电机与电气控制项目教程-6

任务１学习气压传动的基本知识一、气动系统的组成１气动系统的装置构成（１）压力发生源（压缩机、储气罐）。（２）控制阀。它包括压力控制（减压阀、程序阀）、流量或速度控制（节流阀、调速阀）和方向控制（换向阀、气动阀、电磁阀）。（３）附属器件（油雾器、空气过滤器、消声器）。（４）执行元件（气缸、气动马达）。２各机械元件的管线连接气压系统的基本构成如图６－１所示。下一页返回任务１学习气压传动的基本知识３气压传动的优点能源便宜；防火防爆；能源损失小；适合于高速间歇运动；自保持能力强；可靠性强，寿命长；安全方便。４气压传动的缺点稳定性差；输出功率小；噪声大；润滑性差；难以实现精确定位。二、压力的概念及单位１压力的相关概念绝对压力：相对于绝对真空的压力值。表压力：相对于大气压的压力，比大气压高。真空度：相对于大气压的压力，比大气压低。标准大气压：温度为０℃，纬度为４５°，海平面的大气压，现在已规定为１.０１３２５×１０５Ｐａ≈０.１ＭＰａ。如图６－２所示。上一页下一页返回任务１学习气压传动的基本知识２压力的单位基本单位为帕（Ｐａ）；常用单位为兆帕（ＭＰａ）、巴（Ｂａｒ）；工程单位为千克·力／厘米２（ｋｇ·ｆ／ｃｍ２）。各种压力单位的换算如表６－１所示。三、压力表通常使用的是“布尔顿”管式压力表。当给这种压力表加压时，弹簧弯管受力就会工作，自由端过拉杆和齿轮机构作用于指针。如图６－３所示。上一页下一页返回任务１学习气压传动的基本知识四、压缩机———气源产生装置压缩机是把电动机输出的机械能转换为流体能（气体的压力能）的压缩空气的设备。在普通工厂，将压缩机主体、压力开关、安全阀等装置安装在储气罐上，统称为空气压缩机。如图６－４所示的往复式压缩机，大多数机械工厂用它作为一般的配管用空气源，以及气动工具的空气源使用。电动机的旋转带动曲柄和连杆，驱动活塞在缸体内往复运动，此运动将气缸内吸入的空气压缩，输送到储气罐里储存起来成为空气源。这时，当活塞下降时，气缸内成负压，吸气阀打开吸进空气，活塞上升时排气阀打开，空气被送入储气罐中。上一页返回任务２气源处理装置工作原理及检查要点一、空气过滤器空气过滤器是压缩空气的过滤装置，清除主要管道内灰尘、水分和油压缩空气中除了大量的水外，还有压缩机的润滑油、管道中的杂质等。这些异物一旦直接进入压力调整阀、方向切换阀及气缸等空气压缩设备中就会诱发生锈、工作异常等故障。空气过滤器会起到滤除水分、油滴和杂质的作用，使气压装置正常工作，确保机器的使用寿命。图６－５（ａ）所示为普通的离心式空气过滤器。不同厂家的空气过滤器在结构上稍有不同，但工作原理都是压缩空气从输入口进入后，被引入旋风叶子，迫使空气沿切线方向产生强烈旋转，利用离心力将空气中重量大的物质分离出来。这时，夹杂在空气中的比空气重的水滴、油滴和灰尘等便依靠自身的惯性与存水杯的内壁碰撞，并从空气中分离出来，再顺着杯壁流淌下来，沉淀于底部。用金属网滤芯能将细微固体灰尘滤除掉。下一页返回任务２气源处理装置工作原理及检查要点杯中的挡板是为防止积存在底部的污水等杂质再次因空气流动被卷起而设计的。二、自动排水阀自动排水阀是压缩空气的过滤装置，用来自动排出管道、气罐、过滤器滤杯等最下端的积水。由于气动技术的广泛应用，靠人工的方法进行定期排污已变得不可靠，而且有些场合也不便于人工操作，因此自动排污装置得到广泛应用。