十一章氣壓傳動(dòng)解讀

1、第 11 章氣壓傳動(dòng)內(nèi)容提要?dú)鈮簜鲃?dòng)與液壓傳動(dòng)最大的不同在于氣壓傳動(dòng)的工作介質(zhì)是壓縮空氣， 本章主要介紹氣 壓傳動(dòng)的特點(diǎn)， 氣源裝置、 輔助元件、 氣動(dòng)執(zhí)行元件、 氣動(dòng)控制元件及氣動(dòng)基本回路的組成、 工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)， 還用氣動(dòng)系統(tǒng)實(shí)例具體闡述氣動(dòng)回路的分析方法和實(shí)際應(yīng)用。 與液壓 傳動(dòng)不同的是， 控制元件不僅包括普通的氣動(dòng)控制閥， 還包括有用于完成一定邏輯功能的氣 動(dòng)邏輯元件等?；疽蟆⒅攸c(diǎn)和難點(diǎn)基本要求： 了解氣壓傳動(dòng)技術(shù)基本特點(diǎn)； 理解和掌握氣源裝置及輔助元件、 氣動(dòng) 執(zhí)行元件、 氣動(dòng)控制元件、 氣動(dòng)基本回路的組成、 工作原理和性能以及在實(shí)際氣壓系統(tǒng)中的 應(yīng)用； 讀懂氣壓基本回路，理

2、解氣動(dòng)系統(tǒng)實(shí)例的分析方法。重點(diǎn)： 通過本章學(xué)習(xí)， 對氣動(dòng)元件的組成和基本特點(diǎn)、 氣動(dòng)基本回路的組成和功用有一 個(gè)較全面而深刻的了解，能分析氣動(dòng)系統(tǒng)實(shí)例，為設(shè)計(jì)氣動(dòng)回路打好基礎(chǔ)。難點(diǎn)： 氣動(dòng)基本回路的應(yīng)用、氣動(dòng)系統(tǒng)實(shí)例分析。11.1 氣壓傳動(dòng)概述氣壓傳動(dòng)是以空氣壓縮機(jī)為動(dòng)力源， 以壓縮空氣為工作介質(zhì)， 進(jìn)行能量和信號傳遞的一 門技術(shù)， 是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化的有效技術(shù)之一。 氣壓傳動(dòng)的工作原理是利用空壓機(jī)把電動(dòng)機(jī)或 其它原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為空氣的壓力能， 然后在控制元件的作用下， 通過執(zhí)行元件把 壓力能轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)形式的機(jī)械能，從而完成各種動(dòng)作，并對外做功。氣動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)氣動(dòng)技術(shù)被廣泛

3、應(yīng)用于機(jī)械、電子、輕工、紡織、食品、醫(yī)藥、包裝、冶金、石化、航 空、交通運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)工業(yè)部門。組合機(jī)床、加工中心、氣動(dòng)機(jī)械手、生產(chǎn)自動(dòng)線、自動(dòng)檢測 和實(shí)驗(yàn)裝置等已大量涌現(xiàn)。在提高生產(chǎn)效率、 自動(dòng)化程度、產(chǎn)品質(zhì)量、 工作可靠性和實(shí)現(xiàn)特 殊工藝等方面顯示出極大的優(yōu)越性。氣壓傳動(dòng)與機(jī)械、電氣、液壓傳動(dòng)相比有以下特點(diǎn)：1優(yōu)點(diǎn)1）機(jī)器結(jié)構(gòu)簡單、輕便，易于安裝維護(hù)；壓力等級低，使用安全；2）工作介質(zhì)是在地表隨處可取的空氣，取之不盡、用之不竭。在大多數(shù)場合，排氣可 無須處理直接進(jìn)入大氣，不污染環(huán)境；3）空氣的特性受溫度影響小。在高溫下能可靠地工作，不會(huì)發(fā)生燃燒或爆炸。且溫度 變化時(shí)，對空氣的粘度影響極小，故不

