ch10-气压传动概述

1、 气压传动是以压缩空气作为工作气压传动是以压缩空气作为工作介质进行能量的传递和控制的一种流体介质进行能量的传递和控制的一种流体传动形式。传动形式。第第1010章章 气气 压压 传传 动动 概概 述述一、优点一、优点 （1）工作介质取之不尽，排放方便，不存在泄漏污染及介）工作介质取之不尽，排放方便，不存在泄漏污染及介质变质及补充等问题；流动损失小、可集中供气，适于远距离输质变质及补充等问题；流动损失小、可集中供气，适于远距离输送。送。 （2）装置简单、轻便，安装维护简便。）装置简单、轻便，安装维护简便。 （3）元件结构简单，制造方便，已于实现标准化、系列化、）元件结构简单，制造方便，已于实现标准

2、化、系列化、通用化；通用化； （4）响应速度快，对冲击负载和过负载有较强的适应能力；）响应速度快，对冲击负载和过负载有较强的适应能力； （5）防燃、防爆、耐潮，适应高温、强电磁干扰、粉尘等）防燃、防爆、耐潮，适应高温、强电磁干扰、粉尘等恶劣工作环境。恶劣工作环境。10-1 10-1 气压传动的优缺点气压传动的优缺点二、缺点二、缺点 （1）空气的压缩性大，气动执行元件的速度）空气的压缩性大，气动执行元件的速度受负载变化影响较大、定位精度低。受负载变化影响较大、定位精度低。（2）气信号比光电信号速度慢，不宜用于要求传）气信号比光电信号速度慢，不宜用于要求传递速度高的复杂控制系统；递速度高的复杂控制

3、系统；（3）传递功率小。一般工作压力较低（）传递功率小。一般工作压力较低（0.31MPa），总输出力不宜大于），总输出力不宜大于1040kN。10-2 10-2 气压传动系统的基本组气压传动系统的基本组成成气压发生装置气压发生装置执行元件执行元件控制元件控制元件辅助元件辅助元件11-1 11-1 空气的物理性质空气的物理性质 一、空气的组成一、空气的组成 主要成分有氮气、氧气和一定量的水蒸气。主要成分有氮气、氧气和一定量的水蒸气。含水蒸气的空气称为湿空气，不含水蒸气的空气含水蒸气的空气称为湿空气，不含水蒸气的空气称为干空气。称为干空气。二、基本状态参数二、基本状态参数 温度温度T，体积，体积V

4、，压力，压力p,内能，焓，熵。其中内能，焓，熵。其中前三个为基本状态参数。前三个为基本状态参数。第十一章第十一章 气压传动基础知识气压传动基础知识湿度湿度 所含水分的程度用湿度和含湿量来表示。湿度的所含水分的程度用湿度和含湿量来表示。湿度的表示方法有表示方法有 绝对湿度和相对湿度之分。绝对湿度和相对湿度之分。（1）绝对湿度：每立方米湿空气中所含水蒸气的质量。（2）饱和绝对湿度b:湿空气中水蒸气的分压力达到该温度下水蒸气的饱和压力时的绝对湿度。（3）相对湿度：在相同温度和压力条件下，绝对湿度与饱和绝对湿度的比值。气压传动系统要求压缩空气的相对湿度小于95。（4）含湿量:每千克质量的干空气中所混合

5、的水蒸气的质量。11-2 11-2 气体的状态变化气体的状态变化一一、理想气体的状态方程理想气体的状态方程 n 不计粘性的气体称为理想气体。不计粘性的气体称为理想气体。n一定质量的理想气体在状态变化的时，一定质量的理想气体在状态变化的时， 有如下气体状有如下气体状态方程成立态方程成立 pV / T = 常量常量 或或 p=RT二二、气体状态变化过程及规律气体状态变化过程及规律 n等容变化等容变化 p1/T1= p2/T2= 常量常量 n等压变化等压变化 V1/T1= V2/T2= 常量常量 n等温过程等温过程 p1V1= p2V2= 常量常量 n绝热过程绝热过程 一定质量的气体和外界没有热量交

