第9章气压传动

1《液压与气压传动》气压传动第9章2本章提要

本章主要内容为：①气压传动的组成及特点。②气动元件，含气源装置及辅助元件、气缸、气马达、气压控制方向阀、气压控制压力阀、气压控制流量阀，要掌握这些元件的工作原理、图形符号、结构形式等。③气动基本回路及典型气控系统实例分析。

本章重点是气动元件的工作原理、图形符号和结构特点以及气动基本回路。3

9.1.1气压传动工作原理及组成9.1气压传动概述

气压传动简称气动，是指以压缩空气为工作介质来传递动力和控制信号，控制和驱动各种机械和设备，以实现生产过程机械化、自动化的一门技术。气压传动与液压传动的工作原理完全相同，都是以密封容积中的受压工作介质来传递运动和动力的。它先将机械能转换成压力能，然后通过各种元件组成的控制回路来实现能量的调控，最终再将压力能转换成机械能，使执行机构实现预定的运动。4典型的气压传动系统由气压发生装置、执行元件、控制元件和辅助元件四个部分组成。气压发生装置简称气源装置，是将机械能转换成气体压力能的装置，为系统提供压缩空气。

执行元件是将压缩空气的压力能转变为机械能的能量转换装置。包括作直线往复运动的气缸，作连续回转运动的气马达和作不连续回转运动的摆动马达等。控制元件是用来控制压缩空气的压力、流量和流动方向的，以便使执行机构完成预定运动规律的元件。包括各种压力控制阀、方向阀控制、流量控制阀以及其他一些逻辑元件、转换元件和传感元件等。辅助元件是使压缩空气净化、润滑、消声以及元件间连接所需要的一些装置。包括分水滤气器、油雾器、消声器以及各种管路附件等。

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9.1.2气压传动的特点1.气压传动的优点（1）压缩空气由大气中取得，同时，用过的空气可直接排放到大气中去，对环境无污染，处理方便，万一空气管路有泄漏，除引起部分功率损失外，不致产生不利于工作的严重影响，也不会污染环境。（2）空气的粘度很小，约为液压油的万分之一，在管道中的压力损失较小，因此便于集中供气和远距离输送。（3）与液压相比，气动反应快，动作迅速。气动元件结构简单、制造容易，适于标准化、系列化、通用化。气压元件可靠性高，使用寿命长，有效动作最大可达1亿次。（4）压缩空气的工作压力较低（一般为0.3~0.8MPa），因此，对气动元件的材质要求较低。6（5）气动系统维护简单，管道不易堵塞，也不存在介质变质、补充、更换等问题。（6）使用安全，没有防爆的问题，并且便于实现过载自动保护。（7）气动元件采用相应的材料后，能够在恶劣的环境（强振动、强冲击、强腐蚀和强辐射等）下进行正常工作，安全可靠性优于液压、电子和电气系统。（8）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。72.气压传动的缺点（1）空气具有可压缩性，当载荷变化时，气动系统的工作稳定性差。（2）工作压力较低，又因结构尺寸不宜过大，因而气压传动装置的总推力一般不可能很大，且传动效率低。（3）气压信号传递的速度比光、电子速度慢，故不宜用于要求高传递速度的复杂回路中，但对一般机械设备，气动信号的传递速度是能够满足要求的。（4）气压传动工作介质本身没有润滑性，如不采用无给油气压传动元件，需另加油雾器等装置进行润滑。（5）噪声大，尤其在超音速排气时，需要加装消声器。8

9.2气体的物理性质、状态方程

及其流动规律9.2.1气体的物理性质1.空气的组成成份比值氮气（N2）氧气（O2）氩气（Ar）二氧化碳（CO2）其他气体体积V/%78.08420.9460.9340.0330.003质量M/%75.51823.1351.2880.0580.001表9.1空气的组成92.空气的密度式中

0—基准状态下的干空气密度；0=1.293kg/m3

p—绝对压力（Pa）；

—干空气的密度；

t—温度（℃），其中（273＋t）为绝对温度（K）。3.空气的粘性式中

μ0—气体0℃时的动力粘度；

C—常数，（Pa）；对于空气，C=122101.理想气体状态方程9.2.2气体的状态方程式中

p—绝对压力；

T—热力学温度（K）；

R—气体常数（J/kg•K）。2.气体状态变化过程空气作为气动系统的工作介质，在能量传递过程中其压力p、密度、温度T三状态是要发生变化的。实际过程是很复杂的，一般将气体由状态变化简化为有附加限制条件的四种过程，即等压过程、等容过程、等温过程、绝热过程，而把不附加条件限制，往往更接近实际的变化过程称为多变过程。11（2）等压过程（盖-吕萨克定律）（3）等温过程（波义耳-马略特定律）（4）绝热过程（1）等容过程（查理定律）121.声速与马赫数9.2.3气体的流动规律声速是指声波在空气中传播的速度。对于理想气体气体的速度v与声速c之比定义为马赫数Ma，即根据马赫数不同，把气流分为三种流动状态：1）当Ma＞1时，称为超声速流动；2）当Ma＜1时，称为亚声速流动；3）当Ma＝1时，称为临界状态或声速流动。132.可压缩气体流动的基本方程1）连续性方程根据质量守恒定律，当气体在管道中做稳定流动时，同一时间流过每一通流断面的质量为一定值，即为连续性方程

qm

＝AV＝常数（9.11）式中qm

—气体在管道中的质量流量（kg/s）；

A—流管的任意截面面积（m2）；

v—该截面上的平均流速（m/s）。

2）运动方程

为连续性方程的微分形式。3）状态方程144）伯努利方程（能量方程）式中

e

—

单位质量气体的内能（J）；

Cp—单位质量气体的定压比热（J/(kg•K)）；

Cv—单位质量气体的定压比热（J/(kg•K)）；h—单位质量气体的内能和压强能的总和15

气源装置及空压机9.3气源装置及辅助元件气源装置通常由压缩空气站和气源净化装置两大部分组成。典型的气源系统如图9.1所示。1为空气压缩机，一般由电动机带动，其吸气口装有空气过滤器。2为后冷却器，用以冷却压缩空气，使净化的水凝结出来。3为油水分离器，用以分离并排出降温冷却的水滴、油滴、杂质等。4为贮气罐，用以贮存压缩空气，稳定压缩空气的压力，并除去部分油分和水分。5为干燥器，用以进一步吸收或排除压缩空气中的水分和油分，使之成为干燥空气。6为空气过滤器，用以进一步过滤压缩空气。7为贮气罐，贮气罐4输出的压缩空气可用于一般要求的气压传动系统，贮气罐7输出的压缩空气可用于要求较高的气动系统（如气动仪表等）。16

