工艺技术_气动技术基本知识

气动技术基本知识1. 气动技术中常用的单位1个大气压=760mmHg =1.013bar =101kpa压力单位换算1N/=kgf/m=kgf/c1kgf/c=0.1Mpa2. 气动控制装置的特点空气廉价且不污染环境，用过的气体可直接排入大气速度调整容易元件结构紧凑，可靠性高受湿度等环境影响小使用安全便于实现过载保护气动系统的稳定性差工作压力低，功率重量比小元件在行程中途停止精度低3. 气动系统的组成气动系统基本由下列装置和元件组成(1)气源装置气动系统的动力源提供压缩空气(2)空气处理装置调节压缩空气的洁净度及压力(3)控制元件方向控制元件切换空气的流向流量控制元件调节空气的流量(4)逻辑元件与或非(5)执行元件将压力能转换为机械功(6)辅助元件保证气动装置正常工作的一些元件 压缩机a）气源装置 储气罐 后冷却器 过滤器 油雾分离器 减压阀b）空气调节 油雾器 处理装置 空气净化单元 干燥器 其它 电磁阀 气缸 气压控制阀 带终端开关气缸 方向控制阀 机械操作阀 带制动器气缸 手动阀 气缸 带锁气缸 其它 带电磁阀气缸 其它 速度控制阀C）控制元件 速度控制阀 d）执行元件 节流阀摆动缸 回转执行件 逻辑阀 空气马达 管子接头 消音器 e）辅助元件 压力计 其它 污染物质的去除能力污染物质过滤器油雾分离器干燥器水蒸气微小水雾微小油雾水滴固体杂质表1二、空气处理元件压缩空气中含有各种污染物质。由于这些污染物质降低了气动元件的使用寿命。并且会经常造成元件的误动作和故障。表1列出了各种空气处理元件对污染物的清除能力。1空气滤清器空气滤清器又称为过滤器、分水滤清器或油水分离器。它的作用在于分离压缩空气中的水分、油分等杂质，使压缩空气得到初步净化。2 油雾分离器油雾分离器又称除油滤清器。它与空气滤清器不同之处仅在于所用过滤元件不同。空气滤清器不能分离油泥之类的油雾，原因是当油粒直径小于23m时呈干态，很难附着在物体上，分离这些微粒油雾需用凝聚式过滤元件，过滤元件的材料有：1） 活性炭2） 用与油有良好亲和能力的玻璃纤维、纤维素等制成的多孔滤芯3 空气干燥器为了获得干燥的空气只用空气滤清器是不够的，空气中的湿度还是几乎达100%。当湿度降时，空气中的水蒸气就会变成水滴。为了防止水滴的产生，在很多情况下还需要使用干燥器。干燥器大致可分为冷冻式和吸附式两类。4 空气处理装置空气滤清器、调压阀和油雾器等组合在一起，即称为空气处理装置。a) 空气处理三联件（FRL装置）空气处理三联件俗称气动三大件。它是由滤清器、调压阀和油雾器三件组成的，b) 空气处理双联件这是由组合式过滤器减压阀与油雾器组成的空气处理装置。c) 空气处理四联件它是由滤清器、油雾分离器、调压阀和油雾器四件组成，用于需要优质压缩空气的地方。5 调压阀（减压阀）调压阀是输出压力低于输入压力，并保持输出压力稳定的压力控制元件。由于大多是与滤清器和油雾器连成一体使用，所以把它分在空气处理元件一类中。6 油雾器气动系统中有很多装置都有滑动部分如：气缸体与活塞，阀体与阀芯等。为了保证滑动部分的正常工作需要润滑，油雾器是提供润滑油的装置三、控制元件一、 方向控制阀方向控制阀是气动控制回路中用来控制气体流动方向和气流通断，从而使气路中的执行元件能按要求方向进行动作的元件。在各类元件中，方向控制阀的种类最多。主要有换向阀和单向阀两大类。前者包括电磁阀，气控阀等，后者主要有单向阀，梭阀等，应用都很广泛。1. 换向阀 换向阀主要有转阀和滑阀两大类本公司主要使用滑阀结构的换向阀。