第十章-气压传动.ppt

同学们好welcometoclassroom 第十章气压传动pneumatictransmission 气压传动是以净化后的压缩空气为工作介质 在密闭容器内进行能量转换 控制与传递的一种传动技术 由于空气取之不尽用之不竭 投资小 污染少 能耗小 所以气压传动与控制技术被大量应用于机械加工 汽车制造 电子工业 机器人 气动测量等工业中 尤其在轻工业领域和气动工具中的应用越来越广泛 一 气压传动工作原理 10 1概述 气压传动与液压传动工作原理基本相同 最大差别在于 一是气压传动的工作介质来源于大气 二是工作完毕气体直接排向大气而不回收 三是系统结构轻便 四是通常工作压力较低 要达到液压传动的工作压力时 对密封要求更加严格 二 气压传动系统组成 气压传动系统仍由五部分组成 1 能源元件气压传动能源元件指各种气泵 包括空气压缩机 其作用是将原动机的机械能转变成气体的压力能 2 执行元件气压传动执行元件指各种气缸 气动马达 其作用是将气体压力能转变成机械能驱动负载 3 调节控制元件气压传动调节控制元件指各种气动阀和气动逻辑元件 其作用是调节和控制压缩空气的压力 流量和方向 4 辅助元件气压传动辅助元件指除了上述三大类元件之外的各种元件 如空气过滤器 储气罐 蓄能器 冷却器 干燥器 分水滤气器 油雾器 油水分离器 消声器 管道和接头等 其作用是储存和净化压缩空气 润滑元件 降低噪声 连接元件并输送压缩空气等 5 工作介质气压传动工作介质是经过净化后的压缩空气 其作用是传递能量和压力信号 三 气动元件图形符号 优点 1 工作介质来源方便 而无需投资 使用后的气体直接排向大气 不需要回收 几乎无污染 2 安全可靠 自保护能力强 3 压力损失小 可远距离传动和集中供气 4 传动与控制响应快 调节使用方便 维护简单 5 适应工作环境能力强 可在易燃 易爆 强磁 粉尘 潮湿等环境下工作 缺点 1 不宜精确的定比传动 2 通常工作压力低 输出功率小 3 排气时会产生高频噪声 因此需要安装消声器进行降噪处理 四 气压传动优缺点 气压传动系统中各元件均按GB T786 1 1993 液压气动图形符号 见附录 规定绘制 10 2气动能源元件pneumatictransmittingenergycomponents 一 空气压缩机类型和工作原理 一 空气压缩机类型 1 按结构分类活塞式 膜片式 叶片式和螺杆式几种 2 按工作压力分类低压泵p 0 2 1 MPa 中压泵p 1 10 MPa 高压泵p 10 100 MPa 超高压泵p 100MPa 3 按流量分类微型泵q100 60m3 s 作为气压传动使用的空气压缩机通常采用容积式空气压缩机 气泵 1 具体有以下分类 二 空气压缩机及工作原理 1 滑块 活塞式空气压缩机 1 常用空气压缩机 2 叶片式气泵 图形符号 2 空气压缩机组 空气压缩机组是包括原动机 气泵 空气过滤器 油水分离器 安全阀 储气罐 蓄能器 和压力表等在内的气源组合装置 如图10 7所示 小型空气压缩机通常制造成便携式或可移动式 图10 7空气压缩机组1 电源开关2 电源线插头3 7 压力表4 6 空气压缩机5 气罐8 安全阀9 气压自动开关10 排气管 西门子发电公司已制造出号称世界上最大的压缩机 该压缩机为55MW轴流一径流式 AR 重量达160公吨 进气量大约为700000m3 h 由一台齿轮电动机驱动 1公吨 tonne metricton 1000公斤 吨 原本意义上的吨 是英制单位 英文是ton 英国和美国对ton的定义不同 在英国1ton等于1016公斤 因此英国的吨又成为longton 长吨 在美国1ton等于907公斤 因此美国的吨又成为shortton 短吨 1 工作压力当考虑各种压力损失时 工作压力ps 2 流量qs可按下式确定 三 空气压缩机主要参数及选用 q 系统工作时 同一时间内需求的最大耗气量 单位为m3 s k1 泄漏系数 k1 1 15 1 5 k2 备用系数 k2 1 3 1 6 根据可能增加的执行元件数确定 k3 利用系数 通常取k3 1 二 气压传动辅助元件 一 压缩空气的净化与净化元件元件 1 压缩空气的净化 根据气压传动设备实际工作环境 