10-气压传动基础知识幻灯片

第10章气压传动基础知识目的任务:主要介绍气压传动的基本知识重点：气压传动的基本知识及气动元件。难点：压传动的基本知识及气动元件的结构和工作原理。气压传动是以压缩空气作为工作介质进行能量的传递和控制的一种传动形式。气压传动的优点：1）工作介质是空气，来源方便，取之不尽，使用后直接排入大气而无污染，不需要设置专门的回气装置。2）空气的粘度很小，所以流动时压力损失较小，节能，高效，适用于集中供应和远距离输送。3）气动动作迅速，反应快，维护简单，调节方便，特别适合于一般设备的控制。4）工作环境适应性好。特别适合在易燃、易爆、潮湿、多尘、强磁、振动、辅射等恶劣条件下工作，外泄漏不污染环境，在食品、轻工、纺织、印刷、精密检测等环境中采用最为适宜。5）成本低，过载能自动保护。气压传动的缺点：1）空气具有可压缩性，不易实现准确的速度控制和很高的定位精度，负载变化时对系统的稳定性影响较大。2）空气的压力较低，只适用于压力较小的场合。一般工作压力较低（0.3～1MPa），总输出力不宜大于10～40kN。3）排气噪声较大，高速排气时应加消声器。4）空气无润滑性，故气路中应设置给油润滑装置。第一节空气的物理性质1、空气的组成主要成分有氮气、氧气和一定量的水蒸气。2、干空气与湿空气含水蒸气的空气称为湿空气；不含水蒸气的空气称为干空气。6、湿度湿空气所含水份的程度用湿度和含湿量来表示。湿度的表示方法有：绝对湿度和相对湿度之分。7、压缩空气的析水量压缩空气一旦冷却下来，相对湿度将大大增加，到温度降到露点以后，水蒸气就要凝析出来。第二节理想气体的状态方程1、理想气体的状态方程理想气体：不计粘性的气体称为理想气体。空气可视为理想气体。理想气体的状态方程：一定质量的理想气体在状态变化的瞬间遵循以下气体状态方程：2、气体状态变化过程（1）等温过程在等温过程中，无内能变化，加入系统的热量全部变成气体所做的功。在气动系统中气缸工作、管道输送空气等均可视为等温过程。式中k为绝热指数，对空气来说k=1.4。气动系统中快速充、排气过程可视为绝热过程。（2）绝热过程

一定质量的气体和外界没有热量交换时的状态变化过程叫做绝热过程。第三节气动元件气动元件是组成气压传动系统的最小单元，气动元件包括：（1）动力元件（气源装置）（2）气动控制元件（3）气动执行元件（4）气动辅助元件。一、气源装置气源装置为气动系统提供满足一定质量要求的压缩空气，是气动系统的重要组成部分。气动系统对压缩空气的主要要求：具有一定压力和流量，并具有一定的净化程度。气源装置由以下四部分组成：（1）气压发生装置——空气压缩机；（2）净化、贮存压缩空气的装置和设备；（3）管道系统；（4）气动三大件：空气过滤器、减压阀、油雾器。1、空气压缩机

空气压缩机是将机械能转换为气体压力能的装置（简称空压机，俗称气泵）。按工作原理不同分为容积式和速度式两大类型。容积式压缩机是通过运动部件的位移，周期性地改变密封的工作容积来提高气体压力的。它包括活塞式、膜片式和螺杆式等。速度式压缩机是通过改变气体的速度，提高气体动能，然后将动能转化为压力能来提高气体压力的。它包括离心式、轴流式和混流式等。在气压传动中一般多采用容积式空气压缩机。2、空气净化装置在气压传动中使用的低压空气压缩机多采用油润滑，由于它排出的压缩空气温度一般在140～170℃之间，使空气中的水分和部分润滑油变成气态，再与吸入的灰尘混合，便形成了水汽、油气和灰尘等混合杂质。如果将含有这些杂质的压缩空气直接输送给气动设备使用，就会给整个系统带来不良影响：

