气压传动技术

第9章气压传动技术气压传动概述9.1气源装置及气动辅件9.2气动执行元件9.3气动控制元件9.4气动逻辑元件9.5气动回路9.6常用气动系统9.7气动系统的设计、安装、调试与故障分析9.89.1气压传动概述9.1.1气压传动系统的工作原理及组成1．气压传动系统的工作原理气压传动是以压缩空气为工作介质进行能量传递和信号传递的一门传动技术。气压传动的工作原理是利用空压机把电动机或其他原动机输出的机械能转换为空气的压力能，然后在控制元件的作用下，通过执行元件把压力能转换为直线运动或回转运动形式的机械能，从而完成各种动作，并对外做功。2．气压传动系统的组成（1）气源装置。（2）气动控制元件。（3）气动执行元件。（4）气动辅件。（5）工作介质。图9-1气压传动系统组成示意图9.1.2气压传动的优缺点1．气压传动的优点（1）工作介质是空气。（2）空气的特性受温度影响小。（3）空气的黏度很小。（4）相对液压传动而言，气动动作迅速、反应快，一般只需0.02～0.3s。（5）气体压力具有较强的自保持能力。（6）气动元件可靠性高、寿命长。（7）工作环境适应性好，特别是在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣环境中，比液压、电子、电气传动控制优越。（8）气动装置结构简单，成本低，维护方便，过载能自动保护。类型操作力动作快慢环境要求构造负载变化影响操作距离无级调速工作寿命维护价格气压传动中等较快适应性好简单较大中距离较好长一般便宜液压传动最大较慢不怕振动复杂有一些短距离良好一般要求高稍贵电传动电气中等快要求高稍复杂几乎没有远距离良好较短要求较高稍贵电子最小最快要求特高最复杂没有远距离良好短要求更高最贵机械传动较大一般一般一般没有短距离较困难一般简单一般表9-1气压传动与其他传动的性能比较2．气压传动的缺点（1）由于空气的可压缩性较大。（2）由于工作压力低。（3）气动装置中的信号传动速度比光、电控制速度慢，所以不宜用于信号传递速度要求十分高的复杂线路中。（4）噪声较大，尤其是在超音速排气时，要加消声器。9.2气源装置及气动辅件9.2.1气源装置的组成图9-2压缩空气站设备组成及布置示意图1—空气压缩机；2—后冷却器；3—油水分离器；4、7—贮气罐；5—干燥器；6—过滤器1．空气压缩机的分类及选用原则（1）空气压缩机的分类。（2）空气压缩机的选用原则。图9-3往复活塞式空气压缩机工作原理图1—排气阀；2—气缸；3—活塞；4—活塞杆；5、6—十字头与滑道；7—连杆；8—曲柄；9—吸气阀；10—弹簧9.2.2气动辅助元件1．气源净化装置（1）后冷却器。（2）油水分离器。（3）贮气罐。图9-4后冷却器贮气罐的主要作用有以下几点。①储存一定数量的压缩空气，以备发生故障或临时需要应急使用。②消除由于空气压缩机断续排气而对系统引起的压力脉动，保证输出气流的连续性和平稳性。③进一步分离压缩空气中的油、水等杂质。图9-5油水分离器图9-7吸附式干燥器结构图1—湿空气进气管；2—顶盖；3、5、10-法兰；4、6—再生空气排气管；7—再生空气进气管；8—干燥空气输出管；9—排水管；11、22—密封座；12、15、20—钢丝过滤网；13—毛毡；14—下栅板；16、21—吸附剂层；17—支撑板；18—筒体；19—上栅板（4）干燥器。（5）空气过滤器。①一次过滤器②分水滤气器（6）气动三联件。气动三联件是用于气源处理的装置，一般由分水滤气器、减压阀和油雾器组成。图9-8一次过滤器结构图1—φ10密孔网；2—280目细钢丝网；3—焦炭；4—硅胶等图9-9普通分水滤气器结构图1—旋风叶子；2—滤芯；3—存水杯；4—挡水板；5—手动排水阀2．其他辅助元件（1）油雾器。（2）消声器。（3）管道连接件。图9-11普通油雾器（一次油雾器）结构简图1—喷嘴；2—节流阀；3—钢球；4—弹簧；5—阀座；6—存油杯；7—吸油管；8—单向阀；9—视油器；10、12—密封垫；11—油塞图9-12吸收型消声器结构简图1—连接螺丝；2—消声罩9.3气动执行元件9.3.1气缸（1）按压缩空气在活塞端面作用力的方向不同分为单作用气缸和双作用气缸。