气候等条件的不同 空气中含有不同程度的粉尘 机械杂物和水分等 空气压缩机的润滑油雾也将溶于压缩空气中 这些粉尘 机械杂质 水分和油气在一定压力和温度下将生成混合杂质影响气压传动系统的正常工作 产生的不良后果是 1 混合杂质在管道 阀口处聚集将增大阻力 造成误动作或不能工作 2 水分在一定压力和温度下析出水滴 在低温环境下阻塞节流孔 阻尼孔或使某些元件冻裂 3 雾化油气与其它空气成分在一定压力和温度下生成有害物质损伤元件工作面或生成易燃易爆物质 综上所述 由空气压缩机排出的压缩空气必须经过净化元件的处理才能储存和使用 2 压缩空气的净化元件 1 后冷却器作用是将空气压缩机输出的120 150 的高温气体进行冷却 析出水滴或油滴进行再处理 常见结构和工作原理 带冷却剂管路的后冷却器的图形符号为 分为 后冷却器 油水分离器 干燥器 分水滤气器 人工排出油水分离器的图形符号为 常见结构和工作原理 2 油水分离器 作用是分离冷却压缩气体中的水或油分 3 干燥器 干燥器的作用是进一步除去压缩空气中的水分 结构形式有吸附式和冷凝式 吸附式干燥器的图形符号为 吸附式干燥器结构与工作原理 180 C高温干空气 4 分水滤气器 作用是进一步分离压缩气体中的水份及杂质 常见结构和工作原理是 人工排出分水滤气器的图形符号为 储存元件的种类和作用种类 立式 卧式作用 1 为保证系统连续而稳定的工作而储存一定量的压缩空气 2 当原动机出现意外时 保证系统有足够气源使其复位或制动 3 降低气温 4 沉淀水分 杂质和油分 二 压缩空气的储存元件 储气罐的图形符号为 立式储气罐的结构 2 要求及容积计算要求 要有足够的强度和容量 必须按照压力容器设计规范进行设计和强度校核 容积计算 V0 工作周期内系统消耗的自由空气体积 q 供给储气罐的空气流量 t 系统工作周期 p1 储气罐内气体绝对压力 p2 储气罐内允许降至最低的绝对压力 pa 大气压 三 油雾器 作用是向系统提供2 20 m的微粒润滑油 润滑相对运动的零件 按油雾颗粒分为 普通型 20 m 微雾型 2 3 m 按原理分为固定节流式和可调节流式 油雾器的图形符号为 QIU型油雾器结构与工作原理 1 4滴 秒 四 自动排水器 作用是自动除去系统中凝结的积水等杂质 通常复合在净化器上 或安装于管道 储气罐下方 自动排水器的图形符号为 结构和工作原理 五 消声器 作用是降低工作中排气噪声 消声器结构形式较多 阻性式 抗性式 阻抗性式和多孔扩散式 原理是利用阻抗 扩散降低气流排出速度 装于换向阀出口的阀用消声器为多孔扩散式 通常经过此种消声器可将噪声降低20 40dB A 消声器的图形符号为 多孔扩散式消声器结构 六 气 电转换元件 1 气 电转换器 2 压力继电器 七 管道 接头和管路布置 1 管道2 接头3 管路布置 八 密封件 10 3气动执行元件PneumaticTransmittingActuators 一 气缸 活塞式 膜片式 组合式 二 普通气缸 一 气缸类型和图形符号 功用 是将净化后的压缩空气能转变成机械能输出的能量转换元件 包括 气缸 气动马达 1 双作用单杆活塞式气缸 结构举例 2 单作用单杆活塞式气缸 结构举例 3 单杆膜片式气缸 特点 行程短膜片为碟形者 行程为膜片直径的0 25倍 膜片为平板形者 行程为膜片直径的0 1倍 三 特殊气缸 1 开关气缸 2 磁性气缸 3 坐标气缸 特点是重复定位精度高 0 01mm 同学们好welcometotheclassroom 4 气 液阻尼缸 a 串连式 b 并联式 气 液阻尼缸由汽缸和液压缸组合而成 结构上有串联式和并联式 气 液阻尼可改善汽缸的调速特性 四 气缸工作参数计算 1 推拉力计算 2 效率和负载率 效率 负载率 3 气缸运动速度 4 气缸的耗气量 1 理论耗气量qt qt ALNm3 s 2 自由耗气量qf 式中kL 泄漏和管路容积系数 kL 1 2 1 5P 气缸工作压力 105Pa m3 s A 活塞 柱塞 有效作用面积 单位为m2 L 活塞 柱塞 有效行程 单位为m N 每秒钟往复次数 气动马达输出特性 气动马达应用 二 气动马达 分类 形式上分为回转式 摆动式结构和原理上分为齿轮式 叶片式和活塞式 