氣源裝置及氣動元件.ppt

第十章 氣源裝置及氣動元件,第一節(jié) 氣源裝置 第二節(jié) 氣動執(zhí)行元件 第三節(jié) 氣動控制閥 第四節(jié) 氣動輔件 第五節(jié) 真空元件 第六節(jié) 氣動邏輯元件 第七節(jié) 氣動傳感器及氣動儀表,氣動系統(tǒng)的組成,(1)氣源裝置 是獲得壓縮空氣及壓縮空氣的存儲和凈化的裝置。其主體部分是空氣壓縮機，它將原動機供給的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能； (2)控制元件 是用來控制壓縮空氣的壓力、流量和流動方向的，以便使執(zhí)行機構(gòu)完成預(yù)定的工作循環(huán)。它包括各種壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥等； (3)執(zhí)行元件 是將氣體的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它包括實現(xiàn)直線往復(fù)運動的氣缸和實現(xiàn)連續(xù)回轉(zhuǎn)運動或擺動的氣馬達或擺動馬達等; (4)輔助元件 是保證元件間的連接及消聲等所必須的，它包括管接頭及消聲器等。 (5)氣動邏輯元件 實現(xiàn)一定邏輯功能的氣動元件。,氣動系統(tǒng)的基本組成示例,氣壓產(chǎn)生裝置,分水濾氣器,壓力控制閥,油霧器,方向控制閥,消聲器,流量控制閥,汽 缸,氣壓的傳遞、分配和控制即輸送系統(tǒng),氣壓的消耗,第一節(jié) 氣源裝置,氣源裝置為氣動系統(tǒng)提供足夠清潔和干燥且具有一定壓力和流量，并具有一定凈化程度的壓縮空氣，以滿足氣壓傳動和控制的要求，作為驅(qū)動氣源，可滿足執(zhí)行元件克服負載力（或轉(zhuǎn)矩）并以一定速度（或角速度）運行；作為控制用氣源和測量用氣源，應(yīng)保證氣動控制元件和氣動傳感器正常工作，因此它是氣動系統(tǒng)的一個重要組成部分。,壓縮空氣站概述,氣源系統(tǒng)一般由氣壓發(fā)生裝置、壓縮空氣的凈化處理裝置、傳輸管路系統(tǒng)和氣動三大件組成。,氣動系統(tǒng)對壓縮空氣的主要要求：具有一定壓力和流量，并具有一定的凈化程度。,一、空氣壓縮機 compressor,空氣壓縮機將機械能轉(zhuǎn)化為氣壓能，供氣動機械使用。,1、按工作原理分： (1) 容積式：通過壓縮空氣的方法，使單位體積內(nèi)空氣分子密度增加，來提高空氣的壓力。 主要有：活塞式、膜片式（作往復(fù)運動），螺桿式、轉(zhuǎn)子式（作回轉(zhuǎn)運動）。 (2)速度式:通過提高氣體分子運動速度的方法，使氣體分子具有的動能轉(zhuǎn)換成氣體的壓力能。 主要有：離心式、軸流式和轉(zhuǎn)子式。,2、工作原理：活塞式空壓機,各種空壓機,3、選用原則,依據(jù)是氣動系統(tǒng)所需要的工作壓力和流量兩個參數(shù)。 一般空壓機為中壓，額定排氣壓力1MPa； 低壓空壓機排氣壓力0.2MPa； 高壓空壓機排氣壓力10MPa。 空壓機輸出流量 qVn(qVn0+qVn1)/(0.70.8) qVn0 配管等處的泄漏量 qVn1 工作元件的總流量,二、氣源凈化裝置,氣動系統(tǒng)對壓縮空氣質(zhì)量的要求：壓縮空氣要具有一定壓力和足夠的流量，具有一定的凈化程度。不同的氣動元件對雜質(zhì)顆粒的大小有具體的要求。,（一）壓縮空氣中的油分、水分、灰塵等會產(chǎn)生不良影響： 混入壓縮空氣的油蒸汽可能聚集在貯氣罐、管道等處形成易燃物，有引起爆炸的危險，另一方面潤滑油被汽化后會形成一種有機酸，對金屬設(shè)備有腐蝕生銹的作用，影響設(shè)備壽命。 混在壓縮空氣中的雜質(zhì)沉積在元件的通道內(nèi)，減小了通道面積，增加了管道阻力。嚴重時會產(chǎn)生阻塞，使氣體壓力信號不能正常傳遞，使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定甚至失靈。