氣源裝置及氣動元件概述

氣源裝置及氣動元件概述

一、氣壓傳動系統地工作原理與系統的組成

氣壓傳動是以壓縮空氣作為工作介質進行動力傳遞。

氣動系統由下面幾種元件及裝置組成

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

2．執行元件    將氣體壓力能轉換成機械能并完成做功動作的元件，如氣缸、氣馬達。

3．控制元件   控制氣體壓力、流量及運動方向的元件，如各種閥類；能完成一定邏輯功能的元件，即氣動邏輯元件；感測、轉換、處理氣動信號的元器件，如氣動傳感器及信號處理裝置。

4．氣動輔件    氣動系統中的輔助元件，如消聲器、管道、接頭等。

二、氣壓傳動的缺點

（1）點

1）空氣可以從大氣中取得，同時，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，不致產生不利于工作的嚴重影響，也不會污染環境。

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（空壓站）和遠距離輸送。

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

4）氣動系統維護簡單，管道不易堵塞，也不存在介質變質、補充、更換等問題。

5）使用安全，沒有防爆的問題，并且便于實現過載自動保護。

（2） 缺點

1）氣動裝置中的信號傳遞速度較慢，于聲速的范圍內。所以氣動技術不宜用于信號傳遞速度要求十分的復雜線路中，同時，實現供應過程的遠距離控制也比較困難。

2）由于空氣有可壓縮的特性，因而運動速度的穩定性較差。

3）因為工作壓力較低，又因結構尺寸不宜過大，因而氣壓傳動裝置的總推力很大。

4）目前氣壓傳動的傳動效率較低。

氣源裝置

氣源裝置為氣動系統提供滿足一定質量要求的壓縮空氣，是氣動系統的重要組成部分。氣動系統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）氣壓發生裝置——空氣壓縮機；

（2）凈化、貯存壓縮空氣的裝置和設備；

（3）管道系統；

（4）氣動三大件。

一、氣壓發生裝置

空氣壓縮機將機械能轉化為氣體的壓力能，供氣動機械使用。

（一）  空氣壓縮機的分類：分容積型和速度型。

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

（二）空氣壓縮機的選用原則    依據是氣動系統所需要的工作壓力和流量兩個參數。

          o 空壓機輸出流量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備

（一）  氣動系統對壓縮空氣質量的要求：

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

    混入壓縮空氣中的油分、水分、灰塵等雜質會產生不良影響：

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，另一方面潤滑油被汽化后會形成一種有機酸，對金屬設備有腐蝕生銹的作用，影響設備受命。

2．   混在壓縮空氣中的雜質沉積在元件的通道內，減小了通道面積，增加了管道阻力。嚴重時會產生阻塞，使氣體壓力信號不能正常傳遞，使系統工作不穩定甚至失靈。

3．壓縮空氣中含有的飽和水分，在一定條件下會凝結成水并聚集在個別管段內。在北方的冬天，凝結的水分會使管道及附件結冰而損壞，影響氣動裝置正常工作。

4．壓縮空氣中的灰塵等雜質對運動部件會產生研磨作用，使這些元件因漏氣增加而效率降低，影響它們的使用壽命。

因此必須要設置除油、除水、除塵，并使壓縮空氣干燥的提壓縮空氣質量、進行氣源凈化處理的輔助設備。

   （二）壓縮空氣凈化設備 
 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：主要利用回轉離心、撞擊、水浴等方法使水滴、油滴及其他雜質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量的壓縮空氣，減少氣流脈動，減弱氣流脈動引起的管道振動，進一步分離壓縮空氣的水分和油分。

干燥器  作用是進一步除去壓縮空氣中含有的水分、油分、顆粒雜質等，使壓縮空氣干燥，用于對氣源質量要求較的氣動裝置、氣動儀表等。主要采用吸附、離心、機械降水及冷凍等方法。

三、管道系統

   （一）管道系統的布置原則

   （二）管道系統的設計計算原則

四、氣動三大件

    氣動三大件：分水過濾器、減壓閥、油霧器。   

作用：氣動三大件是壓縮空氣質量的zui后保證。

分水過濾器    作用是除去空氣中的灰塵、雜質，并將空氣中的水分分離出來。

          o原理：回轉離心、撞擊。
          o性能指標：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   當壓縮空氣流過時，它將潤滑油噴射成霧狀，隨壓縮空氣流入需要的潤滑部件，達到潤滑的目的。
          o性能指標：流量特性、起霧油量

