现代实用气动技术

现代实用气动技术

概论气动基础知识气动元件气动回路及系统设计气动技术在各行业中的应用

气路的维护及故障分析

现代实用气动技术概论气动技术的发展历程气动技术的特点

气动元件与系统的基本构成气动技术的应用范围

气动技术的发展历程人类在两千年以前就认识到：在一定条件下，空气能产生动力并实现动作，如风车、风箱等；十七世纪，伽利略当众演示了产生真空时的大气压的动力；十九世纪，出现了能实际应用的气动机器，用于铁路行业和气动管道输送；二十世纪四五十年代，美国出现了最早的气缸、气阀工厂；六十年代后，“压缩空气”才被定义为工业气动的介质，并与加工自动化相结合，形成了现代气动技术；我国的气动行业起步较晚，1956年左右才有工厂小规模的生产气动元件，1975年国家开始有领导地组织起来进行气动产品设计，经过“七五”“八五”技术改造和近些年的发展，大大缩短了与国外气动技术的差距。气动技术的特点气动传动与电气、液压、机械等传动比较气动技术的优缺点结构简单、紧凑、易于制造，气源来源方便，便于贮存。在易燃、易爆、强磁、粉尘大等恶劣场合，工作安全可靠。工作压力一般为0.4-0.6MPa，故输出力和力矩不大，传动效率较低；因空气有压缩性，实现精密控制困难。

项目机械传动电气传动液压传动气压传动系统结构稍复杂复杂复杂简单系统体积大电子式最小大与继电器控制相当使用维护简单需专门技术比气动复杂简单能量贮存较难较难（设蓄电池）笨重复杂简单寿命长电器低于气动，电子最长较长长控制精度一般一般高较差防爆性防尘性好不好应采取措施有影响不好不好好好停电对策稍困难困难可可价格一般电器便宜电子贵较贵便宜

气动元件与系统的基本构成气动技术的应用范围在机床中用于送料、夹紧、定位、翻转、进给等工序；在工程机械上用于混凝土搅拌、建筑机械；在塑料机械上用于真空成型、吹瓶等；在冶金工业，用于各种恶劣环境中；在轻工机械的各种生产线上；在家用电器装配生产线上，用于抓起、升降、搬运等各种动作；在食品、医药、包装、印刷、焊接等；……。气动基础知识空气的物理性质空气的热力学性质湿空气气体的一元定常流动气动元件及回路的流量充放气特性空气的物理性质空气的组成空气的基本状态参数：密度、质量体积、压力、温度空气的压缩性空气的粘性标准状态和基准状态空气的热力学性质基本概念：热力系统、闭口系统、开口系统、绝热系统、热力方程、热量、功、可逆及不可逆过程等。热力学第一定律：

能量交换与守恒定律，闭口系统能量方程、开口系统能量方程。热力学过程：等温、等压、等容和绝热过程。气动元件的分类气源发生装置

气源处理元件

气动执行元件

气动控制元件气动辅助元件气源发生装置空气压缩机的选择及使用注意事项选用：首先按空压机的特性要求，选择空压机的类型。然后根据气动系统需要的工作压力和流量两个参数，确定空压机的输出压力和吸入流量，最终选取空压机的型号。例：执行元件工作压力为0.5MPa气动系统总压力损失0.2MPa，则空压机的输出压力为0.7MPa，气动系统的平均耗气量为Q标/min，选漏损系数k1=1.2，备用系数k2=1.4，利用系数k3=1.2，则Qc≥k1k2k3Q

