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1、第十章 氣源裝置及氣動元件,第一節(jié) 氣源裝置 第二節(jié) 氣動執(zhí)行元件 第三節(jié) 氣動控制閥 第四節(jié) 氣動輔件 第五節(jié) 真空元件 第六節(jié) 氣動邏輯元件 第七節(jié) 氣動傳感器及氣動儀表,氣動系統(tǒng)的組成,(1)氣源裝置 是獲得壓縮空氣及壓縮空氣的存儲和凈化的裝置。其主體部分是空氣壓縮機(jī)，它將原動機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能； (2)控制元件 是用來控制壓縮空氣的壓力、流量和流動方向的，以便使執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成預(yù)定的工作循環(huán)。它包括各種壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥等； (3)執(zhí)行元件 是將氣體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它包括實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動的氣缸和實(shí)現(xiàn)連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動或擺動的氣馬達(dá)或擺動馬達(dá)等
2、; (4)輔助元件 是保證元件間的連接及消聲等所必須的，它包括管接頭及消聲器等。 (5)氣動邏輯元件 實(shí)現(xiàn)一定邏輯功能的氣動元件。,,,,氣動系統(tǒng)的基本組成示例,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,氣壓產(chǎn)生裝置,分水濾氣器,壓力控制閥,油霧器,,,,方向控制閥,,消聲器,,流量控制閥,,,汽 缸,,氣壓的傳遞、分配和控制即輸送系統(tǒng),氣壓的消耗,第一節(jié) 氣源裝置,氣源裝置為氣動系統(tǒng)提供足夠清潔和干燥且具有一定壓力和流量，并具有一定凈化程度的壓縮空氣，以滿足氣壓傳動和控制的要求，作為驅(qū)動氣源，可滿足執(zhí)行元件克服負(fù)載力（或轉(zhuǎn)矩）并以一定速度（或角速度）運(yùn)行；作為控制用氣源和測量用氣
3、源，應(yīng)保證氣動控制元件和氣動傳感器正常工作，因此它是氣動系統(tǒng)的一個重要組成部分。,壓縮空氣站概述,氣源系統(tǒng)一般由氣壓發(fā)生裝置、壓縮空氣的凈化處理裝置、傳輸管路系統(tǒng)和氣動三大件組成。,氣動系統(tǒng)對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。,,一、空氣壓縮機(jī) compressor,空氣壓縮機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為氣壓能，供氣動機(jī)械使用。,1、按工作原理分： (1) 容積式：通過壓縮空氣的方法，使單位體積內(nèi)空氣分子密度增加，來提高空氣的壓力。 主要有：活塞式、膜片式（作往復(fù)運(yùn)動），螺桿式、轉(zhuǎn)子式（作回轉(zhuǎn)運(yùn)動）。 (2)速度式:通過提高氣體分子運(yùn)動速度的方法，使氣體分子具有的動能轉(zhuǎn)換成氣體的
4、壓力能。 主要有：離心式、軸流式和轉(zhuǎn)子式。,2、工作原理：活塞式空壓機(jī),各種空壓機(jī),3、選用原則,依據(jù)是氣動系統(tǒng)所需要的工作壓力和流量兩個參數(shù)。 一般空壓機(jī)為中壓，額定排氣壓力1MPa； 低壓空壓機(jī)排氣壓力0.2MPa； 高壓空壓機(jī)排氣壓力10MPa。 空壓機(jī)輸出流量 qVn(qVn0+qVn1)/(0.70.8) qVn0 配管等處的泄漏量 qVn1 工作元件的總流量,,二、氣源凈化裝置,氣動系統(tǒng)對壓縮空氣質(zhì)量的要求：壓縮空氣要具有一定壓力和足夠的流量，具有一定的凈化程度。不同的氣動元件對雜質(zhì)顆粒的大小有具體的要求。,（一）壓縮空氣中的油分、水分、灰塵等會產(chǎn)生不良
