气压传动课件

本章提要本章主要内容为：①气压传动的组成及特点。②气动元件，含气源装置、气马达、气缸、气压控制方向阀、气压控制压力阀、气压控制流量阀和附件，要掌握这些元件的工作原理、图形符号、结构形式等。③气动回路实例分析。本章重点是气源装置的组成及空气净化装置11.1.1气压传动的组成及工作原理11.1气压传动概述气压传动，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技术。气压传动的工作原理是利用空压机把电动机或其它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。下图所示为气动剪切机的工作原理图。用职能符号表示的气动剪切机的工作原理图。图11-1气动剪切机的工作原理图气压传动系统和液压传动系统类似，也是由四部分组成的，它们是：(1)气源装置获得压缩空气的装置。其主体部分是空气压缩机，它将原动机供给的机械能转变为气体的压力能；(2)控制元件用来控制压缩空气的压力、流量和流动方向的，以便使执行机构完成预定的工作循环。它包括各种压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀等；(3)执行元件是将气体的压力能转换成机械能的一种能量转换装置。包括气缸、气马达、摆动马达；(4)辅助元件是保证压缩空气的净化、元件的润滑、元件间的连接及消声等所必须的，它包括过滤器、油雾气、管接头及消声器等。气动技术广泛应用于机械、电子、轻工、纺织、食品、医药、包装、冶金、石化、航空、交通运输等各个工业部门。气动机械手、组合机床、加工中心、生产自动线、自动检测和实验装置等已大量涌现。在提高生产效率、自动化程度、产品质量、工作可靠性和实现特殊工艺等方面显示出极大的优越性。这主要是因为气压传动与机械、电气、液压传动相比有以下特点：11.1.2气压传动的优缺点11.1.2.1气压传动的优点(1)工作介质是空气，取之不尽、用之不竭。气体不易堵塞流动通道，用过后可将其随时排入大气中，不污染环境。(2)空气的特性受温度影响小。在高温下能可靠地工作，不会发生燃烧或爆炸。且温度变化时，对空气的粘度影响极小，故不会影响传动性能。(3)空气的粘度很小（约为液压油的万分之一），所以流动阻力小，在管道中流动的压力损失较小，所以便于集中供应和远距离输送。(4)相对液压传动而言，气动动作迅速、反应快，一般只需0.02~0.3秒就可达到工作压力和速度。液压油在管路中流动速度一般为1~5m/s，而气体的流速最小也大于10m/s，有时甚至达到音速，排气时还达到超音速。(5)气体压力具有较强的自保持能力，即使压缩机停机，关闭气阀，但装置中仍然可以维持一个稳定的压力。液压系统要保持压力，一般需要能源泵继续工作或另加蓄能器，而气体通过自身的膨胀性来维持承载缸的压力不变。(6)气动元件可靠性高、寿命长。电气元件可运行百万次，而气动元件可运行2000~4000万次。(7)工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣环境中，比液压、电子、电气传动和控制优越。(8)气动装置结构简单、成本低、维护方便、过载能自动保护。11.1.2.2气压传动的缺点(1)因空气的可压缩性较大，气动装置的动作稳定性较差。(2)气动装置工作压力低，输出力或力矩受到限制。在结构尺寸相同的情况下，气压传动装置比液压传动装置输出的力要小得多。(3)气动装置中的信号传动速度比光、电控制速度慢，所以不宜于信号传递速度要求十分高的复杂线路中。同时实现生产过程的遥控也比较困难，但对一般的机械设备，气动信号的传递速度是能满足工作要求的。(4)噪声较大，尤其是在超音速排气时要加消声器。