特点 运动灵活 安全可靠转速范围在 500 25000 r min 1 气动马达分类和特点 复习所讲内容 思考 10 1 5 6 7 8 10 同学们好welcometoclassroom 10 4气压传动调节与控制元件PneumaticTransmission ControlComponents 按功能分为 方向控制阀 压力控制阀 流量控制阀 气动逻辑元件 一 方向控制阀 一 方向控制阀种类 二 单向阀 1 图形符号 2 单向阀结构和工作原理 三 或门形梭阀 3 应用 1 图形符号 2 结构和工作原理 四 与门形梭阀 双压阀 3 应用 1 图形符号 2 结构和工作原理 五 快速排气阀 3 应用 1 图形符号 2 结构和工作原理 六 换向阀 气动换向阀根据工作位数和进排气口数量的不同组合 常见的有 二位三通阀 二位四通阀 二位五通阀 三位四通阀 三位五通阀 按阀芯结构形式分为 滑阀式 截止阀式 膜片式 按操作控制方式分为 气压控制式 电磁铁控制式 电 气压控制式 先导式 气压控制式 单气压控制式 双气压控制式 加压控制式 释压控制式 差压控制式 延时控制式 电磁铁控制式 单电磁铁控制式 双电磁铁控制式 电 气控制式 先导式 单先导式 双先导式 1 气压控制换向阀 1 加压控制式 图形符号 结构和工作原理 2 释压控制式 图形符号 结构和工作原理 3 差压控制式 4 延时控制式 2 电磁换向阀 1 单电磁铁截止阀式二位三通换向阀 分单电磁式和双电磁式 图形符号 结构和工作原理 2 双电磁铁滑阀式二位五通换向阀 图形符号 结构和工作原理 3 电 气控制换向阀 先导式换向阀 1 单先导式电 气换向阀 图形符号 结构和工作原理 2 双先导式电 气换向阀 图形符号 结构和工作原理 二 压力控制阀 溢流阀 减压阀 顺序阀 二 溢流阀 安全阀 1 直动式溢流阀 一 分类 图形符号 结构和工作原理 2 先导式溢流阀 图形符号 结构和工作原理 QTY型直动式减压阀 三 减压阀 1 直动式减压阀 图形符号 直动式减压阀适应于压力在 0 05 0 6 MPa 公称流量在 0 08 1 17 10 3m3 s范围内使用 流量和压力超过此范围时应采用先导式减压阀 外部先导式减压阀结构和工作原理 2 先导式减压阀 图形符号 减压阀 分水滤气器 油雾器组成气动三联件 内部先导式减压阀 四 顺序阀 1 直动式顺序阀 图形符号 结构和工作原理 2 单向顺序阀 图形符号 结构和工作原理 三 流量控制阀 排气节流阀 图形符号 结构和工作原理 四 气动逻辑控制元件 气动逻辑控制元件是指可用0或1表示其输入或输出信号的有无 可用逻辑运算法求出输出结果 1 气动逻辑控制元件分类 按工作压力分为 高压 0 2 0 8Mpa 低压 0 02 0 2Mpa 微压 0 02Mpa以下 按逻辑功能分 或门 与门 是门 非门 禁门 双稳态等元件 按结构形式分为 截止阀式 滑阀式 膜片式 2 或门元件 逻辑运算式S a b 3 与门元件 逻辑运算式S a b 4 是门元件 逻辑运算式S a 5 非门元件 逻辑运算式 S a 6 禁门元件 逻辑运算式 S a b 7 或非门元件 逻辑运算式 8 双稳态元件 同学们好welcometoclassroom 10 5气压传动基本回路 一 压力控制回路 1 一次压力控制回路 2 二次压力控制回路 二次压力控制回路扩展 3 差压控制回路 4 过载保护回路 二 方向控制回路 1 单作用气缸的换向回路 2 双作用缸的往复控制换向回路 1 利用两个二位三通电磁阀控制的换向回路 2 自动退回一次往复换向回路 3 连续往复换向回路 三 速度控制回路 一 快速运动回路 二 调速回路 2 双作用缸的双向节流调速回路 2 慢进快退调速回路 3 快进转慢进换接回路 1 行程阀控制的快转慢速回路 2 二位二通阀控制的快转慢回路 4 气 液联合调速回路 1 气液阻尼缸调速回路 2 气液转换器调速回路 四 多缸工作回路 一 多缸同步控制回路 1 机械关联同步回路 2 气液联动同步回路 二 多缸顺序动作控制回路 延时自动顺序动作控制回路 分为 行程控制顺序动作回路 包括行程阀控制和行程开关控制 压力控制顺序动作回路 包括顺序阀控制和压力继电器控制 