1为空气压缩机，一般由电动机带动，其吸气口装有空气过滤器。

2为后冷却器，用以冷却压缩空气，使净化的水凝结出来。

4为贮气罐，用以贮存压缩空气，稳定压缩空气的压力，并除去部分油分和水分。

3为油水分离器，用以分离并排出降温冷却的水滴、油滴、杂质等。17

5为干燥器，用以进一步吸收或排除压缩空气中的水分和油分，使之成为干燥空气。

6为过滤器，用以进一步过滤压缩空气。

贮气罐4输出的压缩空气可用于一般要求的气压传动系统，贮气罐7输出的压缩空气可用于要求较高的气动系统（如气动仪表等）。

7为贮气罐

18空气压缩机的分类及工作原理

空气压缩机按压力大小可分成低压型（0.2~1.0MPa）、中压型（1.0~10MPa）和高压型（大于10MPa）；按工作原理可分成容积型和速度型。通过缩小气体的容积来提高气体压力的方法称为容积型。容积型空压机按结构原理可分成往复式（活塞式和膜片式等）和回转式（滑片式和螺杆式等）。提高气体的速度，让动能转化成压力能，以提高气体压力的方法称为速度型。往复活塞式空气压缩机工作原理图1-排气阀；2-汽缸；3-活塞；4-活塞杆；5、6-十字头与滑道；7-连杆；8-曲柄9-吸气阀10-弹簧19

（2）

气压缩机的工作原理

气压传动系统中最常用的空气压缩机是往复活塞式。往复活塞式空气压缩机工作原理图1-排气阀；2-汽缸；3-活塞；4-活塞杆；5、6-十字头与滑道；7-连杆；8-曲柄9-吸气阀10-弹簧20

当活塞3向右运动时，左腔压力低于大气压力，吸气阀9被打开，空气在大气压力作用下进入气缸2内，这个过程称为“吸气过程”。当活塞向左移动时，吸气阀9在缸内压缩气体的作用下关闭，缸内气体被压缩，这个过程称为“压缩过程”。当气缸内空气压力增高到略高于输气管内压力后，排气阀1被打开，压缩空气进入输气管道，这个过程称为“排气过程”。其工作原理:21图9.3滑片式空气压缩机工作原理图22图9.4螺杆式空气压缩机工作原理图239.3.1后冷却器

后冷却器安装在空压机出口，作用是将空气压缩机排出的压缩空气由140~170℃降至40~50℃，使压缩空气中的油雾和水汽迅速达到饱和，让大部分析出并凝结成油滴和水滴，以便经油水分离器排出。后冷却器的结构形式有：蛇形管、列管、散热片、管套式。有水冷和气冷两种方式。风冷式冷却器靠风扇产生的冷空气流吹向带散热片的热气管道来降温的。其优点为不需水源、占地面积小、重量轻、运转成本低和易于维修。缺点是冷却能力较小，入口空气温度一般不高于100℃，在它内部冷却水和热空气在不同管道中逆向流动，充分进行热交换以降低空气温度，一般其出口处气温比水温大约高10℃。24图9-5后冷却器a)蛇管式b)列管式

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油水分离器安装在后冷却器出口，作用是分离并排出压缩空气中凝聚的油分、水分等，使压缩空气得到初步净化。油水分离器的结构形式有环形回转式、撞击折回式、离心旋转式、水浴式以及以上形式的组合使用等。撞击折回并回转式油水分离器

9.3.2油水分离器26撞击折回并回转式油水分离器

它的工作原理是：当压缩空气由入口进入分离器壳体后，气流先受到隔板阻挡而被撞击折回向下（见图中箭头所示流向）；之后又上升产生环形回转。这样凝聚在压缩空气中的油滴、水滴等杂质受惯性力作用而分离析出，沉降于壳体底部，由放水阀定期排出。

27作用：

(1)储存一定数量的压缩空气，以备发生故障或临时需要应急使用。

(2)消除由于空气压缩机断续排气而对系统引起的压力脉动，保证输出气流的连续性和平稳性。

(3)进一步分离压缩空气中的油、水等杂质。贮气罐一般采用焊接结构，以立式居多。贮气罐结构图9.3.3气罐289.3.4干燥器

经过油水分离器的压缩空气仍含有一定量的水分和油气等杂质，只要系统工作温度低于其露点就会有水滴析出而产生不利影响。为了进一步提高压缩空气的质量，通常采用干燥器。干燥器是采用吸附法、冷冻法、机械除水法、高分子隔膜式等干燥的装置。吸附式干燥器见图9.8，在干燥器内装干燥吸附剂（如焦碳、硅胶、铝胶、分子筛、滤网）等，通常加入颗粒直径5~8mm的硅胶，硅胶有白色和紫色两种，白色硅胶吸水饱和不变色，而紫色硅胶变为淡红色，所以干燥器内使用大量白色硅胶，掺入少量紫色硅胶，以便判断是否饱和。压缩空气流过栅板、干燥吸附剂（如焦碳、硅胶、铝胶、分子筛、滤网）等，使之达到干燥、过滤除去气态水分的目的。图9.8吸附式干燥器结构图1—湿空气进气管；2—顶盖；3、4—再生空气排气管；5—再生空气进气管；6—干燥空气输出管；7—排水管；8、17—密封座；9、12、15—铜丝过滤网；10—毛毡；11—下栅板；13、16—吸附剂层；17—支承板29

过滤器的作用是进一步滤除压缩空气中的杂质。常用的过滤器有一次性过滤器（也称简易过滤器，滤灰效率为50~70%）；二次过滤器（滤灰效率为70~99%）。在要求高的特殊场合，还可使用高效率的过滤器。

①一次过滤器。图9.9所示为一种一次性过滤器，气流由切线方向进入筒内，在离心力的作用下分离出液滴，然后气体由下而上通过多片钢板、毛、毡、硅胶、焦炭、滤网等过滤吸附材料，干燥清洁的空气从筒顶输出。9.3.5空气过滤器30一次性过滤器1-10密孔网；2-280目细铜丝网；3-焦碳；4-硅胶等31

②分水滤气器。分水滤气器滤灰能力较强，属于二次过滤器。它和减压阀、油雾器一起称为气源处理装置（气动三联件），是气动系统不可缺少的辅助元件。普通分水滤气器结构图1-旋份叶子；2-滤芯；3-存水杯；4-挡水板；5-手动排水阀

32空气进入后，被引入旋风叶子1，旋风叶子上有很多小缺口，使空气沿切线反向产生强烈的旋转，这样夹杂在气体中的较大水滴、油滴、灰尘便获得较大的离心力，并高速与水杯3内壁碰撞，而从气体中分离出来，沉淀于存水杯3中，然后气体通过中间的滤芯2，部分灰尘、雾状水被2拦截而滤去，洁净的空气便从输出口输出。

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油雾器是一种特殊的注油装置。它以空气为动力，使润滑油雾化后，注入空气流中，并随空气进入需要润滑的部件，达到润滑的目的。普通油雾器（也称一次油雾器）的结构简图1-喷嘴；2-钢球；3-弹簧；4-阀座；5-存油杯；6-吸油管；7-单向阀；8-节流阀；9-视油器；10、12-密封垫；11-油塞；13-螺母、螺钉9.3.6油雾器34吸油管喷嘴钢球节流阀弹簧阀座存油杯视油器单向阀密封垫密封垫油塞-螺母、螺钉

压缩空气由入口进入后，通过喷嘴1下端的小孔进入阀座4的腔室内，在截止阀的钢球2上下表面形成压差，由于泄漏和弹簧3的作用，而使钢球处于中间位置，压缩空气进入存油杯5的上腔油面受压，压力油经吸油管6将单向阀7的钢球顶起，钢球上部管道有一个方形小孔，钢球不能将上部管道封死，压力油不断流入视油器9内，再滴入喷嘴1中，被主管气流从上面小孔引射出来，雾化后从输出口输出。节流阀8可以调节流量，使滴油量在每分钟0~120滴内变化。35