自动排水阀可作为单独的元件安装在净化设备的排污口处，也可内置安装在过滤器等元件的壳体内（底部），如图６－５（ｂ）所示。上一页下一页返回任务２气源处理装置工作原理及检查要点手动式排水阀是将残留在存水杯底部的污水用手动排水阀排除；自动式排水阀是当污水达到一定量时就会自动排除。自动排水原理是利用残留水的浮力使上部的阀门打开，压缩空气被导入到隔板上部，开启水阀。水被排除后浮筒自动下降，关闭阀门。空气过滤器和自动排水阀都属于压缩空气的过滤装置。过滤器日常检查要点如表６－２所示。三、减压阀减压阀是压缩空气的调压装置，其作用是将较高的输入压力调到规定的输出压力，并能保持输出压力稳定，不受空气流量变化及气源压力波动的影响。减压阀的调压方式有直动式和先导式两种。上一页下一页返回任务２气源处理装置工作原理及检查要点１直动式减压阀直动式减压阀是借助弹簧力直接操纵的调压方式，它是根据被压缩的调压弹簧的弹簧力和隔板上端的两次侧压力差来调整压力的。所谓一次侧是空气的提供侧，二次侧是空气的消耗侧。如果二次侧压力比设定压力低，调压阀门就会被调压弹簧弹起，一次侧压缩空气就流向二次侧。相反二次侧压力比设定压力高，二次侧的隔板产生的推力比调压弹簧大，隔板就会下沉并关闭阀门。因此从一次侧流向二次侧的空气流量受到限制，二次侧的压力就被固定了。图６－６所示为典型的直动式减压阀的构造和符号，二次侧气压上升，阀门关闭，进而隔板下降，调压阻尼孔和排气孔接通，二次侧剩余的压力被排放到空气中。上一页下一页返回任务２气源处理装置工作原理及检查要点直动式减压阀通径小于２０～２５ｍｍ，输出压力在０～１.０ＭＰａ范围内最为适当，超出这个范围应选用先导式减压阀。一般先导式减压阀的流量特性比直动式减压阀好。２先导式减压阀先导式减压阀是使用预先调整好压力的空气来代替调压弹簧进行调压的，其调节原理和主阀部分的结构与直动式减压阀相同。先导式减压阀的调压空气一般是由小型的直动式减压阀供给的。若将这个小型直动式减压阀与主阀合成一体，则被称为内部先导式减压阀，如图６－７所示。若将它与主阀分离，则被称为外部先导式减压阀，它可以实现远距离控制。压力控制阀检查要点如表６－３所示。上一页下一页返回任务２气源处理装置工作原理及检查要点四、油雾器油雾器是压缩空气的润滑装置。因为电磁阀和气缸等气压机械内部存在机械运动部分，所以要长时间工作就必须给其注入润滑油。空气与油不同，它不具有润滑性，所以要把油混合于压缩空气中。油雾器就是利用压缩空气的流动把润滑油喷射成雾状送入管道内，润滑气动控制装置和执行元件，从而使气压设备正常工作。将入口（ＩＮ）侧压缩空气的一部分引入储油杯内使油面受压。在装置的中央有压缩空气流动方向孔，连接上面的视油器。另外，上面的视油器通过吸油管与储油杯相连，如图６－８所示。上一页下一页返回任务２气源处理装置工作原理及检查要点当压缩空气流动时，油面的压力和视油器的压力就会产生压差。用这种压差把储油杯内的油送到上面的视油器，再从小孔成雾状喷出。当压缩空气不流动时，油面和上面的视油器不会产生差压，所以不会喷油。滴油量由上部调节阀调节。为了掌握存油杯中的油量，采用透明容器，其材质和过滤器一样，多数采用聚碳酸酯。另外，如果使用真空管和气缸也可以不用这个油雾器。