10-氣壓傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)幻燈片

第10章氣壓傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)目的任務(wù):主要介紹氣壓傳動(dòng)的基本知識(shí)重點(diǎn)：氣壓傳動(dòng)的基本知識(shí)及氣動(dòng)元件。難點(diǎn)：壓傳動(dòng)的基本知識(shí)及氣動(dòng)元件的結(jié)構(gòu)和工作原理。氣壓傳動(dòng)是以壓縮空氣作為工作介質(zhì)進(jìn)行能量的傳遞和控制的一種傳動(dòng)形式。氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：1）工作介質(zhì)是空氣，來源方便，取之不盡，使用后直接排入大氣而無污染，不需要設(shè)置專門的回氣裝置。2）空氣的粘度很小，所以流動(dòng)時(shí)壓力損失較小，節(jié)能，高效，適用于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。3）氣動(dòng)動(dòng)作迅速，反應(yīng)快，維護(hù)簡單，調(diào)節(jié)方便，特別適合于一般設(shè)備的控制。4）工作環(huán)境適應(yīng)性好。特別適合在易燃、易爆、潮濕、多塵、強(qiáng)磁、振動(dòng)、輔射等惡劣條件下工作，外泄漏不污染環(huán)境，在食品、輕工、紡織、印刷、精密檢測等環(huán)境中采用最為適宜。5）成本低，過載能自動(dòng)保護(hù)。氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)：1）空氣具有可壓縮性，不易實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的速度控制和很高的定位精度，負(fù)載變化時(shí)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響較大。2）空氣的壓力較低，只適用于壓力較小的場合。一般工作壓力較低（0.3～1MPa），總輸出力不宜大于10～40kN。3）排氣噪聲較大，高速排氣時(shí)應(yīng)加消聲器。4）空氣無潤滑性，故氣路中應(yīng)設(shè)置給油潤滑裝置。第一節(jié)空氣的物理性質(zhì)1、空氣的組成主要成分有氮?dú)?、氧氣和一定量的水蒸氣?、干空氣與濕空氣含水蒸氣的空氣稱為濕空氣；不含水蒸氣的空氣稱為干空氣。6、濕度濕空氣所含水份的程度用濕度和含濕量來表示。濕度的表示方法有：絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度之分。7、壓縮空氣的析水量壓縮空氣一旦冷卻下來，相對(duì)濕度將大大增加，到溫度降到露點(diǎn)以后，水蒸氣就要凝析出來。第二節(jié)理想氣體的狀態(tài)方程1、理想氣體的狀態(tài)方程理想氣體：不計(jì)粘性的氣體稱為理想氣體?？諝饪梢暈槔硐霘怏w。理想氣體的狀態(tài)方程：一定質(zhì)量的理想氣體在狀態(tài)變化的瞬間遵循以下氣體狀態(tài)方程：2、氣體狀態(tài)變化過程（1）等溫過程在等溫過程中，無內(nèi)能變化，加入系統(tǒng)的熱量全部變成氣體所做的功。在氣動(dòng)系統(tǒng)中氣缸工作、管道輸送空氣等均可視為等溫過程。式中k為絕熱指數(shù)，對(duì)空氣來說k=1.4。氣動(dòng)系統(tǒng)中快速充、排氣過程可視為絕熱過程。（2）絕熱過程

一定質(zhì)量的氣體和外界沒有熱量交換時(shí)的狀態(tài)變化過程叫做絕熱過程。第三節(jié)氣動(dòng)元件氣動(dòng)元件是組成氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的最小單元，氣動(dòng)元件包括：（1）動(dòng)力元件（氣源裝置）（2）氣動(dòng)控制元件（3）氣動(dòng)執(zhí)行元件（4）氣動(dòng)輔助元件。一、氣源裝置氣源裝置為氣動(dòng)系統(tǒng)提供滿足一定質(zhì)量要求的壓縮空氣，是氣動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分。氣動(dòng)系統(tǒng)對(duì)壓縮空氣的主要要求：具有一定壓力和流量，并具有一定的凈化程度。氣源裝置由以下四部分組成：（1）氣壓發(fā)生裝置——空氣壓縮機(jī)；（2）凈化、貯存壓縮空氣的裝置和設(shè)備；（3）管道系統(tǒng)；（4）氣動(dòng)三大件：空氣過濾器、減壓閥、油霧器。1、空氣壓縮機(jī)