延时控制顺序动作回路 包括单向顺序和双向顺序控制 延时单向顺序动作回路 延时双向顺序动作回路 五 其它回路 一 安全保护回路 1 操作人员的保护回路 2 设备安全保护回路 1 过载保护回路 2 防止误动作联锁回路 二 启动和停止回路 1 单操作启动和停止回路 2 多操作启动和停止回路 输出信号q的接法不同 产生的效果有所差别 如q同时作为主控制阀的控制信号和执行元件的气源时 则称系统启停回路 控制整个系统 如q只作为执行元件的气源时 则为执行元件启停回路 仅控制执行元件 如q只作为主控换向阀的控制信号时 则为控制信号启停回路 仅影响控制信号有无 10 6气压传动系统实例分析 一 液体灌装机气动系统分析 二 气动夹紧系统分析 调节节流阀可控制松开夹紧的延时时间 调节节流阀可控制夹紧的延时时间 三 数控加工中心气动换刀系统分析 换刀程序 1 主轴定位2 主轴松刀3 拔刀 回转刀库交换刀具 4 吹气5 插刀6 夹紧7 取消定位 10 7气压传动系统设计 图解方法 即X D线图法 X D线图法是信号 动作状态图法 不论采用时间控制 行程控制 还是时间 行程混合控制都可以用输入信号和产生的动作信号加以描述 一 系统图中元件符号的规定 一 行程控制程序设计 1 用大写字母A B C 表示执行元件 用下标0表示气缸活塞杆退回 马达反转 用下标1表示气缸活塞杆伸出 马达正转 如A0 A1 2 用小写字母a b c 表示各执行元件对应的行程阀 以下标0表示活塞退回时行程阀发出的信号 用下标1表示活塞伸出时行程阀发出的信号 如a0 a1 3 控制气缸换向的阀用V表示 用下标A B C 表示控制的执行元件 如VA控制A执行元件 VB控制B执行元件 二 程序图设计 程序图是表示气压传动系统在完成一个工作循环中 各执行元件的动作顺序 在程序图中 全部用带下标的符号表示 例 以动作节拍表示 去掉节拍号 三 障碍 干扰 信号 b1障碍信号 C0障碍信号 当c1有信号时 Vc不能换向 原因是有b1作用 因而VB也不能换向 产生了障碍 二 X D线图设计 举例 一 绘制方格图 绘制X D线图首先应该画出方格图 其次填写节拍 动作状态 在图的第一行从左到右依次填写节拍 如1 2 3 4 5 在图的第二行与节拍对应填写动作状态 在图的最左边一列填写控制信号和动作状态 如b0 A1 为控制信号 A1为动作状态 各占一行 在图的最右边一列是执行信号表达式 由于程序是循环执行的 所以节拍1左边竖线和节拍5右边竖线可视为同一条线 二 绘制动作状态线 D线 动作状态线用粗实线表示 起点画 o 终点画 动作状态线的起点是行 列所对应大写字母及下标都相等的左边竖线 终点是行 列所对应字母相同 而下标不同的左边竖线 如A1动作状态线 A1 A1 A1 A0 动作状态线表示A缸进给动作延续到B缸进给时结束 三 绘制信号状态线 X线 信号状态线用细实线表示 起点画 o 终点画 信号状态线的起点和动作状态线的起点同一竖线 终点是行 列符号相同且不论大小写 但下标不同的左边竖线 如b0 A1 信号线 起点和动作状态线起点 A1 A1 同一竖线 终点是 b0 B1 四 判断障碍 信号线比动作线短是非障碍信号 非障碍信号在右上角标注 以便区别 信号线比动作线长为有障碍信号 信号线比动作线长出部分为障碍段 障碍段用波浪线表示 必须进行消除 否则不能正常工作 信号线与动作线等长 或稍长时 认为有短时障碍 或 滞消障碍 根据系统对时序的精确程度考虑是否消除 五 消障方法 对于多缸单往复气压传动系统存在的障碍属 型障碍 对于多缸多往复气压传动系统存在的障碍属 型障碍 消障原理就是将控制信号线缩短到小于动作信号线 1 型障碍的消除 1 脉冲信号法 脉冲信号法就是将有障碍信号变为脉冲信号 这样 使主控阀换向后 控制信号立即消失 脉冲信号法可以消除任何 型障碍 能产生脉冲信号的有机械法 脉冲回路法 机械法 脉冲回路法 2 逻辑回路法 逻辑回路法有逻辑 与 逻辑 非 逻辑 与 即是引入一个制约信号 辅助信号 x 用制约信号x和障碍信号m相 与 产生派生信号m m x 并用派生信号m 取代原来的控制信号 如b1或c0 即可消障 制约信号x尽量选取系统中某原始信号 不过 被选的原始信号x