氣源裝置及氣動(dòng)元件概述

一、氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)地工作原理與系統(tǒng)的組成

氣壓傳動(dòng)是以壓縮空氣作為工作介質(zhì)進(jìn)行動(dòng)力傳遞。

氣動(dòng)系統(tǒng)由下面幾種元件及裝置組成

1．氣源裝置    壓縮空氣的發(fā)生裝置以及壓縮空氣的存貯、凈化的輔助裝置。它為系統(tǒng)提供合乎質(zhì)量要求的壓縮空氣。

2．執(zhí)行元件    將氣體壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能并完成做功動(dòng)作的元件，如氣缸、氣馬達(dá)。

3．控制元件   控制氣體壓力、流量及運(yùn)動(dòng)方向的元件，如各種閥類；能完成一定邏輯功能的元件，即氣動(dòng)邏輯元件；感測、轉(zhuǎn)換、處理氣動(dòng)信號(hào)的元器件，如氣動(dòng)傳感器及信號(hào)處理裝置。

4．氣動(dòng)輔件    氣動(dòng)系統(tǒng)中的輔助元件，如消聲器、管道、接頭等。

二、氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)

（1）點(diǎn)

1）空氣可以從大氣中取得，同時(shí)，用過的空氣可直接排放到大氣中去，處理方便，萬一空氣管路有泄漏，除引起部分功率損失外，不致產(chǎn)生不利于工作的嚴(yán)重影響，也不會(huì)污染環(huán)境。

2）空氣的粘度很小，在管道中的壓力損失較小，因此壓縮空氣便于集中供應(yīng)（空壓站）和遠(yuǎn)距離輸送。

3）因壓縮空氣的工作壓力較低（一般為0.3—0.8MPa），因此，對氣動(dòng)元件的材料和制造度上的要求較低。

4）氣動(dòng)系統(tǒng)維護(hù)簡單，管道不易堵塞，也不存在介質(zhì)變質(zhì)、補(bǔ)充、更換等問題。

5）使用安全，沒有防爆的問題，并且便于實(shí)現(xiàn)過載自動(dòng)保護(hù)。

（2） 缺點(diǎn)

1）氣動(dòng)裝置中的信號(hào)傳遞速度較慢，于聲速的范圍內(nèi)。所以氣動(dòng)技術(shù)不宜用于信號(hào)傳遞速度要求十分的復(fù)雜線路中，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)過程的遠(yuǎn)距離控制也比較困難。

2）由于空氣有可壓縮的特性，因而運(yùn)動(dòng)速度的穩(wěn)定性較差。

3）因?yàn)楣ぷ鲏毫^低，又因結(jié)構(gòu)尺寸不宜過大，因而氣壓傳動(dòng)裝置的總推力很大。

4）目前氣壓傳動(dòng)的傳動(dòng)效率較低。

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)對壓縮空氣的主要要求：有一定壓力和流量，并有一定的凈化程度。

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。

一、氣壓發(fā)生裝置

空氣壓縮機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能，供氣動(dòng)機(jī)械使用。

（一）  空氣壓縮機(jī)的分類：分容積型和速度型。

          o常用往復(fù)式容積型壓縮機(jī)，一般空壓機(jī)為中壓，額定排氣壓力1MPa；
          o低壓空壓機(jī)排氣壓力0.2MPa；
          o壓空壓機(jī)排氣壓力10MPa。

（二）空氣壓縮機(jī)的選用原則    依據(jù)是氣動(dòng)系統(tǒng)所需要的工作壓力和流量兩個(gè)參數(shù)。

          o 空壓機(jī)輸出流量qVn＝（qVn0+qVn1）/（0.7～0.8）
          o qVn0——配管等處的泄漏量
          o qVn1——工作元件的總流量

二、壓縮空氣的凈化裝置和設(shè)備

（一）  氣動(dòng)系統(tǒng)對壓縮空氣質(zhì)量的要求：

壓縮空氣要有一定壓力和足夠的流量，有一定的凈化程度。不同的氣動(dòng)元件對雜質(zhì)顆粒的大小有體的要求。

    混入壓縮空氣中的油分、水分、灰塵等雜質(zhì)會(huì)產(chǎn)生不良影響：

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)，另一方面潤滑油被汽化后會(huì)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)備受命。