油雾器的使用应根据通过油雾器的流量和油雾粒径大小来选择。应注意样本给出的额定流量是什么状态下流量，一般均以标准状态给出，实际使用流量应尽可能和额定流量相近。安装时油雾器一般在分水滤气器和减压阀之后换向阀之前。油雾器应尽量靠近换向阀；它与换向阀之间管路容积加上0.15倍的换向阀与气缸间容积应小于气缸行程容积，当通道中有节流装置时上述容积应减半。安装时进出口不能接错，垂直设置并尽可能高于润滑部位。应注意保持正常油面，不应过高或过低。使用油液粘度除高温环境外推荐采用粘度为32cSt的透平油。滴油量应根据使用条件调整，一般以10m3（ANR）空气供给1cm3润滑油为基准。36消声器是通过对气流的阻尼或增大排气面积等措施降低排气速度和功率来降噪的，气动元件使用的消声器一般有三种类型：吸收型消声器、膨胀干涉型消声器和膨胀干涉吸收型消声器。

9.3.7消声器气动系统一般不设排气回路，用后的压缩空气通常经方向阀直接排入大气。当余压较高时，最大排气速度在声速附近，空气急剧膨胀及形成的涡流现象将产生强烈的噪声。噪声大小与排气速度、排气量和排气通道的形状有关，一般在80~120dB之间。为减少噪声污染必须采取消声措施，通常采用在气动系统的排气口（如换向阀、快排阀）外装设消声器来降低排气噪声。37吸收型消声器主要依靠吸音材料消声，通过让气流通过多孔的吸声材料，靠流动摩擦生热而使气体压力能转化为热能耗散，从而减少排气噪声。吸收型消声器结构简单，对中高频噪声一般可降低20dB，但排气阻力较大，因常装于换向阀的排气口，如不及时清洗更换可能引起背压过高。吸声材料大多使用聚氯乙烯纤维，玻璃纤维、烧结铜珠等，结构如图9.12所示。选用时依据排气口直径来选即可，使用中注意定期清洗，以免堵塞后影响换向阀。消音罩2为多孔的吸音材料。一般用聚苯乙烯或铜珠烧结而成。当消声器的通径小于20mm时，多用聚苯乙烯作消音材料制成消声罩，当消声器的通径大于20mm时，消音罩多用铜珠烧结，以增加强度

吸收型消声器的结构简图1-连接螺丝2-消声罩38

吸收型消声器结构简单，具有良好的消除中、高频噪声的性能。消声效果大于20dB。在气压传动系统中，排气噪声主要是中、高频噪声，尤其是高频噪声，所以采用这种消声器是合适的。在主要是中低频噪声的场合，应使用膨胀干涉型消声器。9.3.8管道连接件

在气动装置中，连接各元件的管道可分为硬管和软管两种。对于工厂气源主干道和大型气动装置上，适用于高温、高压和固定不动部位的连接。如总气管和支气管等一些固定不动的、不需要经常装拆的地方，使用硬管。连接运动部件、临时使用、希望装拆方便的管路应使用软管。硬管有铁管、铜管、黄铜管、紫铜管和硬塑料管等；软管有塑料管、尼龙管、橡胶管、金属编织塑料管以及挠性金属导管等等。常用的是紫铜管和尼龙管。气动系统中使用的管接头的结构及工作原理与液压管接头基本相似；分为卡套式、扩口螺纹式、卡箍式、插入快换式等。399.4气动执行元件气动执行元件是将压缩空气的压力能转换为机械能的装置。它主要包括气缸和气马达。另外还有一些特殊形式的执行元件，例如气动摩擦离合器、气爪、真空元件等。9.4.1气缸的分类和特点气缸使用十分广泛，使用条件各不相同，从而其结构、形状各异，分类方法繁多。如以结构和功能来分，可分为如下几种。（l）按压缩空气作用在活塞端面上的方向，可分为单作用和双作用缸。单向作用气缸是由一侧气口供给压缩空气驱动活塞运动；依靠弹簧力、外力或自重等退回，而双向作用气缸是由两侧气口供给压缩空气使活塞作往复运动。（2）按结构不同可分为活塞式、柱塞式、叶片式、薄膜式气缸及气—液阻尼缸等。活塞式气缸的内部装有带密封的活塞，而无活塞式气缸则使用膜片或膜盒等，其特点是无摩擦力，但行程较短。单活塞杆气缸是各类气缸中应用最广的一种气缸，由于它只在活塞的一端有活塞杆，活塞两侧压缩空气作用的面积不等，因而活塞杆伸出时的推力大于退回时的拉力。双活塞杆气缸活塞两侧都有活塞杆，活塞两侧受压缩空气作用的面积相同，活塞杆伸出时的推力和退回时的拉力相等。双活塞杆气缸又可分为缸体固定式和活塞杆固定式两种。40（3）按安装方式可分为固定式、摆动式、回转式和嵌入式。固定式气缸采用法兰或双螺栓把气缸安装在机体上。摆动式气缸能绕一固定轴作一定角度的摆动，其结构有头部、中间及尾部轴销式。回转式气缸是一种缸体固定在机床主轴上，可随机床主轴作旋转运动的气缸。嵌入式气缸是一种缸筒直接制作在夹具内的气缸。（4）按缓冲方式可分为无缓冲型和缓冲型两种。通常为防止活塞冲击缸盖，可在气缸的行程终端设置缓冲装置，这种气缸称缓冲气缸。在缸径为32mm以上的大中型气缸中，有利用空气可压缩性的可调式缓冲装置；有单侧缓冲型和双侧缓冲型。而缸径在32mm以下的小型气缸中，常使用由聚氨酯橡胶等制成的固定式弹性缓冲装置。（5）按润滑形式可分为给油气缸、无给油气缸和无油润滑气缸三种。给油气缸工作时需提供油雾润滑，应用于给油润滑气动系统。无给油气缸已预先封入润滑脂等，工作时定期给予补充，不需要润滑装置，应用于无给油润滑气动系统。无油润滑气缸有含油润滑材料和含油密封圈等部件，不需要润滑装置或预先封入润滑脂等，应用于无油润滑气动系统。（6）根据缸径分类，通常将φ10mm以下称为微型缸，φ10mm~φ25mm为小型缸，φ32mm~φ100mm为中型缸，大于φ100mm为大型缸。（7）按功能可分为普通气缸和特殊气缸。普通气缸指用于无特殊要求场合的一般单、双作用气缸，在市场上十分容易购得；特殊气缸用于特定的工作场合，一般需订购。41429.4.2气缸的基本构造1一后缸盖；2一密封圈；3一缓冲密封圈；4一活塞密封圈；5一活塞；6一缓冲柱塞；7一活塞杆；8一缸筒；9一缓冲节流阀；10一导向套；11一前缸盖；12一防尘密封圈；13一磁铁；14一导向环普通气缸一般由缸筒、前后缸盖、活塞、活塞杆、密封件和紧固件等零件组成。缸筒在前后缸盖之间由四根拉杆和螺母将其紧固锁定(图中未画出)。缸内有与活塞杆相连的活塞，活塞上装有活塞密封圈。为防止漏气和外部灰尘的侵入，前缸盖装有活塞杆的密封圈和防尘圈。这种双作用气缸被活塞分成有杆腔(简称头腔或前腔)和无杆腔(简称尾腔或后腔)。43薄膜式气缸

