气压传动课件

10．1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•①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。•②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。•③气压传动工作环境适应性好。•④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。•⑤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，并不易发生过热现象。•2.气压传动的缺点•①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10～40kN，•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。•②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。•③气压传动系统的噪声大。•④气压传动工作介质本身没有润滑性。•⑤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、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、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•①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。•②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。•③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)/(3mkgVmxs　　)/(TRpxsss（1）湿度①绝对湿度。单位体积的湿空气中所含水蒸汽的质量，称为湿空气的绝对湿度，用x表示或由气体状态方程导出TRpxsbbb③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②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%100%100bsbppxx•（2）含湿量•①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，bbgsgspppppmmd622622②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dVdmVmdgggs'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。pvRTpVmRTpRT2、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。v1212.ppconstTT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。1212.vvconstTT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。1122.pvpvconst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。1122.kkpvpvconst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℃)；高速气流流经阀口(下降至-100℃)。11121212kkkTvpTvp(5)多变过程不加任何限制的过程称为多变过程。1122.nnpvpvconst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。10.npvpvvconst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。111222.AvAvconst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有流体机械对气体供以能量E时，绝热过程能量方程为212122222111vppkkEvppkk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α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140～170℃，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：0.2MPa＜p≤1MPa中压空压机：1MPa＜p≤10MPa高压空压机：10MPa＜p≤100MPa超高压空压机：p＞100MPa按输出流量(即铭牌流量或自由流量)分类：微型空压机：qz0.017m3/s(1m3/min)小型空压机：0.017m3/s＜qz0.17m3/s中型空压机：0.17m3/s＜qz1.7m3/s大型空压机：qz＞1.7m3/s≤≤≤(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0.4～0.8MPa，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1.3-1.612max1nziiqKKq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