气动技术概述

气动系统概述简介气动技术，全称气压传动与控制技术，是生产过程自动化和机械化的最有效手段之一，具有高速高效、清洁安全、低成本、易维护等优点，被广泛应用于轻工机械领域中，在食品包装及生产过程中也正在发挥越来越重要的作用。组成气动系统由气压发生器、气源处理元件、控制元件、执行元件和辅助元件组成，典型气压传动系统如图1所示。图M气压传动系统示惹图1-电动机2-空气压缩机3-虬竦4-压力控制阀5—遐辆控制元件6—方向控制阀？一流量控制阀8—行程阀9一气tr10—消声器1】一油葬器12—分水波气群2.1气压发生器气压发生装置即能源元件，它是获得压缩空气的装置，其主体部分是空气压缩机或真空泵，它将原动机供给的机械能转换成气体的压力能。空气压缩机有容积式和速度式两种，真空泵有回转式和喷射式两种。气动系统的能量元件一般设在距控制、执行元件较远的压气机站内，用管道远距离输送。近年来也有小型低噪音压缩机或增压泵设置在控制、执行元件的近旁，实行单机单泵供给或局部加压。回转式真空泵一般安装在控制和执行元件近旁，而喷射式真空泵一般尽量安装在吸盘真空执行元件附近，以减少真空容积，节省空气消耗量。2.2气源处理元件气源处理元件主要是净化压缩空气的净化器，有过滤器、干燥器等。2.3控制元件控制元件是用来调节和控制压缩空气的压力、流量和流动方向，以便使执行机构按要求的程序和性能工作。控制元件分为压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀和逻辑元件。1、 压力控制阀包括调压阀、溢流阀、顺序阀等。2、 流量控制阀简单分为节流阀和速度控制阀两种。3、 发现控制阀可分为单向型和换向型两种。4、 逻辑元件分为气动逻辑元件和射流逻辑元件，实现“是”、“与”、“或”、“非”等逻辑功能。2.4执行元件气动执行元件是以压缩空气为工作介质，将压缩空气的压力能转换成机械能的能量转换装置。执行元件分为实现直线运动的直线气缸、实现摆动的摆动气缸和实现回转运动的气动马达三大类。1、 气动控制元件是用来调节和控制压缩空气的压力、流量和流动方向，以便使执行机构按要求的程序和性能工作。2、 控制元件分为压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀和逻辑元件。3、 通过控制压缩空气的压力可以控制执行元件的输出力、控制流量可以控制执行元件的运动速度、控制流动方向可以控制执行元件的运动方向。2.5辅助元件辅助元件包括消除噪声的消声器，提供系统冷却的冷却器，还有连接元件的管件和所必须的仪器、仪表如压力表等。特点3.1优点1、 系统的组装、维修以及元件的更换比较简单（相对液压）。2、 易于实现直线运动（相对电、机械）。3、 执行元件运动速度快。4、 价格低。5、 气压具有较高的自保持能力。6、 即使压缩机停止运行，阀关闭，气动系统仍可维持一个稳定的压力。7、 可安全可靠地应用于易燃、易爆场所。3.2缺点1、刚度低：由于空气有压缩性，气缸的动作易受负载变化和外部干扰的影响。2、 稳定性差（体现在速度变化大，位置控制和速度控制精度低）。3、 和液压传动相比，输出力小。应用领域随着工业机械化和自动化的发展，气动技术越来越广泛地应用于各个领域里。例如汽车制造业、气动机器人、医用研磨机、电子焊接自动化，家用充气筒，喷漆气泵等，特别是成本低廉结构简单的气动自动装置已得到了广泛的普及与应用，在工业企业自动化中位于重要的地位。气动技术应用的最典型的代表是工业机器人。代替人类的手腕、手以及手指能正确并迅速的做抓取或放开等细微的动作。