滑阀依靠其中的滑柱式阀芯处在不同位置上来接通或切断气路的。一般地讲，阀芯的切换位置主要有二个或三个，即有二位阀和三位阀之分。表中代表了阀的一个切换位置，故而有几个长方形表示该阀是几位的。长方形中的箭头#$表示在该位置上气流流动的方向，则表示在这一位置上气流被切断。二位阀有自复位和自保持两种。三位阀的阀芯除了可以停在阀体的两端外，还可有一个中间位置。气动阀通过气压信号切换阀芯，分成直接作动式和间接作动式两种，气动阀犹如去掉了电磁线圈后的电磁阀。由于采用气压信号控制，所以动作慢，不能指望像电磁阀那样高速动作，但寿命一般都较长。气动控制阀与电磁阀的区别是不用电磁铁，因而控制信号不是电信号而是气压信号，常用于防爆场合或不用电的简易生产线上。2. 单向阀如图1单向阀只允许气流沿一个方向流动而不能反向流动。单向阀用在气路中需要防止空气逆流的场合，还可用在气源停止供气时需要保持压力的地方。梭阀相当于两个单向阀合成，有两个进气口，一个出气口，因而无论哪个进气口进气，出口总有输出，且出口总和压力高的进气口相联。双压阀则是“与”的功能，只有两口均有气流时才会使出口有输出。图2为快速排气阀的工作原理。当P腔进气后，活塞上移，阀口2开，阀口1闭，P A接通。当排气时，活塞下移，阀口2闭1开，A R接通，管路气体从R口排出。快速排气阀主要用于气缸排气，以加速气缸的动作。二、 流量控制阀在气动系统中，如要对气缸运动速度加以控制或需要延时元件计时时，就要控制压缩空气的流量。在流量控制时，只要设法改变管道的截面就可。流量控制阀分为节流阀，速度控制阀和排气节流阀数种等。1 节流阀可调式节流阀依靠改变的流通面积来调节气流。2 速度控制阀速度控制阀由节流阀和单向阀组合而成。故而又叫单向节流阀，通过调节流量达到控制执行元件速度的目的。三、 压力控制阀压力控制阀是利用阀芯上的气压作用力和弹簧力保持平衡来进行工作的，平衡状态的任何破坏都会使阀芯位置产生变化，其结果不是改变阀口开度的大小（例如溢流阀、减压阀），就是改变阀口的通断（例如安全阀，顺序阀）。1. 溢流阀 溢流阀由进口（P）处的气压压力控制阀芯动作，当进口处压力达到预设值时阀芯克服弹簧力动作使得进、出口导通，从而实现溢流作用。如图3(a)所示。 (a) (b)2.减压阀 减压阀则是由出口处压力驱动阀芯，当出口处压力达到预设值时阀芯克服弹簧力动作使得进、出口截断，从而实现减压作用。如图3(b)所示。各种阀的符号见附表1四、执行元件气动系统中将压缩空气的压力转换成机械能，从而实现所要求运动的驱动元件，称为执行元件。它分为气缸和气动马达两大类。相对于液压和机械传动，它结构简单，维修方便。但由于压缩空气的压力通常为0.3-0.6Mpa故而输出力小。气缸是用压缩空气作动力源，产生直线运动或摆动，输出力或力矩做功的元件。主要气缸主要类型和特点见附表2。五、气动回路（一）回路设计基础1） 路的构成（图4）2）控制方式（二）驱动回路1驱动气缸的基本回路在通常使用的气缸中有单作用气缸和双作用气缸。以下介绍驱动这些气缸的基本回路。1） 单作用气缸只在一个方向上的运动靠压缩空气驱动，靠弹簧力的作用回程。图5为使用单作用气缸作往复运动的气路图。换向阀（电磁阀）使用二位三通阀。换向阀的P口与气源净化装置相连接，A口与气缸相连接。速度控制阀接在换向阀与气缸之间。速度控制阀有方向性，连接时不可接反。回路的动作动原理如下：在初始位置时，P口封闭，气缸的气缸盖一侧通过速度控制阀的单向阀和换向阀直接与大气相通。