薄膜式气缸是一种利用压缩空气通过膜片推动活塞杆做往复直线运动的气缸。它由缸体、膜片、膜盘和活塞杆等主要零件组成。其功能类似于活塞式气缸，它分单作用式和双作用式两种。如图所示。a)单作用式b)双作用式1-缸体2-膜片3-膜盘4-活塞杆44薄膜式气缸和活塞式气缸相比较，具有结构简单、紧凑、制造容易、成本低、维修方便、寿命长、泄漏小、效率高的优点。但是膜片的变形量有限，故其行程短（一般不超过40~50mm），且气缸活塞杆上的输出力随着行程的加大而减小。薄膜式气缸膜片有盘形膜片和平膜片两种。膜片材料为夹织橡胶，钢片或磷青铜片，金属膜片只用于小行程气缸中。常用的是夹织物橡胶，橡胶的厚度为5~6mm，有时也可用1~3mm。与活塞式气缸相比较，薄膜式气缸结构紧凑、简单、制造容易、成本低、维修方便、泄漏少、寿命长、效率高。但因膜片变形量限制行程一般不超过40~50mm，且最大行程与缸径成正比，平膜片气缸最大行程大约是缸径的15％，盘形膜片气缸最大行程大约是缸径的25％。45图9.15薄型气缸1—前缸盖；2—活塞杆；3—活塞；4—缸筒；5—磁环；6—后缸盖；7—弹性卡环薄型气缸结构紧凑，轴向尺寸较普通气缸短。其结构原理如图9.15所示。活塞上采用组合O型密封圈密封，有些气缸缸盖上还设有缓冲垫或空气缓冲机构，缸盖与缸筒之间采用弹簧卡环固定。这种气缸可利用外壳安装面直接安装。气缸行程较短，常用缸径为10～100mm，行程为50mm以下。这种气缸常用于固定夹具等。46图9.16为机械接触式无杆气缸结构原理图。在气缸筒的轴向开有一条槽，与普通气缸一样，可在气缸两端设置空气缓冲装置。活塞带动与负载相连的拖板一起在槽内移动。为了防止泄漏及防尘，在开口部安装有聚氨酯密封带和防尘不锈钢覆盖带，并固定在两端缸盖上。无杆气缸有绳索气缸、钢带气缸、机械接触式气缸和磁性耦合式气缸几种。它们没有普通气缸的刚性活塞杆，而是利用活塞直接或间接连接外界执行机构，跟随活塞直接或间接实现往复直线运动。这种气缸具有结构简单，节省安装空间的最大优点，特别适用于小缸径长行程的场合。47

气马达也是气动执行元件的一种。它的作用相当于电动机或液压马达。即输出力矩，拖动机构作旋转运动。9.4.3气马达1.气马达的分类及特点气马达按工作原理可分为容积式和透平式。透平式气马达一般通过喷嘴将空气的流动能直接转变成工作轮的机械能。其优点为能容比大，输出轴速度高，可以改变喷嘴数目来调节功率；缺点为小功率情况下效率低、逆转复杂，在工况急剧变化时会降低效率，低速时工作不稳定。多用于高速、恒负载工况。容积式气马达工作原理和液压马达相似，按结构形式可分为叶片式、活塞式、齿轮式等。最为常见的是活塞式气马达和叶片式气马达。叶片式气马达制造简单、结构紧凑，但低速运动转矩小、低速性能不好，适由于中低功率的机械，目前在矿山及风动工具中应用普遍。活塞式气马达在低速情况下有较大的输出功率，它的低速性能好，适宜于载荷较大和要求低速转矩的机械，如起重机、铰车、铰盘、拉管机等。48与液压马达相比，气马达具有以下特点：（l）可以长时间满载工作而温升较小。（2）可以无级调速。控制进气流量，就能调节马达的转速和功率。功率及转速范围大，功率可由几百瓦到几万瓦，转速可由每分钟几转到几万转。（3）工作安全，适于恶劣环境，可在易燃易爆场所使用，不受高温及振动影响。（4）具有较高启动力矩，可直接带负载启动；（5）具有软特性，当工作压力不变时，它的转速，转矩及功率均依外加负载的变化而变化，而工作压力的变化也可引起转速、转矩和输出功率的变化。（6）结构简单，操纵方便，换向迅速，升速快，冲击小，维修成本低。（7）输出功率相对较小，最大只有20KW左右。（8）耗气量大、效率低、噪声大。49气马达工作原理图a)叶片式

2.气马达的工作原理叶片式气马达与液压叶片马达相似，主要包括一个径向装有3~10个叶片的转子，偏心安装在定子内，转子两侧有前后盖板，叶片在转子的槽内可径向滑动，叶片底部通有压缩空气，转子转动是靠离心力和叶片底部气压将叶片紧压在定子内表面上。定子内有半圆形的切沟，提供压缩空气及排出废气。50气马达工作原理图其工作过程是：压缩空气由A孔或B孔输入后分为两路，一路经定子两端的密封盖上的槽进入叶片底部（图中未示出），将叶片推出顶在定子内；另一路进入由叶片、定子、转子及两端密封盖构成的月牙形密闭空间。由于定子与转子偏心布置，两叶片伸出长度不同，使气压力的作用面积不等而产生转矩差，这个转矩差通过叶片带动转子逆时针旋转。作功后的空气经C孔和B孔排出，若由B孔输入有压气体则转子顺时针旋转。51气马达工作原理图b)活塞式径向活塞式气马达如图9.17（b）所示，压缩空气经进气口进入分配阀（又称配气阀）后再进入气缸，经曲柄连杆机构将活塞往复运动变为曲轴转动而输出。曲轴转动的同时，带动固定在轴上的分配阀同步运动，使压缩空气随着分配阀角度位置的改变而进入不同气缸内完成配气，依次推动各个活塞运动，经曲柄连杆使曲轴连续回转，与进气缸处于相对位置的气缸则同时排气。52薄膜式薄膜式气马达如图9.17（c）所示，它实际上是薄膜式气缸的具体应用，将气缸的往复运动经推杆端部的棘爪使棘轮作间歇性单向转动，由于气体的可压缩性，其输出具有软特性，即随间歇转动速度的增加而输出扭矩下降（当工作压力不变时）。539.4.4手指气缸气爪又称为气动手指气缸，其能实现各种抓取功能，是现代气动机械手的关键部件。手指气缸所有的结构都是双作用的，能实现双向抓取，可自动对中，重复精度高；其抓取力矩恒定，在气缸两侧可安装非接触式行程检测开关；有多种安装连接方式，耗气量少。图9.18所示为摆动型手指气缸，摆动手指气缸的活塞杆上有1个环形槽，手指耳轴与环形槽相连，因而手指可同时移动且自动对中，并确保抓取力矩始终恒定。54图9.19所示为旋转型手指气缸，其动作和齿轮齿条的啮合原理相似。手指与齿轮相连，齿条推动齿轮并带动手指旋转，活塞与一根可上下移动的轴固定在一起。轴的末端有三个环形槽，这些槽与两个驱动轮的齿啮合。因而，气动手指可同时旋转移动并自动对中，齿轮齿条原理确保了抓取力矩始终恒定。55图9.20所示为平行型手指气缸，活塞杆上有一个横销轴，拨叉与横销轴相连并推动手指平行运行。两个拨叉与同一横销轴相连，确保可同时移动且自动对中。569.4.5真空元件气动元件包括气源发生装置、执行元件、控制元件及辅件，可以高于大气压力的气压下工作的，这些元件组成的系统称为正压系统。而另有一类元件则可以在低于大气压力下工作，这类元件称为真空元件，所组成的系统称为负压系统（或称真空系统）。真空系统一般由真空发生装置（真空压力源）、吸盘（执行元件）、真空阀（控制元件，有手动阀、机控阀、气控阀及电磁阀）及辅助元件（管件接头、过滤器和消声器等）组成。有些元件在正压系统和负压系统中是可以通用的，如管件接头、过滤器和消声器，以及部分控制元件。真空发生装置有真空泵和真空发生器两种。真空泵是吸入口形成负压，排气口直接通大气，对容器进行抽气，以获得真空的机械设备。真空发生器是利用压缩空气通过喷嘴时的高速流动，在喷口处产生一定真空度的气动元件。由于采用真空发生器获取真空容易，因此它的应用十分广泛。57图9.21(a)为真空发生器结构原理，由先收缩后扩张的喷嘴、扩散管和吸附口等组成。压缩空气从输入口供给，在喷嘴两端压差高于一定值后，喷嘴射出超声速射流或近声速射流。由于高速射流的卷吸作用，将扩散腔的空气抽走，使该腔形成真空。在吸附口接上真空吸盘，便可形成一定的吸力，吸起吸吊物。58图9.22所示为常用真空吸盘的结构。通常吸盘是由橡胶材料与金属骨架压制而成。橡胶材料有丁腈橡胶、聚氨酯和硅橡胶等，其中硅橡胶吸盘适用于食品工业。图9.22（a）为波纹形吸盘的适应性更强，允许工件表面有轻微的不平、弯曲和倾斜，同时波纹形吸盘吸持工件在移动过程中有较好的缓冲性能。无论是圆形平吸盘，还是波纹形吸盘，在大直径吸盘结构上增加了一个金属圆盘，用以增加强度及刚度。599.5气动控制元件