,壓縮空氣中含有的飽和水分，在一定條件下會凝結(jié)成水并聚集在個別管段內(nèi)。在北方的冬天，凝結(jié)的水分會使管道及附件結(jié)冰而損壞，影響氣動裝置正常工作。 壓縮空氣中的灰塵等雜質(zhì)對運動部件會產(chǎn)生研磨作用，使這些元件因漏氣增加而效率降低，影響它們的使用壽命。,因此必須要設(shè)置除油、除水、除塵，并使壓縮空氣干燥的提高壓縮空氣質(zhì)量、進行氣源凈化處理的輔助設(shè)備。,包括后冷卻器、油水分離器、儲氣罐、干燥器。,（二）壓縮空氣凈化設(shè)備,1、后冷卻器,結(jié)構(gòu)形式有： 列管式 蛇管式 套管式 散熱片式,將空氣壓縮機排出具有140170的壓縮空氣降至4050，壓縮空氣中的油霧和水氣亦凝析出來。便于除油器除油和水。,冷卻方式有水冷和氣冷式兩種。,作用: 使水滴、油滴及其他雜質(zhì)顆粒從壓縮空氣中分離出來。,當壓縮空氣進入分離器后產(chǎn)生流向和速度的急劇變化，再依靠慣性作用，將密度比壓縮空氣大的油滴和水滴分離出來。,2、油水分離器(除油器)：,3、儲氣罐,作用： 1）存儲一定數(shù)量的壓縮空氣； 2）消除壓力波動，保證輸出氣流的連續(xù)性和穩(wěn)定性； 3）進一步分離壓縮空氣中的水分和油份。,儲氣罐應(yīng)有： 安全閥（比工作壓力高10%）、清理檢查口、壓力表及排污口。,干燥的方法：冷凍法、吸附法,職能符號：,注意：,不加熱再生式干燥器兩容器要不定期的交換工作（約510min），使吸附劑產(chǎn)生吸附和再生，以得到連續(xù)輸出的干燥空氣。,干燥器的作用是進一步除去壓縮空氣中含有的水分、油分、顆粒雜質(zhì)等，使壓縮空氣干燥，用于對氣源質(zhì)量要求較高的氣動裝置、氣動儀表等。,4、干燥器：,從空壓機輸出的壓縮空氣要通過管路系統(tǒng)被輸送到各氣動設(shè)備上，管路系統(tǒng)如同人體的血管。輸送空氣的管路配置如設(shè)計不合理，將產(chǎn)生下列問題： 壓降大，空氣流量不足； 冷凝水無法排放； 氣動設(shè)備動作不良，可靠性降低； 維修保養(yǎng)困難。,三、壓縮空氣的輸送管道設(shè)計,氣動系統(tǒng)的管路按其功能分為： 1吸氣管路：從吸入口過濾器到空壓機吸入口之間的管路，此段管路管徑易大以降低壓力損失。 2排出管路：從空壓機排氣口到后冷卻器或儲氣罐之間的管路，此段管路應(yīng)能耐高溫高壓與振動。 3. 送氣管路：從儲氣罐到氣動設(shè)備間的管路。送氣管路又分成主管路和從主管路連接分配到氣動設(shè)備之間的分支管路。主管道是一個固定安裝的用于把空氣輸送到各處的耗氣系統(tǒng)。主管路中必須安裝斷路閥，它能在維修和保養(yǎng)期間把空氣主管道分離成幾部分。 4控制管路：連接氣動執(zhí)行件和各種控制閥間的管路。此種管路大多數(shù)采用軟管。 5排水管道：收集氣動系統(tǒng)中的冷凝水并將水分排出管路。,管路的分類,按照供氣可靠性和經(jīng)濟性考慮，一般有兩種主要的配置：終端管道和環(huán)狀管道。 普通氣動設(shè)備大多采用不高于8巴的壓縮空氣源，故一般按照只有一種壓力要求來處理，采用同一壓力管道，用減壓閥來滿足用氣設(shè)備的壓力要求。 1.終端管道 這種系統(tǒng)簡單，經(jīng)濟性好。多用于間斷供氣，一條支路上可安裝一個截止閥，用于關(guān)閉系統(tǒng)。管道應(yīng)在流動方向上有1：100的斜度以利于排水,并在最低位置設(shè)置排水器。,主管路配管方式(Piping layout),主管路配管方式(Piping layout),1.終端管道,2環(huán)狀管道 這種系統(tǒng)供氣可靠性高，壓力損失小，壓力穩(wěn)定，但投資較高。在環(huán)狀主管道系統(tǒng)中空氣從兩邊輸入到達高的消耗點，這可將減壓力降至最低。