气压传动技术课件

第10章气压传动10.1气压传动概述10.2气源装置和辅助元件10.3气动执行元件10.4气动控制元件10.5气动基本回路10.6气动系统应用与分析10.1气压传动概述10.1.1气动技术的特点气压传动所具有的特点与其他传动方式的比较见表10-2。1.气压传动的优点①气动动作迅速、反应快（0.02s），调节控制方便，维护简单，不存在介质变质、补充等问题。②便于集中供气和远距离输送控制；因空气黏度小（约为液压的万分之一），在管内流动阻力小，压力损失小。③气动系统对工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣工作环境工作时，安全可靠性优于液压、电子和电气系统。下一页返回10.1气压传动概述④由于空气具有可压缩性，能够实现过载保护，也便于储气罐储存能量，以备急需。⑤以空气为工作介质，易于取得，节省了购买、储存、运输介质的费用和麻烦，用后的空气直接排入大气，处理方便，也不污染环境。⑥气动元件结构简单，成本低，寿命长，易于标准化、系列化和通用化。⑦因排气时气体膨胀，温度降低，可以自动降温。⑧与液压传动一样，操作控制方便，易于实现自动控制。上一页下一页返回10.1气压传动概述2.气压传动的缺点①运动平稳性较差，因空气可压缩性较大，其工作速度受外负载影响大。②工作压力较低（0.3~1MPa），不易获得较大的输出力或转矩。③空气净化处理较复杂，气源中的杂质及水蒸气必须净化处理。④因空气黏度小，润滑性差，因此需设润滑装置。⑤有较大的排气噪声。上一页下一页返回10.1气压传动概述10.1.2气压传动系统的组成如图10-1所示为用于气动剪切机的气压传动实例。气压传动与液压传动都是利用流体作为工作介质，具有许多共同点。气压传动系统由以下五个部分组成。1.动力元件（气源装置）其主体部分是空气压缩机（图中元件1）。它将原动机（如电动机）供给的机械能转变为气体的压力能，为各类气动设备提供动力。为了方便管理并向各用气点输送压缩空气，用气量较大的厂矿企业都专门建立压缩空气站。2.执行元件执行元件包括各种气缸（图中元件11）和气动马达。它的功用是将气体的压力能转变为机械能，带动工作部件做功。上一页下一页返回10.1气压传动概述3.控制元件控制元件包括各种阀体，如各种压力阀（图中元件7）、方向阀（图中元件9、10）、流量阀、逻辑元件等，用以控制压缩空气的压力、流量和流动方向以及执行元件的工作程序，以便使执行元件完成预定的运动规律。4.辅助元件辅助元件是使压缩空气净化、润滑、消声以及用于元件间连接等所需的装置，如各种冷却器、分水排水器、气罐、干燥器、油雾器（图中元件2、3、4、5、6、8）及消声器等。它们对保持气动系统可靠、稳定和持久工作起着十分重要的作用。5.工作介质工作介质即传动气体，为压缩空气。气压系统是通过压缩空气实现运动和动力传递的。上一页下一页返回10.1气压传动概述10.1.3气压传动系统的工作原理图10-1（a）所示为气动剪切机的工作过程的结构原理简图（图示位置为工料被剪前的情况），工料12由上料装置（图中未画出）送入剪切机并到达规定位置时，机动阀9的顶杆受压而使阀内通路打开，气控换向阀10的控制腔便与大气相通，阀芯受弹簧力作用而下移。由空气压缩机1产生并经过初次净化处理后储藏在气罐4中的压缩空气，经空气干燥器5、空气过滤器6、减压阀7和油雾器8及气控换向阀10，进入气缸11的下腔；气缸上腔的压缩空气通过阀10排入大气。此时，气缸活塞向上运动，带动剪刃将工料切断。上一页下一页返回10.1气压传动概述工料剪下后，即与机动阀脱开，机动阀9复位，所在的排气通道被封死，气控换向阀10的控制腔气压升高，迫使阀芯上移，气路换向，气缸活塞带动剪刃复位，准备下一次工作循环。由此可以看出，剪切机构克服阻力切断工料的机械能是由压缩空气的压力能转换后得到的。同时，由于换向阀的控制作用使压缩空气的通路不断改变，气缸活塞带动剪切机机构频繁地实现剪切与复位的交替动作。