气动技术基本知识

PULSTEC技术部机械组编制-1-一、气动技术基本知识1.气动技术中常用的单位1个大气压=760mmHg=1.013bar=101kpa压力单位换算1N/㎡=bar105=1002.17kgf/m㎡=1002.15kgf/c㎡1kgf/c㎡=0.1Mpa2.气动控制装置的特点⑴空气廉价且不污染环境，用过的气体可直接排入大气⑵速度调整容易⑶元件结构紧凑，可靠性高⑷受湿度等环境影响小⑸使用安全便于实现过载保护⑹气动系统的稳定性差⑺工作压力低，功率重量比小⑻元件在行程中途停止精度低3.气动系统的组成气动系统基本由下列装置和元件组成(1)气源装置——气动系统的动力源提供压缩空气(2)空气处理装置——调节压缩空气的洁净度及压力(3)控制元件方向控制元件——切换空气的流向流量控制元件——调节空气的流量(4)逻辑元件——与或非(5)执行元件——将压力能转换为机械功(6)辅助元件——保证气动装置正常工作的一些元件压缩机a）气源装置储气罐后冷却器过滤器油雾分离器减压阀b）空气调节油雾器处理装置空气净化单元干燥器其它PULSTEC技术部机械组编制-2-电磁阀气缸气压控制阀带终端开关气缸方向控制阀机械操作阀带制动器气缸手动阀气缸带锁气缸其它带电磁阀气缸其它速度控制阀C）控制元件速度控制阀d）执行元件节流阀摆动缸回转执行件逻辑阀空气马达管子接头消音器e）辅助元件压力计其它污染物质的去除能力污染物质过滤器油雾分离器干燥器水蒸气微小水雾微小油雾水滴固体杂质×××○○×○○○○○○×○×表1二、空气处理元件压缩空气中含有各种污染物质。由于这些污染物质降低了气动元件的使用寿命。并且会经常造成元件的误动作和故障。表1列出了各种空气处理元件对污染物的清除能力。1．空气滤清器空气滤清器又称为过滤器、分水滤清器或油水分离器。它的作用在于分离压缩空气中的水分、油分等杂质，使压缩空气得到初步净化。2．油雾分离器PULSTEC技术部机械组编制-3-油雾分离器又称除油滤清器。它与空气滤清器不同之处仅在于所用过滤元件不同。空气滤清器不能分离油泥之类的油雾，原因是当油粒直径小于2～3цm时呈干态，很难附着在物体上，分离这些微粒油雾需用凝聚式过滤元件，过滤元件的材料有：1）活性炭2）用与油有良好亲和能力的玻璃纤维、纤维素等制成的多孔滤芯3．空气干燥器为了获得干燥的空气只用空气滤清器是不够的，空气中的湿度还是几乎达100%。当湿度降时，空气中的水蒸气就会变成水滴。为了防止水滴的产生，在很多情况下还需要使用干燥器。干燥器大致可分为冷冻式和吸附式两类。4．空气处理装置空气滤清器、调压阀和油雾器等组合在一起，即称为空气处理装置。a)空气处理三联件（FRL装置）空气处理三联件俗称气动三大件。它是由滤清器、调压阀和油雾器三件组成的，b)空气处理双联件这是由组合式过滤器减压阀与油雾器组成的空气处理装置。c)空气处理四联件它是由滤清器、油雾分离器、调压阀和油雾器四件组成，用于需要优质压缩空气的地方。5．调压阀（减压阀）调压阀是输出压力低于输入压力，并保持输出压力稳定的压力控制元件。由于大多是与滤清器和油雾器连成一体使用，所以把它分在空气处理元件一类中。6．油雾器气动系统中有很多装置都有滑动部分如：气缸体与活塞，阀体与阀芯等。为了保证滑动部分的正常工作需要润滑，油雾器是提供润滑油的装置三、控制元件一、方向控制阀方向控制阀是气动控制回路中用来控制气体流动方向和气流通断，从而使气路中的执行元件能按要求方向进行动作的元件。在各类元件中，方向控制阀的种类最多。主要有换向阀和单向阀两大类。前者包括电磁阀，气控阀等，后者主要有单向阀，梭阀等，应用都很广泛。1.换向阀换向阀主要有转阀和滑阀两大类本公司主要使用滑阀结构的换向阀。滑阀依靠其中的滑柱式阀芯处在不同位置上来接通或切断气路的。一般地讲，阀芯的切换位置主要有二个或三个，即有二位阀和三位阀之分。