第十章气源装置及气动元件

第十章气源装置及气动元件第一节气源装置第二节气动执行元件第三节气动控制阀第四节气动辅件第五节真空元件第六节气动逻辑元件第七节气动传感器及气动仪表气动系统的组成(1)气源装置是获得压缩空气及压缩空气的存储和净化的装置。其主体部分是空气压缩机，它将原动机供给的机械能转变为气体的压力能；(2)控制元件是用来控制压缩空气的压力、流量和流动方向的，以便使执行机构完成预定的工作循环。它包括各种压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀等；(3)执行元件是将气体的压力能转换成机械能的一种能量转换装置，它包括实现直线往复运动的气缸和实现连续回转运动或摆动的气马达或摆动马达等;(4)辅助元件是保证元件间的连接及消声等所必须的，它包括管接头及消声器等。(5)气动逻辑元件实现一定逻辑功能的气动元件。气动系统的基本组成示例气压产生装置分水滤气器压力控制阀油雾器方向控制阀消声器流量控制阀汽缸气压的传递、分配和控制即输送系统气压的消耗第一节气源装置气源装置为气动系统提供足够清洁和干燥且具有一定压力和流量，并具有一定净化程度的压缩空气，以满足气压传动和控制的要求，作为驱动气源，可满足执行元件克服负载力（或转矩）并以一定速度（或角速度）运行；作为控制用气源和测量用气源，应保证气动控制元件和气动传感器正常工作，因此它是气动系统的一个重要组成部分。压缩空气站概述气源系统一般由气压发生装置、压缩空气的净化处理装置、传输管路系统和气动三大件组成。气动系统对压缩空气的主要要求：具有一定压力和流量，并具有一定的净化程度。一、空气压缩机compressor空气压缩机将机械能转化为气压能，供气动机械使用。1、按工作原理分：(1)容积式：通过压缩空气的方法，使单位体积内空气分子密度增加，来提高空气的压力。主要有：活塞式、膜片式（作往复运动），螺杆式、转子式（作回转运动）。(2)速度式:通过提高气体分子运动速度的方法，使气体分子具有的动能转换成气体的压力能。主要有：离心式、轴流式和转子式。2、工作原理：活塞式空压机各种空压机3、选用原则依据是气动系统所需要的工作压力和流量两个参数。一般空压机为中压，额定排气压力1MPa；低压空压机排气压力0.2MPa；高压空压机排气压力10MPa。空压机输出流量qVn＝(qVn0+qVn1)/(0.7～0.8)qVn0——配管等处的泄漏量qVn1——工作元件的总流量二、气源净化装置气动系统对压缩空气质量的要求：压缩空气要具有一定压力和足够的流量，具有一定的净化程度。不同的气动元件对杂质颗粒的大小有具体的要求。（一）压缩空气中的油分、水分、灰尘等会产生不良影响：混入压缩空气的油蒸汽可能聚集在贮气罐、管道等处形成易燃物，有引起爆炸的危险，另一方面润滑油被汽化后会形成一种有机酸，对金属设备有腐蚀生锈的作用，影响设备寿命。混在压缩空气中的杂质沉积在元件的通道内，减小了通道面积，增加了管道阻力。严重时会产生阻塞，使气体压力信号不能正常传递，使系统工作不稳定甚至失灵。压缩空气中含有的饱和水分，在一定条件下会凝结成水并聚集在个别管段内。在北方的冬天，凝结的水分会使管道及附件结冰而损坏，影响气动装置正常工作。压缩空气中的灰尘等杂质对运动部件会产生研磨作用，使这些元件因漏气增加而效率降低，影响它们的使用寿命。因此必须要设置除油、除水、除尘，并使压缩空气干燥的提高压缩空气质量、进行气源净化处理的辅助设备。包括后冷却器、油水分离器、储气罐、干燥器。（二）压缩空气净化设备1、后冷却器结构形式有：列管式蛇管式套管式散热片式将空气压缩机排出具有140℃～170℃的压缩空气降至40℃～50℃，压缩空气中的油雾和水气亦凝析出来。便于除油器除油和水。冷却方式有水冷和气冷式两种。作用:使水滴、油滴及其他杂质颗粒从压缩空气中分离出来。当压缩空气进入分离器后产生流向和速度的急剧变化，再依靠惯性作用，将密度比压缩空气大的油滴和水滴分离出来。