除了工业生产上的应用之外，在游乐场的过山车上的刹车装置，机械制作的动物表演以及人形报时钟的内部，均采用了气动技术，实现细小的动作。液压可以得到巨大的输出力但灵敏度不够；另一方面要用电能来驱动物体，总需要用一些齿轮，同时不能忽视漏电所带来的危险。而与此相比，使用气动技术即安全又对周围环境无污染，即使在很小的空间里，也可以实现细小的动作。如果尺寸相同，其功率能超过电气。与此特性所带来的需求完全相一致的就是半导体产业。在生产线上，实现前进、停止、转动等细小简单的动作，在自动化设备中不可或缺。在其它方面，如制造硅晶片生产线上不可缺少的电阻液涂抹工序中使用的定量输出泵以及与此相配合的周边机器。另外，虽然气动技术在各工业部门已经获得了广泛应用，但是，在许多应用之间还是存在着相当大差异的。就应用气动技术来说，最基本条件就是要有一台空气压缩机，对已有用于其它用途的空气压缩机的地方，应用气动技术就更方便些。特别是在--些非生产加工部门，如畜牧业、种植业或服装业，情况更是如此。在机器设备制造领域中，大多数场合都有空气压缩机，且气动技术已有应用，每个应用项目在本质上也有许多相似之处。发展现状：我国气动行业通过产品结构调整，改善经营管理，自20世纪90年代后期开始，一直保持着良好的经济运行态势，生产稳步、持续增长。由于它具有节能、无污染、高效、低成本、安全可靠、结构简单等优点，广泛应用于各种机械和生产线上。气动技术应用面的扩大是气动工业发展的标志。气动元件的应用主要为两个方面：维修和配套。过去国产气动元件的销售要用于维修，近几年，直接为主要配套的销售份额逐年增加。国产气动元件的应用，从价值数千万元的冶金设备到只有1~2百元的椅子。铁道扳岔、机车轮轨润滑、列车的煞车、街道清扫、特种车间内的起吊设备、军事指挥车等都用上了专门开发的国产气动元件。这说明气动技术已“渗透”到各行各业，并且正在日益扩大。发展趋势：1、 与电子技术结合，大量使用传感器，气动元件智能化气动行业的发展也是趋向于保护环境、提高产品的性能、降低成本，同时由于性能的提高和成本的降低又助于节省能源从而利于环境保护，其关键在于提高气动行业的自动化水平，使其产品更加优越，所以气动行业的发展方向大致为：1.机电气一体化一体化一体化一体化2.高压、小型化3.高效、低成本4.无油化5.高寿命、高可靠性6.集成化、复合型、多功能7.高速化随着气动产品越来越多地应用于生物工程、医药、原子能、微电子、机器人等各行业，相应地提出了许多新的要求，因此大力发展新材料、铸造技术、表面热处理、密封技术、计算机技术、传感技术等许多基础技术越来越受到人们的重视。带开关的气缸国内已普遍使用，开关体积将更小，性能更高，可嵌入气缸缸体；有些还带双色显示，可显示出位置误差，使系统更可靠。用传感器代替流量计、压力表、能自动控制压缩空气的流量、压力，可以节能并保证使用装置正常运行。气动伺服定位系统已有产品进入市场。该系统采用三位五通气动伺服阀，将预定的定位目标与位置传感器的检测数据进行比较，实施负反馈控制。气缸最大速度达2m/s、行程300mm时，系统定位精度土0.1mm。日本试制成功一种新型智能电磁阀，这种阀配带有传感器的逻辑回路，是气动元件与光电子技术结合的产物。它能直接接受传感器的信号，当信号满足指定条件时，不必通过外部控制器，即可自行完成动作，达到控制目的。它已经应用在物体的传送带上，能识别搬运物体的大小，使大件直接下送，小件分流。2、 体积更小，重量更轻，功耗更低在电子元件、药品等制造行业中，由于被加工件体积很小，势必限制了气动元件的尺寸，小型化、轻型化是气动元件的第一个发展方向。