空氣壓縮機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為氣體壓力能的裝置（簡稱空壓機(jī)，俗稱氣泵）。按工作原理不同分為容積式和速度式兩大類型。容積式壓縮機(jī)是通過運(yùn)動(dòng)部件的位移，周期性地改變密封的工作容積來提高氣體壓力的。它包括活塞式、膜片式和螺桿式等。速度式壓縮機(jī)是通過改變氣體的速度，提高氣體動(dòng)能，然后將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能來提高氣體壓力的。它包括離心式、軸流式和混流式等。在氣壓傳動(dòng)中一般多采用容積式空氣壓縮機(jī)。2、空氣凈化裝置在氣壓傳動(dòng)中使用的低壓空氣壓縮機(jī)多采用油潤滑，由于它排出的壓縮空氣溫度一般在140～170℃之間，使空氣中的水分和部分潤滑油變成氣態(tài)，再與吸入的灰塵混合，便形成了水汽、油氣和灰塵等混合雜質(zhì)。如果將含有這些雜質(zhì)的壓縮空氣直接輸送給氣動(dòng)設(shè)備使用，就會(huì)給整個(gè)系統(tǒng)帶來不良影響：

（1）混入壓縮空氣的油蒸汽可能聚集在貯氣罐、管道等處形成易燃物，有引起爆炸的危險(xiǎn)；（2）潤滑油被汽化后會(huì)形成一種有機(jī)酸，對(duì)金屬設(shè)備有腐蝕生銹的作用，影響設(shè)備受命。（3）混在壓縮空氣中的雜質(zhì)沉積在元件的通道內(nèi)，減小了通道面積，增加了管道阻力。嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生阻塞，使氣體壓力信號(hào)不能正常傳遞，使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定甚至失靈。（4）壓縮空氣中含有的飽和水分，在一定條件下會(huì)凝結(jié)成水并聚集在個(gè)別管段內(nèi)。在北方的冬天，凝結(jié)的水分會(huì)使管道及附件結(jié)冰而損壞，影響氣動(dòng)裝置正常工作。（5）壓縮空氣中的灰塵等雜質(zhì)對(duì)運(yùn)動(dòng)部件會(huì)產(chǎn)生研磨作用，使這些元件因漏氣增加而效率降低，影響它們的使用壽命。因此，在氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，設(shè)置除水、除油、除塵和干燥等氣源凈化裝置，提高壓縮空氣質(zhì)量保證氣動(dòng)系統(tǒng)正常工作。在某些特殊場合，壓縮空氣還需經(jīng)過多次凈化后方能使用。常用凈化裝置有：后冷卻器、貯氣罐、空氣過濾器、空氣干燥器、除油器和排水器。1）、后冷卻器