6、换时的一定质量的气体和外界没有热量交换时的状态变化过程叫做绝热过程。状态变化过程叫做绝热过程。 p1V1k = p2V2k =常量常量 式中式中k为绝热指数，对于空气，为绝热指数，对于空气，k=1.4。三、气压传动系统中的三、气压传动系统中的气体变化过程气体变化过程1.绝热充气过程1）充气引起的温度和质量变化21111000TkTTTpkTTp21210VmmmppkRT2）充气时间n容器内气体压力由p充到p0所需要的时间t为12110210300.528/1.285/2735.217 10ttttpptppVkSTn式中： p0/为气源绝对压力为气源绝对压力（MPa）；）；p1=为容器初始绝

7、为容器初始绝对压力对压力（MPa） ； 为充气与为充气与放气过程的时间常数放气过程的时间常数（s）;V为为容器容积容器容积（m3）；S为管道的为管道的有效截面积；有效截面积； T0为气源的绝对为气源的绝对温度温度（K）2.绝热放气过程1）放气引起的温度和质量变化放气过程是绝热过程，放气后气体的温度为12211kkpTTp放气后，容器内剩余的气体质量为12211kpmmp2）放气时间容器从初始压力放气到大气压力所需要的时间为12121211125312110.9451.013 102735.217 10kkkkatttpktkpptVkST n式中： p1为充气为充气容器内压力容器内压力（MPa

8、）； 为充为充气与放气过程的时气与放气过程的时间常数间常数（s）;V为为容器容积容器容积（m3）；S为有效截面积为有效截面积11113 3 气体的流动规律气体的流动规律一、气体流动的基本方程一、气体流动的基本方程1 连续性方程连续性方程 1v1A1 =2v2A2 （注意（注意12）2 动量方程动量方程（欧拉运动方程）（欧拉运动方程）0dpvdv3 能量方程（伯努利方程）能量方程（伯努利方程） 因气体可以压缩（因气体可以压缩（ 常数）常数） ，又因气体流动很快，又因气体流动很快，来不及与周围环境进行热交换，按绝热状态计算，则来不及与周围环境进行热交换，按绝热状态计算，则有有 忽略气体粘度及位势能

9、的影响，且在低速流动时，忽略气体粘度及位势能的影响，且在低速流动时，气体可认为是不可压缩的（气体可认为是不可压缩的（ 常数），则有常数），则有221wvkpgzghConstk22vpConst二、声速与马赫数二、声速与马赫数1.声速声速 声音引起的波称为声音引起的波称为“声波声波”。声波在介质中的传播。声波在介质中的传播速度称为声速。声音传播过程属绝热过程。速度称为声速。声音传播过程属绝热过程。 对理想气体来说，声音在其中传播的相对速度只与气体的对理想气体来说，声音在其中传播的相对速度只与气体的温度有关。气体的声速温度有关。气体的声速c 是随气体状态参数的变化而变是随气体状态参数的变化而变化

10、的。化的。2. 马赫数马赫数 气流速度与当地声速之比称为马赫数气流速度与当地声速之比称为马赫数 Ma v/c Ma 是气体流动的一个重要参数，反映了气体的压缩性，是气体流动的一个重要参数，反映了气体的压缩性， Ma愈大，气流密度变化越大。愈大，气流密度变化越大。 当当v c，Ma 1时，称为亚声速流动；时，称为亚声速流动； 当当vc，Ma 1时，称为声速流动，也叫临界状态流时，称为声速流动，也叫临界状态流动；动； 当当v c，Ma 1时，称为超声速流动。时，称为超声速流动。当当v 50m/s 时，不必考虑压缩性。时，不必考虑压缩性。当当v 140m/s 时，应考虑压缩性。时，应考虑压缩性。在气

11、动装置中，气体流动速度较低，且经过压缩，可在气动装置中，气体流动速度较低，且经过压缩，可以认为不可压缩；自由气体经空压机压缩的过程中是以认为不可压缩；自由气体经空压机压缩的过程中是可压缩的。可压缩的。 气体在管道中的流动特性气体在管道中的流动特性 在超声速流动时在超声速流动时 (Ma1) 在亚声速流动时在亚声速流动时 (Ma1)四四、气动元件和管道的有效截面积气动元件和管道的有效截面积 气动元件的通流能力，是指单位气动元件的通流能力，是指单位时间内通过阀、管路等的气体质量。时间内通过阀、管路等的气体质量。目前通流能力可以采用有效截面积目前通流能力可以采用有效截面积S 和质量流量和质量流量q 表示。表示。n有效截面积有效截面积n由于实际流体存在粘性，流速的由于实际流体存在粘