液压与气动技术 第2版 课件 项目1 认识气动系统

液压与气压系统控制

Hydraulicandpneumaticcontrolsystem泰州职业技术学院智能制造学院项目1认识气动系统

1.1认识气动剪板机气动系统导言传动分类机械传动：以机械元件传递能量带传动链传动齿轮传动流体传动液体传动液压传动、液力传动气体传动气动（PNEUMATIC）是“气动技术”或“气压传动与控制”的简称。液压与气压传动是研究以有压流体（压力油和压缩空气）为传动介质来实现各种机械传动和自动控制的学科。固体导言课程总体目标掌握液压与气压传动系统的基本理论、组成和在机电一体化设备上的应用，掌握液压与气动元件的功能、原理并能够正确选用，能够熟练组装、调试液压与气动控制回路，排除一般故障，培养学生良好的职业道德和创新精神。职业能力目标能正确选用与应用液压与气动元件；能阅读与分析液压与气动传动原理图；

能熟练组装、调试液压与气动控制回路；能进行机电一体化设备液压与气动调试，并分析排除简单故障。导言评价指标:平时20%（线上学习记录、线下考勤等）)实训50%（线上小组任务、线下实训及实训报告）检测30%（线上理论测验、线下实训考核）认识气动剪板机气动系统学习目标 了解气动系统组成与特点； 熟悉气动系统回路图； 系统压力的表示方法； 熟悉Fluidsim-P仿真软件。认识气动剪板机气动系统任务布置剪板机常采用气动传动控制，要求观察学习气动剪板机的工作情况和其气动控制系统，阅读气动剪板机气动系统图，了解气动传动系统的组成与特点，了解压力的表示方法，熟悉fluidsim软件，绘制气动剪板机气动系统图认识气动剪板机气动系统相关知识气动剪板机气动系统工作原理当工料11送入剪切机并到达规定位置时，机动阀8的顶杆受压右移而使阀内通路打开，气控换向阀9的控制腔A便与大气相通，阀芯受弹簧力的作用而下移。由空气压缩机1产生并经过初次净化处理后储藏在气罐4中的压缩空气，经空气过滤器5、减压阀6和油雾器7及气控换向阀9，进入气缸10的下腔；气缸上腔的压缩空气通过阀9排入大气。此时，气缸活塞向上运动，带动剪刃将工料切断。工料剪下后，即与机动阀脱开，机动阀8复位，所在的排气通道被封死，气控换向阀9的控制腔A气压升高，迫使阀芯上移，气路换向，气缸活塞带动剪刃复位，准备第二次下料。认识气动剪板机气动系统气动剪板机气动系统工作原理剪切机构克服阻力切断工料的机械能是由压缩空气的压力能转换后得到的。同时，由于换向阀的控制作用使压缩空气的通路不断改变，气缸活塞方可带动剪切机构频繁地实现剪切与复位的动作循环。认识气动剪板机气动系统气动系统的组成（1）动力元件(气源装置)其主体部分是空气压缩机(图1-1中元件1)。它将原动机(如电动机)供给的机械能转变为气体的压力能，为各类气动设备提供动力；（2）执行元件执行元件包括各种气缸(图1-1中元件10)和气动马达。它的功用是将气体的压力能转变为机械能，驱动工作部件。（3）控制元件控制元件包括各种阀体，如各种压力阀(图1-1中元件6)、方向阀(图1-1中元件8、9)、流量阀、逻辑元件等，用以控制压缩空气的压力、流量和流动方向以及执行元件的工作程序，以便使执行元件完成预定的运动规律。认识气动剪板机气动系统气动系统的组成（4）辅助元件辅助元件是使压缩空气净化、润滑、消声以及用于元件间连接等所需的装置。如各种冷却器、分水排水器、气罐、过滤器、油雾器(图1-1中元件2、3、4、5、7)及消声器等，它们对保持气动系统可靠、稳定和持久地工作起着十分重要的作用。（5）工作介质工作介质即传动气体，为压缩空气。气压系统是通过压缩空气实现运动和动力的传递的。认识气动剪板机气动系统气动系统的图形符号在工程实际中，一般都用简单的图形符号绘制气动系统原理图国家标准GB786.1-93规定了各元件的图形符号，这些符号只表示元件的功能，不能表示元件的结构和参数。认识气动剪板机气动系统气压传动特点气压传动的优点主要有(1)以空气为工作介质，较容易取得，用后的空气排到大气中，处理方便，与液压传动相比不必设置回收的油箱和管道。(2)空气粘度小(约为液压油的万分之一)，在管内流动阻力小，压力损失小，便于集中供气和远距离输送。即使有泄漏不会污染环境。(3)与液压相比，气动反应快，动作迅速，维护简单，管路不易堵塞，工作介质清洁、不存在介质变质及补充等问题。(4)气动元件结构简单、制造容易，易于实现标准化、系列化和通用化。(5)气动系统对工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣环境中工作时，安全可靠性优于液压、电子和电气系统。(6)排气时气体因膨胀而温度降低，因而气动设备可以自动降温，长期运行也不会发生过热现象。认识气动剪板机气动系统气压传动特点气压传动的缺点主要有(1)由于空气具有可压缩性，因此工作速度稳定性稍差，但采用气液联动装置会得到较满意的效果。(2)因工作压力低，又因结构尺寸不宜过大，总输出力不宜大于10~40kN。(3)噪声较大，在高速排气时要加消声器。(4)气动装置中的气信号传递速度比光、电控制速度慢，因此气信号传递不适用高速传递的复杂回路。认识气动剪板机气动系统气动与其他几种传动控制方式的性能比较见表。