（1）混入压缩空气的油蒸汽可能聚集在贮气罐、管道等处形成易燃物，有引起爆炸的危险；（2）润滑油被汽化后会形成一种有机酸，对金属设备有腐蚀生锈的作用，影响设备受命。（3）混在压缩空气中的杂质沉积在元件的通道内，减小了通道面积，增加了管道阻力。严重时会产生阻塞，使气体压力信号不能正常传递，使系统工作不稳定甚至失灵。（4）压缩空气中含有的饱和水分，在一定条件下会凝结成水并聚集在个别管段内。在北方的冬天，凝结的水分会使管道及附件结冰而损坏，影响气动装置正常工作。（5）压缩空气中的灰尘等杂质对运动部件会产生研磨作用，使这些元件因漏气增加而效率降低，影响它们的使用寿命。因此，在气压传动系统中，设置除水、除油、除尘和干燥等气源净化装置，提高压缩空气质量保证气动系统正常工作。在某些特殊场合，压缩空气还需经过多次净化后方能使用。常用净化装置有：后冷却器、贮气罐、空气过滤器、空气干燥器、除油器和排水器。1）、后冷却器

其作用是将空气压缩机排出的气体由140～170℃降至40～50℃，使压缩空气中的油雾和水汽迅速达到饱和，大部分析出并凝结成水滴和油滴，以便经油水分离器排出。按冷却方式不同有水冷式和风冷式两种。冷却器属于主管道净化装置，应符合压力容器安全规则的有关规定。2)、贮气罐贮气罐的作用是贮存空压机排出的压缩空气，减小压力波动。调节压缩机的输出气量与用户耗气量之间的不平衡状况，保证连续、稳定的流量输出或以备发生故障和临时需要应急使用；进一步沉淀分离压缩空气中的水分、油分和其他杂质颗粒。贮气罐一般采用焊接结构，其形式有立式和卧式两种，立式结构应用较为普遍。使用时，贮气罐应附有安全阀、压力表、排污阀和清理检查用的孔洞等附件。此外，还必须符合锅炉及压力容器安全规则的有关规定。使用前应按标准进行水压试验。3）、空气过滤器空气过滤器的作用是滤除压缩空气中所含的液态水滴、油滴、固体尘粉颗粒及其他杂质。过滤器一般由壳体和滤芯组成。按滤芯采用的材料不同可分纸质、织物、陶瓷、泡沫塑料和金属等形式。常用的是纸质式和金属式。空气进入过滤器后，由于旋风叶片的螺旋导向作用而产生急速的旋转,在离心力作用下，油水及大颗粒杂质被分离并沿壁向下流到油水分离器底部，空气在透过滤层的过程中得到进一步净化。空气过滤器要定期清洗和更换滤芯，否则将增加过滤阻力，降低过滤效果，甚至堵塞。

4）、油水分离器主要是用离心、撞击、水洗等方法使压缩空气中凝聚的水分、油分等杂质分离出来，让压缩空气得到初步净化。其结构形式有环形回转式、撞击并折回式、离心旋转式、水浴式以及以上形式的组合使用等。

5）、干燥器干燥器的作用是进一步除去压缩空气中含有的水分、油分、颗粒杂质等，使压缩空气干燥，用于对气源质量要求较高的气动装置、气动仪表等。主要采用吸附、离心、机械降水及冷冻等方法。目前使用的干燥方法主要是吸附法和冷冻法。冷冻法是利用制冷设备使空气冷却到一定的露点温度，析出空气中超过饱和水蒸汽压部分的水分，以降低其含湿量，增加干燥程度的方法。吸附法是利用硅胶、铝胶、分子筛、焦炭等吸附剂吸收压缩空气中的水分，使压缩空气得到干燥的方法。吸附法除水效果很好。采用焦炭作吸附剂效果较差，但成本低，还可以吸附油分。