4、會(huì)影響傳動(dòng)性能；4）空氣的粘度很小（約為液壓油的萬分之一） ，所以流動(dòng)阻力小，在管道中流動(dòng)的壓力 損失較小，所以便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送；5）能容易地得到直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并具有相當(dāng)功率，速度變化范圍廣，既可實(shí)現(xiàn)高速驅(qū) 動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)低速驅(qū)動(dòng)。一般氣缸的平均速度為50500 mm / s ，最低可到 0.5 1 mm / s ，用于高壓氣動(dòng)中最高可達(dá) 100m/ s；6）利用空氣的可壓縮性，可存儲能量，實(shí)現(xiàn)集中供氣?？稍诙虝r(shí)間內(nèi)釋放能量，以得 到間歇運(yùn)動(dòng)中的高速響應(yīng)和大沖擊力。 可實(shí)現(xiàn)緩沖， 對沖擊負(fù)載和過負(fù)載有較強(qiáng)的適應(yīng)能力， 氣動(dòng)裝置在一定條件下有自我保護(hù)能力；7）工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別是在易燃

5、、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射、振動(dòng)等惡劣環(huán)境 中，比液壓、電子、電氣傳動(dòng)和控制優(yōu)越。2缺點(diǎn)1）由于空氣的可壓縮性較大，氣動(dòng)裝置的動(dòng)作穩(wěn)定性較差，外載變化時(shí)，對工作速度 的影響較大；2）由于工作壓力低，氣動(dòng)裝置的輸出力或力矩受到限制。在結(jié)構(gòu)尺寸相同的情況下，氣壓傳動(dòng)比液壓傳動(dòng)輸出的力要小得多。氣壓傳動(dòng)裝置的輸出力不宜大于10 40kN；3）氣動(dòng)裝置中的信號傳動(dòng)速度比光、電控制速度慢，所以不宜用于信號傳遞速度要求 十分高的復(fù)雜線路中。 同時(shí)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的遙控也比較困難， 但對一般的機(jī)械設(shè)備， 氣動(dòng)信 號的傳遞速度是能滿足工作要求的；4）噪聲較大，尤其是在超音速排氣時(shí)要加消聲器。 氣壓傳動(dòng)與其它傳動(dòng)的

6、性能比較見表11-1。表 11-1 氣壓傳動(dòng)與其他傳動(dòng)的性能比較傳動(dòng)方式操作力動(dòng)作快慢環(huán)境要求構(gòu)造負(fù)載變化影響操作距離無級調(diào)速工作壽命維護(hù)價(jià)格氣壓傳動(dòng)中等較快適應(yīng)性好簡單較大中距離較好長一般便宜液壓傳動(dòng)最大較慢不怕振動(dòng)復(fù)雜有一些短距離良好一般要求高稍貴電傳動(dòng)電氣中等快要求高稍復(fù)雜幾乎沒有遠(yuǎn)距離良好較短要求較高稍貴電子最小最快要求特高最復(fù)雜沒有遠(yuǎn)距離良好短要求更高最貴機(jī)械傳動(dòng)較大一般一般一般沒有短距離較困難一般簡單一般氣動(dòng)系統(tǒng)的組成典型的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)由氣源裝置、 控制元件、 執(zhí)行元件和輔助元件四部分組成的， 如圖 11-1 所示。圖 11-1 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成1電動(dòng)機(jī) 2空氣壓縮機(jī) 3氣罐 4

7、壓力控制 閥 5 邏輯元件 6方向控制閥 7流量控制閥 8行程閥 9氣缸 10消音器 11油霧器 12分水濾氣器1）氣源裝置 獲得壓縮空氣的裝置。 其主體部分是空氣壓縮機(jī)， 它將原動(dòng)機(jī)供給的機(jī)械 能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能。 使用氣動(dòng)設(shè)備較多的廠礦常將汽源裝置集中于壓氣站 （俗稱空壓站） 內(nèi)，有壓氣站在統(tǒng)一向各用氣點(diǎn)分配壓縮空氣；2）控制元件 是用來控制壓縮空氣的壓力、 流量和流動(dòng)方向的， 以便使執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成預(yù) 定的工作循環(huán)。它包括各種壓力閥、流量閥和方向閥、射流元件、邏輯元件、傳感器等；3）執(zhí)行元件 是將氣體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。 它包括實(shí)現(xiàn)直線往 復(fù)運(yùn)動(dòng)的氣缸和實(shí)現(xiàn)連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

