液压与气压传动：气源装置及气动元

1、气 源 装 置 及 气 动 元 件气压传动概述气源装置气动辅件气动执行元件气动控制阀气动逻辑元件气动传感器及气动仪表概 述一 气压传动系统的工作原理 二 气压传动系统的组成 利用空气压缩机将电动机或其它原动机输出的机械能转变为空气的压力能，然后在控制元件的控制和辅助元件的配合下，通过执行元件把空气的压力能转变为机械能，从而完成直线或回转运动并对外作功。1 电动机 2 空气压缩机 3 储气罐 4 压力控制阀 5 逻辑元件 6 方向控制阀 7 流量控制阀 8 机控阀 9 气缸 10 消声器 11 油雾器 12 空气过滤器1 气压发生装置 将原动机输出的机械能转变为空气的压力能。其主要设备是空气压缩

2、机2 控制元件 是用来控制压缩空气的压力、流量和流动方向，以保证执行元件具有一定的输出力和速度并按设计的程序正常工作，如压力阀、流量阀、方向阀和逻辑阀等。3 执行元件 是将空气的压力能转变为机械能的能量转换装置。如气缸和气马达。4 辅助元件 是用于辅助保证气动系统正常工作的一些装置。如过滤器、干燥器、空气过滤器、消声器和油雾器等。三气压传动的特点6 空气具有可压缩性，气动系统能够实现过载保护。优点：1 以空气为工作介质，来源方便，用后排气处理简单，不污染环境。2 由于空气流动损失小，压缩空气可集中供气，远距离输送3 与液压传动相比，气动动作迅速，反应快，维护简单，管路不易堵塞，且不存在介质变质

3、、补充和更换等问题。4 工作环境适应性好，可安全可靠地应用于易燃易爆场所。5 气动装置结构简单、轻便、安装维护简单。压力等级低，故使用安全。缺点：1 由于空气有可压缩性，所以气缸的动作速度易受负载变化影响。2 工作压力较低（一般为0.4MPa0.8MPa），因而气动系统输出力较小。3 气动系统有较大的排气噪声。4 工作介质空气本身没有润滑性，需另加装置进行给油润滑。四.气压传动技术的应用 随着工业机械化和自动化的发展，气动技术越来越广泛地应用于各个领域。1 汽车制造业 现代汽车制造工厂的生产线，尤其是主要工艺的焊接生 产线，几乎无一例外地采用了气动技术。如：车身外壳被真空吸盘吸起和放下，在指定

4、工位的夹紧和定位；电焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊，都采用了各种特殊功能的气缸及相应的气动控制系统。2 半导体电子及家电业 在彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上，在半导体芯片、印刷电路等各种电子产品的装配线上，不仅可以看到各种大小不一、形状不同的气缸、气爪，还可以看到许多灵巧的真空吸盘将一般气爪很难抓起的显像管、纸箱等物品轻轻地吸住，运送到指定位置上。3 生产自动化的实现 在工业生产的各个领域，为了保证产品质量的均一性，减轻体力劳动，提高生产效率，降低成本，都广泛使用气动技术。如在机床、自行车、手表等行业的零件加工和组装线上，工件的搬运、转位、定位、夹紧、进给、装配等许多工

5、序都使用气动技术。4 包装自动化的实现 气压传动还广泛应用于化肥、化工、粮食、食品、药品等行业，实现粉状、粒状、块状物料的自动计量包装。5 机器人技术 机器人是现代高科技发展的结晶，在装配机器人、喷漆机器人、搬运机器人以及爬墙、焊接机器人等机器人中都采用气动技术。6 其他领域 如在车辆刹车装置、车门开闭装置，鱼雷、导弹的自动控制装置等。气压传动技术发展趋势 近20年来，随着与电子技术的结合，气动技术的应用领域迅速拓宽，尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。1 机电气一体化。 由PLC-传感器-气动元件组成的控制系统仍然是自动化技术的重要方面；发展与电子技术相结合的自适应控制气动元件，使气动技

