培训用气动技术讲义

1、 第一章气动技术概述 Chapter 1 In troducti on of Pn eumatics Tech no logy 1.1 气动定义（what s PneumaticS 流体传动系统是通过液体或压缩空气来传递和控制能量的一种系统，包括气动 系统和液压系统。 在气动系统中，这种传递能量的介质就是压缩空气。通过活塞或叶片把空气加 以压缩，从而得到压缩空气。正确运用气动控制，要求充分熟悉气动元件及其基 本回路。 本课程介绍气动元件的功能、符号和使用方法，还要介绍空气处理过程及基本 的气动回路等。 1.2气动的优点和缺点 1.2 Adva ntages and Disadva ntages

2、 of Pn eumatics 一气动的优点(Advantages of Pneumatics ) 1 适用性(Applicability ) 大多数工厂和车间的作业区备有压缩空气源，备有移动式压缩机可用在更远的 场合。 2 设计和控制简单(Simple to Design and Co ntrol ) 气动系统属于简单设计，因而适合较简单的自动系统。 3 经济性(Economical) 由于气动元件价格低廉，整套装置费用较低， 而且气动元件寿命长不需要维修, 所以维护费用较低。 4 恶劣环境适应性(Adaptability to Abominable Environment) 压缩空气很大程

3、度上不受高温、灰尘、腐蚀的影响，这一点是别的系统所不能 及的。 5清洁干净(Clean 压缩空气是比较清洁的，加上有排出空气处理方法，对环境的影响很小。因此 可装入洁净的车间内。 6安全性(Safety) 在危险场所不会引起火灾，若系统过载执行元件会停止或打滑。此外，气动执 行元件不会发热。 Summary of adva ntages: easy, simple, cheap, clea n, safe 二 缺点(Disadvantages ) 1由于空气具有可压缩性，载荷变化时运动平稳性较差。 2因工作压力低，不易获得较大的输出力或扭矩。 3有较大的排气噪音。 4因空气无润滑性能，故在气路

4、中，一般设要有给油润滑装置 Summary of disadva ntages: soft, no ise 1.3气动系统的组成 1.3 The Compositi on of Pn eumatics System -般气动系统的组成如图1-1所示，它主要有以下几部分: -空气压缩站(Power of Compressed Air) -空气净化处理装置 (Cleaning and Processing Unit) -压缩空气输出管路 (Output Tube) -气动控制元件(Control Component) -气动执行元件(Actuating Component) 1.3.1 空气压缩站

5、 (Power of Compressed Air) 空气压缩站(简称空压站)是气动系统重要组成部分，为气动设备提供压缩 空气动力源。空压站由空气压缩机(简称空压机)、储气罐和后冷却器。 1 空压机(Compressor) 空压机是气压发生装置，是将机械能转换气体压力能的转换装置。 2 储气罐(Air Receiver) 储气罐用来储存一定量的压缩空气，调节空压机输出气量与耗气量之间的不平 衡状况，保证连续稳定的气流输出。 3 后冷却器(Post Cooler) 后冷却器的作用是使温度高达120180 C的空压机排出气体冷却到40 50 C,并使其中的水蒸气和油雾冷凝成水滴和油滴，以便对压缩空

6、气实施进一步 净化处理。 1.3.2 空气净化处理装置(Cleaning and Processing Unit) 1 干燥器 (Air Dryi ng) 干燥器是用来去除空气中水蒸气的一种净化装置，主要有冷冻式空气干燥器 和吸附式空气干燥器。 2过滤器 (Filter) 过滤器能去除压缩空气中的冷凝水、颗粒较大的固态杂质和油滴。 3 油雾器(Lubricator) 油雾器的作用是把润滑油雾化随压缩空气排除，对气动执行元件和控制阀进 行润滑。 4 自动排水器(Automatic Water Separator) 自动排水器用来自动排除管道、气罐、过滤器和存水杯等处的积水。 1.3.3压缩空气输

7、出管路(Output Tube) 管路应有1%2%的斜度以利排水，并在最低处设置排水器。分支管路及气动 设备从主供气管路接出压缩空气使用时，必须在主供气管路的上方接出，以防止 冷凝水流入气动设备。 1.3.4 气动控制元件(Control Component) 气动控制阀是指在气动系统中控制气流的压力、流量和流动方向，保证气动 执行元件按规定程序正常工作的各类气动元件。控制和调节空气压力的称为压力 控制阀；控制和调节空气流量的称为流量控制阀；改变空气流动方向的称为方向 控制阀。 1.3.5 气动执行元件(Actuating Component) 气动执行元件是一种将压缩空气的能量转化为机械能，

