氣源裝置及氣動元件概述

一、氣壓傳動系統(tǒng)地工作原理與系統(tǒng)的組成

氣壓傳動是以壓縮空氣作為工作介質(zhì)進行動力傳遞。

氣動系統(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(zhuǎn)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(tǒng)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(chǎn)生不利于工作的嚴重影響，也不會污染環(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（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(tǒng)維護簡單，管道不易堵塞，也不存在介質(zhì)變質(zhì)、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(xiàn)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(nèi)。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(xiàn)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(wěn)定性較差。

3）因為工作壓力較低，又因結(jié)構(gòu)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(tǒng)提供滿足一定質(zhì)量要求的壓縮空氣，是氣動系統(tǒng)的重要組成部分。氣動系統(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；

（2）凈化、貯存壓縮空氣的裝置和設備；

（3）管道系統(tǒng)；

（4）氣動三大件。

一、氣壓發(fā)生裝置

空氣壓縮機將機械能轉(zhuǎn)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(jù)是氣動系統(tǒng)所需要的工作壓力和流量兩個參數(shù)。

          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(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，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(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。

3．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。

4．壓縮空氣中的灰塵等雜質(zhì)對運動部件會產(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(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，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(zhì)等，使壓縮空氣干燥，用于對氣源質(zhì)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(tǒng)

   （一）管道系統(tǒng)的布置原則

   （二）管道系統(tǒng)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(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：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(wěn)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(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(chǎn)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(jīng)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(zhí)行元件

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

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(zhì)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(jù)。

二、氣馬達

1．分類及典型結(jié)構(gòu)：

   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(diào)速；
         o   可雙向旋轉(zhuǎn)；
         o   有過載保護作用，過載時轉(zhuǎn)速降低或停轉(zhuǎn)；
         o   有較的啟動轉(zhuǎn)矩，可直接帶負載啟動；
         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。

  氣動控制閥

一、壓力控制閥    用于控制系統(tǒng)壓力

n       減壓閥——氣動三大件之一，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）的軟特性，很難用順序閥實現(xiàn)兩個執(zhí)行元件的順序動作

二、流量控制閥    用于控制執(zhí)行元件運動速度。

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、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(nèi)部的可動部件的動作改變氣流方向來實現(xiàn)一定邏輯功能的氣動控制元件。

一、類型及特點

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：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(diào)試容易，抗惡劣工作環(huán)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(xiàn)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(xiàn)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(wěn)”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(tǒng)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(gòu)成邏輯控制器。