气缸活塞靠弹簧力的作用停止于完全缩回的位置.当电磁阀通电换向时,气源通过速度控制阀给气缸供气,压缩弹簧使活塞前进.调整速度控制阀节流孔的大小,可以控制活塞前进速度.当电磁阀断电恢复到初始位置时,P口再次封闭,气缸内空气排出.活塞在弹簧力作用下后退并返回原点.这时气缸的速度不能控制.2）双作用气缸的驱动回路图6为使双作用气缸作往复运动的气路图。换向阀使用二位五通阀（二位四通阀也可以），换向阀的P口与气源静化装置相连接。A口与气缸杆一侧的接口相连，B口与气缸盖一侧的接口相连。速度控制阀接在换向阀与气缸之间（注意方向与单作用气缸时相反）。在初始位置时，P口与气缸杆一侧相通，另一方面，气缸盖一侧通过换向阀与大气相通。这时气缸活塞处于后死点的位置上。当电磁阀通电换向时，气缸盖一侧通压缩空气，气缸杆一侧空气排出，活塞前进。活塞的速度由速度控制阀调整。当电磁阀断电回到初始位置时，气缸杆一侧充气，气缸盖一侧排气，活塞后退。后退的速度由速度控制阀调整。2气缸的速度控制回路基于不同的目的和条件，可使用各种回路对气缸进行速度控制。下面介绍通常使用的基本回路。b) 入口节流式这种方式通过调节供给气缸的流量，对气缸的速度加以控制。图7示出了这种方式的路图。来自换向阀的空气流过速度控制阀时，单向阀关闭，气流只有通过节流阀流向气缸，因为节流阀是可调的，所以通过调整节流阀便可设定气缸活塞的速度。气流反向流动时，即从气缸一侧流向阀一侧时，单向阀打开，空气流量不受控制（自由流）。在入口节流方式中，气缸出口一侧排气较快，因而容易受到所供气压变动的影响。对于所加负载为变动负载的情况，速度稳定性差，因而除了特殊回路（例如防止失控回路等），一般都采用下面将要介绍的出口节流式。c) 出口节流式这种方式通过调节气缸的排气流量来控制气缸速度。图8示出了这种方式的回路图。注意，速度控制阀的方向与入口节流式相反。来自换向阀的空气流过速度控制阀时，单向阀打开，于是成为自由流，气流在不受控制的情况下流向气缸。而来自气缸一侧的空气使单向阀关闭，由节流阀调节流量，从而控制气缸活塞的速度。在气缸的两个口都按出口节流式连接速度控制阀时，活塞靠两侧的压差（由排气一侧的速度控制阀调整）动作。因此，在负载变动的情况下，它比入口节流方式有更好的速度稳定性。出口节流是应用得最普通的方式。d) 排气节流式这种方式是将节流阀连接在换向阀的排气口上，调节排气的流量来控制气缸的速度。因为气缸的进气气流不经过节流阀，所以不需要单向阀。在调节排气流量来实现速度控制这一点上，它同出口节流式完全相同，不过，如果气缸与换向阀之间的管路较长，这一部分就成了气罐，使回路的响应变差，负载变动时，速度就会不稳定。图9为排气节流式的回路图。3 基本回路，应用各种机能不同的电磁换向阀，可以构成不同的驱动回路。下面介绍几种基本的驱动回路。a) 单作用气缸的往复动作回路图5所示的即为单作用气缸的往复动作回路。但由于它是采用单向的入口节流方式，所以气缸活塞的速度只有在伸出时受到控制。如果希望在缩回时（靠弹簧力作用）控制其速度，可以在换向阀与气缸之间，再反向串联一个速度调节阀，构成出口节流调速，或是在换向阀的R口上连接一个节流阀，构成排气节流方式。b) 双作用气缸往复动作回路图6所示的即为双作用气缸往复动作回路。这个回路中，使用的电磁阀是单电磁铁弹簧复位的，线圈通电时气缸伸出并保持在前死点位置。一旦断电，电磁复位，气缸马上后退。所以，它适用于遇到紧急情况（例如电源断电）希望气缸活塞返回初始位置的场合。