气动液压电气机械输出力大小中等大中等较大动作速度较快较慢快较慢装置构成简单复杂一般普通受负载影响较大一般小无传输距离中短远短速度调节较难容易容易难维护一般较难较难容易造价较低较高较高一般认识气动剪板机气动系统气动技术的应用和发展节能化、小型化、轻量化、位置控制的高精度化，及与机、电、液、气相结合的综合控制技术方向发展。主要有：（1）与电子技术结合，大量使用传感器，智能化。（2）体积更小，重量更轻，功耗更低。（3）采用伺服控制，执行件定位精度提高刚度增加（4）更高的安全性和可靠性。

（5）向高速、高频、高响应、高寿命方向发展。（6）各种异型截面缸筒和活塞杆的气缸的应用。（7）多功能化，复合化，让用户安装使用更方便。（8）普遍使用无油润滑技术，满足某些特殊要求。认识气动剪板机气动系统我国气动技术现状伴随着中国制造2025的发展进程,气动技术在制造业转型升级中也将发挥越来越重要的作用。但我国气动行业的发展却较为滞后，气动技术是我国“强基工程”的重点提升对象。北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院蔡茂林教授团队联合北京理工大学，国家气动产品质量监督检验中心，无锡气动所有限公司等单位，共同研究提出的“气动元件关键共性检测技术及标准体系”摘得国家科技进步二等奖。为C919、ARJ21等国产客机翱翔蓝天保驾护航，在相关的标准数量已赶超美国和欧盟；认识气动剪板机气动系统我国气动技术现状在国防领域，中科院院士李天，被誉为“中国隐身技术之父”，率领科研团队，通过对先进隐身飞机气动布局的研究，开拓性地解决了气动与隐身在布局设计中的技术难点，为中国新一代先进战斗机的发展奠定了坚实基础。希望我们肩负起时代赋予的光荣使命，学以致用，技能报国，为擎起“制造强国梦”做出自己的贡献。认识气动剪板机气动系统空气的物理性质空气的组成和湿度自然界的空气是由若干气体混合而成的，其主要成分是氮(N2)和氧(O2)，体积分数为98.98%,其他气体占的比例极小，此外，空气中常含有一定量的水蒸气，对于含有水蒸气的空气称之为湿空气，不含有水蒸气的空气称之为干空气。湿空气所含水分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。认识气动剪板机气动系统绝对湿度绝对湿度指每立方米湿空气中所含水蒸气的质量，饱和绝对湿度

在某温度下，单位体积空气绝对湿度的最大值（超过这个量，就发生结露现象，也是指湿空气中水蒸气的分压力达到该湿度下水蒸气的饱和压力时的绝对湿度相对湿度

相对湿度指在某温度和总压力下，其绝对湿度与饱和绝对湿度之比气动技术中规定各种阀的相对湿度应小于95％最宜人的室内温湿度是：冬天温度为20至25℃，相对湿度为30%至80%；夏天温度为23至30℃，相对湿度为30%至60%空气的含湿量