图10-1（b）所示为该系统的职能图形符号。可以看出，气动职能图形符号和液压职能图形符号有很明显的一致性和相似性，但也存在不少重大区别之处，例如，气动元件向大气排气，就不同于液压元件回油接入油箱的表示方法。上一页返回10.2气源装置和辅助元件向气动系统提供压缩空气的装置称为气源装置。气动系统各部分气动元件使用的压缩空气都是从气源装置获得的。气源装置的主体部分是空气压缩机，由空气压缩机产生的压缩空气，因为不可避免的含有过高的杂质（灰尘、水分等），不能直接输入气动系统使用，还必须进行降温、除尘、除油、过滤等一系列处理后才能用在气动系统。这就需要在空气压缩机出口管路上安装一系列辅助元件，如冷却器、油水分离器、过滤器、干燥器等。此外，为了提高气动传动系统的工作性能，还需要用到其他辅助元件，如油雾器、转换器、消声器等。下一页返回10.2气源装置和辅助元件10.2.1气源装置一般来说，气源装置有以下几个部分组成：空气压缩机、储存压缩空气的装置和设备，以及传输压缩空气的管路系统。1.空气压缩机（1）空气压缩机的分类空气压缩机是产生和输送压缩空气的装置。它将机械能转化为气体的压力能。按其工作原理的不同可分为容积式和动力式两类。在气压传动系统中，一般都采用容积式空气压缩机。容积式空气压缩机是通过机件的运动，使气缸容积大小发生周期性变化，从而完成对空气的吸入和压缩过程。这种压缩机又分为不同的几种结构形式，其中活塞式是常用的一种。上一页下一页返回10.2气源装置和辅助元件（2）空气压缩机的工作原理常用的活塞式空气压缩机有卧式和立式两种结构形式。卧式空气压缩机的工作原理如图10-2所示。它是利用曲柄滑块机构，将原动机的回转运动变为活塞的往复直线运动。当活塞3向右运动时，气缸2的容积增大，压力降低，排气阀1关闭，外界空气在大气压的作用下，打开吸气阀9进入气缸内，此过程称为吸气过程；当活塞3向左运动时，气缸2的容积减小，空气进入储气罐，这一过程称为压缩过程。单级单缸压缩机就是这样循环往复运动，不断产生压缩空气。为了提高效率，大多数空气压缩机是多缸活塞的组合。上一页下一页返回10.2气源装置和辅助元件（3）空气压缩机的选用空气压缩机的选用应以气压传动系统所需要的工作压力和流量两个参数为依据。一般气动系统需要的工作压力为0.5～0.8MPa，因此选用额定排气压力为0.7～1MPa的低压空气压缩机。此外还有中压空气压缩机，额定排气压力1MPa。高压空气压缩机，额定排气压力为10MPa；超高压空气压缩机，额定排气压力为100MPa。输出流量要根据整个气动系统对压缩空气的需要，再加一定的备用余量，作为选择空气压缩机流量的依据。一般空气压缩机按流量可分为微型（流量小于1m3/min）、小型（流量在1～10m3/min）、中型（流量在10～100m3/min）、大型（流量大于100m3/min）。上一页下一页返回10.2气源装置和辅助元件2.压缩空气净化装置由空气压缩机输出的压缩空气，虽然能够满足一定的压力和流量的要求，但不能直接被气动装置使用，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）、用油润滑的活塞式空气压缩机。它从大气中吸入含有水分和灰尘的空气，经压缩后空气温度升高到140～170℃，这时压缩机气缸里的润滑油也部分地成为气态。这样油分、水分以及灰尘变形成混合的胶体微雾及杂质，混合在压缩空气中，会带来如下问题：①油气聚集在储气罐内，形成易燃物，同时油分被高温汽化后，形成有机酸，对金属设备有腐蚀作用。上一页下一页返回10.2气源装置和辅助元件②水、油、灰尘的混合物沉积在管道内，使管道面积减小，增大气流阻力，造成管道堵塞。③在冰冻季节，水汽凝结使附件因冻结而损坏。④灰尘等杂质对运动部件产生研磨作用，泄漏增加，影响它们的使用寿命。因此，必须设置一些除油、除水、除尘并使压缩空气干燥的气源净化处理辅助设备，提高压缩空气质量。