5、影響： 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，另一方面潤滑油被汽化后會形成一種有機(jī)酸，對金屬設(shè)備有腐蝕生銹的作用，影響設(shè)備壽命。 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)重時會產(chǎn)生阻塞，使氣體壓力信號不能正常傳遞，使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定甚至失靈。,壓縮空氣中含有的飽和水分，在一定條件下會凝結(jié)成水并聚集在個別管段內(nèi)。在北方的冬天，凝結(jié)的水分會使管道及附件結(jié)冰而損壞，影響氣動裝置正常工作。 壓縮空氣中的灰塵等雜質(zhì)對運(yùn)動部件會產(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。,因此必須要設(shè)置除油、除水、除塵，并使壓縮空
6、氣干燥的提高壓縮空氣質(zhì)量、進(jìn)行氣源凈化處理的輔助設(shè)備。,包括后冷卻器、油水分離器、儲氣罐、干燥器。,（二）壓縮空氣凈化設(shè)備,1、后冷卻器,結(jié)構(gòu)形式有： 列管式 蛇管式 套管式 散熱片式,將空氣壓縮機(jī)排出具有140170的壓縮空氣降至4050，壓縮空氣中的油霧和水氣亦凝析出來。便于除油器除油和水。,冷卻方式有水冷和氣冷式兩種。,作用: 使水滴、油滴及其他雜質(zhì)顆粒從壓縮空氣中分離出來。,當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入分離器后產(chǎn)生流向和速度的急劇變化，再依靠慣性作用，將密度比壓縮空氣大的油滴和水滴分離出來。,2、油水分離器(除油器)：,3、儲氣罐,作用： 1）存儲一定數(shù)量的壓縮空氣； 2）消除壓力波動，保證輸出氣流
7、的連續(xù)性和穩(wěn)定性； 3）進(jìn)一步分離壓縮空氣中的水分和油份。,儲氣罐應(yīng)有： 安全閥（比工作壓力高10%）、清理檢查口、壓力表及排污口。,干燥的方法：冷凍法、吸附法,職能符號：,注意：,不加熱再生式干燥器兩容器要不定期的交換工作（約510min），使吸附劑產(chǎn)生吸附和再生，以得到連續(xù)輸出的干燥空氣。,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，用于對氣源質(zhì)量要求較高的氣動裝置、氣動儀表等。,4、干燥器：,,從空壓機(jī)輸出的壓縮空氣要通過管路系統(tǒng)被輸送到各氣動設(shè)備上，管路系統(tǒng)如同人體的血管。輸送空氣的管路配置如設(shè)計不合理，將產(chǎn)生下列問題： 壓降大，空氣流量不足； 冷凝
8、水無法排放； 氣動設(shè)備動作不良，可靠性降低； 維修保養(yǎng)困難。,三、壓縮空氣的輸送管道設(shè)計,氣動系統(tǒng)的管路按其功能分為： 1吸氣管路：從吸入口過濾器到空壓機(jī)吸入口之間的管路，此段管路管徑易大以降低壓力損失。 2排出管路：從空壓機(jī)排氣口到后冷卻器或儲氣罐之間的管路，此段管路應(yīng)能耐高溫高壓與振動。 3. 送氣管路：從儲氣罐到氣動設(shè)備間的管路。送氣管路又分成主管路和從主管路連接分配到氣動設(shè)備之間的分支管路。主管道是一個固定安裝的用于把空氣輸送到各處的耗氣系統(tǒng)。主管路中必須安裝斷路閥，它能在維修和保養(yǎng)期間把空氣主管道分離成幾部分。 4控制管路：連接氣動執(zhí)行件和各種控制閥間的管路。此種管路大多數(shù)采用軟管。
9、 5排水管道：收集氣動系統(tǒng)中的冷凝水并將水分排出管路。,管路的分類,按照供氣可靠性和經(jīng)濟(jì)性考慮，一般有兩種主要的配置：終端管道和環(huán)狀管道。 普通氣動設(shè)備大多采用不高于8巴的壓縮空氣源，故一般按照只有一種壓力要求來處理，采用同一壓力管道，用減壓閥來滿足用氣設(shè)備的壓力要求。 1.終端管道 這種系統(tǒng)簡單，經(jīng)濟(jì)性好。多用于間斷供氣，一條支路上可安裝一個截止閥，用于關(guān)閉系統(tǒng)。管道應(yīng)在流動方向上有1：100的斜度以利于排水,并在最低位置設(shè)置排水器。,主管路配管方式(Piping layout),主管路配管方式(Piping layout),1.終端管道,2環(huán)狀管道 這種系統(tǒng)供氣可靠性高，壓力損失小，壓力