在气压传动系统中，气动控制元件是控制和调节压缩空气的压力、流量和方向的各类控制阀，其作用是保证气动执行元件（如气缸、气马达等）按设计的程序正常地进行工作。气动控制元件按其功能和作用分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀三大类。此外，通过控制气流方向和通断实现各种逻辑功能的气动逻辑元件也属于气动控制元件。由这些阀类可以构成各种基本回路，工业上应用的各种气动系统就是由这些基本回路组成的，熟悉和掌握气动基本回路是分析和设计气动系统的必要基础。609.5.1压力控制阀

气动系统中的压力控制阀与液压系统类似主要有减压阀、顺序阀和溢流阀（安全阀）等几种。但气动系统又不同于液压系统，通常液压系统是利用溢流阀或恒压装置来保证液压源输出压力恒定的，而在气动系统中，一般来说由空气压缩机先将空气压缩，储存在贮气罐内，然后经管路输送给各个气动装置使用。而储气罐的空气压力往往比各台设备实际所需要的压力高些，同时其压力波动值也较大，因此需要用减压阀（调压阀）将其压力减到每台装置所需的压力，并使减压后的压力稳定在所需压力值上。另外有些气动回路需要依靠回路中压力变化实现控制两个执行元件的顺序动作，所用的这种阀就是顺序阀。顺序阀与单向阀的组合称为单向顺序阀。所有的气动回路或贮气罐为了安全起见，当压力超过允许压力值时，需要实现自动向外排气，这种压力控制阀叫安全阀（溢流阀）。611.减压阀一般气源空气压力都高于每台设备所需压力，且多台设备共用一个气源。故需用减压阀将较高的入口压力调节并降低到设备符合使用的出口压力，并保持调节后出口压力的稳定。所以气动减压阀也称调压阀。同液压减压阀一样也是以出口压力为控制信号的。减压阀按压力调节方式可分为直动式和先导式；按溢流结构可分为溢流式、非溢流式和恒量排气式三种。如图9.23所示。溢流式减压阀在输出压力超过设定值时，气流能从溢流孔中排出，维持输出压力不变；非溢流式没有溢流孔，使用时要在阀口单独引出管路加设放气阀，且需协调调整减压阀和放气阀。十分麻烦，故除有毒有害气体外均不采用；恒量排气式始终有微量气体从溢流阀座上的小孔排出，保证了主阀芯的微小开度，避免了咬死现象，提高了稳压精度，但存在泄漏。62

当阀处于工作状态时，调节手柄1，压缩弹簧2、3及膜片5，通过阀杆6使阀芯8下移，进气阀口被打开，有压气流从左端输入，经阀口节流减压后从右端输出。输出气流的一部分由阻尼管7进入膜片气室，在膜片5的下方产生一个向上的推力，这个推力总是企图把阀口开度关小，使其输出压力下降。63手柄溢流口调压弹簧膜片阀杆阻尼孔阀座阀芯排气孔复位弹簧

当输入压力发生波动时，如输入压力瞬时升高，输出压力也随之升高，作用于膜片5上的气体推力也随之增大，破坏了原来的力的平衡，使膜片5向上移动，有少量气体经溢流口4，排气孔11排出。在膜片上移的同时，因复位弹簧10的作用，使输出压力下降，直到新的平衡为止。重新平衡后的输出压力又基本上恢复至原值。减压阀64QTY型直动式减压阀的调压范围为0.05~0.63MPa。为限制气体流过减压阀所造成的压力损失，规定气体通过阀内通道的流速在15~25m/s范围内。

在实际使用中分水滤气器、减压阀和油雾器通常是联合使用的，三者称为气动三联件或成为气源调节装置。安装时，要按气流的方向和阀上所示的箭头方向，依照分水滤气器-减压阀-油雾器的安装次序进行安装。调压时应由低向高调，直至规定的调压值为止。其图形符号见图9.25所示。652.单向顺序阀单向顺序阀是由顺序阀和单向阀组合而成。它依靠气路中压力的作用而控制执行元件的单向顺序动作，反向时单向阀打开，顺序阀不起作用，其工作原理如图9.26所示。66

当压缩空气由左端进入阀腔后，作用于活塞3上的气压力超过压缩弹簧3上的力时，将活塞顶起，压缩空气从P经A输出，此时单向阀4关闭。67

反向流动时，输入侧排气变成排气口，输出侧压力将顶开单向阀4由O口排气，见图b。68安全阀工作原理图气动系统中的溢流阀通常是做安全阀使用，即当储气罐或回路中压力超过某调定值，要用安全阀向外放气，安全阀在系统中起过载保护作用。当回路中仅靠减压阀的溢流孔排气难以保持执行机构的工作压力时，亦可并联一安全阀做溢流阀用。安全阀的工作原理如图9.27所示。3.安全阀69

当系统中气体压力在调定范围内时，作用在活塞3上的压力小于弹簧2的力。活塞处于关闭状态（图a所示）。当系统压力升高，作用在活塞3上的压力大于弹簧的预定压力时，活塞3向上移动，阀门开启排气（见图b）。709.5.2流量控制阀

在气压传动系统中，有时需要控制气缸的运动速度，有时需要控制换向阀的切换时间和气动信号的传递速度，都需要调节压缩空气的流量来实现。

流量控制阀就是通过改变阀的通流截面积来实现流量控制的元件。

流量控制阀包括节流阀、单向节流阀、排气节流阀和快速排气阀等。71图9.28所示为圆柱斜切型节流阀的结构简图和图形符号图。压缩空气由P口进入，经过节流后，由A口流出。旋转阀芯螺杆，就可改变节流口的开度，这样就调节了压缩空气的流量。由于这种节流阀的结构简单、体积小，故应用范围较广。1.节流阀72单向节流阀工作原理图

