气压传动系统的设计与校核

气压传动系统的设计一．气压传动的工作原理气压系统以压缩气体为工作介质，靠气体的压力传递动力或信息的流体传动。传递动力的系统是将压缩气体经由管道和控制阀输送给气动执行元件，把压缩气体的压力能转换为机械能而作功﹔传递信息的系统是利用气动逻辑元件或射流元件以实现逻辑运算等功能，亦称气动控制系统。气压传动由气源﹑气动执行元件﹑气动控制阀和气动辅件组成。气源一般由压缩机提供；气动执行元件把压缩气体的压力能转换为机械能，用来驱动工作部件，包括气缸和气动马达；气动控制阀用来调节气流的方向﹑压力和流量，相应地分为方向控制阀﹑压力控制阀和流量控制阀；气动辅件包括：净化空气用的分水滤气器，改善空气润滑性能的油雾器，消除噪声的消声器，管子联接件等；在气压传动中还有用来感受和传递各种信息的气动传感器。二．气压系统的组成1.能源装置及辅件气源装置由空压机、压缩空气的净化储存设备（后冷却器、油水分离器、储气罐、干燥器及输送管道）、气动三联件（分水过滤器、油雾器及减压阀）组成，还有一些必要的辅件，如自动排水器、消声器、缓冲器等，该些辅件是向系统输送洁净的压缩空气所必不可少的。对能源装置的基本要求是：1）能源装置外观应美观，色泽应与主机协调；2）能源装置上所装元件的排列布置应匀称，维护方便简易3）能源装置应节能；4）能源装置应工作平稳，产生振动小，噪声小；5）和电气、电子控制结合使用时，能远程控制动源装置以符合主机对所需的工作参数变化的要求。2.执行元件执行元件是将压缩空气的压力能转化为机械能的元件，该系统的执行元件是气缸，它驱动机构作直线往复运动，输入为压力和流量，输出为力和速度。3.控制元件本系统采用的均为电磁阀双向换接，它的特点是换向简单，进气和回气回路简单，安装时统一，并且本系统的气缸是垂直安装升举载荷，因此使用进气节流。气缸内的缓冲结构提高换向平稳性，所以此种换接方法可以被采用。三．气压传动的优缺点1.气压传动的优点：（1）以空气为工作介质，工作介质获得比较容易，用后的空气排到大气中，处理方便，与液压传动相比不必设置回收的油箱和管道；（2）空气的粘度很小（约为液压油动力粘度的万分之一），在管道中的压力损失也很小，所以便于集中供气、远距离输送，外泄漏不会像液压传动那样严重污染环境；（3）动作迅速、反应快；（4）工作环境适应性好，气动元件采用相应的材料后，能够在在易燃、易爆、多尘埃、强磁、强辐射、强振动、强腐蚀等恶劣工作环境中正常工作；（5）成本低，使用安全，无爆炸和电击危险，过载能自动保护；（6）压缩空气的工作压力较低，因此，对气动元件的材质要求较低；（7）气动系统维护简单，管道不易堵塞，也不存在介质变质、补充、更换等问题。2.气压传动的缺点：（1）由于空气具有可压缩性，因此工作速度稳定性稍差。但采用气液联动装置会得到较满意的效果。（2）因工作压力低（一般为0.3～1.0MPa），又因结构尺寸不宜过大，气压传动装置的总输出力不宜大于10～40kN。（3）噪声较大，在高速排气时要加消声器。（4）气动装置中的气信号传递速度在声速以内比电子及光速慢，因此，气动控制系统不宜用于元件级数过多的复杂回路；（5）目前气压传动的效率较低。四．气动系统元件的选择1.气缸的选择该课题中，执行元件组的总任务是：控制上浆机构和吹扫机构的罩子进行垂直往返运动。气缸的最大工作量是推动不锈钢罩子和导轨滑块进行垂直往返运动。1）气缸所受阻力不锈钢的密度：37.93gcm罩子体积为：33334180.924922915.2213357096.1462357.1Vmmcm罩子质量为：7.93357.12831.82.8318mVgkg罩子重量为：2.83189.827.75GmgN考虑到滑块及吹抽气，为安全考虑设定气缸总受力为100N2）气缸缸径及行程的选择查表的气缸的效率一般在0.7~0.95之间，这里去取0.85气缸的工作压力一般为0.4~0.6MpaMpa，这里取0.5pMpa220.0980665,110.19716,19.80.55.1,10010.2MpaMpakgfcmkgfNpMpakgfcmFGNkgf2由1kgfcm得气缸理论推力10.21285%0.85FFkgf由F和P查图得：缸径为18mm，为了安全取缸径为25mm查机械设计手册（单行本）气压传动与控制得：上浆机构中选125250LCZMMS型号气缸，因此缸径为25mm，行程为250mm，脚架式安装吹扫机构中选125200LCZMMS型号气缸，因此缸径为25mm，行程为200mm，脚架式安装载体托盘机构中选125150LCZMMS型号气缸，因此缸径为25mm，行程为150mm，脚架式安装2.空压机的选择气源装置是向气动系统提供所需压缩空气的动力源，空压机是气压发生装置，是将机械能转换为气体压力能的转换装置。1）耗气量的计算：缸径25mmD＝,行程00mmS＝2,全程需要的时间4ts伸出耗气量：23233.140.20.0250.024531044/4sQDmst伸缩回耗气量：2223233.140.2()(0.0250.01)0.020611044/4dsQDmst缩2）自由空气量的计算（一个标准大气压状态下的流量）：0.10130.1013PQQ'3330.10130.50.10130.02453100.145610/0.10130.1013PQQms伸伸'3330.10130.50.10130.02061100.122310/0.10130.1013PQQms缩缩3）气缸的理论用气量的计算：'1()/niZZiQaQtT其中：n：气缸的个数，本设计中有2气缸，所以n=2A：在一个周期内单程作用次数，所以a=2'ZQ：一气缸在一个周期内的平均用气量（'330.145610/Qms伸,'330.122310/Qms缩）t:气缸一个单行程的时间,t=4sT:设备的一次工作循环的时间,416tTs所以''(2424)/16ZQQQ缩伸333320.145610420.12231040.1341016ms（）取设备利用系数0.95；漏损系数11.2K；备用系数21.4K则该设备气缸的理论用气量：'3330.951.21.40.21410/0.0128/minjZQQmsm查有关手册选用的空压机的型号及技术规范为:3.