安装：空压机的安装地点必须清洁、粉尘少、湿度小、温度低、通风好，以保证吸入空气的质量。要留有维护保养空间。使用：空压机用润滑油为防止高温下压缩机油发生氧化、变质而成油泥，必须使用厂家指定的压缩机用润滑油，并定期更换。空压机启动前应检查润滑油位是否正常，启动前和停车后，都应将气罐中的冷凝水排放掉。管道系统管道系统布置的原则按供气压力考虑：多种压力管道供气系统，降压管道供气系统，管道供气与瓶装供气相结合供气系统。按供气的空气质量考虑。按供气可靠性和经济性考虑。包括：终端管网供气系统（简单、经济、多用于间断供气），环状管网供气系统（可靠、压力损失少、压力稳定、投资高、多用于连续供气）。管路材料的选择：取决于工作压力、环境和介质温度、弯曲和安装要求、管接头的形式和价格等。主管道一般采用金属硬管。管道的计算步骤为：确定管道内径，估算管路的压力损失，验算强度。终端管网供气系统环状管网供气系统管道系统布置的注意事项尽量与其它管线、电线统一协调布置。压缩空气主管道应沿墙或柱子架空铺设，其高度不应妨碍运行。管长超过5m时，管道应向下倾斜，倾斜度为1%-3%。为避免长管道产生挠度，应在适当部位安装托架。管道支撑不得与管道焊接。沿墙或柱子接出的分支管上部须采用大角度拐弯后再向下引出。管道进入用气车间，应根据气动装置对空气质量的要求，设置主管道过滤器，干燥器，气动三联体等。为便于调试，不停气维修和更换元件，应设置必要的旁通回路和截止阀。管道装配前，管道、接头和元件内的流道必须吹洗干净。使用钢管时，应使用镀钭钢管或不锈钢管。2in以上的管道宜用法兰连接，2in以下可用螺纹连接，外径12mm以下可用软管。沿墙接出分支管示意图沿立柱接出分支管示意图气源处理的概念气源处理的必要性：变质油分的危害；水分的危害；锈屑、粉尘等的危害；其他。

空气质量不良是气动系统出现故障的最主要的原因，使气动系统的可靠性和寿命大大降低，由此造成的损失远大于气源处理装置的成本和维修费用，故正确选用气源处理系统及元件非常必要。杂质的来源：系统外部的杂质，如大气中的杂质；系统内部的杂质，如油泥等；系统安装和维修时产生的杂质。不同的应用场合对空气质量的要求不同

空气质量低劣，优良的气动设备也会事故频繁；过高的空气质量，又会增加设备的成本，因此，不同的气动设备对空气质量的要求不同。！空气质量指标及应用举例典型的气源处理系统气源处理元件主管道过滤器分水滤气器油雾分离器微雾分离器除臭过滤器干燥器气源处理三联体油水处理效率达到99%，杂质颗粒平均直径不大于50微米。可实现反压排放，能自动排污。过滤芯可以采用反清洗和低温煅烧法进行再生。KGL系列压缩空气过滤器

体积小、重量轻、性能佳；国际主流机型，模块化结构滚动膜片专利技术，流量在同规格下比国外产品大60%；调压曲线呈线性；采用流量传感器，大大降低了最低起雾流量；外加金属防护罩，自动排水，不停气加油；新型三联体QLPYQLPY系列新型三联件的选择及注意事项选用原则根据管路通径、流量大小、调压范围及过滤精度等技术参数选择所需的元件。注意事项分水滤气器：装配前要充分吹掉配管内切屑等杂质；要垂直安装，水杯向下；不得安装在接近空压机处；不便放水处应选自动放水型；要避免在有腐蚀的环境中使用；避免日光照射；滤芯应定期清洗或更换。减压阀：空气流动方向要按箭头方向安装；出口压力不要超过入口压力的85%等。油雾器：油雾器的进口方向不要装反；油杯内油面应处于上下限之间，注意及时补油；油雾器应尽量靠近气阀或气缸。

分水滤气器工作原理图对液态油、水分和杂质实行三次分离，最高过滤精度可达5微米，水分离效率﹥98%。水杯外加金属防护罩，更加安全可靠。有自动和手动两种排水方式供您选择。杯罩与器体采用卡口式联接，拆装方便。QP系列减压阀内部结构图QY系列油雾器流量传感器放大视图流量传感器自由组合执行元件将压缩空气的压力能转化为机械能，驱动机械作直线往复运动、摆动和旋转运动的元件，称为气动执行元件。

气动执行机构可分为气缸和气马达两类。作直线运动的气缸可输出力，作摆动的气缸可输出力矩，气马达可实现旋转运动。气缸

气缸是气动系统中使用最广泛的一种执行元件，根据使用条件、场合的不同，其结构、形状和功能也不一样，种类很多。按照将空气压力转换成力的受压部件的结构不同，气缸分为活塞式和非活塞式（如膜片气缸）。膜片气缸密封性能好，无摩擦阻力，无需润滑，但气缸行程短，大多用于生产过程中的夹紧和阀门开闭等过程。使用最多的是活塞式气缸。气缸的分类和特点按功能分类：标准型、省空间型（设计紧凑，安装空间小）、高精度型（位置精度高，适用于组装机械手和工件搬送）、止动型（运输线上让工件停止）、无杆型、带导杆型（气缸与导杆一体化设计，结构紧凑，具有耐横向载荷和杆不回转功能）、带阀型、中停型（带有锁紧机构，适于中停、急停）、冲击型、落下防止型等。按尺寸分类：微型缸(∮10mm以下)，小型缸（∮10-25mm)，中型缸（∮32-100mm），大型缸（∮100mm以上）；此外气缸还分标准行程、长行程和最大行程，标准行程不需向厂家特殊定货，非标行程为特殊行程，要根据特殊订货组织生产。按安装方式分类：固定式（基本型、脚座型、法兰型），摆动式（悬耳型，摆轴型）。按缓冲方式分类：无缓冲、垫缓冲、气缓冲、设置液压缓冲。按润滑方式分类：按驱动方式分类：气缸的基本构造单杆双作用气缸气缸的性能