2．   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。

3．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。

4．壓縮空氣中的灰塵等雜質(zhì)對運(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。

因此必須要設(shè)置除油、除水、除塵，并使壓縮空氣干燥的提壓縮空氣質(zhì)量、進(jìn)行氣源凈化處理的輔助設(shè)備。

   （二）壓縮空氣凈化設(shè)備 
 一般包括：后冷卻器、油水分離器、貯氣罐、干燥器。

后冷卻器：將空氣壓縮機(jī)排出有140℃～170℃的壓縮空氣降至40℃～50℃，壓縮空氣中的油霧和水氣亦凝析出來。冷卻方式有水冷和氣冷式兩種。

   油水分離器：主要利用回轉(zhuǎn)離心、撞擊、水浴等方法使水滴、油滴及其他雜質(zhì)顆粒從壓縮空氣中分離出來。

貯氣罐：主要作用是貯存一定數(shù)量的壓縮空氣，減少氣流脈動(dòng)，減弱氣流脈動(dòng)引起的管道振動(dòng)，進(jìn)一步分離壓縮空氣的水分和油分。

干燥器  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。

三、管道系統(tǒng)

   （一）管道系統(tǒng)的布置原則

   （二）管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算原則

四、氣動(dòng)三大件

    氣動(dòng)三大件：分水過濾器、減壓閥、油霧器。   

作用：氣動(dòng)三大件是壓縮空氣質(zhì)量的zui后保證。

分水過濾器    作用是除去空氣中的灰塵、雜質(zhì)，并將空氣中的水分分離出來。

          o原理：回轉(zhuǎn)離心、撞擊。
          o性能指標(biāo)：過濾度、水分離率、濾灰效率、流量特性

油霧器    特殊的注油裝置。

          o原理   當(dāng)壓縮空氣流過時(shí)，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。
          o性能指標(biāo)：流量特性、起霧油量

減壓閥    起減壓和穩(wěn)壓作用。

氣動(dòng)三大件的安裝連接次序：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(dòng)輔件

氣動(dòng)輔件：消聲器、管道、接頭。

n       消聲器

n       氣缸、氣閥等工作時(shí)排氣速度較，氣體體積急劇膨脹，會(huì)產(chǎn)生刺耳的噪聲。噪聲的強(qiáng)弱隨排氣的速度、排氣量和空氣通道的形狀而變化。排氣的速度和功率越大，噪聲也越大，一般可達(dá)100～120dB，為了降低噪聲在排氣口要裝設(shè)消聲器。

n      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。

n       消聲器的類型：吸收型；膨脹干涉型；膨脹干涉吸收性。

n       管道連接件  包括管子和各種管接頭。

n      管子可分為硬管和軟管。   一些固定不動(dòng)的、不需要經(jīng)常裝拆的地方使用硬管；連接運(yùn)動(dòng)部件、希望裝拆方便的管路用軟管。常用的是紫銅管和尼龍管。

n       管接頭分為卡套式、擴(kuò)口螺紋式、卡箍式、插入快換式等。

                氣動(dòng)執(zhí)行元件

氣動(dòng)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(dòng)和做功的是氣缸；實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和做功的是氣馬達(dá)。

一、氣缸

   1．分類及典型結(jié)構(gòu)：

普通氣缸、膜片氣缸、沖擊氣缸、無桿氣缸。

   2．氣缸的工作特性：

    * 氣缸的速度 

        在運(yùn)動(dòng)過程中氣缸活塞的速度是變化的，通常說氣缸速度是指活塞平均速度。

    * 氣缸的理論輸出力  

          其計(jì)算公式與液壓缸相同。

    * 氣缸的效率和負(fù)載率   

        氣缸實(shí)際所能輸出的力受摩擦力的影響，其影響程度用氣缸效率η表示，η與缸徑D和工作壓力p有關(guān)，D增大、p提，η增大，一般在0.7～0.95之間。

         在研究氣缸性能和確定缸徑時(shí)，常用到負(fù)載率β的概念，定義β＝（氣缸實(shí)際負(fù)載F/氣缸理論輸出力F0）％。β的選取與氣缸的負(fù)載性質(zhì)及運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)

    * 氣缸的耗氣量  

         指氣缸在往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)所消耗的壓縮空氣量，其大小與氣缸性能無關(guān)，是選擇空壓機(jī)排量的重要依據(jù)。

二、氣馬達(dá)

1．分類及典型結(jié)構(gòu)：

   葉片式、活塞式、齒輪式。

2．氣動(dòng)馬達(dá)的特點(diǎn)和應(yīng)用

         o   可無級(jí)調(diào)速；
         o   可雙向旋轉(zhuǎn)；
         o   有過載保護(hù)作用，過載時(shí)轉(zhuǎn)速降低或停轉(zhuǎn)；
         o   有較的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，可直接帶負(fù)載啟動(dòng)；
         o   輸出功率相對較小，轉(zhuǎn)速范圍較寬；
         o   耗氣量大，效率低，噪聲大；
         o   工作，操作方便。