控制元件的选择电磁阀在选型时应遵循的原则：适用性，管路中的流体必须和选用的电磁阀系列型号中标定的介质一致，包括温度、粘度和工作压差等因素；可靠性，电磁阀分为常闭和常开两种，一般选用常闭型，但在开启时间很长而关闭时很短时要选用常开型，动作时间很短频率较高时一般选取直动式，大口径选用快速系列；安全性，一般电磁阀不防水，在条件不允许时请选用防水型，电磁阀的最高标定公称压力一定要超过管路内的最高压力，否则使用寿命会缩短或产生其它意外情况，有腐蚀性液体的应选用全不锈钢型，强腐蚀性流体宜选用塑料王（SLF）电磁阀，爆炸性环境必须选用相应的防爆产品；经济性，有很多电磁阀可以通用，但在能满足以上三点的基础上应选用最经济的产品。1）选择换向阀○1对上浆机构中的气缸的换向阀选择本设计中选用二位二通和三位五通电磁换向阀，因气缸在中间位置需停止，所以三位五通能满足要求。因气缸要求压力0.5pMpa，流量330.04510Qms，由机械设计手册，查表24.7-14得，选换向阀的通径为3mm表24.7-14查表得：二位二通电磁换向阀选SLP1DF02N3A03三位五通电磁换向阀选2353QDLT○2对吹扫机构中的气缸的换向阀选择本设计中选用二位二通和二位五通电磁换向阀，因气缸在中间位置无需停止，所以二位五通能满足要求。因气缸要求压力0.5pMpa，流量330.04510Qms，由机械设计手册，查表24.7-14得，选换向阀的通径为3mm同理：二位二通电磁换向阀选SLP1DF02N3A03二位五通电磁换向阀选1253QDLT○3对载体支撑架机构中的气缸的换向阀选择本设计中选用二位二通和二位五通电磁换向阀，因气缸在中间位置无需停止，所以二位五通能满足要求。因气缸要求压力0.5pMpa，流量330.04510Qms，由机械设计手册，查表24.7-14得，选换向阀的通径为3mm同理：二位二通电磁换向阀选SLP1DF02N3A03二位五通电磁换向阀选1253QDLT○4对气囊机构中换向阀选择本设计中选用二位二通电磁换向阀因气缸要求压力0.5pMpa，流量330.03610Qms，由机械设计手册，查表24.7-14得，选换向阀的通径为3mm同理：二位二通电磁换向阀选SLP1DF02N3A032）选择快速排气阀对气囊机构中快速排气阀选择：本设计中的快速排气阀选用KP-L33）选择消声器气缸，气阀等工作时排气速度快，气体体积急剧膨胀，会产生刺耳的噪声，这种噪声损害人体的健康，恶化环境，为减小噪音通常在排气口安装消声器。消声器配于主控阀排气口，气缸排气口处，起消声滤尘作用。所以本设计采用KXY-3消声器。4）选择三联件（分水滤气器，减压阀，油雾器的组合件）分水滤气器又名空气过滤器，其作用是滤除压缩空气中的水分，油滴及杂质。油雾器的作用是当压缩空气流过时，将润滑油喷射成雾状，随压缩空气流进需要的润滑的部件，达到润滑的目的。由供气压力为0~0.7Mpa，额定流量为330.194410ms，选择型号为398.2134.确定管道直径本设计按各管径和气动元件通径相一致的原则，初定各段管径。考虑到上浆机构气缸和吹扫机构气缸不同时工作的特点，由24Qdv，可导出22133ddmm，取标准管径为3mm。5.验算压力损失：本例中验算吹扫机构中气缸进气口x处的损失（因上浆机构气缸和吹扫机构气缸的管路通径一样，但吹扫机构气缸得管路较长）是否在允许范围内。1）沿程压力损失○1y-o段的沿程压力损失由式22llvpdg式中：lp：沿程压力损失d:管内径，d=0.003ml:管长，l=0.4mv:管中流速，v=QA=320.02453103.470.0034ms:沿程阻力系数，由雷诺数eR和管壁相对粗糙度d确定根据温度020C，查表得运动粘度521.5710ms253.470.0036.63101.5710evdR0.040.0133d由雷诺数eR和管壁相对粗糙度d，查有关手册得=0.0165温度020C，压力0.5Mp时值为：32730.50.10139.811.29370.15273200.1013gNm2260.43.470.016570.1594.794.7100.00329.81lpNmMpa○2o-e段的沿程压力损失1v=11QA=320.02453103.470.0034ms211513.470.0036.63101.5710evdR10.040.0133d由雷诺数eR和管壁相对粗糙度d，查有关手册得=0.0165226113.470.016570.15236.7236.7100.00329.81lpNmMpa○3e-x段的沿程压力损失2v=22QA=320.02453103.470.0034ms222523.470.0036.63101.5710evdR20.040.0133d由雷诺数eR和管壁相对粗糙度d，查有关手册得=0.016522621.93.470.016570.15500500100.00329.81lpNmMpa○4由y-x的所有沿程损失612813.410llllppppMpa2