8、实现直线、摆动或旋 转运动的传动装置。气动执行元件有三大类：产生直线运动的气缸，在一定角度 范围内摆动的摆动马达以及产生连续转动的气马达 1.4气动系统发展趋势 1.4 The Trend of Pn eumatics System 1功能不断增强，体积不断缩小 小型化气动部件，如气缸、阀和模块正应用于许多工业领域。 2模块化和集成化 模块化和集成化是两个不同的概念，但两者之间又密切相关。毫无疑问，气 动的最大优点是单独元件的组合能力，无论是各种不同大小的控制器，或是不同 功率的控制元件，在一定条件下，都具随意组合性。 3整套供应 完整的模块及独立的功能单元使人们只需进行简单的组装即可投入使用

9、，因 此整套供应将对未来的工程产生深远的影响。一方面可以大大节省现场装配、调 整时间，另一方面现场操作无需配备各种经过专门培训的技术人员。 第二章压缩空气 2.1干空气与湿空气 一 干空气与湿空气 1 .干空气与湿空气 2.相对湿度 (绝对压力) 书=Ps/ Pb ( % ) 其中，Ps为未饱和水蒸气分压 3 .含湿量 x表示，即 湿空气的绝对湿度是指单位湿空气中所含的水蒸汽质量，用 x=ms/V 式中x绝对湿度，x为kg /m3; ms水蒸汽质量，ms为kg； V 湿空气体积，V为m3。 4 露点 在一定压力下，降低未饱和湿空气的温度使其达到饱和状态时的温度称作露 点：实际上，露点就是末饱和

10、湿空气中水蒸气分压Ps相对应的饱和温度。温度降 到露点以下，湿空气中就会有水滴析出，降温法去除湿空气中的水份就是利用此 原理。 2.2 压缩空气的污染 1 污染源 空气污染一般是指空气中混入或产生某些污染物质，使空气的洁净受到不良 影响。污染物质多种多样，有粉尘、烟尘、液雾等。一切混入气体的物质都会引 起污染。 2 .污染的影响 空气中的污染物按物质种类可分为水份、油份和固体杂质。 (1)水份的影响 油份的影响 (3)固体尘埃的影响 总之，空气小的污染物流经管道和元件会引起堵塞和锈蚀。杂质会加速元件 磨损，缩短寿命，同时可能导致元件误动作。油气会使密封件老化，严重时会引 起燃烧和爆炸，最终将影

11、响气动自动化系统的安全性和可靠性。 2.3空气的净化处理 不同的气功装置，对比缩空气的质量要求是不向的，相应的空气净化装置也 是不同的。质量低劣的空气会使优良的气动设备事故频繁，缩短使用寿命。而超 出使用的要求，又会增加成本。所以应根据应用场合对空气质量的要求，来设置 压缩空气净化装置。 压缩空气净化装置有主管道净化设备，包括后冷却器、各种大流量的过滤器 (除 水过滤器、除焦油过滤器、除油过滤器和除臭过滤器等)、各种空气干燥器、排污 器和贮气罐等。还有支管道净化处理装置，包括各种小流量过滤器、排水器等。 净化压缩空气，主要是采用物理和化学的方法。 2.4 有关知识 十次方倍数关系 次方 名称

12、符号 次方 名称 符号 10-1 分 D 101 十 Da 10-2 厘 C 102 百 H 10-3 毫 m 103 千 K 10-6 微 口 106 兆 M 英制单位与公制单位 量 公制(M) 英制(E) 系数(M/E) 系数(E/M) 质量 Kg 磅 2.205 0.4535 g 盎司(英两) 0.03527 28.3527 长度 m 英尺 3.281 0.3048 m 码 1.094 0.914 mm 英寸 0.03937 25.4 温度 C F 1.8C +32 ( F-32)/1.8 力 N 磅力(bf) 0.2248 4.4484 压力 bar 磅力/平方英寸(psi) 14.5

13、 0.06895 三压力单位换算 压力的国际标准制单位是帕斯卡(Pa)。 1Pa=1N/m 2 (牛顿 /米 2) 1 bar=10 5Pa 1MPa=10 6Pa =10bar 1kg/cm 2=0.98bar =0.098MPa 在气动和液压领域，若压力指的是高于大气压的那部分压力，通常叫作表压力(GA)。压 力也可以用绝对压力 (ABS)表示，即相对于绝对真空的压力，在真空技术中，也使用低于大 气压的压力即真空度。 四伯努利方程 1和点2的总能量相等。 伯努利方程是这样叙述的: “水平流动的流体流过管径不同的管道时，在点 Pl+1/2 P V12 = P 2+1/2 P V22 若流速不