這種系統(tǒng)中冷凝水會流向各個方向，因此必須設(shè)置足夠的自動排水裝置。另外，每條支路上及支路間都要設(shè)置截止閥。這樣，當關(guān)閉支路時，整個系統(tǒng)仍能供氣。,主管路配管方式(Piping layout),主管路配管方式(Piping layout),2環(huán)狀管道,四、氣動三大件,氣動三大件是壓縮空氣質(zhì)量的最后保證。 分水過濾器：除去空氣中的灰塵、雜質(zhì)，并將空氣中的水分分離出來。 油霧器：特殊的注油裝置。將潤滑油噴射成霧狀，隨壓縮空氣流入需要的潤滑部件，達到潤滑的目的。 減壓閥：起減壓和穩(wěn)壓作用。 氣動三大件的安裝連接次序：分水過濾器、減壓閥、油霧器。多數(shù)情況下，三件組合使用，也可以少于三件，只用一件或兩件。,氣動三大件,（一）分水過濾器,作用：除去空氣中的灰塵、雜質(zhì)，并將空氣中的水分分離出來。 常用的過濾器有： 一次過濾器：濾灰效率為（5070）%； 二次過濾器：濾灰效率為（7099）%； 高效過濾器：濾灰效率 99%； 其中使用最多的為二次過濾器，它與減壓閥、油霧器一起稱為氣動三大件，（無管連接時稱為氣動三聯(lián)件）。,結(jié)構(gòu),旋風葉子：帶角度的缺口，使空氣切線方向旋轉(zhuǎn)； 存水杯、擋水板：水滴、油滴、灰塵 濾芯：微塵、霧狀水汽 手動放水閥,職能符號：,人工放水,自動放水,（二）油霧器,1、工作原理,當壓縮空氣流過時，它將潤滑油噴射成霧狀，隨壓縮空氣流入需要的潤滑部件，達到潤滑的目的。,2、選擇和使用：,1）選擇： 根據(jù)氣動系統(tǒng)所需額定流量及油霧粒徑大小來選擇, 所需油霧粒徑在2035m左右選用一次油霧器, 若需油霧粒徑很小,可選用二次油霧器,油霧粒徑可達5m； ）使用: 一般裝在分水濾氣器和減壓閥之后, 應(yīng)盡量靠近換向閥, 距離不超過5m。,3）職能符號：,第二節(jié) 氣動執(zhí)行元件,氣動執(zhí)行元件：是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置。包括氣缸和氣馬達。實現(xiàn)直線運動和做功的是氣缸；實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動和做功的是氣馬達。 在氣動自動化系統(tǒng)中，氣缸由于其相對較低的成本、容易安裝、結(jié)構(gòu)簡單、耐用、各種缸徑尺寸及行程可選，因而是應(yīng)用最廣泛的一種執(zhí)行元件。 一、 氣缸的分類及特點：,氣缸的分類與液壓缸的分類基本相似,按作用形式分,單作用式,雙作用式,特殊氣缸,（1）普通氣缸 普通氣缸是指缸筒內(nèi)只有一個活塞和一個活塞桿的氣缸。 有單作用和雙作用氣缸兩種。 活塞式氣缸主要由缸筒、活塞桿、活塞、導(dǎo)向套、前后缸蓋及密封等元件組成。,2.典型氣缸,雙作用氣缸（Double-acting cylinders）,單作用氣缸只在動作方向需要壓縮空氣，故可節(jié)約一半壓縮空氣。主要用在夾緊、退料、阻擋、壓入、舉起和進給等操作上。,單作用氣缸（Single-acting cylinders）,（2）膜片式氣缸：,利用膜片代替活塞，在壓縮空氣作用下產(chǎn)生變形來推動活塞桿作直線運動。,1）結(jié)構(gòu)：,缸體、膜片、膜盤、活塞桿和彈簧組成,2）工作原理：,因膜片變形有限，故行程較短，一般不超過（4050）mm,（3）沖擊氣缸,沖擊氣缸是一種結(jié)構(gòu)簡單，成本低，耗氣功率小，但能產(chǎn)生相當大的沖擊力的一種特殊氣缸。 可用于鍛造、沖壓、下料、破碎等多種場合。,工作原理：,a)復(fù)位段：氣源由孔A 供氣，孔B 排氣，活塞上升至密封墊封住噴嘴，氣缸上腔成為密封的儲氣腔。,b)儲能段：氣源改由孔B 進氣，孔A 排氣。由于上腔氣壓作用在噴嘴上面積較小(通常為活塞面積的1/9)，而下腔氣壓作用面積大，不能開啟，故使上腔貯存很高的能量。