8、或擺動(dòng)的氣馬達(dá)或擺動(dòng)馬達(dá)等；4）輔助元件 是保證壓縮空氣的凈化、元件的潤滑、元件間的連接及消聲等所必須的， 它包括過濾器、油霧器、管接頭及消聲器等。氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展目前氣動(dòng)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門， 而且應(yīng)用范圍越來越廣， 下面介紹氣 動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用：1）在食品加工和包裝工業(yè)中，氣動(dòng)技術(shù)因其衛(wèi)生、可靠和經(jīng)濟(jì)得到廣泛應(yīng)用，如在收 割蘆筍之后， 采用氣動(dòng)技術(shù)可以對其進(jìn)行剝皮， 并輕輕除去其中的苦纖維， 而不損傷可口的 筍尖。 在飲料廠和酒廠里， 氣動(dòng)系統(tǒng)完成對玻璃瓶的抓取功能時(shí)可以實(shí)現(xiàn)軟抓取， 即使玻璃 瓶比允許誤差大， 它也不會(huì)被抓碎。 這主要是由于氣缸中的空氣是可壓縮的， 其作用就

9、像緩 沖墊一樣， 氣爪可以簡單地調(diào)整至不同尺寸大小， 以免引起玻璃瓶破裂。當(dāng)然，這種優(yōu)點(diǎn)可 以適用于整個(gè)玻璃制品生產(chǎn)，玻璃制品生產(chǎn)也是氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用的另一個(gè)領(lǐng)域。氣動(dòng)技術(shù)因其高速、 高可靠性和特別適合于應(yīng)用在潔凈衛(wèi)生場合， 所以其在包裝業(yè)中占 主導(dǎo)地位， 至于氣動(dòng)元件的維護(hù)成本低還不是主要的。 氣動(dòng)元件的靈活性 （即對不同產(chǎn)品的 快速調(diào)整能力） 以日益為人們所需要。 氣動(dòng)技術(shù)是適應(yīng)這種快速變化的最理想技術(shù)。 氣缸期 望的位置可以直接反饋到包裝設(shè)備主控制器中，這樣包裝設(shè)備對塑料袋封口就可以比以前 短。2）絕大多數(shù)具有管道生產(chǎn)流程的各生產(chǎn)部門都可以采用氣動(dòng)，如有色金屬冶煉工業(yè)， 在冶煉工業(yè)中， 溫

10、度高、 灰塵多的場合往往不宜采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)或液壓傳動(dòng)， 采用氣動(dòng)就比較 安全可靠，高爐爐門的啟閉常由氣動(dòng)完成。3）在輕工業(yè)中，電氣控制和氣動(dòng)控制一樣應(yīng)用，功能大致相等。凡輸出力要求不大、 動(dòng)作平穩(wěn)性或控制精度要求不太高的場合， 均可以采用氣動(dòng)， 成本比電氣裝置要低得多。 對 粘稠液體（如牙膏、化妝品、油漆、油墨等）進(jìn)行自動(dòng)計(jì)量灌裝時(shí)采用氣動(dòng)，不僅能提高工 效，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度， 而且因有些液體具有易揮發(fā)性和易燃性， 采用氣動(dòng)控制比較安全。 對于 食品工業(yè)、 制藥工業(yè)、卷煙工業(yè)等領(lǐng)域， 氣動(dòng)由于其不污染性而具有更強(qiáng)的優(yōu)勢， 有廣泛的 應(yīng)用前景。4）在軍事工業(yè)中氣動(dòng)也得到廣泛應(yīng)用。因電子裝置在沒有冷卻下