c) 带自保持功能的双作用气缸往复动作回路若希望在遇到紧急情况时气缸活塞能保持现行位置，可采用图10所示的回路。与图6相比，这个回路只是用带自保持功能的双电磁铁电磁阀代替了弹簧复位的单电磁铁电磁阀。这种电磁阀在一侧线圈通电切换后，它可以在遇到紧急情况（例如电源断电）时立即停止不动。这种回路普遍用于卡紧物体或抓持重物的气动路中。d) 双气源供气回路这是将气源分别连接到二位五通阀的R1、R2接口上使用的回路。P口为公共排气口，气缸与电磁阀之间的连接与通常的连接相反。图11示出了其回路图。在诸如用气缸升降重物等场合，当气缸伸出、缩回时，负载会有较大的不平衡。这时可采用这种双气源供气回路。一般只对一个供气口（气缸上无负载作用的一侧）的压力进行减压，以取得压力（包括负载）平衡.由于一般调压阀空气不能反向流动,所以调压阀应接在电磁阀之前.此外,并不是所有种类的电磁阀都允许从R口供气,使用时要注意选择可从R口供气的电磁阀.e) 中途位置停止回路(中位封闭式)图12示出了使用中位封闭式三位五通换向阀使气缸在中途任意位置停止的回路。如果让线圈，交替通电，断电，那么，同使用二位五通阀时一样，气缸活塞将作往复运动。在活塞运动过程中，如果两个线圈都断电，则电磁阀靠弹簧作用返回中位，接口全部被封闭。气缸靠推力差（包括负载的气缸盖一侧同气缸杆一侧的推力差）少许移动一段后停止。当无负载时，气缸杆一侧活塞的受压面积较小，所以气缸活塞往气缸杆一侧移动。停止后，如果气缸、配管、电磁阀没有泄漏，活塞将保持在停止位置上，当线圈或再次通电时，活塞重新做前进或后退。这样，虽然可以让活塞在中途停止，但由于空气有压缩性，所以不能期望有较高的停止精度。此外，有的电磁阀（滑阀）允许有一定的泄漏，所以在长时间停止于中位时，活塞会缓慢的漂移运动。在回路中添加锁紧回路（由双个气控单向阀构成）可避免这种现象。这种回路适用于对停止位置精度没有要求，停止后不希望活塞能自由移动的场合。e) 中途位置停止回路（中位排气式） 本回路同e）节所介绍的回路基本相同，但使用中位排气式的三位五通阀。图13是它的回路图。当两个线圈都有断电时，气缸活塞两侧分别通过A,R1口和B,R2口接通大气。气缸活塞上两侧压力消失。当外力施加于气缸杆时，活塞将移动。这种回路适用于停止后希望允许外力拖动气缸的场合。不过，在停止的状态下，如果线圈通电，由于在通电瞬间气缸内没有压力，出口节流不起作用，会使活塞突然快速运动。这种现象称为飞缸。为避免飞缸现象，可将调速方式改为入口节流式，但最好使用下面介绍的双气源供气的回路。f) 中途位置停止回路（双气源供气回路）本回路与d）节所介绍的一样，是双气源供气回路，它使用中位排气式三位五通阀，图14是它的回路图。本回路驱动气缸活塞运动方面与e）节与f）节所介绍的回路基本相同，若在运行中途，电磁阀两个线圈全都断电，则由R1R2口分别向气缸两侧供气，从两侧向活塞加压。这时，靠调压阀设定压力，以取得包括负载在内的推力平衡。这样，便抵消了由于加在气缸上的负载以及受压面积的不同所引起的推力差，使活塞中途停止。由于活塞两侧推力平衡，所以对活塞杆施加外力时，可拖动活塞运动。又由于活塞两侧始终保持一定压力，所以在线圈通电瞬间不会出现飞缸现象。需要注意的是，所使用的电磁阀应选用允许从R1R2口供气的。还要根据加在气缸上的负载作用力的方向，考虑调压阀应安装在R1还是R2口上。4 应用回路在气动回路中有各种应用回路，它们都是根据不同的使用目的而作了周密考虑的。下面介绍一些常用的实例。