10、穩(wěn)定，但投資較高。在環(huán)狀主管道系統(tǒng)中空氣從兩邊輸入到達(dá)高的消耗點(diǎn)，這可將減壓力降至最低。這種系統(tǒng)中冷凝水會流向各個方向，因此必須設(shè)置足夠的自動排水裝置。另外，每條支路上及支路間都要設(shè)置截止閥。這樣，當(dāng)關(guān)閉支路時，整個系統(tǒng)仍能供氣。,主管路配管方式(Piping layout),主管路配管方式(Piping layout),2環(huán)狀管道,,四、氣動三大件,氣動三大件是壓縮空氣質(zhì)量的最后保證。 分水過濾器：除去空氣中的灰塵、雜質(zhì)，并將空氣中的水分分離出來。 油霧器：特殊的注油裝置。將潤滑油噴射成霧狀，隨壓縮空氣流入需要的潤滑部件，達(dá)到潤滑的目的。 減壓閥：起減壓和穩(wěn)壓作用。 氣動三大件的安裝連接次序
11、：分水過濾器、減壓閥、油霧器。多數(shù)情況下，三件組合使用，也可以少于三件，只用一件或兩件。,氣動三大件,（一）分水過濾器,作用：除去空氣中的灰塵、雜質(zhì)，并將空氣中的水分分離出來。 常用的過濾器有： 一次過濾器：濾灰效率為（5070）%； 二次過濾器：濾灰效率為（7099）%； 高效過濾器：濾灰效率 99%； 其中使用最多的為二次過濾器，它與減壓閥、油霧器一起稱為氣動三大件，（無管連接時稱為氣動三聯(lián)件）。,結(jié)構(gòu),旋風(fēng)葉子：帶角度的缺口，使空氣切線方向旋轉(zhuǎn)； 存水杯、擋水板：水滴、油滴、灰塵 濾芯：微塵、霧狀水汽 手動放水閥,職能符號：,人工放水,自動放水,（二）油霧器,1、工作原理,當(dāng)壓縮空氣流過
12、時，它將潤滑油噴射成霧狀，隨壓縮空氣流入需要的潤滑部件，達(dá)到潤滑的目的。,,2、選擇和使用：,1）選擇： 根據(jù)氣動系統(tǒng)所需額定流量及油霧粒徑大小來選擇, 所需油霧粒徑在2035m左右選用一次油霧器, 若需油霧粒徑很小,可選用二次油霧器,油霧粒徑可達(dá)5m； ）使用: 一般裝在分水濾氣器和減壓閥之后, 應(yīng)盡量靠近換向閥, 距離不超過5m。,3）職能符號：,,第二節(jié) 氣動執(zhí)行元件,氣動執(zhí)行元件：是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置。包括氣缸和氣馬達(dá)。實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動和做功的是氣缸；實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和做功的是氣馬達(dá)。 在氣動自動化系統(tǒng)中，氣缸由于其相對較低的成本、容易安裝、結(jié)構(gòu)簡單、耐用、各種缸徑尺寸及
13、行程可選，因而是應(yīng)用最廣泛的一種執(zhí)行元件。 一、 氣缸的分類及特點(diǎn)：,氣缸的分類與液壓缸的分類基本相似,按作用形式分,,單作用式,雙作用式,特殊氣缸,（1）普通氣缸 普通氣缸是指缸筒內(nèi)只有一個活塞和一個活塞桿的氣缸。 有單作用和雙作用氣缸兩種。 活塞式氣缸主要由缸筒、活塞桿、活塞、導(dǎo)向套、前后缸蓋及密封等元件組成。,,,2.典型氣缸,,,雙作用氣缸（Double-acting cylinders）,單作用氣缸只在動作方向需要壓縮空氣，故可節(jié)約一半壓縮空氣。主要用在夾緊、退料、阻擋、壓入、舉起和進(jìn)給等操作上。,,,單作用氣缸（Single-acting cylinders）,（2）膜片式氣缸：,
14、利用膜片代替活塞，在壓縮空氣作用下產(chǎn)生變形來推動活塞桿作直線運(yùn)動。,1）結(jié)構(gòu)：,缸體、膜片、膜盤、活塞桿和彈簧組成,2）工作原理：,因膜片變形有限，故行程較短，一般不超過（4050）mm,（3）沖擊氣缸,沖擊氣缸是一種結(jié)構(gòu)簡單，成本低，耗氣功率小，但能產(chǎn)生相當(dāng)大的沖擊力的一種特殊氣缸。 可用于鍛造、沖壓、下料、破碎等多種場合。,,工作原理：,a)復(fù)位段：氣源由孔A 供氣，孔B 排氣，活塞上升至密封墊封住噴嘴，氣缸上腔成為密封的儲氣腔。,b)儲能段：氣源改由孔B 進(jìn)氣，孔A 排氣。由于上腔氣壓作用在噴嘴上面積較小(通常為活塞面積的1/9)，而下腔氣壓作用面積大，不能開啟，故使上腔貯存很高的能量。