11、很難在300以上的高溫條件下工作，故現(xiàn)代飛機(jī)、火箭、導(dǎo)彈、魚雷等自動(dòng)裝置大多是氣動(dòng)的，因?yàn)橐詨嚎s空 氣作為動(dòng)力能源，其體積小、重量輕，甚至比具有相同能量的電池體積還小還輕， 且不怕電 子干擾。11.2 氣源裝置及輔助元件氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的氣源裝置是為氣動(dòng)系統(tǒng)提供滿足一定質(zhì)量要求的壓縮空氣， 它是氣壓 傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分。由空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣，必須經(jīng)過降溫、凈化、減壓、穩(wěn) 壓等一系列處理后， 才能供給控制元件和執(zhí)行元件使用。 氣動(dòng)輔助元件是元件連接和提高系 統(tǒng)可靠性、使用壽命以及改善工作環(huán)境等所必需的。氣源裝置1對壓縮空氣的要求 由空氣壓縮機(jī)排出的壓縮空氣雖然可以滿足氣動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí)的壓力

12、和流量要求， 但其溫 度高達(dá) 140 180。這時(shí)空氣壓縮機(jī)氣缸中的潤滑油也部分成為氣態(tài)，這樣油分、水分 以及灰塵便形成混合的膠體微塵與雜質(zhì)混在壓縮空氣中一同排出。 如果將此壓縮空氣直接輸 送給氣動(dòng)裝置使用，將會(huì)產(chǎn)生下列影響：1）混在壓縮空氣中的油蒸氣可能聚集在貯氣罐、管道、 氣動(dòng)系統(tǒng)的容器中形成易燃物，有引起爆炸的危險(xiǎn)；另一方面，潤滑油被氣化后，會(huì)形成一種有機(jī)酸，對金屬設(shè)備、氣動(dòng)裝 置有腐蝕作用，影響設(shè)備的壽命。2）混在壓縮空氣中的雜質(zhì)能沉積在管道和氣動(dòng)元件的通道內(nèi)，減少了通道面積，增加 了管道阻力。特別是對內(nèi)徑只有 0.20.5mm 的某些氣動(dòng)元件會(huì)造成阻塞，使壓力信號不能 正確傳遞，整個(gè)

13、氣動(dòng)系統(tǒng)不能穩(wěn)定工作甚至失靈。3）壓縮空氣中含有的飽和水分，在一定的條件下會(huì)凝結(jié)成水，并聚集在個(gè)別管道中。 在寒冷的冬季，凝結(jié)的水會(huì)使管道及附件結(jié)冰而損壞，影響氣動(dòng)裝置的正常工作。4）壓縮空氣中的灰塵等雜質(zhì)，對氣動(dòng)系統(tǒng)中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的氣動(dòng)元件（如氣缸、氣馬達(dá)、氣動(dòng)換向閥等 ）的運(yùn)動(dòng)副會(huì)產(chǎn)生研磨作用，使這些元件因漏氣而降低效率，影響它的 使用壽命。因此氣源裝置必須設(shè)置一些除油、 除水、除塵， 并使壓縮空氣干燥， 提高壓縮空氣質(zhì)量， 進(jìn)行氣源凈化處理的輔助設(shè)備。11-2是壓縮空氣站設(shè)備組成及布置示意圖。2氣源裝置的組成 壓縮空氣站的設(shè)備一般包括產(chǎn)生壓縮空氣的空氣壓縮機(jī)和使氣源凈化的輔助設(shè)備。圖

14、工業(yè)用氣 5氣動(dòng) 裝置 儀 表 用氣圖 11-2 壓縮空氣站設(shè)備組成及布置示意圖1-空氣壓縮機(jī) 2- 后卻器 3- 油水分離器 4 、7-貯氣罐 5- 干燥器 6- 過濾器 8- 加熱器 9- 四通閥在圖 11-2 中， l 為空氣壓縮機(jī)，用以產(chǎn)生壓縮空氣，一般由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。其吸氣口裝有 空氣過濾器以減少進(jìn)人空氣壓縮機(jī)的雜質(zhì)。 2 為后冷卻器，用以降溫冷卻壓縮空氣，使氣化 的水、油凝結(jié)出來。 3 為油水分離器，用以分離并排出降溫冷卻的水滴、油滴、雜質(zhì)等。4、7 為貯氣罐， 用以貯存壓縮空氣， 穩(wěn)定壓縮空氣的壓力并除去部分油分和水分。 5 為干燥器， 用以進(jìn)一步吸收或排除壓縮空氣中的水分和油分，