6、术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制”。2 小型、轻量和低功率元件的超薄、超小型化制造采用铝合金及塑料等新型材料，并进行等强度设计，质量大为减轻，如已出现10g重的低功率电磁阀，其功率只有1W0.5W3 高质量、高精度、高速度。 电磁阀的寿命达300万次以上，气缸寿命达2000km6000km；定位精度达0.5mm0.1mm，小型电磁阀的工作频率达数十赫兹，气缸速度达3m/s以上。4 无给油化。 为适应食品、医药、生物工程、电子、纺织、精密仪器等行业的无污染要求，不加润滑脂的不供油润滑元件已经问世。构造特殊，用自润滑材料制造的无润滑元件，不仅节省大量润滑油，不污染环境，而且系统简单，性能稳

7、定，成本低，寿命长。第一节 气 源 装 置 气源装置是用来产生具有一定压力和流量的压缩空气并将其净化、处理及储存的一套装置。气源装置一般由四个部分组成：1 气压发生装置 2 净化、储存压缩空气的装置和设备3 传输压缩空气的管道系统 4 气动三大件气源装置一般布置在压缩空气站内，作为整个工厂或车间统一气源。启动空气压缩机1后，空气经压缩其压力和温度同时升高，高温高压气体首先进入后冷却器2，降温冷却后析出水分和油雾，经过油水分离器3除去凝结的水和油，最后存入储气罐4内，若为工业用气，可以从储气罐4中直接引用，若用于气动系统，还需经干燥器5和过滤器6，对压缩空气进行干燥和去除杂质后使用。 气动三大件

8、的组成及布置由用气设备确定，图中未画出。一 气压发生装置1 空气压缩机的分类 空气压缩机是一种气压发生装置，它将机械能转为气体压力能的转换装置。2 空气压缩机的选用原则根据气压系统所需工作压力和流量选择，其额定压力应等于或略高于所需工作压力，其流量应等于系统设备最大耗气量并考虑管路泄漏等因素。按工作原理分类：a 容积型：压缩气体的体积，使气体分子密度增加以提高其压力。气动系统中多采用容积型，如活塞式压缩机。b 速度型：通过提高气体运动速度，使气体分子具有的动能转为压力能，如离心式、轴流式。在气缸内作往复运动的活塞向右移动时，气缸内活塞左腔的压力低于大气压力pa，吸气阀开启，外界空气吸入缸内，这

9、个过程称为压缩过程。当缸内压力高于输出空气管道压力p后，排气阀打开。压缩空气送至输气管内，这个过程称为排气过程。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块活塞的往复运动。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，应采取分级压缩。二 压缩空气的净化装置和设备设置气源净化装置的原因： 空气压缩机排出的压缩空气温度高达140170度，压缩空气中的水分和压缩机气缸里的润滑油已部分地成为气态，这样油分、水汽及灰尘混合而成杂质同压缩空气一同排出，这些杂质若进入气动系统，会造

10、成管路堵塞和锈蚀，加速元件磨损，泄漏增加，缩短使用寿命，水汽和油汽还会使气动元件的膜片和橡胶密封件老化和失效，因此必须设置气源净化装置，以提高压缩空气的质量。 净化压缩空气主要采用物理、化学方法。 气源净化装置包括：后冷却器、油水分离器、储气罐、干燥器固态颗粒惯性分离：撞击分离、离心分离 拦截过滤：金属网、烧结材料、玻璃纤维 重力作用 静电作用 弥散作用水分液态：惯性分离撞击、折转、离心分离 重力沉降 气态：压缩 降温风冷、水冷、绝热膨胀 冷冻 吸附无热再生、加热再生 分子膜分离油分液态：惯性分离撞击、折转、离心分离 气状溶胶：纤维层多孔滤芯（凝聚式滤芯）拦截、水洗法 气态：活性炭吸附1 后冷

11、却器：安装在空气压缩机出口管道上。 作用是将高温压缩空气冷却至4050度，使压缩空气中含有的油雾和水汽达到饱和，析出大部分油滴和水滴，以便经油水分离器排出。最常用冷却器是蛇管式，采用水冷式。热压缩空气在蛇形管中流动，冷却水在水套中流动，通过管壁进行热交换，使压缩空气获得冷却。为了提高降温效率，使用时要特别注意冷却水与压缩空气的流动方向。2 油水分离器：安装在后冷却器之后的管道上。 作用是分离并排除压缩空气中所含的水分、油分和灰尘等杂质，使压缩空气得到初步净化。图示为撞击折回式油水分离器。工作原理：压缩空气自入口进入分离器壳体后，气流受隔板阻挡被撞击折回向下，继而又回升向上，产生环形回转，使水滴

