气动技术

单元一气动技术气动基础知识基本技能实际应用回路的原理控制系统的设计气动系统概述何谓气动流体动力系统（能量转换系统）是通过压力油或压缩气体来传递和控制能量的一种系统。在气动系统中，这种能源的介质就是压缩空气。把大气中的空气的体积加以压缩，从而提高它的压力。通过对活塞或叶片作功来得到压缩空气。正确运用气动控制，要求充分熟悉气动元件及其基本回路。气动的用途用于化工产品的生产中。用于人不宜到达的地方如高温和危险的劳动。用于高速重复的运动机械中。农业设备,食品业。（如：物料输送装置，夹紧、传送、定位、物料流）机械行业的剪、切、铆等等。（钻、车、铣、磨）医学领域。机器人,太空设备中。气动系统用于自动装卸和气动机械手压缩空气的特性压缩空气的优点如下：适用性易于输送贮存对温度不敏感，保证运性稳定设计和控制简单运动的选择经济环境干净安全性（压缩空气没有爆炸和着火的危险）压缩空气也有如下不足之处：由于空气具有可压缩性，载荷变化时运动平稳性稍差。因工作压力低，不易获得较大的输出力或转矩。有较大的排气噪声。因空气无润滑性能，故在气路中有时应设置给油润滑装置。气动系统简介压缩空气的产生和输送系统压缩机电动机压力开关单向阀储气罐压力表自动排水器安全阀冷冻式空气干燥器主管道过滤器空气的性质空气的组成干空气的组成成分氮N2氧O2氩Ar二氧化碳CO2其它气体体积百分比78.0320.930.9320.030.078重量百分比75.523.11.230.0150.075空气的压力p=pg+psp—湿空气的压力，单位为pa；pg—湿空气中所含干空气的分压力，单位为pa；ps—湿空气中所含水蒸汽的分压力，单位为pa；空气的性质空气的密度ρ=m/Vρ—空气的密度，单位为kg/m3；m—空气的质量，单位为kg；V—空气的体积，单位为m3在基准状态下干空气的密度为ρ0=1.293kg/m3粘性气体质点相对运动时产生阻力的性质，即流体抗拒流动的能力。空气粘度随温度而变化，温度越高粘度越小。空气粘度随压力而变化，压力越高粘度越大。空气的性质----空气的湿度气压传动系统中的工作介质，它的干湿程度对整个系统的工作稳定性和使用寿命都将产生一定的影响。若空气的湿度较大，即空气中含有的水蒸汽较多，则此湿空气在一定温度和压力条件下，能在系统中的局部管道和气动元件中凝结水滴，使气动管道和气动元件锈蚀，严重时还可导致整个系统工作失灵。因此必须采取有效措施，减少压缩空气中所含的水分。当温度下降时，空气中水蒸汽的含量是降低的，因此减少空气中所含水分，降低进入气动设备的空气温度是十分有利的。当大气冷却时，大气将达到某一点，即水份达到饱和，水蒸气开始凝结，这一点称为露点。如果空气继续冷却，那么它不能保留所有的水份，过量的水份以小液滴的形式凝结出来形成冷凝水。有关知识有关知识完全真空大气压力绝对压力真空压力表压力真空压力大气压力绝对压力=-表压力=绝对压力绝对压力-大气压力压力的表示方法有关知识1Pa=1N/m2（牛顿/米2）在气动方面压力指的是表压，即高于大气压的那部分压力，也就是常说的相对压力，通常叫做表压力（GA）。1.等温过程：P1V1=P2V2=常数2.等容过程：P1/T1=P2/T2=常数3.等压过程：V1/T1=V2/T2=常数4.绝热过程。5.P1V1/T1=P2V2/T2=常数有关知识“水平流动的流体流过管径不同的管道时，在点1和点2的总能量相同。”P1+1/2ρV12=P2+1/2ρv22若流速不超过330m/s左右时，则此方程对气体也适用。压缩空气的产生压缩机容积型速度型活塞式往复式旋转式离心式轴流式膜片式滑片式螺杆式往复式压缩机单级活塞式压缩机：只有一个行程就将吸入的大气压空气压缩到所需要的压力。活塞下移，体积增加，缸内压力小于大气压，空气便从进气阀门进入缸内。在行程末端，活塞向上运动，进气阀关闭，空气被压缩，而同时出气阀被打开，输出空气进入储气罐。这种型式的压缩机通常用于需要3～7巴压力范围的系统。