15、使之成為干燥空氣。 6 為過濾器，用以進(jìn) 一步過濾壓縮空氣中的灰塵、 雜質(zhì)顆粒。 貯氣罐 4 輸出的壓縮空氣可用于一般要求的氣壓傳 動(dòng)系統(tǒng)，貯氣罐 7 輸出的壓縮空氣可用于要求較高的氣動(dòng)系統(tǒng)（如氣動(dòng)儀表及射流元件組成的控制回路等 ）。3壓縮空氣發(fā)生裝置1）空氣壓縮機(jī)的分類 空氣壓縮機(jī)是一種壓縮空氣發(fā)生裝置，它是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成氣體壓力能的能量轉(zhuǎn)換裝 置，其種類很多。 如按工作原理可分為容積型壓縮機(jī)和速度型壓縮機(jī)， 容積型壓縮機(jī)的工作 原理是壓縮氣體的體積， 使單位體積內(nèi)氣體分子的密度增大以提高壓縮空氣的壓力。 速度型 壓縮機(jī)的工作原理是提高氣體分子的運(yùn)動(dòng)速度， 然后使氣體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能以提高

16、壓縮 空氣的壓力。2）空氣壓縮機(jī)的工作原理 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中最常用的空氣壓縮機(jī)是往復(fù)活塞式， 其工作原理是通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)使 活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)吸、壓氣，并達(dá)到提高氣體壓力的目的，如圖 11-3 所示。當(dāng)活塞 3 向右運(yùn)動(dòng)時(shí)， 氣缸 2內(nèi)活塞左腔的壓力低于大氣壓力， 吸氣閥 9被打開， 空氣在大氣壓力作 用下進(jìn)入氣缸 2 內(nèi)，這個(gè)過程 稱為“吸氣過程” 。當(dāng)活塞向左移動(dòng)時(shí)，吸氣閥 9 在缸內(nèi)壓 縮氣體的作用下而關(guān)閉， 缸內(nèi)氣體被壓縮， 這個(gè)過程稱為壓縮過程。 當(dāng)氣缸內(nèi)空氣壓力增高 到略高于輸氣管內(nèi)壓力后，排氣閥 l 被打開，壓縮空氣進(jìn)入輸氣管道，這個(gè)過程稱為“排氣 過程”?；钊?3 的往復(fù)運(yùn)動(dòng)

17、是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，通過連桿、滑塊、活塞桿轉(zhuǎn)化為直線 往復(fù)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的。 圖中只表示了一個(gè)活塞一個(gè)缸的空氣壓縮機(jī)， 大多數(shù)空氣壓縮機(jī)是多缸 多活塞的組合。1- 排氣閥 2- 氣缸 3- 活塞 4- 活塞桿 5- 滑塊 6- 滑道 7- 曲柄連桿 8- 吸氣閥 9- 彈簧3）空氣壓縮機(jī)的選用原則 選用空氣壓縮機(jī)的根據(jù)是氣壓系統(tǒng)所需的工作壓力和流量兩個(gè)參數(shù)。按排氣壓力不同， 排氣壓力 0.2MPa 為低壓空氣壓縮機(jī)； 排氣壓力 1.0MPa 為中壓空氣壓縮機(jī)； 排氣壓力 10MPa 為高壓空氣壓縮機(jī)； 排氣壓力 100MPa 為超高壓空氣壓縮機(jī)。 低壓空氣壓縮機(jī)為單級式，中 壓、高壓和超高壓空