15、,c)沖擊段：上腔壓力繼續(xù)升高，下腔壓力繼續(xù)降低，當(dāng)上下腔壓力比大于活塞與噴嘴面積比時，活塞離開噴嘴，上腔氣體迅速充入活塞與中蓋間的空間?；钊麑⒁詷O大的加速度向下運(yùn)動。氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為活塞的動能，產(chǎn)生很大的沖擊力。,二 氣馬達(dá),1、氣馬達(dá)的分類及職能符號：,氣動馬達(dá)是一種作連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的氣動執(zhí)行元件，是一種把壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成回轉(zhuǎn)機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，其作用相當(dāng)于電動機(jī)或液壓馬達(dá)，它輸出轉(zhuǎn)矩、驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在氣壓傳動中使用廣泛的是葉片式、活塞式和齒輪式氣馬達(dá)。,職能符號：,2、氣馬達(dá)的工作原理及特性,葉片式氣馬達(dá)：,1)工作原理： 葉片式氣馬達(dá)的工作原理與葉片式液壓馬達(dá)相似。,
16、2) 特性,特性曲線最大特點(diǎn)是具有軟特性：當(dāng)氣壓不變時，它的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率均隨著外負(fù)載的變化而變化。,3、氣馬達(dá)的特點(diǎn)：,1)工作安全，具有防爆防燃功能。適用于惡劣工作環(huán)境； 2)有過載保護(hù)能力，過載時馬達(dá)只是降低轉(zhuǎn)速或停止，當(dāng)過載解除后運(yùn)轉(zhuǎn)，并不產(chǎn)生故障。長時間滿載工作時，溫升小； 3)具有較高的啟動力矩，且可直接帶載啟動； 4)換向容易，操縱方便，可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速； 5)單位功率尺寸小，重量輕，適用于位置狹小的場合及手動工具上。 但輸出功率小，耗氣量大，效率低，噪聲大，易震動。,氣動馬達(dá)應(yīng)用實(shí)例,,第三節(jié) 氣動控制元件,一 壓力控制閥 二 流量控制閥 三 方向控制閥,,第三節(jié) 氣動控制元
17、件,氣動控制閥是控制和調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力、流量和流動方向的氣動控制元件。,控制閥按其作用和功能可分為：,一 壓力控制閥,1、分類：,減壓閥（調(diào)壓閥）：氣動三大件之一，用于保證減壓后的壓力穩(wěn)定；,順序閥：依靠回路中壓力的不同，控制兩個執(zhí)行元件的順序動作，與單向閥并聯(lián)可組成單向順序閥； (原理同液壓閥),溢流閥 (安全閥）：使壓力控制在某一調(diào)定值范圍內(nèi)，保證氣動回路或蓄氣罐的安全。(原理同液壓閥),2、職能符號,注意與液壓閥的區(qū)別,,二 流量控制閥,與液壓閥一樣，氣動流量控制閥也是通過改變閥的通流面積或通流長度來實(shí)現(xiàn)流量（或流速）控制的元件。,1、流量控制閥包括： 節(jié)流閥 、單向節(jié)流閥（原理同液壓
18、閥） 排氣消聲節(jié)流閥、柔性節(jié)流閥,2、職能符號,3、排氣節(jié)流閥,排氣消聲節(jié)流閥是裝在執(zhí)行元件的排氣口處，調(diào)節(jié)排入大氣中氣體流量的一種控制閥。,作用：不僅能進(jìn)行調(diào)速，還能排氣、消聲，降低噪音。,注意：,應(yīng)用氣控流量閥對氣缸進(jìn)行調(diào)速，比用液控流量閥調(diào)速困難，因氣體壓縮性較大，所以調(diào)速時必須注意：,1、管道上不能存在漏氣現(xiàn)象；,2、氣缸、活塞間的潤滑狀態(tài)要好；,3、外加負(fù)載應(yīng)穩(wěn)定；否則應(yīng)借助液壓或機(jī)械裝置來補(bǔ)償；,4、流量閥應(yīng)盡量靠近氣缸附近。,,三 方向控制閥,方向控制閥是用來控制壓縮空氣的流動方向和氣流的通、斷的。,一、分類：,單向閥和換向閥,1、按流動方向分：,2、按控制方式分： (1)氣壓控