2、油水分离器(除油器)：3、储气罐作用：1）存储一定数量的压缩空气；2）消除压力波动，保证输出气流的连续性和稳定性；3）进一步分离压缩空气中的水分和油份。储气罐应有：安全阀（比工作压力高10%）、清理检查口、压力表及排污口。•干燥的方法：冷冻法、吸附法职能符号：注意：不加热再生式干燥器两容器要不定期的交换工作（约5－10min），使吸附剂产生吸附和再生，以得到连续输出的干燥空气。干燥器的作用是进一步除去压缩空气中含有的水分、油分、颗粒杂质等，使压缩空气干燥，用于对气源质量要求较高的气动装置、气动仪表等。4、干燥器：从空压机输出的压缩空气要通过管路系统被输送到各气动设备上，管路系统如同人体的血管。输送空气的管路配置如设计不合理，将产生下列问题：①压降大，空气流量不足；②冷凝水无法排放；③气动设备动作不良，可靠性降低；④维修保养困难。三、压缩空气的输送－管道设计气动系统的管路按其功能分为：1．吸气管路：从吸入口过滤器到空压机吸入口之间的管路，此段管路管径易大以降低压力损失。2．排出管路：从空压机排气口到后冷却器或储气罐之间的管路，此段管路应能耐高温高压与振动。3.送气管路：从储气罐到气动设备间的管路。送气管路又分成主管路和从主管路连接分配到气动设备之间的分支管路。主管道是一个固定安装的用于把空气输送到各处的耗气系统。主管路中必须安装断路阀，它能在维修和保养期间把空气主管道分离成几部分。4．控制管路：连接气动执行件和各种控制阀间的管路。此种管路大多数采用软管。5．排水管道：收集气动系统中的冷凝水并将水分排出管路。管路的分类按照供气可靠性和经济性考虑，一般有两种主要的配置：终端管道和环状管道。普通气动设备大多采用不高于8巴的压缩空气源，故一般按照只有一种压力要求来处理，采用同一压力管道，用减压阀来满足用气设备的压力要求。1.终端管道这种系统简单，经济性好。多用于间断供气，一条支路上可安装一个截止阀，用于关闭系统。管道应在流动方向上有1：100的斜度以利于排水,并在最低位置设置排水器。主管路配管方式(Pipinglayout)主管路配管方式(Pipinglayout)1.终端管道2．环状管道这种系统供气可靠性高，压力损失小，压力稳定，但投资较高。在环状主管道系统中空气从两边输入到达高的消耗点，这可将减压力降至最低。这种系统中冷凝水会流向各个方向，因此必须设置足够的自动排水装置。另外，每条支路上及支路间都要设置截止阀。这样，当关闭支路时，整个系统仍能供气。主管路配管方式(Pipinglayout)主管路配管方式(Pipinglayout)2．环状管道四、气动三大件气动三大件是压缩空气质量的最后保证。分水过滤器：除去空气中的灰尘、杂质，并将空气中的水分分离出来。油雾器：特殊的注油装置。将润滑油喷射成雾状，随压缩空气流入需要的润滑部件，达到润滑的目的。减压阀：起减压和稳压作用。气动三大件的安装连接次序：分水过滤器、减压阀、油雾器。多数情况下，三件组合使用，也可以少于三件，只用一件或两件。气动三大件（一）分水过滤器作用：除去空气中的灰尘、杂质，并将空气中的水分分离出来。常用的过滤器有：一次过滤器：滤灰效率为（50～70）%；二次过滤器：滤灰效率为（70～99）%；高效过滤器：滤灰效率99%；其中使用最多的为二次过滤器，它与减压阀、油雾器一起称为气动三大件，（无管连接时称为气动三联件）。结构•旋风叶子：带角度的缺口，使空气切线方向旋转；•存水杯、挡水板：水滴、油滴、灰尘•滤芯：微尘、雾状水汽•手动放水阀职能符号：人工放水自动放水（二）油雾器1、工作原理当压缩空气流过时，它将润滑油喷射成雾状，随压缩空气流入需要的润滑部件，达到润滑的目的。2、选择和使用：1）选择：根据气动系统所需额定流量及油雾粒径大小来选择,所需油雾粒径在20～35μm左右选用一次油雾器,若需油雾粒径很小,可选用二次油雾器,油雾粒径可达5μm；２）使用:一般装在分水滤气器和减压阀之后,应尽量靠近换向阀,距离不超过5m。