瞬态特性：动特性、静特性。速度特性：

标准气缸的使用速度范围大多是50-500mm/s，当速度小于50mm/s时，由于气体的可压缩性，不能保证活塞作平稳运动，会出现爬行现象；当速度高于500mm/s时，气缸密封圈的摩擦生热加剧，会加速密封圈磨损，造成漏气，加大对缸盖的冲击。气缸理论输出力：

双作用缸：推力F=∏D2P/4,拉力F=∏（D2-d2)P/4

使用压力范围：指气缸的最低使用压力至最高使用压力。耐压性能：耐压力规定为气缸最高使用压力的1.5倍。环境温度和介质温度：泄漏量、耐久性、耗气量等特性。气缸的选择预选气缸的缸径：根据气缸的负载状态，确定气缸的轴向负载力F；根据负载的运动状态预选气缸的负载率；根据气源的供气条件，确定气缸的使用压力。预选气缸的行程：根据气缸的操作距离及传动机构的行程比预选气缸的行程，为便于安装调试，对计算出的行程要留有余量；应尽量选标准行程，以保证供货迅速，成本降低。选择气缸的品种：确定是缓冲型、轻型或重型等。验算缓冲能力：预选了缸径和行程后，必须验算一下气缸的缓冲能力是否符合要求。选择安装形式：活塞杆长度的验算：行程为零时，导向套可承受的横向负载为气缸理论输出力的1/20。另外在承受负载时活塞杆的变形要控制在一定的范围内。选择磁性开关、活塞杆端部接头等。气缸的使用注意事项要使用洁净干燥的空气；灰尘多的环境，杆侧应带有伸缩防护套，不能使用防护套的场合，应选用带强力防尘圈的气缸；安装悬耳型或耳轴型气缸时，应保证气缸的摆动和负载的摆动在一个平面上；通常活塞只能承受轴向负载，避免在活塞杆上施加横向负载和偏心负载；给油润滑气缸，应配置流量适合的油雾器；气缸运动能量不能完全被吸收时，应设计缓冲回路或外部增设缓冲机构；对高速运动的气缸，除减少负载和摩擦阻力外，应供气充足；气缸作低速运动，因流量小，速度控制和油雾润滑都比较困难。QGBQ轻型气缸寿命长达一千公里市场占有率国内第一缸筒从日本住友进口，内壁有一层PTFE涂层日本三菱产品的COP圈，它具有防回转结构。卧式节流浮动缓冲缸壁硬氧层特氟隆涂层缸壁经过特殊处理，使气缸的寿命长达4000公里气缸缸筒特制COP密封圈浮动缓冲机构QGCX小型气缸采用精拉薄壁不锈钢筒，前后端盖与缸筒滚压铆合而成外形美观，安装方式多样。型号齐全QGBM米型气缸结构尺寸是欧洲标准，缸筒从意大利进口。活塞密封为双向密封，密封圈日本进口。隐形拉杆，外形更加美观。QGD(II)薄型缸缸筒采用异型材加工有欧洲标准和亚洲标准两种，欧洲标准与FESTO的外形及安装方式相同，亚洲标准同SMC一样。制动气缸停气制动，制动误差小于2mm。可以实现多点制动，两制动位置最小距离不小于50mm。导向杆气缸导向装置，防回转精度小于0.04度。一般用在需精确定位的设备上。它的缸体采用小型缸和米型缸两种。旋转夹紧气缸用于工装夹紧位置90度旋转行程，工件装卸方便。薄型缸缸体，节省空间，有利安装。双内齿结构，扭矩增大体积小，节省空间。

90、180度两种旋转行程。QGABS摆动气缸

QGAL螺纹气缸外螺纹缸体，可直接固定于安装板。行程可通过调节安装位置改变。体积小，节省空间QGBH焊接夹紧气缸为汽车车身焊接设备特殊设计。三面设有气口，增加安装方式。QGCP平行双杆气缸采用双活塞杆，输出力增倍。体积小，安装灵活。高精度防回转。双伸杆式，可用作滑动单元。控制元件气动控制元件是用来控制和调节压缩空气的压力、流量和方向的，使气动执行机构获得必要的力、动作速度和改变运动的方向，并按规定的程序工作。按气动控制元件的作用，可分为方向控制阀、流量控制阀和压力控制阀。方向控制