1）快速回路（快速排气回路）这种回路用在当系统的功能要求气缸高速动作的场合，或者希望缩短循环时间的场合。图15示出了用快速排气阀使气缸活塞实现快速后退的回路图。气缸前进时，由速度控制阀进行速度控制，后退时，不通过电磁阀而由快速排气阀将气缸盖一侧的空气直接排出，以提高活塞回程速度。这时，供气一侧（活塞杆一侧）也需要有足够大的气流量，所以速度控制阀接出口节流方式连接。2）速度可变回路（两级变速回路）在双作用气缸往复运动基本回路上添加几个元件便可构成两级变速回路。图16示出了前进时两级变速控制回路。气缸活塞前进时，如果电磁阀不通电，活塞的速度由速度控制阀控制。当电磁阀通电时，气流不仅通过速度控制阀，而且通过速度控制阀。排气阻力下降，气缸活塞前进速度增加。适当的调整两个速度控制阀，可获得合适的快、慢速进给速度。一般地，调整速度控制阀时，阀比阀要开得大些。由于快慢速度是由电磁阀控制切换的，所以完全可以在行程中途实现变速，即由低速切换到高速，或由高速切换到低速。此外，也可以将电磁阀改为机械阀，靠安装在气缸活塞杆上的撞块直接实现高低速切换。3）低速控制回路（气液回路）由于气体有弹性，使用纯气动回路很难实现气缸活塞的低速运动，这时可以采用气液回路。图17是气液低速控制的回路图。将电磁换向阀的A、B口分别连接两个气液变换器，使变换器同油缸之间充满液压油。用液压速度控制阀调整油的流量即可控制油缸活塞用很低的速度运行。该回路既利用了气动系统的简便性，又利用了液压系统良好的控制性能。变换器的容量要大于油缸的容积，使行程变化过程中对油的增减能在变换器内得到补偿。此外，液压部分中不能有残留的空气，否则控制将变得不稳定，所以使用前要充分排气。再有如使用的油缸在两个油腔间有少许泄漏，则需要采取一些措施，如在两个变换器之间设置用来调整液面的补偿回路。如果在液压油路上加装上电磁截止阀，就能构成精密定位回路。3） 精密定位回路 这是直接靠气动实现精密定位的回路。它不需要液压回路。图18示出了这种回路，其中气缸采用ACB型带制动器气缸，驱动气缸的电磁阀使用三位五通阀（中位排气式）。与中途停止的双气源供气回路一样。因回路上增加了制动控制回路，回路中的电磁换向阀一般直接安装在ACB气缸上，使用时只要在P口上接上气源即可。靠调压阀（减压阀）取得气缸的平衡。制动时通过使制动器换向阀断电使气缸的制动机构动作，将气缸活塞固定在中途任意位置上。在控制电路中，要使气缸活塞运动，应先使制动器电磁阀通电解除制动，少许延时后再接通换向电磁阀驱动活塞运动。要想进一步提高定位精度，可以回路中添加两级变速回路，使活塞在定位停止前先切换到低速运行状态。5）安全锁定回路在某些带有固定重量负载的机械装置，（例如气动压力机），希望在系统失去供气压力时能使气缸活塞锁定在行程端部，可以使用安全锁定回路，其中气缸使用带锁定装置的特殊气缸，电磁阀使用二位五通阀。图19示出了回路图。该回路与双作用气缸往复动作回路完全相同。反复动作的控制也完全相同。气源压力消失时，活塞也能在行程上死点锁住（防止下落）要注意，当气缸从无气压状态重新启动时，直接向气缸盖一侧供气不能使活塞动作，这是因为锁定机构的锥形导杆压住了锁定活塞杆，使其不能缩回的缘故。劳动好象，当重新启动气缸时，应先向活塞杆一侧供气，再向气缸盖一侧供气。这个回路只能把活塞锁紧于行程末端。如果需要在行程中途任意位置锁紧洗塞，可采用带制动器的ACSP型气缸，回路的形式与图16所示回路完全一样。六、气动元件的选定主要确定气缸的参数，气缸