元件与电气元件的结合，使气动技术获得大幅度的提高，其应用范围也得气动技术获得大幅度的提高，其应用范围也得到了进一步的扩展。例如电气压力控制阀，内到了进一步的扩展。例如电气压力控制阀，内藏位移传感器的测长气缸，电机直接通过丝杠藏位移传感器的测长气缸，电机直接通过丝杠控制活塞运动的电动气缸等。控制活塞运动的电动气缸等。 q集成化：集成化：将不同的气动元件或机构叠加组合而将不同的气动元件或机构叠加组合而形成新的带有附加功能的集成元件或机构。采形成新的带有附加功能的集成元件或机构。采用这种具有多功能的集成元件或机构，将会缩用这种具有多功能的集成元件或机构，将会缩短
22、气动装置和自动生产线的设计周期，减少现短气动装置和自动生产线的设计周期，减少现场装配、调试时间。场装配、调试时间。 1.7 1.7 气动技术的新进展气动技术的新进展q智能化：智能化：指在气动元件或单元中集成了微处理指在气动元件或单元中集成了微处理器、并具有指令处理或程序控制功能。器、并具有指令处理或程序控制功能。q最典型的智能气动元件为阀岛，第一代的阀岛最典型的智能气动元件为阀岛，第一代的阀岛只是将原来多个互相独立的阀在结构上以及气只是将原来多个互相独立的阀在结构上以及气动和电气的接口集成在一起，使系统的设计、动和电气的接口集成在一起，使系统的设计、制造和维护过程得到简化。第二代阀岛将总线制造和维护过程得到简化。第二代阀岛将总线技术引入，每个阀岛都带有一个总线输入口和技术引入，每个阀岛都带有一个总线输入口和一个总线输出口，数据交换只需通过一根两股一个总线输出口，数据交换只需通过一根两股或多股的屏蔽电缆实现。第三代阀岛是集阀、或多股的屏蔽电缆实现。第三代阀岛是集阀、可编程控制器以及现场总线为一体的可编程阀可编程控制器以及现场总线为一体的可编程阀岛。岛。