（2）按结构特点不同分为活塞式、薄膜式、柱塞式和摆动式气缸等。（3）按安装方式不同可分为耳座式、法兰式、轴销式、凸缘式、嵌入式和回转式气缸等。（4）按功能不同分为普通式、缓冲式、气—液阻尼式、冲击和步进气缸等。1．气—液阻尼缸2．薄膜式气缸3．冲击气缸图9-14气液阻尼缸的工作原理图图9-15薄膜式气缸结构简图1—缸体；2—膜片；3—膜盘；4—活塞杆图9-16冲击气缸工作原理图4．无杆气缸无杆气缸没有普通气缸的刚性活塞杆，它利用活塞直接或间接地实现往复运动。这种气缸的最大优点是节省了安装空间，特别适用于小缸径、长行程的场合。5．摆动气缸（1）叶片式摆动气缸。（2）齿轮齿条式摆动气缸。图9-17叶片式摆动气缸1—叶片；2—定子；3—档块6．手指气缸（1）所有的结构都是双作用的，能实现双向抓取，可自动对中，重复精度高。（2）抓取力矩恒定。（3）在气缸两侧可安装非接触式检测开关。（4）有多种安装、连接方式。9.3.2气马达1．气马达的分类及特点气马达按结构形式划分可分为：叶片式气马达、活塞式气马达和齿轮式气马达等类型。与液压马达相比，气马达具有以下特点。（1）工作安全。可以在易燃易爆场所工作，同时不受高温和振动的影响。（2）可以长时间满载工作而温升较小。（3）可以无级调速。控制进气流量，就能调节马达的转速和功率。额定转速由每分钟几十转到几十万转。（4）具有较高的启动力矩。可以直接带负载运动。（5）结构简单，操纵方便，维护容易，成本低。（6）输出功率相对较小，最大只有20kW左右。（7）耗气量大，效率低，噪声大。2．气马达的工作原理图9-20气马达工作原理图形式转矩速度功率每千瓦耗气量Q(m3/min)特点及应用范围叶片式低转矩高速度零点几千瓦到l.3kW小型：1.8～2.3大型：1.0～1.4制造简单，结构紧凑，但低速启动转矩小，低速性能不好。适用于要求低、中功率的机械，如手提工具、复合工具传送带、升降机、泵、拖拉机等活塞式中高转矩低速或中速零点几千瓦到1.7kW小型：1.9～2.3大型：1.0～1.4在低速时有较大的功率输出和较好的转矩特性。启动准确，且启动和停止特性均较叶片式好。适用于载荷较大、要求低速、转矩较高的机械，如手提工具、起重机、绞车、绞盘、拉管机等薄膜式高转矩低速度1kW1.2～1.4适用于控制要求很精确、启动转矩极高和速度低的机械表9-2各种气马达的特点及应用范围9.4气动控制元件9.4.1方向控制阀分类方式形式阀内气体的流动方向单向阀、换向阀阀芯的结构形式截止阀、滑阀阀的密封形式硬质密封、软质密封阀的工作位数及通路数二位三通、二位五通、三位五通等阀的控制操纵方式气压控制、电磁控制、机械控制、手动控制表9-3方向控制阀的分类1．单向型控制阀图9-21或门型梭阀图9-22与门型梭阀2．换向型控制阀人力控制一般手动操作按钮式手柄式、带定位脚踏式机械控制顶杆式滚轮杠杆式单向滚轮式弹簧复位气动控制直动式先导式电磁控制单电控双电控先导式双电控，带手动表9-4换向阀的控制方式（1）人力控制换向阀。（2）机械控制换向阀。（3）气压控制换向阀。①单气控加压式换向阀。②双气控加压式换向阀。（4）电磁控制换向阀。①直动式电磁换向阀。②先导式电磁换向阀。图9-23推拉式手动阀的工作原理图和结构图1—压下阀芯时状态；2—拉起阀芯时状态图9-24脚踏阀图9-25机械控制换向阀的工作原理图1—滚轮；2—杠杆；3—顶杆；4—缓冲弹簧；5—阀芯；6—密封弹簧；7—阀体图9-26单气控加压截止式换向阀的工作原理图1—阀芯；2—弹簧图9-27二位三通单气控截止式换向阀的结构图图9-28双气控滑阀式换向阀的工作原理图图9-29直动式单电控电磁阀的工作原理图1—电磁铁；2—阀芯图9-30直动式双电控电磁阀的工作原理图1、2—电磁铁；3—阀芯图9-31先导式双电控换向阀的工作原理图9.4.2压力控制阀1．