18、氣壓縮機(jī)為多級式， 最多級數(shù)可達(dá) 8 級，目前國外已制成壓力達(dá) 343MPa 聚乙烯用的超高壓壓縮機(jī)。輸出流量的選擇， 要根據(jù)整個(gè)氣動(dòng)系統(tǒng)對壓縮空氣的需要再加一定的備用余量， 作為選 擇空氣壓縮機(jī)的流量依據(jù)?？諝鈮嚎s機(jī)銘牌上的流量是自由空氣流量。4壓縮空氣凈化、儲存設(shè)備 壓縮空氣凈化裝置一般包括：后冷卻器、油水分離器、貯氣罐、干燥器、過濾器等。1）冷卻器 后冷卻器安裝在空氣壓縮機(jī)出口處的管道上。 它的作用是將空氣壓縮機(jī)排出的壓縮空氣 溫度由 140 170降至 4050。這樣就可使壓縮空氣中的油霧和水汽迅速達(dá)到飽和，使 其大部分析出并凝結(jié)成油滴和水滴， 以便經(jīng)油水分離器排出。 后冷卻器的結(jié)構(gòu)形

19、式有： 蛇形 管式、列管式、散熱片式、管套式。冷卻方式有水冷和氣冷兩種方式，蛇形管和列管式后冷 卻器的結(jié)構(gòu)見圖 11-4。(a)熱空氣冷卻水后冷卻器（b）列管式圖 11-4 a）蛇管式2）油水分離器 油水分離器安裝在后冷卻器出口管道上，它的作用是分離并排出壓縮空氣中凝聚的油 分、水分和灰塵雜質(zhì)等，使壓縮空氣得到初步凈化。圖 11-5 所示是油水分離器的示意圖。 壓縮空氣由入口進(jìn)入分離器殼體后，氣流先受到隔板阻擋而被撞擊折回向下 （ 見圖中箭頭所 示流向 ）；之后又上升產(chǎn)生環(huán)形回轉(zhuǎn)，這樣凝聚在壓縮空氣中的油滴、水滴等雜質(zhì)受慣性力 作用而分離析出，沉降于殼體底部，由放水閥定期排出。進(jìn)氣口22212

20、02341751611-5水111315出氣口1478910圖形6符號圖 11-6 吸附式干燥器結(jié)構(gòu)圖1、 12-密封座 2、7-吸附劑層 3、 8、11-鋼絲12過慮網(wǎng) 4-上柵板 5-筒體 6- 支撐板 9-下柵板10-毛氈 13、18、20-法蘭 14- 排水管 15-干燥 空氣輸出管 16-再生空氣進(jìn)氣管 17、19-再生 空氣排氣管 21-頂蓋 22- 濕空氣進(jìn)氣管3）貯氣罐 貯氣罐的主要作用是儲存一定數(shù)量的壓縮 空氣， 以備發(fā)生故障或臨時(shí)需要應(yīng)急使用； 消除 由于空氣壓縮機(jī)斷續(xù)排氣而對系統(tǒng)引起的壓力 脈動(dòng)， 保證輸出氣流的連續(xù)性和平穩(wěn)性； 進(jìn)一步 分離壓縮空氣中的油、 水等雜質(zhì)。

21、貯氣罐一般采 用焊接結(jié)構(gòu)。4）干燥器經(jīng)過后冷卻器、 油水分離器和貯氣罐后得到 初步凈化的壓縮空氣， 已滿足一般氣壓傳動(dòng)的需 要。但壓縮空氣中仍含一定量的油、 水以及少量 的粉塵。如果用于精密的氣動(dòng)裝置、 氣動(dòng)儀表等， 上述壓縮空氣還必須進(jìn)行干燥處理。 壓縮空氣干 燥方法主要采用吸附法、 離心、 機(jī)械降水及冷卻 等方法。吸附法是利用具有吸附性能的吸附劑（ 如硅膠、鋁膠或分子篩等 ） 來吸附壓縮空氣中含有的 水分， 而使其干燥； 冷卻法是利用制冷設(shè)備使空 氣冷卻到一定的露點(diǎn)溫度， 析出空氣中超過飽和 水蒸氣部分的多余水分，從而達(dá)到所需的干燥 度。吸附法是干燥處理方法中應(yīng)用最為普遍的一 種方法。吸附