2.单向节流阀

单向节流阀是单向阀和节流阀组合而成的单向起调速作用的阀。其工作原理如图9.29所示。当气流沿着一个方向，流动时，经过节流阀节流；反方向流动时，单向阀打开。单向节流阀常用于气缸的调速和延时回路。73排气节流阀工作原理图1-节流口；2-消声套3.排气消声节流阀

排气消声节流阀是节流阀和消声器的组合，常用于执行元件或换向阀的排气口，以调节进入大气中气体流量，在调节执行元件的运动速度的同时，由消声套减少排气噪声。其工作原理及图形符号如图9.30所示。749.5.3方向控制阀

方向控制阀是通过改变压缩空气的流动方向和气流的通断，来控制执行元件启动、停止及运动方向的气动阀。按阀内气流的流动方向可分为单向型和换向型；按阀芯的结构形式可分为截止式和滑阀式；按密封形式可分为间隙式和软质密封式；按不同的控制操纵力又可分为电磁、气压、机械、人工控制等。751.单向阀图9.31单向阀工作原理图a）A—P关闭状态b）P—A开启状态

单向阀是使气流只能朝一个方向流动而不能反向流动的二位二通阀。图9.31所示为常见的截止式软质密封单向阀结构图。当A腔压力高于P腔时，在气压力和弹簧力作用下阀芯紧靠阀体，借助端面软质密封材料切断A、P通路，不允许气流通过。当P腔压力高于A腔时，气压力克服弹簧力，阀芯左移打开P—A通路，气流可由P流向A。由于采用了软质密封使其泄漏量可为零，而截止式阀芯又使其只要有管道直径四分之一的开启量便可使阀门全开。这也正是截止式软质密封阀的优点，即零泄漏，对气源过滤精度要求不高，小行程便可全开。762.梭阀梭阀相当于共用一个阀芯而无弹簧的两个单向阀的组合，其作用相当于逻辑“或”，在气压传动系统中应用很广泛。图9.32所示为其工作原理和结构图。梭阀有两个进气口Pl和P2，一个工作口A，阀芯1在两个方向上起单向阀的作用。其中Pl和P2都可与A口相通，但Pl与P2不相通。当Pl进气时，阀芯1右移，封住P2口，使Pl与A相通，A口进气，见图9.32a。反之，P2进气时，阀芯1左移，封住Pl口，使P2与A相通，A口也进气。若P1与P2都进气时，阀芯就可能停在任意一边，这主要看压力加入的先后顺序和压力的大小而定。若P1与P2不等，则高压口的通道打开，低压口则被封闭，高压气流从A口输出。773.快速排气阀快速排气阀简称快排阀，其作用就是将快排阀装在气缸和换向阀之间，当气缸换向排气时可以不经换向阀而快速排出，从而缩短了工作周期。图9.33所示为快速排气阀工作原理图。当压缩空气进入P口后使密封活塞1向上移动，封死O口，压缩空气经膜片圆周小孔通A。当P口无压力后，在A口和P口压力差作用下，密封活塞1迅速下移，封住P口，A口气体经O口排出。78单气控加压截止式换向阀工作原理图1-阀芯；2-弹簧4.气压控制换向阀图9.34为单气控加压截止式换向阀的工作原理图。图9.34a是无气控信号K时的状态(即常态)，此时，阀芯1在弹簧2的作用下处于上端位置，使阀A与O相通，A口排气。图9.34b是在有气控信号K时阀的状态(即动力阀状态)，由于气压力的作用，阀芯1压缩弹簧2下移，使阀口A与O断开，P与A接通，A口有气体输出。79图（a）为有气控信号K2时，P与A、B与O相通。图（b）为有气控信号K1时，P与B、A与O相通。双气控滑阀具有记忆功能。即气控信号消失后，阀仍能保持在有信号时的工作状态。双气控滑阀式换向阀工作原理图80常用的电磁换向阀有直动式和先导式两种。直动式单电控电磁阀的工作原理图

1-电磁铁；2-阀芯

①直动式电磁换向阀5.电磁控制换向阀a)断电时状态b)通电时状态激励线圈不通电时，阀在复位弹簧的作用下处于上端位置。为A与T相通，A口排气。当通电时，电磁铁1推动阀芯向下移动，P与A相通，A口进气。81

②先导式电磁换向阀

直动式电磁阀是由电磁铁直接推动阀芯移动的，当阀通径较大时，用直动式结构所需的电磁铁体积和电力消耗都必然加大，为克服此弱点可采用先导式结构。先导式电磁阀是由电磁铁首先控制气路，产生先导压力，在由先导压力推动主阀阀芯，使其换向。82

当电磁先导阀1的线圈通电，主阀3的K1腔进气，K2腔排气，使主阀阀芯向右移动。此时P与A、B与O2相通。图9-37先导式双电控换向阀的工作原理图先导式双电控二位五通换向阀83

当电磁先导阀2通电，主阀的K2腔进气，K1腔排气，使主阀阀芯向左移动。此时P与B、A与O1相通。先导式双电控电磁阀具有记忆功能，即通电换向，断电保持原状态。846.机械控制换向阀机械控制换向阀又称行程阀，是依靠凸轮、挡块或其他机械外力推动阀芯使阀换向的。多用于行程程序控制系统。根据阀芯头部结构形式可分为直动式、杠杆滚轮式和可通过式。

图9.38所示是一种杠杆滚轮式机械控制换向阀，当机械凸轮或挡块直接与滚轮接触后，通过杠杆将阀芯压下，实现换向。859.6气动基本回路9.6.1压力控制回路

压力控制回路的功能是使系统的气体压力保持在规定的范围之内。

图9.39所示是最基本的压力控制回路，由气源装置加上分水滤气器、溢流减压阀和油雾器（气动三联件）组成。此回路用于控制储气罐的压力，使之不超过规定的压力值，常用外控溢流阀配合电接点压力表来控制空气压缩机的运转和停止，使储气罐内压力保持在规定范围内，再连接上溢流减压阀来实现气动系统气源压力的控制和调节。图9.39气源压力稳定回路86图9.40是一种。利用两个减压阀和一个换向阀自动转换气源压力以输出不同的低压或高压气体（所示）。若去掉换向阀，就可同时输出高、低压两种压缩空气，以适应不同的工况条件（图9.40b所示）。图9.40a图9.40b二级压力控制回路879.6.2换向回路

以方向控制阀为主要元件，完成气动系统某些特定功能的气动回路称为换向回路。

图9.41所示为单控换向回路，利用一个二位三通阀配合单作用单杆缸来实现，当给换向阀施加控制信号后，气缸活塞杆伸出；控制信号撤出后活塞杆则在复位弹簧作用下迅速退回。图9.41单控换向回路88

图9.42所示为，控制阀为双控形式，既可用二位阀，也可用三位阀，控制方式可以是气控、电控、机控或手控。图9.42a中的主控阀具有记忆功能，所以气缸的换向完全由施加的控制信号来控制运动方向。图9.42b回路中通过三位五通换向阀控制气缸伸出缩回，电磁铁失电后换向阀复位，可使气缸停留行程中任意位置，但定位精度不高，定位时间不易太长。（a）（b）双控换向回路899.6.3速度控制回路