往复式压缩机两级活塞式压缩机在单级压缩机中，若空气压力超过6巴，产生的过热将大大地降低压缩机的效率。因此，工业中使用的活塞式压缩机通常是两级的。由两个阶段将吸入的大气压空气压缩到最终的压力。如果最终压力为7巴，第一级通常将它压缩到3巴，然后被冷却，再输送到第二级气缸中压缩到7巴。螺杆式压缩机如图所示，在壳体中装有一对互相啮合的螺旋转子，其中一根转子具有凸面齿形，另一根转子具有凹面齿形，两根转子之间及壳体三者围成的空间，在转子回转过程中沿轴向移动，其容积逐渐减小。这样，从进口吸入的空气逐渐被压缩，并从出口排出。两个吻合的螺旋转子以相反方向运动，它们当中自由空间的容积沿轴向减少，从而压缩两转子间的空气。利用喷油来润滑和密封两旋转的螺杆，油分离器将油与输出空气分开。此类压缩机可连续输出流量超过400m3/min，压力高达10巴。和叶片式压缩机相比，此类压缩机能输送出连续的无脉动的压缩空气。虽然螺杆式和叶片式压缩机的使用愈来愈多，但工业上最普遍使用的仍然是往复式压缩机。叶片式压缩机叶片式空压机的工作原理:把转子偏心安装在定子(机体1)内，叶片插在转子的放射状槽内，叶片能在槽内滑动。叶片3、转子2和机体1内壁构成的容积空间在转子回转过程中逐渐变小，由此从进气口吸入的空气就逐渐被压缩排出。这样，在回转过程中不需要活塞式空压机中具有的吸气阀和排气阀。在转子的每一次回转中，将根据叶片的数目多次进行吸气、压缩和排气，所以输出压力的脉动小。空压机的选择活塞式空压机适用的压力范围大，特别适用于压力较高的中小流量场合，目前应用最广泛。螺杆式和离心式空压机运转平稳，排气均匀螺杆式适用于低压力，中小流量场合，寿命长，精度高，效率高叶片式空压机输出压力脉动小，适用于低中压力，中小流量场合，结构简单效率低储气罐储气罐的尺寸大小根据压缩机的输出量，系统的尺寸大小以及对未来需求量的变化的预测来确定。对工厂来说，计算储气罐尺寸的原则是：储气罐容量≈压缩机每分钟压缩空气的输出量。例如，压缩机压缩空气每分钟输出量为2250L，即容积为2250L的储气罐是合适的。•尽可能减少压缩机经常发生的“满载”与“空载”现象•消除空压机排气的压力脉动，保证输出气流的连续性和平稳性•进一步分离压缩空气中的油、水等杂质气动系统结构气动系统由几个部分组成，这些部分描述了从气源到执行元件的各部分。主要讲述气动系统中各信号之间的关系以及各元件之间的关系。气动回路图与气动元件气动回路图应根据信号流动方向，从下向上绘制。在气动回路图中，各元件标识数取自其相应的功能。控制单作用气缸当单作用气缸无杆腔有压缩空气时，其活塞杆伸出。当松开按钮时，换向阀换向，气缸活塞杆回缩。控制单作用气缸控制单作用气缸控制双作用气缸二位四通换向阀适合于控制双作用气缸，实际上，通常采用二位五通换向阀控制双作用气缸。气缸双向运动通过换向阀换向来控制。控制双作用气缸控制双作用气缸电子气动元件符号与功能序号名称功能符号1带定位开关常开开关2按钮开关常开开关3带定位开关常闭开关4按钮开关常开开关5带定位开关常开开关6按钮开关常闭开关7灯泡灯指示电子气动元件符号与功能序号名称功能符号8蜂鸣器声音指示9电磁阀线圈使电磁阀动作10继电器触点常开触点11继电器触点常闭触点12继电器触点通断转换13压力传感器感测压力14计数器计数继电器5电子气动元件符号与功能序号名称功能符号15继电器线圈使开关动作16时间继电器延时关17时间继电器延时开18电感接近开关位置探测19电容接近开关位置探测20光电接近开关位置探测21磁接近开关位置探测气动控制阀一、方向控制阀及方向控制回路1、方向控制阀：改变气体的流动方向或通断的控制阀分类：单向型控制阀换向型控制阀方向控制阀单向型控制阀：只允许气流向一个方向流动的控制阀。单向阀包括梭阀双压阀快速排气阀单向型控制阀单向阀梭阀“或门”。