阀的分类

能改变气体流动方向或通断的控制阀称为方向控制阀。方向控制阀的品种规格非常多，了解其分类比较容易掌握它们的特征，以利于选用：按阀内气流的流通方向分：只允许气流沿一个方向流动的控制阀叫单向型控制阀，如单向阀、梭阀、双压阀和快排阀。可以改变气流流动方向的控制阀叫换向型控制阀，如二位三通阀、三位五通阀等。按控制方式分类：电磁控制、气压控制、人力控制、机械控制。按动作方式分类：直动式和先导式，直动式阀通径较小，常作为小流量控制或作为先导式电磁阀的先导阀；先导式又分为内部先导式和外部先导式。按切换通口数目分类：切换通口包括入口、出口和排气口，按数目分有二通、三通、四通、五通阀。常通和常断式不能逆向流动，否则会造成密封圈不密封或密封失效。

方向控制

阀的分类

按阀芯的工作位置数分类：阀芯的工作位置简称“位”，阀芯有几个工作位置的阀就是几位阀。三位阀又包括中位封闭式、中位泄压式、中位加压式和中位止回式。按控制数分类：分为单控阀和双控阀，单控阀一个工作位置由控制信号获得，另一个工作位置靠弹簧或气复位，气复位使用压力高时复位力大，工作稳定；双控阀具有记忆功能。按阀芯的结构形式分类：阀芯的结构形式是影响阀性能的重要因素之一，常用的阀芯结构形式有滑柱式、截止式、滑柱截止式和滑块式（特点）。按密封形式分类：弹性密封和间隙密封。按连接方式分类：有管接式、板接式、法兰连接和集装连接。按流通能力分类：主要指连接口径和有效截面积。

方向控制阀的主要技术参数使用压力范围：指阀能正常工作的输入压力范围，正常工作是指阀的灵敏度和泄漏量应在规定指标范围内。一般为0.1-1.0MPa。介质温度与环境温度：流入气动元件内的气体温度称为介质温度，气动元件工作场所的温度称为环境温度。通常在5-60℃。最低工作频度：30天以内至少动作一次。恶劣条件下的工作能力：指阀的抗冲击、抗振动、防尘、防滴、防燃、防爆的能力电源条件：最低先导压力：能使阀正常换向的控制口的最低压力称为最低先导压力，一般为0.1-0.15MPa，若阀停放时间较长，最低先导压力会增高，动作一定时间后，最低先导压力将趋于稳定。响应时间：最大工作频度：指在正常换向条件下，单位时间内阀连续往复切换的最高次数。流量特性、泄漏量：耐久性：方向控制阀的选型根据使用条件和使用要求，选择结构形式；根据控制要求，选择控制方式；根据流通能力的要求或阀的有效截面积大小，预选阀的系列型号；选择连接方式；按工作条件和性能要求，最终确定阀的型号；电气规格的选择：主要指选择电源种类、电压大小、功率大小、接线方式等；如：SR电磁阀可适用于交流和直流电源，有10种电压供你选择，常有的配线方式有直接引线式（R）、接线座出线式（P和Q）、DIN插座式（D）、螺钉基本型（T）。 方向控制阀的使用注意事项接配管前，应吹尽管内的碎屑、油污、灰尘等；使用密封带时，螺纹头部应留下1-2个牙不绕密封带，应顺时针绕密封带；使用洁净的空气，一般应设置5um的空气过滤器；对冷凝水要及时清除，管理不便处应使用自动排水过滤器；电气接线应无接触不良；阀不通电时，才可使用手动按钮对阀进行换向；电磁阀的安装姿势是自由的，但双电控及三位式滑阀应水平安装，有振动的地方，滑阀应与振动方向垂直安装；主阀控制的呼吸孔及先导阀的排气孔不得阻塞或排气不畅；应避免将阀装在有腐蚀性气体、高温等场合。SR系列低功率不供油小型电磁换向阀集装阀MF540T型阀岛体积小低功率不供油寿命长SR阀阀杆瑞士TORNOS-BECHLER精密数控机床ZD密封圈静止状态阀芯向左运动阀芯向右运动ZD密封圈SR集装阀有E型和M型两种。集装阀安装空间小，维修方便，接管集中。便于集中控制，适用于自动控制系统。集装阀MF540T阀岛融合气动技术、计算机技术、信息技术，进一步集成化、模块化而形成的新型气电一体化产品。集中接线，外部整流。多芯接插件，可直接与计算机及PLC相联。集中束线接线，布线占用空间小。MF540T型阀岛SR防爆电磁阀PL型截止式电磁换向阀换向行程短，流量性能好；密封性能好，环境适应性强；受力平衡；操纵力小，没有背压；有两种先导方式可供选择。PL型截止式电磁换向阀新产品