,c)沖擊段：上腔壓力繼續(xù)升高，下腔壓力繼續(xù)降低，當上下腔壓力比大于活塞與噴嘴面積比時，活塞離開噴嘴，上腔氣體迅速充入活塞與中蓋間的空間。活塞將以極大的加速度向下運動。氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為活塞的動能，產(chǎn)生很大的沖擊力。,二 氣馬達,1、氣馬達的分類及職能符號：,氣動馬達是一種作連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動的氣動執(zhí)行元件，是一種把壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成回轉(zhuǎn)機械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，其作用相當于電動機或液壓馬達，它輸出轉(zhuǎn)矩、驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運動。在氣壓傳動中使用廣泛的是葉片式、活塞式和齒輪式氣馬達。,職能符號：,2、氣馬達的工作原理及特性,葉片式氣馬達：,1)工作原理： 葉片式氣馬達的工作原理與葉片式液壓馬達相似。,2) 特性,特性曲線最大特點是具有軟特性：當氣壓不變時，它的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率均隨著外負載的變化而變化。,3、氣馬達的特點：,1)工作安全，具有防爆防燃功能。適用于惡劣工作環(huán)境； 2)有過載保護能力，過載時馬達只是降低轉(zhuǎn)速或停止，當過載解除后運轉(zhuǎn)，并不產(chǎn)生故障。長時間滿載工作時，溫升?。?3)具有較高的啟動力矩，且可直接帶載啟動； 4)換向容易，操縱方便，可以實現(xiàn)無級調(diào)速； 5)單位功率尺寸小，重量輕，適用于位置狹小的場合及手動工具上。 但輸出功率小，耗氣量大，效率低，噪聲大，易震動。,氣動馬達應(yīng)用實例,第三節(jié) 氣動控制元件,一 壓力控制閥 二 流量控制閥 三 方向控制閥,第三節(jié) 氣動控制元件,氣動控制閥是控制和調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力、流量和流動方向的氣動控制元件。,控制閥按其作用和功能可分為：,一 壓力控制閥,1、分類：,減壓閥（調(diào)壓閥）：氣動三大件之一，用于保證減壓后的壓力穩(wěn)定；,順序閥：依靠回路中壓力的不同，控制兩個執(zhí)行元件的順序動作，與單向閥并聯(lián)可組成單向順序閥； (原理同液壓閥),溢流閥 (安全閥）：使壓力控制在某一調(diào)定值范圍內(nèi)，保證氣動回路或蓄氣罐的安全。(原理同液壓閥),2、職能符號,注意與液壓閥的區(qū)別,二 流量控制閥,與液壓閥一樣，氣動流量控制閥也是通過改變閥的通流面積或通流長度來實現(xiàn)流量（或流速）控制的元件。,1、流量控制閥包括： 節(jié)流閥 、單向節(jié)流閥（原理同液壓閥） 排氣消聲節(jié)流閥、柔性節(jié)流閥,2、職能符號,3、排氣節(jié)流閥,排氣消聲節(jié)流閥是裝在執(zhí)行元件的排氣口處，調(diào)節(jié)排入大氣中氣體流量的一種控制閥。,作用：不僅能進行調(diào)速，還能排氣、消聲，降低噪音。,注意：,應(yīng)用氣控流量閥對氣缸進行調(diào)速，比用液控流量閥調(diào)速困難，因氣體壓縮性較大，所以調(diào)速時必須注意：,1、管道上不能存在漏氣現(xiàn)象；,2、氣缸、活塞間的潤滑狀態(tài)要好；,3、外加負載應(yīng)穩(wěn)定；否則應(yīng)借助液壓或機械裝置來補償；,4、流量閥應(yīng)盡量靠近氣缸附近。,三 方向控制閥,方向控制閥是用來控制壓縮空氣的流動方向和氣流的通、斷的。