油雾器在使用中一定要垂直安装，它可以单独使用，也可以使空气过滤器、减压阀和油雾器三件联合使用，组成气源调节装置（通常称之为气动三联件），使之具有过滤、减压和油雾润滑的功能。联合使用时，其连接顺序应为空气过滤器—减压阀—油雾器，不能颠倒，安装时气源调节装置应尽量靠近气动设备附近，距离不应大于５ｍ。气动三联件的工作原理如图６－９，其外形图及图形符号如图６－１０所示。润滑器日常检查要点如表６－４所示。上一页返回任务３常用气动元件原理及检查要点一、气动执行元件在气动系统中，将压缩空气的压力能转换成机械能的元件被称为气动执行元件。可以实现往复直线运动和往复摆动运动的气动执行元件被称为气缸；可以实现连续旋转运动的气动执行元件被称为气电动机。气缸外形图和图形符号如图６－１１所示。１.气缸的分类（按结构分，见表６－５）２典型气缸的介绍（１）单作用气缸动作原理。如图６－１２所示，单作用气缸在缸盖一端气口输入压缩空气使活塞杆伸出（或缩回），而另一端靠弹簧、自重或其他外力等使活塞杆恢复到初始位置。下一页返回任务３常用气动元件原理及检查要点单作用气缸只在动作方向需要压缩空气，故可节约一半压缩空气。其主要用在夹紧、退料、阻挡、压入、举起和进给等操作上。（２）双作用气缸动作原理。双作用气缸是指两腔可以分别输入压缩空气从而实现双向运动的气缸。其结构可分为双活塞塞杆式、单活塞杆式、双活塞式、缓冲式和非缓冲式等。此类气缸使用最为广泛，其外形图和结构图如图６－１３所示。（３）无杆气缸。无杆气缸主要分为机械接触式和磁性耦合式两种。通常将磁性耦合无杆气缸称为磁性气缸。如图６－１４所示。上一页下一页返回任务３常用气动元件原理及检查要点（４）带磁性开关气缸。带磁性开关气缸是指在气缸的活塞上装有一个永久磁环，而将磁性开关装在气缸的缸筒外侧。如图６－１５所示。（５）摆动气缸。摆动气缸是指出力轴被限制在某个角度内做往复摆动的一种气缸，又被称为旋转气缸。如图６－１６所示。（６）手指气缸（气爪）。手指气缸能实现各种抓取功能，是现代气动机械手的关键部件。手指气缸的特点：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；抓取力矩恒定；在气缸两侧可安装非接触式检测开关；有多种安装、连接方式。如图６－１７所示。上一页下一页返回任务３常用气动元件原理及检查要点３气缸推力（出力）的计算气缸的推力与活塞受力面积和所作用的压力有关。即：Ｆ＝Ａ·Ｐ（６－１）式中：Ｆ为气缸推力，单位为Ｎ；Ａ为活塞受力面积，单位为ｍ２；Ｐ为活塞所受压力，单位为Ｐａ。上一页下一页返回任务３常用气动元件原理及检查要点二、气动控制元件在气压传动系统中，气动控制元件是用来控制和调节压缩空气的压力、流量、流动方向和发送信号的重要元件，利用它们可以组成各种气动控制回路，以保证气动执行元件或机构按设计的程序正常工作。按功能和用途可分为以下几种类型。１流量控制阀———节流阀流量控制阀是一种控制和调节压缩空气流量（速度）的元件。常用的孔口结构如图６－１８所示上一页下一页返回任务３常用气动元件原理及检查要点（１）单向节流阀。单向节流阀由节流阀和单向阀并联组成，如图６－１９所示。节流阀符号中两圆弧所形成的缝隙表示节流孔道，倾斜的箭头表示节流孔大小。