PL阀动作示意图K22JP-L8高频电磁换向阀高频率，最高工作频率20次/秒；长寿命，达3.5亿次以上；大通径，高流量。新产品

MD(K)脉冲换向阀采用德国舒尔茨电磁先导阀技术，寿命长，换向频率高；有两种膜片可供选择：国产航天科技膜片，寿命100万次以上；进口膜片寿命200万次以上。阀体喷塑，外形美观，结构紧凑。排气迅速，大通径，高流量。新产品

K23JD截止式电控换向阀采用德国舒尔茨电磁先导头。截止式结构，对气源要求低，抗环境能力强。规格多，通径范围大。K22D膜片式换向阀采用德国舒尔茨电磁头膜片式结构，适用于空气、油、水、氟利昂等多种流体。二位三通气控换向阀采用气压力使阀芯换向，动作可靠。SR阀阀体结构，寿命长，性能可靠。人控、机控换向阀新型陶瓷阀芯手动转阀陶瓷阀芯，硬质密封。陶瓷材料硬度高、耐磨性好，接触面光滑。密封性好，寿命长。流量控制阀、延时阀单向阀延时阀节流阀T90调压阀体积小，可直接面板安装。内部件从美国进口。调压灵敏，压力稳定性好。气动辅件管接头消声器尼龙管、PU管气动传感器缓冲器真空元件压力开关其他辅件管接头的选择及注意事项管接头是连接管道的元件，被称为气动系统的动脉，其选择原则及注意事项为：根据用户使用要求的不同，可选用快换接头、金属接头等型式，具体接口与阀和缸的接口螺纹一致；快换接头只需将接管插到底就能连接牢固，拔管时用力将释放套向里推即可；安装配管前应吹尽管道及接头内灰尘等杂质；管子切断时，应保证切口垂直且不变形；接头拧到气动元件上时，拧紧力矩不要过大，以免损坏螺纹；管道弯曲处不得压扁或打摺。消声器的选择及注意事项对消声器的要求是，在噪声频率范围内消声效果要好，排气阻力小，结构耐用，便于清洗。通常根据换向阀的连接口径来选取消声器的规格；连接体采用树脂材料时，安装力不宜过大，也不要承受横向冲击；冬季要注意压缩空气中含有的水分会造成消声器冻结。气动回路基本回路压力控制回路位置角度控制回路速度控制回路气动换向回路同步控制回路其他回路常用回路安全保护回路气缸同步动作回路手动自动选用回路供气选择回路计数回路气动往复回路压力控制回路举例压力控制回路举例位置角度控制回路举例速度控制回路举例气动换向回路举例采用三位五通阀的双作用气缸换向回路同步控制回路举例其他控制回路举例气动系统的设计明确设计要求；合理选择传动和控制方式；设计气动控制回路；选择气动系统中的元件和设计非标元件；其它设计事项绘制气源处理系统框图；绘制管道安装施工图；绘制控制柜及控制面板元件安装位置图等。气动技术在各行业中的应用在冶铝工业中的应用在制药机械中的应用在塑窗机械行业中的应用在铁路工业中的应用在高科技领域中的应用在民爆火工行业中的应用在机床行业中的应用在印刷行业中的应用气路的维护与保养一台气动装置，如果不注意维护保养工作，就会过早损坏或频繁发生故障，使装置的使用寿命大大降低。在对气动装置进行维护保养时，应针对发现的事故苗头，及时采取措施，这样可减少和防止故障的发生，延长元件和系统的使用寿命。维护工作可以分为：经常性维护工作：定期维护工作：！气路故障诊断与对策

故障种类：初期故障突发故障老化故障

故障诊断方法：经验法：望闻问切推理分析法：仪表分析法、部分停止法、试探反证法、比较法。气动元件的日常维护气动系统维修检查表故障分析举例常见故障及其对策气路没有气压供压不足常见故障及其对策异常高压空气过滤器常见故障及其对策减压阀常见故障及其对策油雾器气缸漏气