,一、分類：,單向閥和換向閥,1、按流動方向分：,2、按控制方式分： (1)氣壓控制換向閥（加壓控制、泄壓控制、差壓控制）,1、氣動換向閥,（2）電磁控制： 直動式 先導(dǎo)加壓式 先導(dǎo)泄壓式,1、氣動換向閥,（3）機械控制式 （4）人力控制式,2、單向型控制閥,（1）單向閥,（2）梭閥（ 或門 ）,梭閥（或門）相當于兩個單向閥的組合。 A始終與壓力高的一端相通。,（3）雙壓閥(與門）,P1，P2同時進氣，A有輸出，并和氣壓低的相通。,（4）快速排氣閥,快速排氣閥：加快氣缸排氣腔排氣，以提高氣缸運動速度 快速排氣閥通常裝在換向閥與氣缸之間，使氣缸的排氣不需要通過換向閥而快速完成，從而加快了氣缸往復(fù)運動的速度,一、消聲器：,氣缸、氣閥等工作時排氣速度較高，氣體體積急劇膨脹，會產(chǎn)生刺耳的噪聲。排氣的速度和功率越大，噪聲也越大，一般可達100120dB，為了降低噪聲在排氣口要裝設(shè)消聲器。 消聲器是通過阻尼或增加排氣面積來降低排氣的速度和功率，從而降低噪聲的。 消聲器的類型：阻性型（吸收型）； 抗性型（膨脹干涉型）； 阻抗復(fù)合型（膨脹干涉吸收性）。,第四節(jié) 氣動輔件,阻性（吸收型）消聲器,這種消聲器是依靠吸聲材料來消聲的。吸聲材料有玻璃纖維、毛氈、泡沫塑料、燒結(jié)材料等。將這些材料裝設(shè)于消聲器體內(nèi)，使氣流通過時受到阻力，聲波被吸收一部分轉(zhuǎn)化為熱能，可使氣流噪聲降低約20 dB，主要用于消除中、高頻噪聲。在氣動裝置中廣為應(yīng)用。,二、轉(zhuǎn)換器,高中壓型氣電轉(zhuǎn)換器 更換彈簧來改變信號壓力或調(diào)節(jié)螺母來改變信號壓力。,在氣動系統(tǒng)中，與其它控制裝置一樣，都有發(fā)訊、控制和執(zhí)行部分，控制為氣，發(fā)訊和執(zhí)行則為電或液這就是轉(zhuǎn)換器。,第五節(jié) 氣動邏輯元件,以壓縮空氣為工作介質(zhì)，能完成一定邏輯功能的流體控制元件。,邏輯閥（按結(jié)構(gòu)分）,截止式,膜片式,滑閥式,球閥式,其它,一、分類和特點：,按工作壓力分,高壓元件（ 0.20.8）MPa,低壓元件（0.020.2） MPa,微壓元件（ 0.02 MPa以下 ）,按邏輯功能分,“或門”元件 “與門”元件 “非門”元件 “雙穩(wěn)”元件,二、高壓截止式邏輯元件,該元件的動作是依靠氣壓信號推動閥芯或通過膜片變形推動閥芯動作，改變氣流的通道以實現(xiàn)一定的邏輯功能。,（一）特點：,1）行程短，流量大； 2）工作壓力較高（0.20.8）MPa,且對凈化程度要求不高； 3）帶有顯示和手動裝置，便于檢查和維修； 4）品種齊全，應(yīng)用方便。,（二）結(jié)構(gòu)及工作原理：,（1）是門和與門元件：,S = a,S = ab,a 為輸入孔，S 為輸出孔，中間孔接氣源 p時，為“是門”,若中間孔接氣源 b時，為“與門”,圖中：4用于手動發(fā)訊； 5用于顯示有無輸出。,（2）或門元件：,S = a + b,（3）非門和禁門：,a 為輸入孔，S 為輸出孔，中間孔接氣源 p時，為“非門”,若中間孔接氣源 b時，為“禁門”,（4）或非元件：,由“或非”元件組成的基本邏輯單元：,由“或非”元件組成的基本邏輯單元：,（5）雙穩(wěn)元件,“記憶”元件在邏輯線路中是很重要的元件。,雙穩(wěn)：,邏輯符號,三、高壓膜片式邏輯元件,膜片式邏輯元件主要由“三門”元件或由“三門”元件派生出的“四門”元件組合而成。 特點： 結(jié)構(gòu)簡單，可動部件只有膜片; 工作壓力（0.30.7）MPa。,（一）“三門”元件：采用泄壓方式形成膜片的壓力差,“三門”元件有三個口，故稱三門，C為控制口，A為輸入口，B為輸出口，S通道在氣室中作成凸起閥口。,職能符號:,(二)“四門”元件：,四門元件有四個口，其中A、C為輸入口， B、D為輸出口， B、D 孔道在氣室中各作成凸起閥口。,職能符號:,四門元件是高壓膜片式邏輯元件中又一重要元件，常用于產(chǎn)生“記憶”功能。,