22、式干燥器的結(jié)構(gòu)如圖 11-6 所示。它的外殼呈筒形，其中分層設(shè)置柵板、吸附劑、濾網(wǎng)等。濕空氣從管 l 進(jìn)入干燥器，通過吸 附劑 21、過濾網(wǎng) 20、上柵板 19 和下部吸附層 16 后，因其中的水分被吸附劑吸收而變得很 干燥。然后，再經(jīng)過鋼絲網(wǎng) 15、下柵板 14 和過濾網(wǎng) 12 ，干燥、潔凈的壓縮空氣便從輸出管 8 排出。5）過濾器空氣的過濾是氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)。 不同的場合， 對壓縮空氣的要求也不同。 過 濾器的作用是進(jìn)一步濾除壓縮空氣中的雜質(zhì)。常用的過濾器有一次性過濾器 （ 也稱簡易過濾 器，濾灰效率為 50 70） ；二次過濾器 （ 濾灰效率為 70 99） 。在要求高的特殊場合

23、， 還可使用高效率的過濾器 （ 濾灰效率大于 99） 。輔助元件分水濾氣器、 減壓閥和油霧器一起稱為氣動(dòng)三大件， 三大件依次無管化連接而成的組件 稱為三聯(lián)件，是多數(shù)氣動(dòng)設(shè)備中必不可少的氣源裝置。大多數(shù)情況下， 三大件組合使用，其 安裝次序依進(jìn)氣方向?yàn)榉炙疄V氣器、減壓閥、油霧器。三大件應(yīng)安裝在進(jìn)氣設(shè)備的近處。壓縮空氣經(jīng)過三大件的最后處理， 將進(jìn)入各氣動(dòng)元件及氣動(dòng)系統(tǒng)。 因此， 三大件是氣動(dòng) 系統(tǒng)使用壓縮空氣質(zhì)量的最后保證。 其組成及規(guī)格， 須由氣動(dòng)系統(tǒng)具體的用氣要求確定， 可 以少于三大件，只用一件或兩件，也可多于三件。1分水濾氣器分水濾氣器能除去壓縮空氣中的冷凝水、 固態(tài)雜質(zhì)和油滴， 用于空氣

24、精過濾。 分水濾氣 器的結(jié)構(gòu)如圖 11-7 所示。其工作原理如下：當(dāng)壓縮空氣從輸入口流入后，由導(dǎo)流葉片 l 引 入濾杯中， 導(dǎo)流葉片使空氣沿切線方向旋轉(zhuǎn)形成旋轉(zhuǎn)氣流， 夾雜在氣體中的較大水滴、 油滴 和雜質(zhì)被甩到濾杯的內(nèi)壁上，并延杯壁流到底部。然后氣體通過中間的濾芯2，部分灰塵、霧狀水被 2攔截而濾去， 潔凈的空氣便從輸出口輸出。 擋水板 4 是防止氣體漩渦將杯中積存 的污水卷起而破壞過濾作用。 為保證分水濾氣器正常工作， 必須及時(shí)將存水杯中的污水通過 排水閥 5 放掉。在某些人工排水不方便的場合，可采用自動(dòng)排水式分水濾氣器。輸入輸出10輸出127圖5濾氣器結(jié)構(gòu)圖12-濾芯 3-儲水杯輸入4-