12、、油滴和杂质在离心力和惯性力作用下，从空气中分离出来并沉降于壳体底部，由放油水阀定期排出。3 储气罐作用：1 用来储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；2 当出现空压力停机、突然停电等意外事故时，可用储气罐中储存的压缩空气实施紧急处理； 3 减小压缩机输出气流脉动，稳定空压站管道中的压力。还能降低压 缩空气温度，分离压缩空气中的部分水分和油分。储气罐的高度H为其内径D的23倍，其上应安装安全阀和压力表，以控制和指示储气罐内的压力。底部应设置放油、水的接管和阀门，以便定期排放污物。4 干燥器 作用是为了满足精密气动装置用气，把初步净化的压

13、缩空气进一步净化以吸收和排除其中的水分、油分及杂质，使湿空气变成干空气。干燥器的形式有吸附式、加热式、冷冻式等。图示为吸附式干燥器，利用具有吸附性能的吸附剂（如硅胶、活性氧化铝）吸附空气中水蒸气的一种空气净化装置。湿空气从进气管1流入，通过吸附剂层21，过滤网20，上栅板19和下部吸附剂层16后，其中水分被吸附剂层吸收而变得干燥，然后再经过钢丝过滤网15，下栅板14和过滤网12，干燥而洁净的压缩空气从输出管8排出。三管道系统四 气动三大件分水过滤器、减压阀、油雾器一起称为气动三大件。三大件依次无管化连接而成的组件称为三联件。是多数气动设备中必不可少的气源装置。图示为气动三联件组件。1 过滤器2

14、 油雾器3 减压阀大多数情况下，三大件组合使用，其安装次序依进气方向为分水过滤器、减压阀、油雾器，应安装在用气设备近处。1 分水过滤器 又名空气过滤器作用是滤除压缩空气中的水分、油滴及杂质，以达到气动系统所要求的净化程度，属于二次过滤器。分水过滤器可以单独使用，也可组成气动三联件使用，它主要根据系统所需流量、过滤精度和容许压力等参数来选取，通常垂直安装在气动设备入口处，进出气孔不得装反，使用中注意定期放水，清洗或更换滤芯。2 油雾器 一种特殊的注油装置。作用是当压缩空气流过时，将润滑油喷射成雾状，随压缩空气流进需要润滑的部件，达到润滑目的。3 减压阀：起减压和稳压作用，工作原理与液压系统减压阀

15、相同。第二节 气 动 辅 件一 消声器气缸、气阀等工作时排气速度快，气体体积急剧膨胀，会产生刺耳的噪声，一般可达100120dB，这种噪声损害人体健康，恶化工作环境。通常在排气口安装消声器。消声器就是通过阻尼或增加排气面积来降低排气的速度和功率，从而降低噪声。消声器类型：吸收型消声器、膨胀干涉型、膨胀干涉吸收型二 管道连接件：包括管子和管接头，是气动系统的动脉，起着连接各元件的重要作用，通过它向各气动装置和控制点输送压缩空气。管件材料有金属和非金属之分，金属管件多用于车间气源管道和大型气动设备，非金属管道用于中小型气动系统元件之间的连接以及需要经常移动的元件之间的连接，如气动工具。管道连接大多

16、采用螺纹连接式、嵌入式焊接和对接焊接式。在气动系统中元件之间的连接主要用软管。软管的特点是可挠性、吸振性、消声性以及连接、调整方便等。主要有橡胶管、尼龙管、聚乙烯管。第三节 气动执行元件 气动执行元件是将压缩空气的压力能转换为机械能的装置。包括气缸和气马达。气缸用于实现直线往复运动或摆动，气马达则用于实现连续回转运动。一 气缸与液压缸相比，气缸的特点：具有结构简单，制造成本低，污染小，便于维修，动作迅速等，但由于推力小，广泛应用在轻载系统。由于气体的可压缩性使气缸在速度控制、抗负载影响等方面的性能劣于液压缸。当需要精确地控制运动速度，减小负载变化对运动的影响时，常用气-液联合装置等实现。速度特