其作用是將空氣壓縮機(jī)排出的氣體由140～170℃降至40～50℃，使壓縮空氣中的油霧和水汽迅速達(dá)到飽和，大部分析出并凝結(jié)成水滴和油滴，以便經(jīng)油水分離器排出。按冷卻方式不同有水冷式和風(fēng)冷式兩種。冷卻器屬于主管道凈化裝置，應(yīng)符合壓力容器安全規(guī)則的有關(guān)規(guī)定。2)、貯氣罐貯氣罐的作用是貯存空壓機(jī)排出的壓縮空氣，減小壓力波動(dòng)。調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的輸出氣量與用戶耗氣量之間的不平衡狀況，保證連續(xù)、穩(wěn)定的流量輸出或以備發(fā)生故障和臨時(shí)需要應(yīng)急使用；進(jìn)一步沉淀分離壓縮空氣中的水分、油分和其他雜質(zhì)顆粒。貯氣罐一般采用焊接結(jié)構(gòu)，其形式有立式和臥式兩種，立式結(jié)構(gòu)應(yīng)用較為普遍。使用時(shí)，貯氣罐應(yīng)附有安全閥、壓力表、排污閥和清理檢查用的孔洞等附件。此外，還必須符合鍋爐及壓力容器安全規(guī)則的有關(guān)規(guī)定。使用前應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行水壓試驗(yàn)。3）、空氣過濾器空氣過濾器的作用是濾除壓縮空氣中所含的液態(tài)水滴、油滴、固體塵粉顆粒及其他雜質(zhì)。過濾器一般由殼體和濾芯組成。按濾芯采用的材料不同可分紙質(zhì)、織物、陶瓷、泡沫塑料和金屬等形式。常用的是紙質(zhì)式和金屬式。空氣進(jìn)入過濾器后，由于旋風(fēng)葉片的螺旋導(dǎo)向作用而產(chǎn)生急速的旋轉(zhuǎn),在離心力作用下，油水及大顆粒雜質(zhì)被分離并沿壁向下流到油水分離器底部，空氣在透過濾層的過程中得到進(jìn)一步凈化?？諝膺^濾器要定期清洗和更換濾芯，否則將增加過濾阻力，降低過濾效果，甚至堵塞。

4）、油水分離器主要是用離心、撞擊、水洗等方法使壓縮空氣中凝聚的水分、油分等雜質(zhì)分離出來，讓壓縮空氣得到初步凈化。其結(jié)構(gòu)形式有環(huán)形回轉(zhuǎn)式、撞擊并折回式、離心旋轉(zhuǎn)式、水浴式以及以上形式的組合使用等。

5）、干燥器干燥器的作用是進(jìn)一步除去壓縮空氣中含有的水分、油分、顆粒雜質(zhì)等，使壓縮空氣干燥，用于對(duì)氣源質(zhì)量要求較高的氣動(dòng)裝置、氣動(dòng)儀表等。主要采用吸附、離心、機(jī)械降水及冷凍等方法。目前使用的干燥方法主要是吸附法和冷凍法。冷凍法是利用制冷設(shè)備使空氣冷卻到一定的露點(diǎn)溫度，析出空氣中超過飽和水蒸汽壓部分的水分，以降低其含濕量，增加干燥程度的方法。吸附法是利用硅膠、鋁膠、分子篩、焦炭等吸附劑吸收壓縮空氣中的水分，使壓縮空氣得到干燥的方法。吸附法除水效果很好。采用焦炭作吸附劑效果較差，但成本低，還可以吸附油分。

壓縮空氣從進(jìn)氣管1進(jìn)入干燥器，通過上吸附劑層21、銅絲過濾網(wǎng)20、上柵板19和下吸附劑層16以后，其中的水分被吸收而得到干燥；然后經(jīng)過銅絲過濾網(wǎng)15、下柵板14、毛氈13和銅絲過濾網(wǎng)12過濾掉灰塵和其它固態(tài)雜質(zhì)后從排氣管8中輸出。干燥器中的吸附劑吸水達(dá)到飽和狀態(tài)后失去吸附水分的能力，需用干燥的熱空氣或其它方法除去吸附劑中的水分，使其再生后才能使用。硅膠一般用180～200攝氏度的熱空氣再生，鋁膠用200攝氏度的熱空氣再生。吸附劑的再生在干燥器中直接進(jìn)行：關(guān)閉進(jìn)氣管1和排氣管8，將干燥再生熱空氣從管7通入，使吸附劑吸附的水分蒸發(fā)為水蒸汽，從管4和6排入大氣。經(jīng)過3-4小時(shí)干燥，4-5小時(shí)冷卻，干燥器就可以再使用了。氣源裝置中一般設(shè)置兩套干燥器，一套工作時(shí)，另一套再生。6）、油霧器其作用是將潤滑油霧化后噴入壓縮空氣管道的空氣流中，隨空氣進(jìn)入潤滑系統(tǒng)中的可動(dòng)件。它有油霧型和微霧型兩種。油霧型固定節(jié)流式油霧器：噴嘴桿上的孔2面對(duì)氣流，孔3背對(duì)氣流。有氣流輸入時(shí)，截止閥10上下有壓力差，被打開。油杯中的潤滑油經(jīng)吸油管11，視油帽8上的節(jié)流閥7滴到噴嘴桿中，被氣流從孔3引射出去，成為油霧從輸出口輸出。二、氣動(dòng)控制元件氣動(dòng)控制元件的作用是調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力、流量、方向以及發(fā)送信號(hào)，以保證氣動(dòng)執(zhí)行元件按規(guī)定的程序正常地動(dòng)作。按功能可分為壓力控制閥、流量控制閥、方向控制閥以及能實(shí)現(xiàn)一定邏輯功能的邏輯元件。1、壓力控制閥