空气的含湿量指每千克质量的干空气中所混合的水蒸气的质量认识气动剪板机气动系统空气的密度和粘度密度

空气的密度是表示单位体积V内的空气的质量m，用ρ表示粘度

空气的粘度是空气质点相对运动时产生阻力的性质。气体粘度的变化只受温度变化的影响，且随温度的升高而增大，压力的变化对粘度的影响很小，可忽略不计。认识气动剪板机气动系统压力的表示方法工程上压力根据度量基准的不同有两种表示方法：以绝对零压力为基准所表示的压力，称为绝对压力；以大气压力为基准所表示的压力，称为相对压力。仪表指示的压力是相对压力或表压力（指示压力），即高于大气压力的那部分压力。如果某点的绝对压力比大气压力低，说明该点具有真空，把该点的绝对压力比大气压力小的那部分压力值称为真空度。绝对压力=表压力+大气压力

真空度=︱大气压力-绝对压力︳压强认识气动剪板机气动系统压力的常用单位主要有以下几种：（1）国际单位制单位Pa（帕）、N/m2（我国法定计量单位）或兆帕(MPa)，1MPa=106Pa。（2）工程制单位kgf/cm2。国外也有用bar(巴），1bar=105Pa；psi（磅/平方英寸），1psi=6.895KPa。（3）标准大气压1标准大气压=101325Pa。（4）液体柱高度h=p/(ρg)，常用的有水柱、汞柱等，如1个标准大气压约等于10m水柱高。认识气动剪板机气动系统提问以大气压为基准计测压力时，基准以上的正值叫

表压力，基准以下的负值叫真空度。在泵的排油管路中，其绝对压力为10Mpa，则表压力为

9.9

Mpa；在泵的吸油管，绝对压力为0.07Mpa，则真空度为

0.03

Mpa。认识气动剪板机气动系统提问以大气压为基准计测压力时，基准以上的正值叫

，基准以下的负值叫

。在泵的排油管路中，其绝对压力为10Mpa，则表压力为

Mpa；在泵的吸油管，绝对压力为0.07Mpa，则真空度为

Mpa。认识气动剪板机气动系统请大家看以下压力表并读出压力值认识气动剪板机气动系统工作中发现压力表异常如何处理？红色表示异常，及时按照指引调整报告问题蓝色表示正常认识气动剪板机气动系统festo软件简介FluidSIM软件由德国Festo公司Didactic教学部门和Paderborn大学联合开发，是专门用于液压与气压传动的教学软件，FuidSIM软件分两个软件，FluidSIM-H用于液压传动教学，FluidSIM-P用于气压传动教学。FluidSIM软件的主要特征是CAD功能和仿真功能紧密联系在一起。可设计和液压气动回路相配套的电气控制回路。FluidSIM软件可用来自学、教学和多媒体教学液压（气压）技术知识。认识气动剪板机气动系统

Fluidsim软件应用简介FluidSIM软件工作界面介绍

元件库工具栏状态栏认识气动剪板机气动系统利用FluidSIM软件新建液压与气动回路图认识气动剪板机气动系统利用FluidSIM软件仿真液压与气动回路图认识气动剪板机气动系统任务实施1. 观察学习气动剪板机工作情况，说出其气动系统主要组成。2. 阅读气动剪板机传动系统图，分析其工作原理。3. 利用Fluidsim软件绘制气动剪板机气动系统原理图。4. 查找资料了解气动系统在生活或工业中的应用，并举出两到三个实例。液压与气压系统控制