  氣動(dòng)控制閥

一、壓力控制閥    用于控制系統(tǒng)壓力

n       減壓閥——氣動(dòng)三大件之一，用于穩(wěn)定用氣壓力。

n       溢流閥——只作安全閥用。

n      順序閥——由于氣缸（馬達(dá)）的軟特性，很難用順序閥實(shí)現(xiàn)兩個(gè)執(zhí)行元件的順序動(dòng)作

二、流量控制閥    用于控制執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度。

n         節(jié)流閥

n         單向節(jié)流閥

n         排氣節(jié)流閥

三、方向控制閥    用于控制執(zhí)行元件的起動(dòng)、進(jìn)退、停止、變速或換向等。

n       換向閥

§        氣壓控制換向閥（加壓控制、泄壓控制、差壓控制）

§        電磁控制換向閥，電、氣控制換向閥

§         機(jī)械控制換向閥

§         人力控制換向閥

n        單向閥

§     梭閥  兩個(gè)單向閥的組合，相當(dāng)于“或門”。

§     快速排氣閥

  氣動(dòng)邏輯元件

氣動(dòng)邏輯元件是通過元件內(nèi)部的可動(dòng)部件的動(dòng)作改變氣流方向來實(shí)現(xiàn)一定邏輯功能的氣動(dòng)控制元件。

一、類型及特點(diǎn)

類型： 按結(jié)構(gòu)形式可分壓截止式邏輯元件、膜片式邏輯元件、滑閥式邏輯元件和射流元件。特點(diǎn)：元件流道孔道較大，抗污染能力較強(qiáng)（射流元件除外）；

n       元件無功耗氣量低；

n       帶負(fù)載能力強(qiáng)；

n       連接、匹配方便簡單，調(diào)試容易，抗惡劣工作環(huán)境能力強(qiáng)；

n      運(yùn)算速度較慢，在強(qiáng)烈沖擊和振動(dòng)條件下，可能出現(xiàn)誤動(dòng)作。

二、壓截止式邏輯元件

它的動(dòng)作是依靠氣壓信號(hào)推動(dòng)閥芯或通過膜片變形推動(dòng)閥芯動(dòng)作，改變氣流通路來實(shí)現(xiàn)一定邏輯功能。

    * 與門    當(dāng)a、b 同時(shí)有信號(hào)，S口有信號(hào)輸出；當(dāng)a、b 口只有一個(gè)有氣信號(hào)時(shí)，S 口均無信號(hào)輸出。
          o 邏輯表達(dá)式 S =a · b
          o 邏輯符號(hào)                       

n  是門    當(dāng)a 口有信號(hào)輸入，氣源氣流（圖示 b口改為氣源p）就從S口輸出。

n       邏輯表達(dá)式 S=a

n       邏輯符號(hào)

n       或門  當(dāng)a、b口有一個(gè)有氣信號(hào)，S口就有信號(hào)輸出。若a、b兩個(gè)口均有輸入，則信號(hào)強(qiáng)者將關(guān)閉信號(hào)弱者的閥口，S口仍然有氣信號(hào)輸出。

n       邏輯表達(dá)式 S = a + b

n       邏輯符號(hào)

n       非門  當(dāng)a口有信號(hào)輸入，S口無信號(hào)輸出；當(dāng)a口無信號(hào)輸入，S口有信號(hào)輸出。

n         邏輯表達(dá)式 S= a

n         邏輯符號(hào)

n       禁門   a信號(hào)禁止b信號(hào)輸出；無a信號(hào)則有b信號(hào)輸出（將圖示氣源口p改為信號(hào)口b）。

n         邏輯表達(dá)式 S=a．b

n         邏輯符號(hào)

n       或非元件   該元件有三個(gè)輸入口，一個(gè)輸出口，一個(gè)氣源口。三個(gè)輸入口中任一個(gè)有氣信號(hào)，S口就無輸出。

n       邏輯表達(dá)式S=a+b+c

n       邏輯符號(hào)

n       記憶元件--“雙穩(wěn)”元件  有控制信號(hào)a，氣源p從S1口輸出，撤除控制信號(hào)a，S1保持有輸出，也就是記憶了控制信號(hào)a，直到有了控制信號(hào)b，S1無輸出，S2有輸出。

n         邏輯符號(hào)

壓截止式邏輯元件的特點(diǎn)：

n       閥芯的行程短，可通過較大的流量。

n      可直接作為一般程序控制用邏輯系統(tǒng)元件，對氣源污染情況要求低。

n       一般都帶有顯示和手動(dòng)裝置，便于檢查其工作情況和維修。

n      可組合使用，由幾個(gè)基本邏輯元件組合成一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)單元，若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元構(gòu)成邏輯控制器。