气动系统中一般都是小功率系统，调速方法主要是采用节流阀的节流调速回路，常用排气节流调速。

是由二个单向节流阀构成的，其中单作用气缸伸出时由阀出口处的单向节流阀调节进气速度，返回时由缸入口处的单向节流阀调节排气速度，从而实现单作用气缸的双向速度调节。图9.43单作用气缸调速回路90

图9.44是利用两个单向节流阀来实现双作用气缸运动的双向调速回路，工作时经单向阀进气，气缸的另一腔则经由节流阀排气，在排气节流时，排气腔内可以建立与负载相适应的背压，在负载保持不变或微小变动的条件下，运动比较平稳，调节节流阀的开度即可调节气缸往复运动的速度。图9.44双作用气缸调速回路91

速度缓冲回路，当气动执行元件运动速度过快，且活塞惯性力大时，必须对气缸终点运动速度加以限制。如图9.45所示，当活塞右移时，气缸右腔气体经机控换向阀和三位五通换向阀排出；接近终端时，机控换向阀被压下，气缸右腔气体经节流阀和三位五通换向阀排出，由于节流阀的调节作用使得气缸速度减速，对活塞运动进行缓冲。图9.45缓冲回路929.6.4气-液联动回路

图9.46所示为一种气液组合缸串联同步回路，回路中缸1的下腔有效面积与缸2的上腔有效面积相等，并且通过液压油管道连接在一起，这样当系统运行时即可保证两缸运动的同步。对于负载在运动过程中有变化，且要求运动平稳的场合，使用此种气液组合串联方式可取得较好的同步效果。图9.46气液组合缸串联同步回路93

图9.47所示为采用气液转换器的气液调速回路。此回路适用于负载变化较大场合且要求气缸具有准确而平稳的速度，可实现快进、工进、快退等不同工况变化。快进阶段：当换向阀通电时，气缸左腔进气，右腔经行程阀快速排油至气液转换器，活塞杆快速前进；工进阶段：当活塞杆的挡块压下行程阀后，油路切断，右腔余油只能经单向节流阀回流到气液转换器，因此活塞杆慢速前进，调节节流阀的开度，就可得到所需的进给速度；快退阶段：当换向阀复位后，压缩空气进入气液转换器，推动油液经单向阀迅速流入气缸右腔，同时缸左腔的压缩空气迅速从换向阀排空，使活塞杆快速退回。图9.47气液调速回路949.6.5位置控制回路

气缸通常只能保持在伸出和缩回两个固定的定位位置上。如果要求气缸在运动过程中的某个中间位置停下来，则要求气动系统具有位置控制功能。常采用的位置控制方式有气压控制方式、机械挡块方式、气液转换方式和制动气缸控制方式等。

图9.48（a）所示为采用三位五通阀中位封闭式的位置控制回路。当阀处于中位时，气缸两腔的压缩空气被封闭，活塞可以停留在行程中的某一位置。这种回路不允许系统有内泄漏，否则气缸将偏离原停止位置。另外，由于气缸活塞两端作用面积不同，阀处于中位后活塞仍将移动一段距离。图9.48采用三位阀的位置控制回路95图9.48采用三位阀的位置控制回路图9.48（b）所示的回路采用了中位加压式三位五通阀，适用于控制两端活塞面积相等的气缸位置，如无杆气缸。这两种采用三位五通阀的位置控制回路可以实现气缸的位置控制，但位置控制精度不高，容易受负载变化的影响。96图9.49机械挡块辅助定位控制回路

图9.49所示为采用机械挡块辅助定位的控制回路。该回路简单可靠，其定位精度取决于挡块的机械精度。必须注意的问题是：为防止系统压力过高，应设置有安全阀；为了保证高的定位精度，挡块的设置既要考虑有较高的刚度，又要考虑具有吸收冲击的缓冲能力。这种方法的缺点是定位点的调整比较困难，挡块与气缸之间应考虑缓冲的问题。97图9.50气液转换器位置控制回路

图9.50所示为采用气液转换器的位置控制回路。当液压缸运动到指定位置时，控制信号使五通电磁阀和二通电磁阀均断电，液压缸有杆腔的液体被封闭，液压缸停止运动。采用气液转换方法的目的是获得高精度的位置控制效果。989.6.6安全保护回路

图9.51为双阀自锁回路，阀1按下后主控阀右位换向，气缸的活塞杆伸出，如果此时松开阀1主控阀右端的控制压力并不会立即卸压，仍然维持原有工作状态不变，只有将阀2按下后，主控阀才会换向复位接入左位，活塞杆这时才会向右退回。此回路可以应用在冲床、锻压机床上，对操作人员的手起保护作用。图9.51双阀自锁回路99

图9.52为过载保护回路，当气缸向右运行遇到障碍或其它因素造成气缸过载时，气缸左腔压力将会升高，如果超过预定值，则顺序阀开启，换向阀换向4换向，这样阀1、2同时失压复位，气缸返回。图9.52过载保护回路1009.6.7往复动作回路图9.53单往复动作回路，由机动换向阀和手动换向阀实现交替往复动作。按下手动阀后，二位五通换向阀换向，气缸外伸；当活塞杆挡块压下机动阀后，二位五通换向阀换至图示位置，气缸缩回，完成一次住复运动。图9.53单往复动作回路101

图9.54所示是压力控制的往复动作回路，当按下手动阀的按钮后，二位五通换向阀换向，气缸无杆腔进气使活塞杆伸出（右行），同时气压还作用在顺序阀上。当活塞到达终点后，无杆腔压力升高并打开顺序阀，使二位五通换向阀又切换至右位，活塞杆就缩回（左行）。图9.54压力控制往复动作回路1029.6.8延时回路

如图9.55（a）所示为延时输出回路，当控制信号切换阀4后，压缩空气经单向节流阀3向气容元件2充气。当充气压力经过延时升高致使阀1换位时，阀1就有输出。图9.55延时回路103

图9.55（b）所示为延时接通回路，按下阀8，则气缸向外伸出，当气缸在伸出行程中压下阀5后，压缩空气经节流阀到气容元件6，延时后才将阀7切换，气缸退回。图9.55延时回路1049.6.9计数回路

在图9.56中，阀4的换向位置，取决于阀2的位置，而阀2的换位又取决于阀3和阀5。如图所示，若按下阀1，气信号经阀2至阀4的左端使阀4换至左位，同时使阀5切断气路，此时气缸活塞杆伸出；当阀1复位后，原通人阀4左控制端的气信号经阀1排空，阀5复位，于是气缸无杆腔的气体经阀5至阀2左端，使阀2换至左位等待阀1的下一次信号输入。当阀1第二次按下后，气信号经阀2的左位至阀4右端使阀4换至右位，气缸活塞杆退回，同时阀3将气路切断。待阀1复位后，阀4右端信号经阀2、阀1排空，阀3复位并将气流导至阀2左端使其换至右位，又等待阀1下一次信号输入。这样，第1，3，5…次（奇数）按下阀1，则气缸活塞杆伸出；第2，4，6…次（偶数）按下阀1，则气缸活塞杆退回。计数回路可组成二进制计数器，其功能等同于一个计数触发器。图9.56计数触发器回路1059.6.10真空吸附回路