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1.1认识气源系统认识气源系统学习目标熟悉气源系统；能辨别气源系统及气源处理装置实物及图形符号；能正确选用和合理使用空气压缩机。认识气源系统任务布置气源系统产生、处理和储存压缩空气。本任务要求观察学习各种气源系统及气源处理装置，熟悉其实物和使用方法。认识气源系统相关知识气源装置为气动系统提供符合规定质量要求的压缩空气，是气动系统的—个重要部分。气源装置的主体是空气压缩机对压缩空气的主要要求是具有一定压力、流量和洁净度。大气中混有灰尘、水蒸气等杂质，压缩空气必须经过降温、净化、稳压等一系列处理后方可供给系统使用认识气源系统空气压缩机空气压缩站(简称空压站)如图1-8所示，是为气动设备提供压缩空气的动力源装置当气动系统要求排气量大于或等于6~126m3/min，应设置独立空气压缩站；排气量要求低于6m3/min时，可将压缩机或气泵直接安装在主机旁边。认识气源系统DG工厂压缩机房实图储气罐压缩机输送管道认识气源系统DG工厂的压缩空气输送流程低压压缩机干燥过滤低压储存罐高压压缩机0.8MPa~0.9MPa用途：生产线3.68MPa~3.92MPa吹瓶间吹瓶模具水份微粒灰尘去除去除认识气源系统分类按结构形式主要可分为容积型和速度型两类按输出压力大小可分为低压空压机、中压空压机、高压空压机和超高压空压机按输出流量(排量)可分为微型、小型、中型和大型认识气源系统活塞式空压机工作原理目前，活塞式压缩机历史悠久，生产技术成熟，使用最广泛。活塞式空压机是通过转轴带动活塞在缸体内作往复运动，从而实现吸气和压气，达到提高气压的目的.单级活塞式空压机通常用于需要0.3~0.7MPa压力范围的场合。若压力超过0.6MPa，其各项性能指标将急剧下降，故往往采用分级压缩以提高输出压力。认识气源系统叶片式空压机工作原理定子、转子、叶片当转子旋转时，各滑片主要靠离心作用紧贴定子内壁。转子回转过程中，左半部(输入口)及气。在右半部，滑片逐渐被定子内表面压进转子沟槽内，滑片、转子和定子内壁围成的容积逐渐减小，吸入的空气就逐渐地被压缩，最后从输出口排出压缩空气。认识气源系统无油螺杆（DG工厂使用）工作原理两个咬合的螺旋转子以相反方向转动，它们当中的自由空间的容积沿轴向逐渐减小，从而两转子间的空气逐渐被压缩。若转子和机壳之间相互不接触，则不需润滑，这样的空压机便可输出不含油的压缩空气。可连续输出无脉动的流量大的压缩空气，出口空气温度为60摄氏度左右。认识气源系统空气压缩机的选用（1）排气压力的高低和排气量的大小根据国家标准，一般用途的空气动力用压缩机其排气压力为0.7MPa，旧标准为0.8MPa。排气量的大小也是空压机的主要参数之一。选择空压机的排气量要和自己所需的排气量相匹配，并留有10%左右的余量。另外在选排气量时还要考虑高峰用量和通常用量及低谷用量。（2）用气的场合和条件（3）压缩空气的质量认识气源系统气源净化装置冷却器、油水分离器、过滤器、干燥器和储气罐等元件通常安装在空气压缩机的出口管路上，组成—套气源净化装置，是压缩空气站的重要组成部分。1.冷却器冷却器安装在空气压缩机的后面，也称后冷却器。认识气源系统油水分离器油水分离器安装在后冷却器后面的管道上，作用是分离并排除空气中凝集的水分、油分和灰尘等杂质，使压缩空气得到初步净化。认识气源系统空气过滤器空气过滤器的作用是滤除压缩空气中的杂质微粒(如灰尘、水分等)，达到系统所要求的净化程度。常用的过滤器有一次过滤器(也称简易过滤器)和二次过滤器一次过滤器(滤灰效率为50~70%)；二次过滤器(滤灰效率为70%~99%)高效过滤器(滤灰效率大于99%)认识气源系统干燥器压缩空气经过除水、除油、除尘的初步净化后，已能满足一般气压传动系统的要求。而对某些要求较高的气动装置或气动仪表，其用气还需要经过干燥处理。认识气源系统储气罐储气罐的功用：一是消除压力波动；二是储存一定量的压缩空气，维持供需气量之间的平衡；三是进一步分离气中的水、油等杂质。认识气源系统调压阀（减压阀）由于调压阀的输出压力必然小于输入压力，所以调压阀也常被称为减压阀。气压传动将压缩空气储于储气罐中，然后减压到适用于系统的压力。因此每台气动装置的供气压力都需要用减压阀(在气动系统中又称调压阀)来减压，当输入压力在一定范围内改变时，能保持供气压力值稳定。按调压方式可分为直动式调压阀和先导式调压阀两种。直动式调压阀是利用手柄直接调节弹簧来改变输出压力；而先导式调压阀是用预先调好压力的压缩空气来代替调压弹簧进行调压。认识气源系统调压阀（减压阀）调节手柄l以控制阀口开度的大小，即可控制输出压力的大小。目前常用的QTY型调压阀的最大输入压力为1.0MPa，其输出流量随阀的通径大小而改变。认识气源系统油雾器压缩空气经过净化后，所含污油、浊水得到了清除，但是一般的气动装置还要求压缩空气具有一定的润滑性，以减轻其对运动部件的表面磨损，改善其工作性能。因此要用油雾器对压缩空气喷洒少量的润滑油。认识气源系统空气过滤器、减压阀、油雾器三件通常组合使用称为气动三联件，气动两联件是空气过滤器和减压阀的组合，是多数气动设备必不可少的气源装置依进气方向为空气过滤器、减压阀、油雾器不能颠倒！！！调压阀内部有阻尼小孔和喷嘴，这些小孔容易被杂质堵塞而造成调压阀失灵，所以进入调压阀的气体先要通过空气过滤器进行过滤。油雾器中产生的油雾为避免受到阻碍或被过滤，则应安装在调压阀的后面。在采用无油润滑的回路中则不需要油雾器。认识气源系统消声器气压传动系统一般不设排气管道，用后的压缩空气便直接排入大气，伴随有强烈的排气噪声，一般可达100~120dB。为降低噪声，可在排气口装设消声器。认识气源系统任务实施观察气动剪板机或其他气动设备工作情况，观察辨别其气源系统及主要气源处理件，查看其主要参数、结构和工作情况。启动气动实训台气源系统，并调节气动实训台气源压力为0.2MPa。截止阀与气路垂直液压与气压系统控制