压力控制阀的作用及分类2．减压阀（调压阀）按压力调节方式可分为溢流式、非溢流式和恒量排气3种。3．顺序阀顺序阀一般很少单独使用，往往与单向阀配合在一起，构成单向顺序阀。4．安全阀图9-34单向顺序阀工作原理图1—调节手柄；2—调压弹簧；3—活塞；4—单向阀图9-35安全阀工作原理图9.4.3流量控制阀1．节流阀2．单向节流阀3．排气节流阀4．快速排气阀图9-36节流阀工作原理图图9-37单向节流阀的工作原理图图9-38排气节流阀工作原理图1—节流口；2—消声套图9-39快速排气阀工作原理1、2—阀口9.5气动逻辑元件1．“是门”和“与门”元件2．“或门”元件3．“非门”和“禁门”元件4．“双稳”元件图9-41“是门”和“与门”元件图9-42“或门”元件图9-43“非门”和“禁门”元件图9-44“双稳”元件9.6气动回路9.6.1方向控制回路1．单作用气缸换向回路2．双作用气缸换向回路图9-45单作用气缸换向回路图9-46双作用气缸的控制回路9.6.2压力控制回路1．一次压力控制回路2．二次压力控制回路图9-47一次压力控制回路图9-48二次压力控制回路9.6.3速度控制回路1．单向调速回路（1）当负载方向与活塞的运动方向相反时，活塞运动易出现不平稳现象，即“爬行”现象。（2）当负载方向与活塞运动方向一致时，由于排气经换向阀快排，几乎没有阻尼，负载易产生“跑空”现象，使气缸失去控制。图9-49双作用缸单向调速回路2．双向调速回路图9-50双向调速回路3．气—液调速回路图9-51气—液调速回路9.6.4其他回路1．安全保护回路（1）过载保护回路。（2）互锁回路。（3）双手同时操作回路。图9-54双手操作回路2．延时回路3．顺序动作回路（1）单缸往复动作回路。（2）连续往复动作回路。图9-56往复动作回路图9-57连续往复动作回路9.7常用气动系统9.7.1工件夹紧气压传动系统当工件运动到指定位置后，气缸A的活塞杆伸出，将工件定位后两侧的气缸B和C的活塞杆伸出，从两侧面夹紧工件，而后进行机械加工。其气压系统的动作过程如下：当用脚踏换向阀1（或用其他方式换向）后，压缩空气经单向节流阀进入气缸A的无杆腔、夹紧头下降至工件定位位置后使机动行程阀2换向，压缩空气经单向节流阀5进入阀6的右侧，使阀6换向。压缩空气经阀6通过主控阀4的左位进入气缸B和C的无杆腔，使两气缸活塞杆同时伸出，夹紧工件。与此同时，一部分压缩空气经单向节流阀3调定延时，使主控阀4在加工后换向到右位，则两气缸B和C返回。图9-58工件夹紧气压传动系统9.7.2气液动力滑台气压传动系统图9-59气液动力滑台的气压传动系统该气液滑台能完成以下两种工作循环。1．快进→慢进（工进）→快退→停止2．快进→慢进→慢退→快退→停止9.7.3公共汽车车门气压传动系统图9-60汽车车门气压控制系统9.8气动系统的设计、安装、调试与故障分析9.8.1气动系统的设计1．明确设计要求2．气动系统的方案设计3．拟定气动系统原理图4．选择气动元件5．绘制工作图，编制文件9.8.2气动系统的安装调试与故障分析1．管道的安装（1）安装前要检查管道内壁是否光滑，并进行除锈和清洗。（2）管道支架要牢固，工作时不得产生振动。（3）装紧各处接头，管路不允许漏气。（4）管道焊接应符合规定标准的要求。（5）管路系统中任何一段管道均可自由拆装。（6）管道安装的倾斜度、弯曲半径、间距和坡向均要符合有关规定要求。2．元件的安装（1）安装前应对元件进行清洗，必要时要进行密封试验。（2）各类阀体上的箭头方向或标记，要符合气流流动方向。（3）动密封圈不要装得太紧，尤其是U型密封圈，否则阻力过大。（4）移动缸的中心线时要与负载作用力的中心线同心，否则引起侧向力，使密封件加速磨损，并造成活塞杆弯曲。（5）各种自动控制仪表、自动控制器、压力继电器等，在安装前应进行校验。3．气动系统的调试、使用维护（1）调试前的准备工作主要包括以下几点。①要熟悉说明书等有关技术资料，力求全面了解系统的