壓力控制閥的作用是控制壓縮空氣的壓力和依靠空氣壓力來控制執(zhí)行元件動(dòng)作順序。壓力控制閥是利用壓縮空氣作用在閥芯上的力和彈簧力相平衡的原理來進(jìn)行工作的。壓力控制閥主要有減壓閥、溢流閥和順序閥。(1)減壓閥其作用是將出口壓力調(diào)節(jié)在比進(jìn)口壓力低的調(diào)定值上，并能使輸出壓力保持穩(wěn)定（又稱為調(diào)壓閥）。減壓閥分為直動(dòng)式和先導(dǎo)式兩種。上圖為常用的QTY型減壓閥（直動(dòng)式）的結(jié)構(gòu)原理圖：調(diào)節(jié)手輪1即可改變調(diào)定壓力的大小。當(dāng)輸入壓力升高或下降時(shí)，膜片上移或下移，引起閥芯向上或向下移動(dòng)，使閥口開度減小或增大，通過自動(dòng)調(diào)節(jié)，使輸出壓力穩(wěn)定。(2)溢流閥

其作用是當(dāng)系統(tǒng)中的壓力超過調(diào)定值時(shí)，使部分壓縮空氣從排氣口溢出，并在溢流過程中保持系統(tǒng)中的壓力基本穩(wěn)定，從而起過載保護(hù)作用（又稱為安全閥）。溢流閥也分為直動(dòng)式和先導(dǎo)式兩種。在具體結(jié)構(gòu)上有活塞式，膜片式和球閥式等。

圖示為直動(dòng)式溢流閥結(jié)構(gòu)原理圖。當(dāng)輸入壓力超過調(diào)定值時(shí)，閥芯3便在下腔氣壓力作用下克服上面的彈簧力抬起，閥口開啟，使部分氣體排出，使壓力降低，從而起到過載保護(hù)作用。調(diào)節(jié)彈簧的預(yù)緊力可改變調(diào)定壓力的大小。2、流量控制閥流量控制閥作用是通過改變閥的通氣面積來調(diào)節(jié)壓縮空氣的流量，控制執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度。它主要包括節(jié)流閥、單向節(jié)流閥、排氣節(jié)流閥和行程節(jié)流閥。圖示為排氣節(jié)流閥的工作原理圖。從圖上可以看出，氣流從A口進(jìn)入閥內(nèi)，由節(jié)流口1節(jié)流后經(jīng)由消聲材料制成的消聲套排出。調(diào)節(jié)右端手輪，即可調(diào)節(jié)通過的流量。由于節(jié)流口后有消聲器件，所以它必須安裝在執(zhí)行元件排氣口處。這樣排氣節(jié)流閥不僅能調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度，還可以起降低排氣噪聲的作用。3、方向控制閥

方向控制閥作用是控制壓縮空氣的流動(dòng)方向和氣流的通斷。方向控制閥種類很多，也有與液壓方向閥相似的多種分類方法，故不再重復(fù)。（1）單向型方向控制閥

其作用是只允許氣流向一個(gè)方向流動(dòng)。它包括單向閥、梭閥、雙壓閥和快速排氣閥等。

（2）換向型方向控制閥

其作用是通過改變氣流通道，改變氣流方向，以改變執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)方向。由于其換向原理與相同類型液壓換向閥相似，故不再重復(fù)。