17、性气缸活塞在整个运动过程中，有杆腔和无杆腔不断进行充气和排气，且空气介质有可压缩性，要使气缸活塞在全行程中保持等速运动是困难的。通常所说的气缸速度是指气缸活塞运动的平均速度。气缸的爬行： 使活塞产生“忽停忽走”或忽快忽慢的运动现象。通常选用排气节流。气缸的“自走”：在气缸的运动过程中，当外界负载变化较大时，即使采用排气节流调速也难以使气缸速度平稳。这是因为负载变化时，空气介质有压缩性，气缸两腔室中的压力差随之变化而引起平衡破坏，为了达到新的平衡，只能依靠两腔室中气体的膨胀或压缩来自行调节。例如，当外界负载突然变大时，气缸活塞杆不但不前进，反而后退；若负载突然减小时，则能引起气缸活塞向前冲。这种

18、由于外界负载变化而引起气缸速度变化的现象称为“自走”，要消除此现象，可借助气-液阻尼缸。标准气缸：最常选用，符合国际标准ISO6430, ISO6431 ,ISO6432的普通气缸 a 标准化气缸系列和标记：用符号“QG”表示气缸，用符号“A、B、C、D、H”表示五种系列具体标记方法： QGA、B、C、D、H缸径 - 行程五种标准化气缸系列为：QGA：无缓冲普通气缸 QGB：细杆(标准杆)缓冲气缸QGC：粗杆缓冲气缸 QGD：气-液阻尼气缸QGH：回转气缸例：标记为QGA100125的标准化气缸，就是缸筒直径D为100mm，行程s为125mm的无缓冲普通气缸。b 标准化气缸主要参数是缸径D和行

19、程s，因为在一定的气源压力下，缸径D标志气缸活塞杆的理论输出力，行程s标志气缸的作用范围。采用外观精美的铝型材作为缸筒，前后缸盖直接由螺钉固定于缸筒上。气缸的安装与连接件已标准化。缸筒上的型槽用来插入行程开关，插入的行程开关是统一尺寸。其它典型气缸1. 膜片气缸主要由膜片和中间硬芯相连来代替普通气缸中的活塞，压缩空气作用在膜片上，依靠膜片在压力作用下的变形来使活塞杆前进，活塞位移较小，一般小于40mm，气缸靠弹簧复位，密封性好。特点：结构紧凑，无泄漏损失，成本低，维修方便，行程较小，适用于气动夹具，自动调节阀及短行程工作场合如汽车刹车装置。2 冲击气缸 冲击气缸可把压缩空气的压力能转化为活塞高

20、速运动的动能，利用此动能作功，具有体积小、结构简单、易于制造、冲击力大和操作简便等优点，可用于锻造、冲孔、铆接、切割和压配等各个方面。冲击气缸的整个工作过程可分为三个阶段：第一段：气源由孔A供气，孔B排气，活塞向上运动并用密封垫封住喷嘴，气缸上腔成为密封的储气腔。第二段：气源改由孔A排气，孔B进气，由于上腔气压作用在喷嘴上面积较小，而下腔气压作用面积大，可使上腔储存较高的能量。第三段：上腔压力继续增加，下腔压力继续降低，上下腔压力比大于喷嘴和活塞面积比时，活塞离开喷嘴上腔的气体迅速充入到活塞与中盖间的空间，活塞将以极大的加速度向下运动，气体的压力能转换为活塞的动能，利用这个能量对工件冲击作功，

21、产生很大的冲击力。内径230mm，行程403mm的冲击气缸，就可胜任400500kN冲床工作。3 气-液阻尼缸气-液阻尼缸是以压缩空气为能源，利用液压缸控制流量来获得活塞的平稳运动和调节活塞的运动速度。在机械加工中实现进给运动的气缸，不仅要有足够的驱动力，用以推动刀具进行切削加工，同时还要求运动速度均匀可调，在负载变化的情况下，运动仍是平稳的，普通气缸不能满足要求，当外界负载变化较大时，气缸可能产生“爬行”或“自走”，影响加工精度。图示为串联式气-液阻尼缸的工作原理图及职能符号图。该缸是由气缸5和液压缸4串联而成，两缸的活塞由一根活塞杆带动，故气缸活塞运动必然带动液压缸活塞向同一方向运动。当气