双压阀“与门”快速排气阀双压阀单向型控制阀（1）单向阀：气流只能向一个方向流动而不能反向流动通过的阀带弹簧和不带弹簧的职能符号单向阀气控单向阀：气控口p1p2•当气控口没有通压力气体时，气流只能从p1流向p2，不能反向流动。•当气控口通压力气体时，活塞杆顶开阀芯，气流可在两个方向自由流动单向型控制阀（2）梭阀------或门相当于两个单向阀的串联组合。p1p2AAAA阀芯无论p1口输入还是p2口输入，A口总有输出。作用相当于逻辑“或门”的逻辑功能梭阀逻辑关系A=P1+P2p1p2A梭阀的应用一个单作用气缸可以有选择地分别通过两个按钮开关控制单向型控制阀（3）双压阀------与门两个入口p1,p2，一个出口A，当两个入口同时都有输入时才会有输出。作用相当于逻辑“与门”的逻辑功能p1p2A阀芯双压阀p1p2A双压阀的应用两个按钮开关控制一个单作用气缸，当两个开关都安下时，气缸才能伸出。单向型控制阀（4）快速排气阀：用于将气动元件和管路中的气体快速排掉，简称快排阀加快气缸排气腔排气，以提高气缸运动速度。pAO膜片排气孔快速排气阀的应用一个容腔通过手动换向阀充气，方向阀复位后通过快排阀排气。方向控制阀换向型控制阀：通过改变气体通路使气流方向发生改变换向型控制阀的驱动方式气压控制阀电磁控制阀机械控制阀手动控制阀时间控制阀换向型控制阀的符号阀的工作状态=正方形的数量接口的数量=接口外短线的数量换向型控制阀的符号换向型控制阀的符号电磁控制换向阀的结构换向型控制阀（3）机械控制换向阀：利用执行机构或其他机构的运动部件，借助于凸轮、滚轮、杠杆等外力推动阀芯实现换向。换向型控制阀（4）人力控制换向阀：人力控制阀芯移动实现换向按钮换向型控制阀（5）时间控制换向阀：使气流通过气阻（如小孔、缝隙等）节流后到气容（储气空间）中，经过一定时间气容内建立起一定的压力后，再使阀芯动作的换向阀气动先导控制阀气动换向阀的先导控制先导阀是由主阀和先导阀构成，换向时不是换向力直接作用在主阀阀芯上，而是作用在一个附加的先导阀上，然后再利用被控制的介质使主阀换向。气动换向阀的先导控制气动换向阀的先导控制直动式电磁控制是用电磁铁产生的电磁力直接推动阀心来实现换向的一种电磁控制阀。先导式电磁控制是指由先导式电磁阀(一般为直动式电磁控制换向阀)输出的气压力来操纵主阀阀芯实现阀换向的气动换向阀的先导控制气动控制元件----流量控制阀二、流量控制阀用来控制气体流量的阀。流量控阀是通过改变阀的通流截面积来实现流量控制的元件节流阀包括单向节流阀、排气节流阀柔性节流阀二、流量控制阀1.节流阀节流阀是将空气的流通截面缩小以增加气体的流通阻力，而减少气体的流量。通过调节节流口的开度，从而改变阀的通流面积。不同的节流口结构节流效果不同。1.节流阀1.节流阀二、流量控制阀2.单向节流阀单向节流阀是由单向阀和节流阀组合而成，常用于控制气缸的运动速度，也称为速度控制阀。单向节流阀控制气缸的速度方式有两种：进气节流控制进入气缸的流量以调节活塞的运动速度，其速度稳定性差排气节流控制气缸排气量的大小，而进气是满流的。这种控制方式能为气缸提供背压来限制速度，故速度稳定性好单向节流阀二、流量控制阀3.排气节流阀:安装在排气口上，控制排气流量以改变执行元件的运动速度，而且还能起到降低排气噪声的作用。A排气节流阀图17-25二、流量控制阀4.柔性节流阀通过调节阀杆夹紧柔韧的橡胶管而产生节流作用柔性节流阀图17-26图17-26柔性节流阀气动控制元件----压力控制阀三、压力控制阀压力控制阀的功能：控制系统中压缩空气的压力,以满足系统对不同压力的需要压力控制阀的工作原理：利用空气压力和弹簧力相平衡的原理来工作的压力控制阀的分类:减压阀：降压稳压作用安全阀：限压安全保护作用顺序阀：根据气路压力不同控制个元件的动作顺序三、压力控制阀1.减压阀（又称调压阀）可将较高的气压降低并保持调后的压力稳定。减压阀是气动系统中必不可少的一种调压元件控制方式：直动式先导式1.减压阀1.减压阀工作原理：调节阀口开度，从而调节压力损失的大小，使