表11-1气压传动与其他传动的性能比较比较参数气动液压电气机械输出力大小中等大中等较大动作速度较快较慢快较慢装置构成简单复杂一般普通受负载影响较大一般小无传输距离中短远短速度调节较难容易容易难维护一般较难较难容易造价较低较高较高一般11.1.2.3、应用工业领域应用机械工业自动化生产线，各类机床、工业机械手和机器人，零件加工及检测装置轻工业气动上下料装置、食品包装生产线、气动罐装装置、制革生产线化工、医疗化工原料输送装置、石油钻采装置、射流负压采样器等冶金工业冷轧、热轧装置气动系统、金属冶炼装置气动系统、水压机气动系统电子工业印制电路板自动生产线、家用电器生产线、显像管转运机械手气动装置气压传动系统中的气源装置是为气动系统提供满足一定质量要求的压缩空气，它是气压传动系统的重要组成部分。由空气压缩机排出的压缩空气虽然可以满足气动系统工作时的压力和流量要求，但其温度高达170摄氏度，且含有汽化的润滑油、水蒸气和灰尘等污染物，这些污染物将对气动系统造成不利影响。所以空气压缩机产生的压缩空气，必须经过降温、净化、减压、稳压等一系列处理后，才能供给控制元件和执行元件使用。而用过的压缩空气排向大气时，会产生噪声，应采取措施，降低噪声，改善劳动条件和环境质量。11.2气源装置及辅件11.2.1.1对压缩空气的要求（1）要求压缩空气具有一定的压力和足够的流量。（2）要求压缩空气有一定的清洁度和干燥度。清洁度是指气源中含油量，含灰尘杂质的质量及颗粒大小都要控制在很低范围内。干燥度是指压缩空气中含水量的多少，气动装置要求压缩空气的含水量越低越好。混在压缩空气中的油蒸气可能聚集在贮气罐、管道、气动系统的容器中，有引起爆炸的危险或影响设备的寿命。因此气源装置必须设置一些除油、除水、除尘，并使压缩空气干燥，提高压缩空气质量，进行气源净化处理的辅助设备。(3)压缩空气中含有的饱和水分，在一定的条件下会凝结成水，并聚集在个别管道中。在寒冷的冬季，凝结的水会使管道及附件结冰而损坏，影响气动装置的正常工作。(4)压缩空气中的灰尘等杂质，对气动系统中作往复运动或转动的气动元件的运动副会产生研磨作用，使这些元件因漏气而降低效率，影响它的使用寿命。11.2.1.2压缩空气站的设备组成及布置压缩空气站的设备一般包括空气压缩机和使气源净化的辅助设备。1234工业用气甲乙7气动装置仪表用气65图11-2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为空气压缩机，一般由电动机带动，其吸气口装有空气过滤器。1234工业用气甲乙7气动装置仪表用气652为后冷却器，用以冷却压缩空气，使汽化的水凝结出来。4为贮气罐，用以贮存压缩空气，稳定压缩空气的压力，并除去部分油分和水分。3为油水分离器，用以分离并排出降温冷却的水滴、油滴、杂质等。5为干燥器，用以进一步吸收或排除压缩空气中的水分和油分，使之成为干燥空气。1234工业用气甲乙7气动装置仪表用气656为过滤器，用以进一步过滤压缩空气。贮气罐4输出的压缩空气可用于一般要求的气压传动系统，贮气罐7输出的压缩空气可用于要求较高的气动系统（如气动仪表等）。7为贮气罐（1）空气压缩机的分类及选用原则①分类按其工作原理可分为容积型压缩机和速度型压缩机，容积型压缩机的工作原理是压缩气体的体积，使单位体积内气体分子的密度增大以提高压缩空气的压力。速度式压缩机的工作原理是提高气体分子的运动速度，然后使气体的动能转化为压力能以提高压缩空气的压力。②空气压缩机的选用原则选用空气压缩机需用根据压力和流量两个参数。一般空气压缩机为中压空气压缩机，额定排气压力为1MPa。另外还有低压空气压缩机，排气压力0.2MPa；高压空气压缩机，排气压力为10MPa；超高压空气压缩机，排气压力100MPa。（2）空气压缩机的工作原理气压传动系统中最常用的空气压缩机是往复活塞式。图11.2往复活塞式空气压缩机工作原理图1-排气阀；2-汽缸；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-弹簧当活塞3向右运动时，左腔压力低于大气压力，吸气阀9被打开，空气在大气压力作用下进入气缸2内，这个过程称为“吸气过程”。