PULSTEC技术部机械组编制-4-表2二通三通四通五通二位中位封闭中位加压中位卸压三位APAAAPPPRRAPRBABPR2R1APRABRPABR2PR1ABRPABR2PR1ABRPABR2PR1表中□代表了阀的一个切换位置，故而有几个长方形表示该阀是几位的。长方形中的箭头表示在该位置上气流流动的方向，┻则表示在这一位置上气流被切断。二位阀有自复位和自保持两种。三位阀的阀芯除了可以停在阀体的两端外，还可有一个中间位置。气动阀通过气压信号切换阀芯，分成直接作动式和间接作动式两种，气动阀犹如去掉了电磁线圈后的电磁阀。由于采用气压信号控制，所以动作慢，不能指望像电磁阀那样高速动作，但寿命一般都较长。气动控制阀与电磁阀的区别是不用电磁铁，因而控制信号不是电信号而是气压信号，常用于防爆场合或不用电的简易生产线上。2.单向阀进气口出气口进气口出气口当有气流从进气口进入压迫弹簧下移打开阀门使气流通过,反向从出气口进气则不能从另一端口获得输出.图1PRAPRA21图2如图1单向阀只允许气流沿一个方向流动而不能反向流动。单向阀用在气路中需要防止空气逆流的场合，还可用在气源停止供气时需要保持压力的地方。梭阀相当于两个单向阀合成，有两个进气口，一个出气口，因而无论哪个进气口进气，出口总有输出，且出口总和压力高的进气口相联。双压阀则是“与”的功能，只有两口均有气流时才会使出口有输出。图2为快速排气阀的工作原理。当P腔进气后，活塞上移，阀口2开，阀口1闭，PAPULSTEC技术部机械组编制-5-接通。当排气时，活塞下移，阀口2闭1开，AR接通，管路气体从R口排出。快速排气阀主要用于气缸排气，以加速气缸的动作。二、流量控制阀在气动系统中，如要对气缸运动速度加以控制或需要延时元件计时时，就要控制压缩空气的流量。在流量控制时，只要设法改变管道的截面就可。流量控制阀分为节流阀，速度控制阀和排气节流阀数种等。1．节流阀可调式节流阀依靠改变的流通面积来调节气流。2．速度控制阀速度控制阀由节流阀和单向阀组合而成。故而又叫单向节流阀，通过调节流量达到控制执行元件速度的目的。三、压力控制阀压力控制阀是利用阀芯上的气压作用力和弹簧力保持平衡来进行工作的，平衡状态的任何破坏都会使阀芯位置产生变化，其结果不是改变阀口开度的大小（例如溢流阀、减压阀），就是改变阀口的通断（例如安全阀，顺序阀）。1.溢流阀溢流阀由进口（P）处的气压压力控制阀芯动作，当进口处压力达到预设值时阀芯克服弹簧力动作使得进、出口导通，从而实现溢流作用。如图3(a)所示。PP图3P＞P预P＜P预图3P＞P预P＜P预PP(a)(b)2.减压阀减压阀则是由出口处压力驱动阀芯，当出口处压力达到预设值时阀芯克服弹簧力动作使得进、出口截断，从而实现减压作用。如图3(b)所示。各种阀的符号见附表1四、执行元件气动系统中将压缩空气的压力转换成机械能，从而实现所要求运动的驱动元件，称为执行元件。它分为气缸和气动马达两大类。相对于液压和机械传动，它结构简单，维修方便。但由于压缩空气的压力通常为0.3-0.6Mpa故而输出力小。气缸是用压缩空气作动力源，产生直线运动或摆动，输出力或力矩做功的元件。主要气缸主要类型和特点见附表2。五、气动回路（一）回路设计基础1）路的构成（图4）PULSTEC技术部机械组编制-6-压力控制阀气源处理装置方向控制阀流量控制阀驱动装置检测装置控制回路操作装置指示装置电源气源空气压缩机过滤器油雾器减压阀电磁阀气控阀速度控制阀气缸驱动部分限位开关光电管限位阀接近开关传感器PLC继电器回路按钮按钮阀选择开关指示灯蜂鸣器控制部分检测部分图42）控制方式（二）驱动回路1．驱动气缸的基本回路在通常使用的气缸中有单作用气缸和双作用气缸。以下介绍驱动这些气缸的基本回路。1）单作用气缸只在一个方向上的运动靠压缩空气驱动，靠弹簧力的作用回程。P单作用气缸速度控制阀换向阀气源三联件图5PULSTEC技术部机械组编制-7-图5为使用单作用气缸作往复运动的气路图。换向阀（电磁阀）使用二位三通阀。换向阀的P口与气源净化装置相连接，A口与气缸相连接。