国外已开发了仅大拇指大小、有效截面积为0.2mm2的超小型电磁阀。能开发出外形尺寸小而流量较大的元件更为理想。为此，相同外形尺寸的阀，流量已提高2~3.3倍。有一种系列的小型电磁阀，其阀体宽仅10mm，有效面积可达5mm2；宽15mm,有效面积达10mm2等。国外电磁阀的功耗已达0.5W，还将进一步降低，以适应与微电子相结合。3、 执行元件的定位精度提高刚度增加，活塞杆不回转，使用更方便为了提高气缸的定位精度，附带制动机构和伺服系统的气缸应用越来越普遍。带伺服系统的气缸，即使供气压力和所负的载荷变化，仍可获得土0.1mm的定位精度。在国际展览会上，各种异型截面缸筒和活塞杆的气缸甚多，这类气缸由于活塞杆不会回转，应用在主机上时，无须附加导向装置即可保持一定精度。此外还开发了不少带各种导向机构的气缸和气缸滑动组件，例如具有两根导向杆的气缸、双活塞杆双缸筒气缸等。4、 更高的安全性和可靠性从近几年的气动技术国际标准可知，标准不仅提出了互换性要求，并且强调了安全性。管接头、气源处理外壳等耐压试验的压力提高到使用压力的 4~5倍，耐压时间增加到5~15min，还要在高、低温度下进行试验。如果贯彻这些国际标准，国内的缸筒、端盖、气源处理铸件和管接头等都难达到标准要求。除耐压试验处，结构上也作了某些规定，如气源处理的透明壳外部规定要加金属防护罩。5、 向高速、高频、高响应、高寿命方向发展为了提高生产设备的生产效率，提高执行元件的工作速度势在必行。现在我国的气缸工作速度一般在0.5m/s以下。根据日本专家预测，五年以后大部分的气缸工作速度将提高到1~2m/s，有的要求达5m/s。气缸工作速度的提高，不仅要求气缸的质量提高，而且结构上也要相应改进，例如要配置油压吸震器以增加缓冲效果等。电磁阀的响应时间将小于10ms，寿命提高到5000万次以上。美国有一种间隙密封的阀，由于阀芯悬浮在阀体内，相互不接触，在无需润滑下，寿命高达2亿次。6、 各种异型截面缸筒和活塞杆的气缸甚多这类气缸由于活塞杆不会回转，应用在主机上时，无须附加导向装置即可保持一定精度。此外还开发了不少带各种导向机构的气缸和气缸滑动组件，例如具有两根导向杆的气缸、双活塞杆双缸筒气缸等。气缸筒外形已不限于圆形、而是方形、米字形或其它形状，在型材上开了导向槽、传感器和开关的安装槽等，让用户安装使用更方便。多功能化，复合化.为了方便用户，适应市场的需要开发了各种由多只气动元件组合并配有控制装置的小型气动系统。如用于移动小件物品的组件，是将带导向器的两只气缸分别按X轴和Z轴组合而成。该组件可搬动3kg重物，配有电磁阀、程控器，结构紧凑，占有空间小，行程可调整。又如一种上、下料模块，有七种不同功能的模块形式，能完成精密装配线上的上、下料作业，可按作业内容将不同模块任意组合。还有一种机械手是由外形小并能改变摆动角度的摆动气缸与夹头的组合件，夹头部位有若干种夹头可选配。7、 普遍使用无油润滑技术，满足某些特殊要求由于环境污染以及电子、医疗、食品等行业的要求，环境中不允许有油，因此无油润滑是气动元件的发展趋向，同时无油润滑可使系统简化。欧洲市场上油雾器已属淘汰的产品，普遍做到了无油润滑。此外，为了满足某些特殊要求，除臭、除菌和精密过滤器正在不断开发，过滤精度已达0.1~0.3〃m，过滤效率已达99.9999%。针对某些特殊要求，改进和开发气动产品，即可占领一块市场，获得不小的经济效益，这已被大家共识。济南华能气动元器件公司为铁路编组和轮轨润滑的特殊要求开发了气缸和阀，受到