14、超过330m/s时，则此方程对气体也适用。 第三章 气源系统及空气净化处理装置 chapter 3 Pn eumatics Supply and Clea ning Process ing Un it 3.1 空气压缩站 一 空压站的组成 空气压缩站（简称空压站）是气动系统的重要组成部分，为气动设备提供满足要求的压缩 空气动力源。空压站的主要组成装置有气压发生装置（空气压缩机，简称空压机）、贮气罐和 后冷却器。 1空压机 空压机是气压发生装置，是将机械能转换为气体压力能的转换装置。 （1）分类 空压机的种类很多，按工作原理、结构形式及性能参数分类。 1）按工作原理分类 可分为容积型空压机和速度

15、型空压机。容积型空压机的工作原理是压缩空压机中气体的 体积使单位体积内空气分子的密度增加以提高压缩空气的压力。速度型空压机的工作原理 是提高气体分子的运动速度以此增加气体的动能，然后将气体分子的动能转化为压力能以提 高压缩空气的压力。 2）按空压机输出压力大小分类 低压空压机0.21.0MPa 中压空压机1.010MPa 高压空压机10100MPa 超高压空压机 100MPa 3）按空压机输出流量（排量）分类 微型 v 1m3 / min 小型 110 m 3/ min 中型 20 100 m 3/ min 大型 100 m 3/ min （2）工作原理 常见的空压机有活塞式空压机、叶片式空压

16、机和螺杆式空压机。以下介绍它们的工作原 理。 1）活塞式空压机 活塞的往复运动是由电动机带动的曲柄滑块机构形成的。曲柄的旋转运动转换为滑动 活塞的往复运动。 这种结构的压缩机在排气过程结束时总有剩余容积存在。在下一次吸气时，剩余容积内 的压缩空气会膨胀，从而减少了吸入的空气量，降低了效率，增加了压缩功。且由于剩余容 积的存在，当压缩比增大时，温度急剧升高。故当输出压力较高时，应采取分级压缩。分级 压缩可降低徘气温度，节省压缩功，提高容积效率，增加压缩气体排气量。 工作原理 3-1单级活塞式空压机示意图 图3 1为单级活塞式空压机，常用于需要0.30.7MPa压力范围的系统；单级活塞式 空压机若

17、压力超过0.6MPa，各项性能指标将急剧下降，故往往采用多级压缩，以提高输出压 力。为了提高效率，降低空气温度，需要进行中间冷却。 活塞式空压机的优点是结构简单，使用寿命长。并旦容易实现大容量和高压输出。缺点 是振动大，噪声大，且因为排气为断续进行，输出有脉冲，需要贮气罐。 2.贮气罐 贮气罐的作用其一是用来贮存一定量的压缩空气.调节空压机输出气量与用户耗气量之 间的不平衡状况，保证连续、稳定的气流输出。作用之二是当出现空压机停机、突然停电等 意外事故时，可用贮气罐中贮存的压缩空气实施紧急处理，保证安全。作用之三是减小空压 机输出气流脉动，稳定空压站管道中的压力。此外，还能降低压缩空气温度，分

18、离压缩空气 中的部分水份和油份。 储气罐应装有安全阀、压力表，以控制和指示其内部压力，底部装有排污阀，并定时排 放，见图32。储气罐属于压力容器，其设计、制造和使用应遵守国家有关压力容器的规定。 实物 图 1-5 干燥器 3.2 空气净化处理装置 1.冷冻式空气干燥器 冷冻式空气干燥器的工作原理是，使湿空气冷却到其露点温度以下，使空气中水蒸气凝 结成水滴并清除出去，然后再将压缩空气加热至环境温度输送出去。 下面为冷冻式空气干燥器的工作原理图。 Air out Heat exchanger Refrigeran t Refrigerating machine ； Separator 二摻 Ref

19、rigerating unit 0 Air in 3 .后冷却器 后冷却器的作用是使温度高120180 C的 空压机排出气体冷却到4050 C,并使其中的 水蒸气和油雾冷凝成水滴和油滴，以便对压缩 空气实施进一步净化处理。 后冷却器有风冷式和水冷式的大类。风冷 式是靠风扇产生的冷空气吹向带散热片的热空 气管道，经风冷后的压缩空气的出口温度大约 比环境温度高 15 C左右。水冷式是通风强迫冷 却水沿压缩空气流动方向的反方向流动来进行 冷却，如图 39所示。压缩空气出口温度大 约比环境温度高10 C左右。 后冷却器上应装有自动排水器，以排除冷 凝水和油滴等杂质。 进人干燥器的空气首先进人热交换器冷

20、却，经初步冷却的空气午析出的水份和油份经分 离器排出。然后，空气再进入致冷器，这位空气进一步冷却到25C,使空气中含有的气态 水份、油份等由于温度的降低而大量进一步地析出，经分离器排出。冷却后的空气再进入热 交换器加热输出。 冷冻式干燥器具有结构紧凑，使用维护方便，维护费用较低等优点，适用于空气处理量 较大，露点温度不是太低的场合。 2 吸附式空气干燥器 吸附式空气干燥器是利用具有吸附性能的吸附剂（如硅胶、活性氧化铝、分子筛等）吸附 空气中水蒸气的一种空气净化装置。吸附剂吸附湿空气中的水蒸气后将达到饱和状态。为了 能够连续工作，就必须使吸附剂中的水份再排 Adsorber Adlsorber