22、缸5中压缩空气推动活塞向左移动时，液压缸4左腔排油时只能经节流阀3流入液压缸右腔，所以产生阻尼作用，使活塞杆平稳运动，调节节流阀3，即可改变活塞杆平稳运动的速度。反之，气缸5中压缩空气推动活塞向右移动时，液压缸4右腔排油经单向阀2流入液压缸左腔，所以阻尼作用很小，故活塞杆以快速退回。因液压缸4为双活塞杆式液压缸，所以液压缸两腔的进、排油量基本相等，只有很小量的泄漏，通常只用油杯补油即可。由此可见，气-液阻尼缸是以压缩空气为能源，利用液压缸控制流量来获得活塞的平稳运动和调节活塞的运动速度。气缸的选择首先，根据对气缸的工作要求，选定气缸的规格：缸径和行程。按气缸的工作要求的行程加上适当的余量，依此

23、值选取相近的标准行程作为预选行程，以此进行轴向负载检验（压杆稳定性）、径向载荷及缓冲性能校核。其次，还应考虑：环境条件（温度、粉尘、腐蚀性等），安装方式，活塞杆的连接方式（内外螺纹、球铰等）及行程发信方法。气缸行程应选择生产厂商提供的标准行程。而不应根据设计计算值选择。如若气缸用作推送重物或挤压工件，当气缸行程到达终点时，工作气压作用在活塞上的力完全可能全部作用在缸盖上，而不是通过活塞杆作用在重物或工件上。也就是说，由于制造公差或安装公差，气缸行程到达终点时，重物或工件没有受到气缸输出力的作用。当然，选用标准气缸（比实际行程来得大）就避免了这种现象的发生。这就不难理解为什么国际标准规定的气缸行

24、程允差全是正公差而没有负公差的原因了。第四节 气动控制阀气动控制元件分为：气动控制阀和气动逻辑元件。气动控制阀是用来控制和调节气压传动系统中压缩空气的压力、流量和气流方向，保证气动执行元件具有一定的力（或力矩）和速度并按设计的程序正常的进行工作。按照阀在系统中所起的作用分为：压力控制阀：调压和稳压，如减压阀、溢流阀、顺序阀流量控制阀：控制气体流量，如节流阀、单向节流阀等方向控制阀：控制气流方向与通断，按其功能分为换向性控制阀和单向型控制阀。气阀和液压阀的比较1 使用的能源气动元件和装置可用空压站集中供气，根据使用要求，各控制点用减压阀调节各自的工作压力。液压阀都有回油口，便于油箱收集用过的液压

25、油。气动控制阀可以通过排气口直接把压缩空气向大气排放。2 对泄漏的要求液压对向外的泄漏要求严格，而对元件内部的泄漏是允许的，通常将泄漏的油回收到油箱里。液压管道的泄漏将造成压力明显下降。对气动控制阀，除间隙密封的阀以外，原则上不允许泄漏。气动阀内部泄漏有导致事故的危险。对气动管道允许有少许泄漏。3 润滑要求液压的工作介质是液压油，不存在润滑要求，气动的工作介质为空气，常含有水分，无润滑，因此需要油雾润滑。阀的零件应选择不易受水腐蚀的材料。4 压力范围气阀的工作压力范围比液压阀低5 使用特点一般气阀比液压阀结构紧凑，重量轻，易于集成安装，阀的工作频率高，使用寿命长。气阀向低功率、小型化方向发展，