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1.1认识气动执行元件认识气动执行元件学习目标能辨别常用气动执行元件实物与图形符号；能理解常用气动执行件的工作原理；能正确选用和合理使用马达与缸。认识气动执行元件任务布置气动执行元件将压缩空气的压力能转化为机械能做工，本任务要求观察各种气动执行件，气缸、气动马达、气动手指等，熟悉其参数和应用。认识气动执行元件相关知识普通气缸气缸和气马达是气压传动系统的执行元件，它们将压缩空气的压力能转换为机械能，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。认识气动执行元件气缸常用的有以下几种。（1）按压缩空气作用在活塞端面上的方向，可分为单作用气缸和双作用气缸。（2）按安装方式可分为底座式气缸、法兰式气缸、轴销式气缸和耳轴式气缸等。（3）按结构特征可分为活塞式气缸、柱塞式气缸、薄膜式气缸和摆动式气缸等（4）按气缸的功能可分为普通气缸和特殊气缸。普通气缸式最常用的气缸，主要指活塞式单作用气缸和双作用气缸；特殊气缸包括气液阻尼缸、薄膜式气缸、冲击式气缸、增压气缸、步进气缸、回转气缸等。认识气动执行元件GB/T32336-2015规定了最为常用的最高额定压力为1Mpa，带或者不带磁性的的单杆和双杆气缸气缸缸径内径D

(mm)有10种规格：32、40、50、63、80、125、l60、200、250、320，气缸行程L(mm)≤1250。气缸的主要参数是缸筒内径D和行程L。因为在一定的气源压力下，缸筒内径标示气缸活塞杆的理论输出力，行程标示气缸的作用范围。认识气动执行元件单作用气缸单作用气缸只在活塞一侧可以通入压缩空气使其伸出或缩回，另一侧是通过呼吸孔开放在大气中的单作用气缸有弹簧压入型和弹簧压出型两种。认识气动执行元件单作用气缸的特点如下:（1）由于单边进气，因此结构简单，耗气量小。（2）缸内安装了弹簧，增加了气缸长度，缩短了气缸的有效行程，且其行程还受弹簧长度限制。（3）借助弹簧力复位，使压缩空气的能量有一部分用来克服弹簧张力，减小了活塞杆的输出力；而且输出力的大小和活塞杆的运动速度在整个行程中随弹簧的变形而变化。（4）因此单作用气缸多用于行程较短以及对活塞杆输出力和运动速度要求不高的场合。如定位和夹紧装置等。认识气动执行元件气缸工作时，活塞杆输出的推力必须克服弹簧的弹力及各种阻力，推力可用下式计算效率ηc的形式计入计算，一般取0.7~0.8，活塞运动速度小于0.2m/s时取大值，活塞运动速度大于0.2m/s时取小值。认识气动执行元件双作用气缸气缸活塞的往返运动是依靠压缩空气从缸内被活塞分隔开的两个腔室(有杆腔、无杆腔)交替进入和排出来实现的，压缩空气可以在两个方向上做功。认识气动执行元件由于没有复位弹簧，双作用气缸可以获得更长的有效行程和稳定的输出力。双作用气缸是利用压缩空气交替作用于活塞上实现伸缩运动的，由于回缩时压缩空气的有效作用面积较小，所以产生的力要小于伸出时产生的推力。认识气动执行元件其他气缸1.无杆气缸节省空间，有杆气缸的安装空间约2