第13章气执行元件和控制元件

第13章

气执行元件和控制元件掌握气动执行元件和控制元件的基本结构和工作原理，为气动系统的设计选择打下基础。在气压传动系统中，气动执行元件是一种能量转换装置。它是将压缩空气的压力能转变为机械能，驱动机械机械实现直线往复运动、摆动、回转运动或冲击运动。拨动执行元件分为：气缸和气马达。气缸用于实现直线往复运动或摆动，输出力和直线速度或摆动角位移；气马达则用于实现连续回转运动，输出转矩和转速。气动控制元件用来调节压缩空气的压力、流量和方向等，以保证执行机械按规定要求的程序进行工作。气动控制元件分为：压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。§13-1气缸第13章气执行元件和控制元件一、气缸的工作原理、分类及安装形式1、气缸的典型结构和工作原理如图所示为最常用的单活塞杆双作用气缸。它由缸筒、活塞、活塞杆、前端盖、后端盖及密封件等组成。在结构上它有两个工作腔和两个气口。§13-1气缸第13章气执行元件和控制元件2、气缸的分类按结构特征分：活塞式气缸和膜片式气缸。按运动形式分：直线运动缸和摆动气缸。3、气缸的安装形式1）固定式气缸脚座式和法兰式2）轴销式U形钩式和耳轴式3）回转式气缸4）嵌入式气缸§13-1气缸第13章气执行元件和控制元件二、常用气缸的结构原理1、普通气缸形式：单作用气缸和双作用气缸应用：无特殊要求的场合2、特殊气缸1）薄膜式气缸膜片有平膜片和盘形膜片特点：类似于弹簧复位的活塞式单作用气缸。优点：结构简单、紧凑、体积小、质量轻、密封性好、加工简单、维修方便等应用：适用于行程短的场合§13-1气缸第13章气执行元件和控制元件2）磁性开关气缸3）带阀气缸由气缸、换向阀和速度控制阀等组成的的一种组合式气动执行元件。4）带导杆的气缸承受横向载荷能力强5）无杆气缸6）锁紧气缸7）气动手爪8）气液阻尼缸9）摆动气缸§13-1气缸第13章气执行元件和控制元件三、气缸的技术参数1）气缸的输出力其计算方法与液压缸相同。2）负载率β其取值情况参见教材或相关专业书籍。3）气缸耗气量气缸每分钟移动的容积4）气缸的特性包括静态特性和动态特性。静态特性：与气缸输出力及耗气量密切相关的最低工作压力、最高工作压力、摩擦阻力等。动态特性：气缸运动过程中其两腔压力、温度、活塞速度及位移等参数随时间的变化情况。§13-1气缸第13章气执行元件和控制元件四、气缸的选型及计算1、气缸的选择型步骤1）气缸直径2）气缸行程3）气缸的强度和稳定性计算4）气缸的安装形式5）气缸的缓冲装置6）磁性开关7）其它要求§13-1气缸第13章气执行元件和控制元件2、气缸直径计算需根据其负载大小、运动速度和系统工作压力来确定。先确定气缸轴向负载F，再由气缸平均运动速度来选定气缸的负载率β，初选气缸工作压力，再由F/β计算出气缸的理论输出力Ft，最后计算出缸径和杆径，并加以圆整。一、气马达的特点质量轻体积小，具有很好的过载保护能力。应用：矿山机械和气动工具。二、分类和工作原理常用的气马达有叶片式和活塞式，此外还有膜片式马达。§13-2气马达第13章气执行元件和控制元件压力控制阀的功用：控制系统中气体的压力。压力控制阀的分类：一类是当输入压力变化时，能保证输出压力不变，如减压阀、定值器等；一类是用于保持一定的输入压力，如溢流阀等；还有一类是根据不同的压力进行某种控制，如顺序阀、平衡阀等。§13-3压力控制阀第13章气执行元件和控制元件一、减压阀（调压阀）1、减压阀的作用将输出压力调节在比输入压力低的调定值上，并保持稳定不变。2、减压阀的分类（自学）3、减压阀的结构原理1）直动式减压阀2）先导式减压阀4、减压阀的选择（自学）§13-3压力控制阀第13章气执行元件和控制元件二、溢流阀1、作用在系统中起限制最高压力，保护系统安全的作用。2、工作原理3、溢流阀的分类按控制方式分为：直动式和先导式。4、选型方法1）根据溢流量选阀的通径2）阀的调定压力越接近阀的最高使用压力，溢流阀的溢流特性越好。§13-3压力控制阀第13章气执行元件和控制元件三、顺序阀1、作用依靠气路中压力的变化来控制执行元件按顺序动作的压力控制阀。