26、已出现功率只有1W甚至0.5W的低功率电磁阀，与微机和PLC直接相连，特别是阀岛技术，适用于气动工业机械手、复杂的生产装配线等场合。单向型控制阀1 或门型梭阀：相当于两个单向阀的组合，其作用相当于“或门”工作原理：该阀有两个输入口P1、P2，一个输出口A，阀芯在两个方向上起单向阀的作用。当P1口进气时，阀芯将P2口切断， P1口与A口相通，A口有输出；当P2口进气时，阀芯将P1口切断， P2口与A口相通，A口有输出；如P1口和P2口都有进气时，活塞移向低压侧，使高压侧进气口与A口相通。如两侧压力相等，则先加入压力一侧与A口相通，后加入一侧则关闭。或门型梭阀应用实例该回路应用或门型梭阀，使手动阀

27、和电磁阀均可单独操纵控制气缸的动作。2 快速排气阀常装在换向阀和气缸之间，它使气缸不通过换向阀而快速排出气体，可加快气缸往复动作速度。当P口进气时，膜片被压下封住排气口，气流经膜片四周小孔、A口流出；当气流反向流动时，A口气压将膜片顶起封住P口，A口气体经O口迅速排掉。快速排气阀应用实例当按下定位手动换向阀1时，气体经节流阀2、快速排气阀3进入单作用缸4，使缸4缓慢前进；当定位手动阀回复原位时，气源切断，这时气缸中的气体经快速排气阀3快速排空，使气缸在弹簧作用下迅速复位，节省了气缸回程时间。 阀岛技术是由著名的德国气动厂家FESTO公司最先发明并引入应用的。 阀岛是指按照系统的实际需求，将各种

28、功能的电磁阀或真空发生器和各种电气接口形式结合在一起的气电组合单元,并且已将电磁线圈或外部传感器、命令按扭的输入或其它输出控制连线引至电接口部分,电磁阀统一进气、排气,用户只需将各个电磁阀的气输出口与相应的执行机构相连,将电接口插头与相应的控制器(PLC或工控机)的接口相连。目前阀岛的电接口形式有带独立插头、带多针插头、带现场总线、带内置PLC等形式,可根据系统需要选择。 方便安装、减少开发周期、节省布线时间、易于诊断和维修 第五节 气动逻辑元件气动逻辑元件是一种以压缩空气为工作介质，通过元件内部的可动部件的动作，改变气流流动的方向，从而实现一定逻辑功能的气动控制元件。在结构原理上，气动逻辑元

29、件基本上是和方向控制阀相同，仅仅是体积、通径较小，一般用来实现信号的逻辑运算功能。近年来，随着气动元件小型化以及PLC可编程控制器在气动自动化系统中的大量应用，气动逻辑元件的应用范围已日益减少。一 气动逻辑元件的分类和特点1 分类a 按工作压力不同，分为：微压元件（工作压力在0.02MPa以下）、低压元件（工作压力在0.020.2MPa）和高压元件（工作压力在0.20.8MPa)b 按逻辑功能不同，可分为“或门”元件、“与门”元件、“非门”元件、“双稳”元件等。c 按结构不同，分为截止式逻辑元件、膜片式逻辑元件、滑阀式逻辑元件、球阀式逻辑元件。2 特点a 元件孔径较大，抗污染能力较强，对气源的

30、净化程度要求较低。b 元件在完成切换动作后，能切断气源和排气孔之间的通道，即具有关断能力，无功耗气量较低。c 负载能力强，适应能力较强，可在各种恶劣环境下工作。d 在强冲击振动下，有可能使元件产生误动作。二高压截止式逻辑元件是依靠气压信号推动阀芯或通过膜片变形推动阀芯动作，改变气流通路以实现一定的逻辑功能。1 与门元件当a及b同时有信号时，由于驱动膜片5的面积大于阀芯1的下面积，阀芯下移，封死上阀座3，打开下阀座2，使b与s相通，这样就有信号输出。当a、b两孔中只有一个有气信号时，s口均无信号输出。2 是门元件将与门元件的信号孔b改为气源P，则成为一个是门元件。当无信号时，气源压力P使阀芯上移，关闭输出通道；当有信号从a口输出时，阀芯下移，气源气流可从s口输出。3 或门元件当a输入口有信号时，阀板封闭下阀口，a与s 相通，输出s有气信号；同样，b输入口有气信号时，阀板向上封闭阀口，b与s相通，输出口s也有气信号输出；若a、b两个口均有输入，则信号强者将关闭信号弱者的阀口，输出s仍然有气信