当活塞向左移动时，吸气阀9在缸内压缩气体的作用下关闭，缸内气体被压缩，这个过程称为“压缩过程”。当气缸内空气压力增高到略高于输气管内压力后，排气阀1被打开，压缩空气进入输气管道，这个过程称为“排气过程”。其工作原理:空气压缩机11.2.2气动辅助元件11.2.2.1气源净化装置气动辅助元件分为气源净化装置和其它辅助元件两大类。压缩空气净化装置一般包括：后冷却器、油水分离器、贮气罐、干燥器、过滤器等。1.后冷却器后冷却器安装在空压机出口，作用是将空气压缩机排出的压缩空气由140℃~170℃降至40℃~50℃，使压缩空气中的油雾和水汽迅速达到饱和，让大部分析出并凝结成油滴和水滴，以便经油水分离器排出。后冷却器的结构形式有：蛇形管、列管、散热片、管套式。有水冷和气冷两种方式。图11.3后冷却器a)蛇管式b)列管式2.油水分离器油水分离器安装在后冷却器出口，作用是分离并排出压缩空气中凝聚的油分、水分等，使压缩空气得到初步净化。油水分离器的结构形式有环形回转式、撞击折回式、离心旋转式、水浴式以及以上形式的组合使用等。dD出口入口H图形符号放油水图11.4撞击折回并回转式油水分离器dD出口入口H图形符号放油水图11.4撞击折回并回转式油水分离器它的工作原理是：当压缩空气由入口进入分离器壳体后，气流先受到隔板阻挡而被撞击折回向下（见图中箭头所示流向）；之后又上升产生环形回转。这样凝聚在压缩空气中的油滴、水滴等杂质受惯性力作用而分离析出，沉降于壳体底部，由放水阀定期排出。3贮气罐作用：(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。贮气罐一般采用焊接结构，以立式居多。图11.5贮气罐结构图DH4.干燥器经过后冷却器、油水分离器和贮气罐后得到初步净化的压缩空气，已满足一般气压传动的需要。但压缩空气中仍含一定量的油、水以及少量的粉尘。如果用于精密的气动装置、气动仪表等，上述压缩空气还必须进行干燥处理。压缩空气干燥方法主要采用吸附法和冷却法。吸附法是利用具有吸附性能的吸附剂（如硅胶铝胶等）来吸附压缩空气中含有的水分，而使其干燥。冷却法是利用制冷设备使空气冷却到一定的露点温度，析出空气中超过饱和水蒸气部分的多余水分，从而达到所需的干燥度。吸附法最普通。图11.6吸附式干燥器结构图1-湿空气进气管；2-顶盖；3、5、10-发兰；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-密封垫；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-上栅板外壳呈筒形，其中分层设置栅板、吸附剂、滤网等。湿空气从管1进入干燥器，通过吸附剂21、过滤网20、上栅板19和下部吸附层16后，因其中的水分被吸附剂吸收而变得很干燥。然后，再经过铜丝网15，下栅板14和过滤网12，干燥、洁净的压缩空气便从输出管8排出。5.过滤器过滤器的作用是进一步滤除压缩空气中的杂质。常用的过滤器有一次性过滤器（也称简易过滤器，滤灰效率为50~70%）；二次过滤器（滤灰效率为70~99%）。在要求高的特殊场合，还可使用高效率的过滤器。①一次过滤器。图11.7所示为一种一次性过滤器，气流由切线方向进入筒内，在离心力的作用下分离出液滴，然后气体由下而上通过多片钢板、毛、毡、硅胶、焦炭、滤网等过滤吸附材料，干燥清洁的空气从筒顶输出。图11.7一次性过滤器1-10蜜孔网；2-280目细铜丝网；3-焦碳；4-硅胶等②分水过滤器。分水过滤器滤灰能力较强，属于二次过滤器。它和减压阀、油雾器一起称为气动三联件，是气动系统不可缺少的辅助元件。图11.8普通分水过滤器结构图1-旋份叶子；2-滤芯；3-存水杯；4-挡水板；5-手动排水阀空气进入后，被引入旋风叶子1，旋风叶子上有很多小缺口，使空气沿切线反向产生强烈的旋转，这样夹杂在气体中的较大水滴、油滴、灰尘便获得较大的离心力，并高速与水杯3内壁碰撞，而从气体中分离出来，沉淀于存水杯3中，然后气体通过中间