2、顺序阀的工作原理3、单向顺序阀的工作原理单向顺序阀为顺序阀和单向阀的并联组合阀。§13-3压力控制阀第13章气执行元件和控制元件图12—12单向顺序阀

流量控制阀的功用：通过改变阀的通流面积来实现流量控制，以达到控制执行元件的运动速度的目的。流量控制阀的类型：节流阀、单向节流阀和排气消声节流阀等。教学要求：流量控制阀的基本结构、工作原理及工作特点、流量控制阀的选用。§13-4流量控制阀第13章气执行元件和控制元件§13-3压力控制阀第13章气执行元件和控制元件一、节流阀1、作用通过改变阀的通流面积来调节流量，以控制气缸的运动速度。2、工作原理二、单向节流阀1、作用用于控制气缸的运动速度，又称速度控制阀。2、工作原理三、排气节流阀1、作用装于排气口调节排入大气中的流量，以改变执行元件的运动速度。2、工作原理（同节流阀）流量控制阀的使用用流量控制阀控制执行元件的运动速度，除了在极少数场合(如气缸推举重物)采用进气节流方式外，一般均宜采用排气节流方式，以便获得更好的速度稳定性和动作可靠性。但由于气体的可压缩性大，气压传动速度的控制比液压传动来得困难。特别是在超低速控制中，仅用气动很难实现。一般气缸的运动速度不得低于30mm/s。在使用流量控制阀控制执行元件速度时必须充分注意以下几点：①流量控制阀应尽量安装在气缸附近，以减少气体压缩对速度的影响。②气缸和活塞间的润滑要好。要特别注意气缸内表面的加工精度和表面粗糙度。③气缸的负载要稳定。在外负载变化很大的情况下，可采用气—液联动以便进行较准确的调速。④管道不能存在漏气现象。§13-3压力控制阀第13章气执行元件和控制元件方向控制阀的作用：控制压缩空气的流动方向和气流通断。方向控制阀的分类：按气流在阀内的作用方向分为：单向型方向控制阀和换向型方向控制阀。单向型方向控制阀—只允许气流沿一个方向流动，如单向阀、梭阀、双压阀等。换向型方向控制阀。可以改变气流流动方向，该类阀简称为换向阀。§13-5方向控制阀第13章气执行元件和控制元件一、换向型方向控制阀1、分类（自学）2、几种典型换向阀（1）气控制换向阀靠外加的气压信号为动力切换主阀，控制回路的切换或开闭。外加气压称为控制压力。1）单气控加压式换向阀2）双气控加压式换向阀§13-4方向控制阀第13章气执行元件和控制元件（2）电磁控制换向阀1）直动式电磁换向阀利用电磁力直接推动阀芯换向。据操纵线圈数目分为单电控和双电控两种。特点：结构简单，换向频率高。只适用于小型阀。2）先导式电磁换向阀由小型直动式电磁阀和大型气控式换向阀构成。（3）机械控制换向阀（3）人力控制换向阀§13-4方向控制阀第13章气执行元件和控制元件图13—29直动式单电控电磁换向阀工作原理图(a)断电时状态；(b)通电时状态；1—电磁铁；2—阀芯二、单向型方向控制阀§13-4方向控制阀第13章气执行元件和控制元件13－32单向阀工作原理图a）A－P关闭状态b）P－A开启状态图13－33单向阀结构1－弹簧2－阀体3－阀芯（1）单向阀使气流只能朝一个方向流动，而不能反向流动的阀。单向阀常与节流阀组合，用来控制执行元件的速度。二、单向型方向控制阀（2）梭阀梭阀相当于是两个单向阀组合的阀，其作用相当于“或”门逻辑功能。

§13-4方向控制阀第13章气执行元件和控制元件图13—34梭阀(球阀式)梭阀工作原理示意图二、单向型方向控制阀（3）双压阀双压阀的作用相当于“与”门逻辑功能。图13－35所示为双压阀，有两个输入口P1、P2，一个输出口A。只有当两个输入都进气时，A口才有输出，当P1与P2口输入的气压不等时，气压低的通过A口输出。双压阀常应用在安全互锁回路中。

§13-4方向控制阀第13章气执行元件和控制元件图13－35双压阀结构图和工作原理图a）A无输出b）A无输出c）A有输出d）图形符号

二、单向型方向控制阀（4）快速排气阀当气缸或压力容器需短时间排气时，在换向阀和气缸之间加上快速排气阀，这样气缸中的气体就不再通过换向阀而直接通过快速排气阀排气，加快气缸运动速度。尤其当换向阀距离气缸较远，在距气缸较近处设置快速排气阀，气缸内气体可迅速排入大气。§13-4方向控制阀第13章气执行元件和控制元件图13－36快速排气阀结构图和工作原理图a）进气b）排气三、方向控制阀的选择①根据所需流量选择阀的通径。②考虑阀的机能是否保证工作需要，要尽量选择与所需机能一致的阀。③考虑阀的技术条件与使用场合是否一致。④根据使用条件和要求来选择阀的结构形式。⑤安装方式的选择，要从安装维护方面考虑，其中板式连接较好，特别对集中控制的系统优点更为突出。⑥优先采用标准化系列产品，尽量避免采用专用阀。§13-4方向控制阀第13章气执行元件和控制元件习题与思考题1、气动换向阀按结构的不同分为哪些类型?2、如图1所示为气动系统用二位三通直动式单电控电磁换向阀的工作原理图，试说明常闭（或常开）使用时的各对应阀口的名称和工作原理。3、如图2所示为气动系统用单向阀的工作原理图，试据图说明其工作原理。4、如图所示为梭阀的工作原理图，试简述其工作原理。图1图2图3习题与思考题如图所示为气动系统用单向阀的工作原理图，该阀在气动回路中的阀口田连接形