21、Heater Shul-aff vaJva Oil tili Absorption 除掉，使吸附剂恢复到干燥状态，这称为吸附剂的再生 （亦称脱附）。吸附刑的再生方法有加 热再生和无热再生两种。目前无热再生吸附式空气干燥器得到了广泛应用。 无热再生式干燥器利用了吸附剂的变压吸附原理。即吸附剂压力高时吸附水份多。压力 低时吸附水份少。图312所示为无热再生吸附式空气干燥器工作原理图。它有两个填满吸 附剂的相同容器甲和乙。湿空气经二位五通阀先从容器乙的底部流入，通过吸附剂层流到上 部，空气中的水份被吸附剂吸收，干燥后的空气通过一单向阀输出，供气动系统使用。与此 同时，输出的干燥空气量的10%20%经

22、节流阀流入再生筒甲，使吸附剂再生。由于再生筒 的底部通过二位五通阀及二位二通阀与大气相通，使流人再生筒的干燥空气迅速减压流过简 中已达饱和状态的吸附层，吸附在吸附剂上的水份就会被脱附。脱附出来的水份随空气通过 阀排向大气。由此实现了大需外加热而使吸附剂再生。 干燥器的甲、 乙两筒轮流干燥和再生，交替工作。 通常由一个定时器切换二位五通阀（工 作周期为5 10分钟）,使吸附剂轮流吸附和再生，这样便可以得到连续输出的干燥压缩空气， 二位二通阀的作用是使再生筒在转换吸附工作前预先充压，防止再生和干燥切换时输出流量 的波动。 过滤器 分水过滤器滤尘能力较强，它和减压阀、油雾器一起被称为气动三联件，是气

23、动系统中 不可缺少的辅助装置。 分水过滤器的工作原理如下：当压缩中气从过滤器的输入口流入后，气体及其所含的冷 凝水、油滴和固态杂质由导流板（旋风档板）引人滤杯中，旋风挡板使气流沿切线方向旋转。 空气中的冷凝水、油滴和颗粒大的固态杂质等质量较大，受离心力作用被甩到滤杯内壁上， 并流到底部沉积起来；然后，压缩空气流过滤芯，进一步清除其中颗粒较小的固态粒子，洁 净的空气便从输出口输出。挡水板的作用是防止已积存的冷凝水再混入气流中。定期打开排 放螺栓，放掉积存的油、水和杂质。 分水过滤器的主要性能指标有流量特性、分水效率和过滤精度。 三油雾器 向压缩空气中加润滑油是通过油雾器来进行的。它可以减缓气动元

24、件的磨损，改善运动 性能。 -11 四调压阀 压缩空气在到达用气设备前要经过多次调压，这是由调压阀来完成的 3.4管道布置的基本原则 1分支管路的接法 分支管路的接法如图所示。 分支管路的接法 项目试验一 单作用气缸的控制 试验目的：1. 学会位移步骤图； 2. 3. 4. 5. 加深对单作用气缸的认识； 学会节流止回阀的使用； 压力表的使用； 二位三通阀的使用； 6. 元器件介绍： 快排阀的使用； 单作用气缸；节流止回阀；压力表；快排阀 Directional control valve examples *气动位移步骤图： 气动位移步骤图如图所示。上部是执行件的动作过程，下部是信号转换。

25、绘制气动位移步骤图时用两横线表示气缸的两个极端位置(0, 1)，用几条纵线表示工作的几 个系统状态(1 , 2, 3,)。用粗直线表示各状态间的转换过程，在各状态点处用一定规则 的点线表示传感元件的触发信号。 项目试验二 双作用气缸的直接启动 试验目的： 1. 双作用气缸的直接启动； 2. 弹簧复位的二位五通阀的使用； 3. 画简单的不带信号的位移步骤图； 4. 气动回路的绘制方法； 兀器件： 双作用气缸；弹簧复位的二位五通阀 *气动回路的绘制方法： 一、气动方向阀接口符号系统, 接口 数字 字母 压缩空气输入口 1 P 一个排气口 3 R(3/2) 多个排气口 5，3 R, S(5/2) 信号输出口 2，4 B, A(5/2) 1至2导通 12 Z (3/2) 1至2导通 12 Y(5/2) 1至4导通 14 Z (5/2) 回路图中每个元件的编号与规定 0 供气系统 1，2，3 等 各个工段或工序编号 1.0 , 2.0 执行兀