调整流量时转动阀门上部的把手来改变针阀阀芯和针阀节流孔的开口面积。但只限于被调整的流量从ａ流向ｂ经节流阀节流，从ｂ流向ａ时单向阀打开，形成全程流动，不节流。（２）排气节流阀。排气节流阀结构示意图如图６－２０所示。使用注意事项：①不要弄错方向（ＩＮ和ＯＵＴ）。②调整速度后要将固定螺母拧紧。上一页下一页返回任务３常用气动元件原理及检查要点③控制气缸的速度时，必须尽可能将速度控制阀安装在气缸连接口附近。２压力控制阀压力控制阀是用来控制气动系统中压缩空气的压力，以满足各种压力需求。压力控制阀有减压阀、安全阀和顺序阀三种。（１）减压阀。①直动式减压阀（见图６－２１）②先导式减压阀（见图６－２２）。（２）安全阀。当储气罐内的压力超过允许限度时，可将压缩空气排出。如图６－２３所示。上一页下一页返回任务３常用气动元件原理及检查要点３方向控制阀方向控制阀通过对气缸两个接口交替地加压和排气，来改变和控制气流运动的方向。方向控制阀可分为电磁阀、换向阀和电磁换向阀三种。（１）电磁阀。电磁阀用来控制流体的运动方向，是自动化基础元件。在工厂的液压、气动机械装置中普遍使用。图６－２４所示为电磁阀实物图。（２）换向阀。换向阀是具有两种以上流动形式和两个以上气／油口的方向控制上一页下一页返回任务３常用气动元件原理及检查要点工作时借着阀外的驱动传动机构转动驱动轴，带动摇拐臂，启动阀板，使工作流体时而从左入口通向阀的下部出口，时而从右入口变换通向下部出口，实现了周期变换流向的目的。这种变换阀在石油、化工生产中有着广泛的应用，在合成氨造气系统中最为常用。此外，换向阀还可做成阀瓣式的结构，多用于较小流量的场合。工作时只需转动手轮通过阀瓣来变换工作流体的流向。换向阀分类：①机动换向阀，机动换向阀又称为行程阀。②电磁换向阀，电磁换向阀是利用电磁吸引力操纵阀芯换位的方向控制阀。③电液换向阀，电液换向阀是由电磁换向阀和液动换向阀组成的复合阀。上一页下一页返回任务３常用气动元件原理及检查要点④手动换向阀，手动换向阀是用手推杠杆操纵阀芯换位的方向控制阀。（３）电磁换向阀。电磁换向阀是利用电磁力来实现主阀的切换，以控制空气的流动方向。其主要分类是根据阀口的数量（３通、５通）及切换位置（２位、３位）划分，其种类很多。上一页返回任务４熟悉典型的气动控制回路一、往复控制回路往复控制回路如图６－２５所示。二、速度控制回路对于气动控制采用排气节流较进气节流效果好。它可使进气阻力小，且活塞在有背压情况下向前运动，运动较平稳，受外载变化的影响较小。如图６－２６所示。三、位置控制回路位置控制回路如图６－２７所示。下一页返回任务４熟悉典型的气动控制回路四、技能训练１电磁换向阀的电气符号２实习（一）实习用气动控制回路１———两位五通电磁阀气动控制回路（１）气动控制回路（见图６－２８）。上一页下一页返回任务４熟悉典型的气动控制回路（２）实习目的。熟悉气动控制元件结构与工作原理，掌握两位五通电磁阀的使用。（３）使用工具、仪表及器材。机床电气模拟训练器、导线、万用表及测电笔。（４）实习步骤。①按照电路原理图在机床电气模拟训练器上选择组装电路所需的电器元件。②按照控制板内布线的工艺要求进行布线，组成电路。③检查无误后通电、通风试车。④调节速度控制阀，观察活塞前进和后退时的速度。上一页下一页返回任务４熟悉典型的气动控制回路通电试验时，认真观察各电器元件、线路及气缸等装置的工作情况是否正常。