19、制換向閥（加壓控制、泄壓控制、差壓控制）,1、氣動換向閥,（2）電磁控制： 直動式 先導(dǎo)加壓式 先導(dǎo)泄壓式,1、氣動換向閥,（3）機(jī)械控制式 （4）人力控制式,2、單向型控制閥,（1）單向閥,（2）梭閥（ 或門 ）,梭閥（或門）相當(dāng)于兩個單向閥的組合。 A始終與壓力高的一端相通。,（3）雙壓閥(與門）,P1，P2同時進(jìn)氣，A有輸出，并和氣壓低的相通。,（4）快速排氣閥,快速排氣閥：加快氣缸排氣腔排氣，以提高氣缸運(yùn)動速度 快速排氣閥通常裝在換向閥與氣缸之間，使氣缸的排氣不需要通過換向閥而快速完成，從而加快了氣缸往復(fù)運(yùn)動的速度,,一、消聲器：,氣缸、氣閥等工作時排氣速度較高，氣體體積急劇膨脹，
20、會產(chǎn)生刺耳的噪聲。排氣的速度和功率越大，噪聲也越大，一般可達(dá)100120dB，為了降低噪聲在排氣口要裝設(shè)消聲器。 消聲器是通過阻尼或增加排氣面積來降低排氣的速度和功率，從而降低噪聲的。 消聲器的類型：阻性型（吸收型）； 抗性型（膨脹干涉型）； 阻抗復(fù)合型（膨脹干涉吸收性）。,第四節(jié) 氣動輔件,阻性（吸收型）消聲器,這種消聲器是依靠吸聲材料來消聲的。吸聲材料有玻璃纖維、毛氈、泡沫塑料、燒結(jié)材料等。將這些材料裝設(shè)于消聲器體內(nèi)，使氣流通過時受到阻力，聲波被吸收一部分轉(zhuǎn)化為熱能，可使氣流噪聲降低約20 dB，主要用于消除中、高頻噪聲。在氣動裝置中廣為應(yīng)用。,二、轉(zhuǎn)換器
21、,高中壓型氣電轉(zhuǎn)換器 更換彈簧來改變信號壓力或調(diào)節(jié)螺母來改變信號壓力。,在氣動系統(tǒng)中，與其它控制裝置一樣，都有發(fā)訊、控制和執(zhí)行部分，控制為氣，發(fā)訊和執(zhí)行則為電或液這就是轉(zhuǎn)換器。,,第五節(jié) 氣動邏輯元件,以壓縮空氣為工作介質(zhì)，能完成一定邏輯功能的流體控制元件。,邏輯閥（按結(jié)構(gòu)分）,截止式,膜片式,滑閥式,球閥式,其它,,一、分類和特點(diǎn)：,按工作壓力分,,,高壓元件（ 0.20.8）MPa,低壓元件（0.020.2） MPa,微壓元件（ 0.02 MPa以下 ）,按邏輯功能分,,,“或門”元件 “與門”元件 “非門”元件 “雙穩(wěn)”元件,二、高壓截止式邏輯元件,該元件的動作是依靠氣壓信號推動閥芯或
22、通過膜片變形推動閥芯動作，改變氣流的通道以實(shí)現(xiàn)一定的邏輯功能。,（一）特點(diǎn)：,1）行程短，流量大； 2）工作壓力較高（0.20.8）MPa,且對凈化程度要求不高； 3）帶有顯示和手動裝置，便于檢查和維修； 4）品種齊全，應(yīng)用方便。,（二）結(jié)構(gòu)及工作原理：,（1）是門和與門元件：,S = a,S = ab,a 為輸入孔，S 為輸出孔，中間孔接氣源 p時，為“是門”,若中間孔接氣源 b時，為“與門”,圖中：4用于手動發(fā)訊； 5用于顯示有無輸出。,（2）或門元件：,S = a + b,（3）非門和禁門：,a 為輸入孔，S 為輸出孔，中間孔接氣源 p時，為“非門”,若中間孔接氣源 b時，為“禁門
23、”,（4）或非元件：,由“或非”元件組成的基本邏輯單元：,由“或非”元件組成的基本邏輯單元：,（5）雙穩(wěn)元件,“記憶”元件在邏輯線路中是很重要的元件。,雙穩(wěn)：,邏輯符號,三、高壓膜片式邏輯元件,膜片式邏輯元件主要由“三門”元件或由“三門”元件派生出的“四門”元件組合而成。 特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡單，可動部件只有膜片; 工作壓力（0.30.7）MPa。,（一）“三門”元件：采用泄壓方式形成膜片的壓力差,“三門”元件有三個口，故稱三門，C為控制口，A為輸入口，B為輸出口，S通道在氣室中作成凸起閥口。,職能符號:,(二)“四門”元件：,四門元件有四個口，其中A、C為輸入口， B、D為輸出口， B、D 孔道在氣室中各作成凸起閥口。,職能符號:,四門元件是高壓膜片式邏輯元件中又一重要元件，常用于產(chǎn)生“記憶”功能。,,
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