净化设备一般包括后冷却器、油水分离器、干燥器、分水滤气器和储气罐。（1）后冷却器后冷却器一般安装在空气压缩机的出口管路上。其作用是把空气压缩机排出的压缩空气的温度由140～170℃降至40～50℃，使得其中大部分的水、油转化成液态，以便排出。上一页下一页返回10.2气源装置和辅助元件后冷却器一般采用水冷却法。其结构形式有蛇管式、列管式、散热片式和套管式等。图10-3所示为蛇管式后冷却器的结构示意图和图形符号。热的压缩空气由管内流过，冷却水从管外水套中流动以进行冷却，在安装时应注意压缩空气进、出口的方向和水的流动方向。（2）油水分离器油水分离器的作用是将从后冷却器降温析出的水滴、油滴等杂质从压缩空气中分离出来。其结构形式有环行回转式、撞击挡板式、离心旋转式和水浴式等。图10-4所示为撞击挡板式油水分离器的结构示意图和图形符号，压缩空气自入口进入分离器壳体，气流受隔板的阻挡被撞并沉降于壳体的底部，由排污阀定期排出。为达到良好的效果，气流回转后上升速度应缓慢。上一页下一页返回10.2气源装置和辅助元件（3）储气罐储气罐的作用是消除压力波动，保证供气的连续性、稳定性；储存一定数量的压缩空气以备应急时使用，同时，进一步分离空气中的油分、水分。图10-5所示为立式储气罐的结构示意图和图形符号。经过以上净化处理的压缩空气已基本满足一般气动系统的需求，但对于精密的气动装置和气动仪表用气，还需要经过进一步的净化处理后才能使用。（4）干燥器干燥器的作用是进一步除去压缩空气中的水、油和灰尘。其方法主要有吸附法和冷冻法。吸附法是利用具有吸附性能的吸附剂（如硅胶、铝胶或分子筛等）吸附压缩空气中的水分而使其达到干燥的目的。冷冻法是利用制冷设备使压缩空气冷却到一定的露点温度，析出所含的多余水分，从而达到所需要的干燥度。上一页下一页返回10.2气源装置和辅助元件如图10-6所示为吸附式干燥器的结构原理图和图形符号。它的外壳为一金属圆筒，里面设置有栅板、吸附剂、滤网等。其工作原理是：压缩空气由管道18进入干燥器内，通过上部吸附剂层、铜丝过滤网16、上栅板15、下部吸附剂层14之后，湿空气中的水分被吸附剂吸收而干燥，再经过铜丝网12、下栅板11、毛毡层10、铜丝网层9过滤气流中的灰尘和其他固体杂质，最后干燥、洁净的压缩空气从输出管6输出。当吸附剂在使用一定时间之后，吸附剂中的水分达到饱和状态时，吸附剂失去继续吸湿的能力，因此需要设法将吸附剂中的水分排除，使吸附剂恢复到干燥状态，即重新恢复吸附剂吸附水分的能力，这就是吸附剂的再生。图10-6中的管3、4、5即是供吸附剂再生时使用的。上一页下一页返回10.2气源装置和辅助元件工作时，先将压缩空气的进气管18和出气管6关闭，然后从再生空气进气管5向干燥器内输入干燥热空气（温度一般高于180℃），热空气通过吸附层，使吸附剂中的水分蒸发成水蒸气，随热空气一起经再生空气排气管3、4排入大气中。经过一段时间的再生以后，吸附剂即可恢复吸湿的性能。在气压系统中，为保证供气的连续性，一般设置两套干燥器，一套使用，另一套对吸附剂再生，交替工作。（5）分水滤气器分水滤气器又称二次过滤器。其主要作用是分离水分，过滤杂质。滤灰效率可达70％～99％。QSL型分水滤气器在气动系统中应用很广，其滤灰效率大于95％，分水效率大于75％。在气动系统中，一般称为分水滤气器、减压阀、油雾器为气动三大件，又称气动三联件，是气动系统中必不可少的辅助装置。上一页下一页返回10.2气源装置和辅助元件图10-7所示为分水滤气器的结构简图。从输入口进入的压缩空气被旋风叶子1导向，沿存水杯3的四周产生强烈的旋转，空气中夹杂的较大的水滴、油滴等在离心力的作用下从空气中分离出来，沉到杯底。当气流通过滤芯时，气流中的灰尘及部分雾状水分被滤芯拦截滤去，较为洁净干燥的气体从输出口输出。为防止气流的旋涡卷起存水杯中的积水，在滤芯的下方设置了挡水板4。为保证分水滤气器的正常工作，应及