压缩空气从进气管1进入干燥器，通过上吸附剂层21、铜丝过滤网20、上栅板19和下吸附剂层16以后，其中的水分被吸收而得到干燥；然后经过铜丝过滤网15、下栅板14、毛毡13和铜丝过滤网12过滤掉灰尘和其它固态杂质后从排气管8中输出。干燥器中的吸附剂吸水达到饱和状态后失去吸附水分的能力，需用干燥的热空气或其它方法除去吸附剂中的水分，使其再生后才能使用。硅胶一般用180～200摄氏度的热空气再生，铝胶用200摄氏度的热空气再生。吸附剂的再生在干燥器中直接进行：关闭进气管1和排气管8，将干燥再生热空气从管7通入，使吸附剂吸附的水分蒸发为水蒸汽，从管4和6排入大气。经过3-4小时干燥，4-5小时冷却，干燥器就可以再使用了。气源装置中一般设置两套干燥器，一套工作时，另一套再生。6）、油雾器其作用是将润滑油雾化后喷入压缩空气管道的空气流中，随空气进入润滑系统中的可动件。它有油雾型和微雾型两种。油雾型固定节流式油雾器：喷嘴杆上的孔2面对气流，孔3背对气流。有气流输入时，截止阀10上下有压力差，被打开。油杯中的润滑油经吸油管11，视油帽8上的节流阀7滴到喷嘴杆中，被气流从孔3引射出去，成为油雾从输出口输出。二、气动控制元件气动控制元件的作用是调节压缩空气的压力、流量、方向以及发送信号，以保证气动执行元件按规定的程序正常地动作。按功能可分为压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀以及能实现一定逻辑功能的逻辑元件。1、压力控制阀

压力控制阀的作用是控制压缩空气的压力和依靠空气压力来控制执行元件动作顺序。压力控制阀是利用压缩空气作用在阀芯上的力和弹簧力相平衡的原理来进行工作的。压力控制阀主要有减压阀、溢流阀和顺序阀。(1)减压阀其作用是将出口压力调节在比进口压力低的调定值上，并能使输出压力保持稳定（又称为调压阀）。减压阀分为直动式和先导式两种。上图为常用的QTY型减压阀（直动式）的结构原理图：调节手轮1即可改变调定压力的大小。当输入压力升高或下降时，膜片上移或下移，引起阀芯向上或向下移动，使阀口开度减小或增大，通过自动调节，使输出压力稳定。(2)溢流阀

其作用是当系统中的压力超过调定值时，使部分压缩空气从排气口溢出，并在溢流过程中保持系统中的压力基本稳定，从而起过载保护作用（又称为安全阀）。溢流阀也分为直动式和先导式两种。在具体结构上有活塞式，膜片式和球阀式等。

图示为直动式溢流阀结构原理图。当输入压力超过调定值时，阀芯3便在下腔气压力作用下克服上面的弹簧力抬起，阀口开启，使部分气体排出，使压力降低，从而起到过载保护作用。调节弹簧的预紧力可改变调定压力的大小。2、流量控制阀流量控制阀作用是通过改变阀的通气面积来调节压缩空气的流量，控制执行元件运动速度。它主要包括节流阀、单向节流阀、排气节流阀和行程节流阀。图示为排气节流阀的工作原理图。从图上可以看出，气流从A口进入阀内，由节流口1节流后经由消声材料制成的消声套排出。调节右端手轮，即可调节通过的流量。由于节流口后有消声器件，所以它必须安装在执行元件排气口处。这样排气节流阀不仅能调节执行元件的运动速度，还可以起降低排气噪声的作用。3、方向控制阀

方向控制阀作用是控制压缩空气的流动方向和气流的通断。方向控制阀种类很多，也有与液压方向阀相似的多种分类方法，故不再重复。（1）单向型方向控制阀

其作用是只允许气流向一个方向流动。它包括单向阀、梭阀、双压阀和快速排气阀等。

（2）换向型方向控制阀

其作用是通过改变气流通道，改变气流方向，以改变执行元件运动方向。由于其换向原理与相同类型液压换向阀相似，故不再重复。