图9.57（a）所示为真空发生器组件构成的真空吸盘控制回路。当需要产生真空时，电磁阀1通电，压缩空气通过真空发生器3，由于气流的高速作用，在吸盘7处产生真空，从而吸盘7将工件吸起；当需要放开工件时，电磁阀1断电，电磁阀2通电，真空发生器3停止工作，压缩空气进入真空吸盘7，真空消失，气流将工件与吸盘吹开。吸盘7入口处有真空开关5，可以检测吸盘真空度，并发出控制信号，过滤器6则可以滤除抽吸过程中回路的异物或粉尘，保护真空发生器，上述真空控制元件可组合成一体，成为一个真空发生器组件。

根据主要真空元件的不同，真空控制回路一般分为两大类，一类是由真空发生器组件构成的真空回路，另一类是利用真空控制单元构成的真空回路。图9.57真空吸盘控制回路106

图9.57（b）是用两个二位二通阀(1、2)控制真空泵9，完成真空吸起和真空破坏的回路。当真空用电磁阀2通电、阀1断电时，真空泵9产生的真空使吸盘7将工件吸起；当阀2断电、阀1通电时，压缩空气进入吸盘，真空被破坏，吹力使吸盘与工件脱离。图9.57真空吸盘控制回路1079.7典型气控系统举例9.7.1气动机械手

机械手是自动生产设备和生产线上的重要装置之一。它可以根据各种自动化设备的工作需要，按照预定的控制程序动作，例如实现自动取料、上料、卸料和自动换刀等。

图9.58是用于某专用设备上的气动机械手的结构示意图。它模拟人手的部分动作，按预先给定的程序、轨迹和工艺要求实现自动抓取、搬运，完成工件的上料或卸料。图9.58气动机械手结构示意图108

系统共有四个气缸，可在三个坐标方向工作。图中A为夹紧缸（气爪），其活塞杆退回时夹紧工件，活塞杆伸出时松开工件。B缸为长臂伸缩缸，可实现伸出和缩回动作。C缸为立柱升降缸。D缸为立柱回转缸，该气缸有两个活塞，分别装在带齿条的活塞杆两头，齿条的往复运动带动立柱上的齿轮旋转，从而实现立柱的回转。

根据其动作要求，机械手整体包括3个大部件，手部可以采用气爪，通过机构运动实现手爪的张合抓取；臂部可以采用直线缸来实现手臂的伸缩；机身则以一个直线缸和一个回转缸组合形式来实现手臂升降和回转。由机械手工艺要求可以看出，采用多缸单往复气动系统即可实现上述动作要求109图9.59机械手气动回路原理图按下启动按钮，6YA通电，立柱升降缸C的主控阀处于右位，使C缸活塞杆退回；当缸C活塞上的挡块碰到电气行程开关时，6YA断电，3YA通电，长臂伸缩缸B主控阀处于左位，气缸B活塞杆伸出，带动气爪A进入工作点，再由缸B活塞上的挡块触发电气行程开关，使3YA断电，2YA通电，气爪A收紧抓取工件。110图9.59机械手气动回路原理图当缸B活塞上的挡块再次触发另一行程开关时，2YA断电，4YA通电，气缸B活塞杆缩回，切换立柱回转缸D主控阀信号，7YA通电回转缸D顺时针方向回转，使气爪A进入下料点下料。当回转缸D活塞杆上的挡块压下对应位置行程开关时，5YA通电，立柱升降缸C活塞杆伸出，机械手上升，再触发信号，使1YA通电，松开气爪，同时8YA得电立柱回转缸D逆时针转动复位。至此完成一个工作循环。111

电磁铁工作状态1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA立柱升降缸C下降－－－－－＋－－手臂伸缩气缸B伸出－－＋－－－－－气爪A夹紧－＋－－－－－－手臂伸缩气缸B缩回－－－＋－－－－立柱回转缸D右转－－－－－－＋－立柱升降缸C上升－－－－＋－－－气爪A放开＋－－－－－－－立柱回转缸D左转－－－－－－－＋停止－－－－－－－－表9.2气动机械手电磁铁动作顺序表1129.7.2气动计量系统

在工业自动化生产过程中，许多产品都是颗粒状或者是粉状的，生产线上常常需要对传送带上连续供给的粒状物料进行定量计量、定量分装。图9.60即为一套固体颗粒物料气动计量装置结构示意图。此装置以物料的质量进行定量，当计量箱中的物料质量达到设定值时，则暂停传送带上物料的供给，然后把计量好的物料卸到包装容器中。卸完物料计量箱返回到初始位置，物料再次传送至计量箱中，开始下一次的计量。图9.60气动计量装置结构示意图113

装置的动作过程如下：首先是计量准备，气动装置在停止工作一段时间后，因压缩空气泄漏气缸活塞会在计量箱重力的作用下缩回，这样计量箱返回图示初始计量位置。第二步是物料计量阶段，随着物料落入计量箱中，计量箱的质量不断增加，计量气缸慢慢被压缩。计量的质量达到设定值时，止动气缸伸出，暂时停止物料的供给。第三步是卸料，计量气缸换接高压气源后伸出，推动计量箱倾斜转动从而卸掉物料。经过一段时间的延时后，计量气缸缩回，计量箱再次返回初始计量位置为下次计量做好准备。114115

气动计量系统原理图如图9.61所示。整个回路中计量缸与止动缸采用行程阀发讯方式实现顺序动作控制，计量和倾倒物料都是由计量缸完成。

系统采用了高低压切换回路，计量时用低压（0.3MPa），倾倒物料时用高压（0.6MPa）。计量质量的大小可以通过调节低压减压阀3的调定压力或调节行程阀13的位置来进行调节。116

气动计量装置起动时，先进行计量前的准备。首先切换手动换向阀17至左位，从减压阀2输出的高压气体经阀17后进入计量缸A无杆腔，活塞杆伸出带着计量箱上移，当计量箱侧面的挡块通过行程阀13时（杠杆滚轮式，为单向作用阀，此时阀芯不动作），再将手动换向阀17切换至右位，此时计量缸A带着计量箱以排气节流阀21调定的速度下降。当计量箱侧面的挡块下移切换阀13时，此时阀13发出的信号使换向阀7切换至图示右位，从减压阀3输出的低压气体经换向阀7、单向节流阀20后进入止动缸B有杆腔，使活塞杆缩回，物料传送带正常送料；最后将手动换向阀17换回中位，准备工作结束。117

随着来自传送带的物料不断落入计量箱，计量箱中物料质量逐渐增加，而此时计量缸A的主控阀9处于中位，气缸两腔封闭，缸内气体呈现等温压缩状态，活塞杆缓慢缩回。当所装物料质量达到设定值时，计量箱底部触发行程阀14而发出切换信号，使得换向阀7切换至左位、换向阀8切换至右位，止动缸B活塞杆伸出暂时停止物料供给。当止动缸B活塞到达终点后其无杆腔压力升髙，达到顺序阀18开启压力，于是减压阀2输出的低压气体经阀7、18、8后到达计量缸主控阀9和高低压切换阀6的左端，使它们均切换至左位，减压阀2输出的高压气体经阀6、9、15后到达计量缸A无杆腔，计量缸活塞杆伸出使计量箱倾斜卸料。当计量缸活塞杆到达终点碰到行程阀12时，阀12发出的信号经延时控制换向阀（单