3）职能符号：第二节气动执行元件气动执行元件：是将压缩空气的压力能转换为机械能的装置。包括气缸和气马达。实现直线运动和做功的是气缸；实现旋转运动和做功的是气马达。在气动自动化系统中，气缸由于其相对较低的成本、容易安装、结构简单、耐用、各种缸径尺寸及行程可选，因而是应用最广泛的一种执行元件。一、气缸的分类及特点：气缸的分类与液压缸的分类基本相似按作用形式分单作用式双作用式特殊气缸活塞缸柱塞缸薄膜缸普通气缸双活塞气缸不可调缓冲气缸可调缓冲气缸各种特殊气缸无活塞杆气缸（1）普通气缸普通气缸是指缸筒内只有一个活塞和一个活塞杆的气缸。有单作用和双作用气缸两种。活塞式气缸主要由缸筒、活塞杆、活塞、导向套、前后缸盖及密封等元件组成。2.典型气缸双作用气缸（Double-actingcylinders）单作用气缸只在动作方向需要压缩空气，故可节约一半压缩空气。主要用在夹紧、退料、阻挡、压入、举起和进给等操作上。单作用气缸（Single-actingcylinders）（2）膜片式气缸：利用膜片代替活塞，在压缩空气作用下产生变形来推动活塞杆作直线运动。1）结构：缸体、膜片、膜盘、活塞杆和弹簧组成2）工作原理：因膜片变形有限，故行程较短，一般不超过（40~50）mm（3）冲击气缸冲击气缸是一种结构简单，成本低，耗气功率小，但能产生相当大的冲击力的一种特殊气缸。可用于锻造、冲压、下料、破碎等多种场合。工作原理：a)复位段：气源由孔A供气，孔B排气，活塞上升至密封垫封住喷嘴，气缸上腔成为密封的储气腔。b)储能段：气源改由孔B进气，孔A排气。由于上腔气压作用在喷嘴上面积较小(通常为活塞面积的1/9)，而下腔气压作用面积大，不能开启，故使上腔贮存很高的能量。c)冲击段：上腔压力继续升高，下腔压力继续降低，当上下腔压力比大于活塞与喷嘴面积比时，活塞离开喷嘴，上腔气体迅速充入活塞与中盖间的空间。活塞将以极大的加速度向下运动。气体的压力能转换为活塞的动能，产生很大的冲击力。二气马达1、气马达的分类及职能符号：气动马达是一种作连续旋转运动的气动执行元件，是一种把压缩空气的压力能转换成回转机械能的能量转换装置，其作用相当于电动机或液压马达，它输出转矩、驱动执行机构作旋转运动。在气压传动中使用广泛的是叶片式、活塞式和齿轮式气马达。职能符号：2、气马达的工作原理及特性叶片式气马达：1)工作原理：叶片式气马达的工作原理与叶片式液压马达相似。2)特性特性曲线最大特点是具有软特性：当气压不变时，它的转矩、转速、功率均随着外负载的变化而变化。3、气马达的特点：1)工作安全，具有防爆防燃功能。适用于恶劣工作环境；2)有过载保护能力，过载时马达只是降低转速或停止，当过载解除后运转，并不产生故障。长时间满载工作时，温升小；3)具有较高的启动力矩，且可直接带载启动；4)换向容易，操纵方便，可以实现无级调速；5)单位功率尺寸小，重量轻，适用于位置狭小的场合及手动工具上。但输出功率小，耗气量大，效率低，噪声大，易震动。气动马达应用实例第三节气动控制元件一压力控制阀二流量控制阀三方向控制阀第三节气动控制元件气动控制阀是控制和调节压缩空气的压力、流量和流动方向的气动控制元件。控制阀按其作用和功能可分为：一压力控制阀1、分类：减压阀（调压阀）：气动三大件之一，用于保证减压后的压力稳定；顺序阀：依靠回路中压力的不同，控制两个执行元件的顺序动作，与单向阀并联可组成单向顺序阀；(原理同液压阀)溢流阀(安全阀）：使压力控制在某一调定值范围内，保证气动回路或蓄气罐的安全。(原理同液压阀)2、职能符号注意与液压阀的区别二流量控制阀与液压阀一样，气动流量控制阀也是通过改变阀的通流面积或通流长度来实现流量（或流速）控制的元件。1、流量控制阀包括：节流阀、单向节流阀（原理同液压阀）排气消声节流阀、柔性节流阀2、职能符号3、排气节流阀排气消声节流阀是装在执行元件的排气口处，调节排入大气中气体流量的一种控制阀。作用：不仅能进行调速，还能排气、消声，降低噪音。注意：应用气控流量阀对气缸进