如不正常，应立即切断电源，使用仪器仪表进行检查，在调整或修复后方能再次通电试车。（５）控制电路。如图６－２９所示。思考图６－２９（ｃ）和图６－２９（ｄ）有什么不同，并分析各自的优缺点。修改电路图６－２９（ｅ），使之在活塞前进的过程中，按下ＳＢ２使活塞立即后退，返回到起点位置停止。３实习（二）实习用气动控制回路２———三位五通电磁阀气动控制回路（１）气动控制回路（见图６－３０）。（２）实习目的。上一页下一页返回任务４熟悉典型的气动控制回路掌握三位五通中间封闭型电磁阀的使用。（３）实习步骤。①按照电路原理图在机床电气模拟训练器上进行布线，组成电路。②检查无误后通电、通风试车。（４）控制电路（见图６－３１）。４综合课题按照图６－３２给出的工作步骤图设计制作电路。（１）机床示意图（见图６－３３）。（２）液压动力滑台液压（气压）回路图（见图６－３４）。（３）动作说明。上一页下一页返回任务４熟悉典型的气动控制回路按下启动按钮，液压工作台前进，同时主轴电动机启动正转运行；液压工作台前进到终端停止，主轴电动机继续运行３ｓ；时间到，主轴电动机反转运行２ｓ后停转；液压工作台后退，后退到起点位置停止；整个工作结束。在工作过程中，按下停止按钮，在任意位置停止。（４）注意事项。①液压动力滑台前进、后退用气动活塞前进、后退代替。②主轴电动机主电路需配线，并且具有正反转工作指示。③正转指示：ＨＬ１（ＰＬ１）；反转指示：ＨＬ２（ＰＬ２）。（５）参考设计答案（见图６－３５）。上一页返回图６－１气压系统的基本构成返回图６－２压力的概念返回表６－１各种压力单位的换算返回图６－３弹簧压力表结构和符号返回图６－４往复式压缩机工作原理和符号返回图６－５离心式空气过滤器和自动排水阀结构和符号返回（ａ）离心式空气过滤器；（ｂ）自动排水阀表６－２过滤器日常检查要点返回图６－６直动式减压阀构造和符号返回图６－７内部先导式减压阀返回１—固定节流孔；２—喷嘴；３—挡板；４—上气室；５—中气室；６—下气室；７—阀杆；８—排气孔；９—进气阀口表６－３压力控制阀检查要点返回图６－８油雾器的构造和符号返回图６－９气动三联件的工作原理返回１—过滤器；２—减压阀；３—油雾器图６－１０气动三联件的外形图和图形符号返回（ａ）外形图；（ｂ）图形符号表６－４润滑器日常检查要点返回图６－１１气缸外形图和图形符号返回（ａ）外形图；（ｂ）图形符号表６－５气缸的分类返回图６－１２单作用气缸外形图和结构图返回（ａ）外形图；（ｂ）结构图１—后缸盖；２—橡胶缓冲垫；３—活塞密封圈；４—导向环；５—活塞；６—弹簧；７—缸筒；８—活塞杆；９—前缸盖；１０—螺母；１１—导向套图６－１３双作用气缸外形图和结构图返回（ａ）外形图；（ｂ）结构图１—缸筒；２—后缸盖；３—前缸盖；４—活塞杆；５—防尘密封圈；６—导向套；７—密封圈；８—活塞；９—缓冲柱塞；１０—缓冲节流阀图６－１４无杆气缸外形图和结构图返回（ａ）外形图；（ｂ）结构图１—节流阀；２—缓冲柱塞；３—内侧密封带；４—外侧密封带；５—活塞；６—滑块；７—活塞轭；８—缸筒图６－１５带磁性开关气缸原理图返回１—动作指示灯；２—保护电路；３—开关外壳；４—导线；５—活塞；６—磁环；７—缸筒；８—舌簧开关图６－１６摆动缸的应用实例返