速度控制阀接在换向阀与气缸之间。速度控制阀有方向性，连接时不可接反。回路的动作动原理如下：在初始位置时，P口封闭，气缸的气缸盖一侧通过速度控制阀的单向阀和换向阀直接与大气相通。气缸活塞靠弹簧力的作用停止于完全缩回的位置.当电磁阀通电换向时,气源通过速度控制阀给气缸供气,压缩弹簧使活塞前进.调整速度控制阀节流孔的大小,可以控制活塞前进速度.当电磁阀断电恢复到初始位置时,P口再次封闭,气缸内空气排出.活塞在弹簧力作用下后退并返回原点.这时气缸的速度不能控制.2）双作用气缸的驱动回路图6为使双作用气缸作往复运动的气路图。换向阀使用二位五通阀（二位四通阀也可以），换向阀的P口与气源静化装置相连接。A口与气缸杆一侧的接口相连，B口与气缸盖一侧的接口相连。速度控制阀接在换向阀与气缸之间（注意方向与单作用气缸时相反）。在初始位置时，P口与气缸杆一侧相通，另一方面，气缸盖一侧通过换向阀与大气相通。这时气缸活塞处于后死点的位置上。当电磁阀通电换向时，气缸盖一侧通压缩空气，气缸杆一侧空气排出，活塞前进。活塞的速度由速度控制阀①调整。当电磁阀断电回到初始位置时，气缸杆一侧充气，气缸盖一侧排气，活塞后退。后退的速度由速度控制阀②调整。双作用气缸速度控制阀1速度控制阀2换向阀ABR1R2P图62．气缸的速度控制回路基于不同的目的和条件，可使用各种回路对气缸进行速度控制。下面介绍通常使用的基本回路。b)入口节流式PULSTEC技术部机械组编制-8-换向阀侧气缸侧图7电磁阀侧气缸侧AS1211F限入型（入口节流）这种方式通过调节供给气缸的流量，对气缸的速度加以控制。图7示出了这种方式的路图。来自换向阀的空气流过速度控制阀时，单向阀关闭，气流只有通过节流阀流向气缸，因为节流阀是可调的，所以通过调整节流阀便可设定气缸活塞的速度。气流反向流动时，即从气缸一侧流向阀一侧时，单向阀打开，空气流量不受控制（自由流）。在入口节流方式中，气缸出口一侧排气较快，因而容易受到所供气压变动的影响。对于所加负载为变动负载的情况，速度稳定性差，因而除了特殊回路（例如防止失控回路等），一般都采用下面将要介绍的出口节流式。AS1201F电磁阀侧气缸侧限出型（出口节流）换向阀侧气缸侧图8c)出口节流式这种方式通过调节气缸的排气流量来控制气缸速度。图8示出了这种方式的回路图。注意，速度控制阀的方向与入口节流式相反。来自换向阀的空气流过速度控制阀时，单向阀打开，于是成为自由流，气流在不受控制的情况下流向气缸。而来自气缸一侧的空气使单向阀关闭，由节流阀调节流量，从而控制气缸活塞的速度。在气缸的两个口都按出口节流式连接速度控制阀时，活塞靠两侧的压差（由排气一侧的速度控制阀调整）动作。因此，在负载变动的情况下，它比入口节流方式有更好的速度稳定性。出口节流是应用得最普通的方式。d)排气节流式图9PULSTEC技术部机械组编制-9-这种方式是将节流阀连接在换向阀的排气口上，调节排气的流量来控制气缸的速度。因为气缸的进气气流不经过节流阀，所以不需要单向阀。在调节排气流量来实现速度控制这一点上，它同出口节流式完全相同，不过，如果气缸与换向阀之间的管路较长，这一部分就成了气罐，使回路的响应变差，负载变动时，速度就会不稳定。图9为排气节流式的回路图。3．基本回路，应用各种机能不同的电磁换向阀，可以构成不同的驱动回路。下面介绍几种基本的驱动回路。a)单作用气缸的往复动作回路图5所示的即为单作用气缸的往复动作回路。但由于它是采用单向的入口节流方式，所以气缸活塞的速度只有在伸出时受到控制。如果希望在缩回时（靠弹簧力作用）控制其速度，可以在换向阀与气缸之间，再反向串联一个速度调节阀，构成出口节流调速，或是在换向阀的R口上连接一个节流阀，构成排气节流方式。b)双作用气缸往复动作回路图6所示的即为双作用气缸往复动作回路。这个回路中，使用的电磁阀是单电磁铁弹簧复位的，线圈通电时气缸伸出并保持在前死点位置。一旦断电，电磁复位，气缸马上后退。所以，它适用于遇到紧急情况（例如电源断电）希望