減壓閥    起減壓和穩壓作用。

氣動三大件的安裝連接次序：分水過濾器、減壓閥、油霧器。多數情況下，三件組合使用，也可以少于三件，只用一件或兩件。

   氣動輔件

氣動輔件：消聲器、管道、接頭。

n       消聲器

n       氣缸、氣閥等工作時排氣速度較，氣體體積急劇膨脹，會產生刺耳的噪聲。噪聲的強弱隨排氣的速度、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100～120dB，為了降低噪聲在排氣口要裝設消聲器。

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。   一些固定不動的、不需要經常裝拆的地方使用硬管；連接運動部件、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、擴口螺紋式、卡箍式、插入快換式等。

                氣動執行元件

氣動執行元件是將壓縮空氣的壓力能轉換為機械能的裝置。包括氣缸和氣馬達。實現直線運動和做功的是氣缸；實現旋轉運動和做功的是氣馬達。

一、氣缸

   1．分類及典型結構：

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 

        在運動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  

          其計算公式與液壓缸相同。

    * 氣缸的效率和負載率   

        氣缸實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，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，常用到負載率β的概念，定義β＝（氣缸實際負載F/氣缸理論輸出力F0）％。β的選取與氣缸的負載性質及運動速度有關

    * 氣缸的耗氣量  

         指氣缸在往復運動時所消耗的壓縮空氣量，其大小與氣缸性能無關，是選擇空壓機排量的重要依據。

二、氣馬達

1．分類及典型結構：

   葉片式、活塞式、齒輪式。

2．氣動馬達的特點和應用

         o   可無級調速；
         o   可雙向旋轉；
         o   有過載保護作用，過載時轉速降低或停轉；
         o   有較的啟動轉矩，可直接帶負載啟動；
         o   輸出功率相對較小，轉速范圍較寬；
         o   耗氣量大，效率低，噪聲大；
         o   工作，操作方便。

  氣動控制閥

一、壓力控制閥    用于控制系統壓力

n       減壓閥——氣動三大件之一，用于穩定用氣壓力。

n       溢流閥——只作安全閥用。

n      順序閥——由于氣缸（馬達）的軟特性，很難用順序閥實現兩個執行元件的順序動作

二、流量控制閥    用于控制執行元件運動速度。

n         節流閥

n         單向節流閥

n         排氣節流閥

三、方向控制閥    用于控制執行元件的起動、進退、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

§         機械控制換向閥

§         人力控制換向閥

n        單向閥

§     梭閥  兩個單向閥的組合，相當于“或門”。

§     快速排氣閥

  氣動邏輯元件

氣動邏輯元件是通過元件內部的可動部件的動作改變氣流方向來實現一定邏輯功能的氣動控制元件。

一、類型及特點

類型： 按結構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：元件流道孔道較大，抗污染能力較強（射流元件除外）；

n       元件無功耗氣量低；

n       帶負載能力強；

n       連接、匹配方便簡單，調試容易，抗惡劣工作環境能力強；

n      運算速度較慢，在強烈沖擊和振動條件下，可能出現誤動作。

二、壓截止式邏輯元件

它的動作是依靠氣壓信號推動閥芯或通過膜片變形推動閥芯動作，改變氣流通路來實現一定邏輯功能。

    * 與門    當a、b 同時有信號，S口有信號輸出；當a、b 口只有一個有氣信號時，S 口均無信號輸出。
          o 邏輯表達式 S =a · b
          o 邏輯符號                       

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

n       邏輯表達式 S=a

n       邏輯符號

n       或門  當a、b口有一個有氣信號，S口就有信號輸出。若a、b兩個口均有輸入，則信號強者將關閉信號弱者的閥口，S口仍然有氣信號輸出。

n       邏輯表達式 S = a + b

n       邏輯符號

n       非門  當a口有信號輸入，S口無信號輸出；當a口無信號輸入，S口有信號輸出。

n         邏輯表達式 S= a

n         邏輯符號

n       禁門   a信號禁止b信號輸出；無a信號則有b信號輸出（將圖示氣源口p改為信號口b）。

n         邏輯表達式 S=a．b

n         邏輯符號

n       或非元件   該元件有三個輸入口，一個輸出口，一個氣源口。三個輸入口中任一個有氣信號，S口就無輸出。

n       邏輯表達式S=a+b+c

n       邏輯符號

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

n         邏輯符號

壓截止式邏輯元件的特點：

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元件，對氣源污染情況要求低。

n       一般都帶有顯示和手動裝置，便于檢查其工作情況和維修。

n      可組合使用，由幾個基本邏輯元件組合成一級標準單元，若干個標準單元構成邏輯控制器。