25、擋水板 5- 手動(dòng)排水閥 圖 11-8 普通油霧器結(jié)構(gòu)簡圖1- 噴嘴 2- 鋼球 3-彈簧 4- 閥座 5- 存油杯 6-吸油管 7-單向閥8-節(jié)流閥 9-視油器 10、 12-密封墊 11-油塞 13-螺母、螺釘2油霧器油霧器是一種特殊的注油裝置。 它以空氣為動(dòng)力， 使?jié)櫥挽F化后，注入空氣流中，并 隨空氣進(jìn)入需要潤滑的部件，達(dá)到潤滑的目的。圖 11-8 是普通油霧器 （ 也稱一次油霧器 ）的結(jié)構(gòu)簡圖。 當(dāng)壓縮空氣由輸入口進(jìn)入后， 通過 噴嘴 1 下端的小孔進(jìn)入閥座 4 的腔室內(nèi)， 在截止閥的鋼球 2 上下表面形成壓差， 由于泄漏和 彈簧 3 的作用， 而使鋼球處于中間位置， 壓縮空氣進(jìn)入存

26、油杯 5 的上腔使油面受壓， 壓力油 經(jīng)吸油管 6將單向閥 7 的鋼球頂起， 鋼球上部管道有一個(gè)方形小孔， 鋼球不能將上部管道封 死，壓力油不斷流人視油器 9 內(nèi)，再滴入噴嘴 l 中，被主管氣流從上面小孔引射出來，霧化 后從輸出口輸出。節(jié)流閥 8 可以調(diào)節(jié)流量，使滴油量在每分鐘 0120 滴內(nèi)變化。二次油霧器能使油滴在霧化器內(nèi)進(jìn)行兩次霧化， 使油霧粒度更小、 更均勻， 輸送距離更 遠(yuǎn)。二次霧化粒徑可達(dá) 5 m 。油霧器的選擇主要是根據(jù)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)所需額定流量及油霧粒徑大小來進(jìn)行。 所需油霧 粒徑在 50 m 左右選用一次油霧器。若需油霧粒徑很小可選用二次油霧器。油霧器一般應(yīng) 配置在濾氣器和減壓

27、閥之后，用氣設(shè)備之前較近處。3消聲器 在氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)之中，氣缸、氣閥等元件工作時(shí)，排氣速度較高，氣體體積急劇膨脹， 會(huì)產(chǎn)生刺耳的噪聲。 噪聲的強(qiáng)弱隨排氣的速度、 排量和空氣通道的形狀而變化。 排氣的速度和功率越大，噪聲也越大，一般可達(dá)100 120 dB ，為了降低噪聲可以在排氣口裝消聲器。圖 11-9 吸收型消聲器結(jié)構(gòu)簡圖1-連接螺絲 2-消聲罩消聲器就是通過阻尼或增加排氣面積來降低排氣速度和功率，從而降低噪聲的。根據(jù)消聲原理不同， 消聲器可分為三種類型：阻性消聲器、抗性消聲器和 阻抗復(fù)合式消聲器。常用的是吸收型消聲器。圖 11-9 是阻性消聲器的結(jié)構(gòu)簡圖。這種消聲器主 要依靠吸音材料消聲。

28、消聲罩 2 為多孔的吸音材料， 一般用聚苯乙烯或銅珠燒結(jié)而成。當(dāng)消聲器的通徑小 于 20 mm時(shí)，多用聚苯乙烯作消音材料制成消聲罩， 當(dāng)消聲器的通徑大于 20 mm時(shí)，消聲罩多用銅珠燒結(jié)， 以增加強(qiáng)度。其消聲原理是：當(dāng)有壓氣體通過消聲罩 時(shí)，氣流受到阻力，聲能量被部分吸收而轉(zhuǎn)化為熱能， 從而降低了噪聲強(qiáng)度。阻性消聲器結(jié)構(gòu)簡單，具有良好的消除中、高頻噪聲的性能。在氣動(dòng)系統(tǒng)中，排氣噪聲主要是中、高頻噪聲，尤其是高頻噪聲，所以采用這 種消聲器是合適的。4真空元件氣動(dòng)系統(tǒng)中的大多數(shù)氣動(dòng)元件， 包括氣源發(fā)生裝置、 執(zhí)行元件、 控制元件以及各種輔助 元件，都是在高于大氣壓力的氣壓作用下工作的， 用這些元件

29、組成的氣動(dòng)系統(tǒng)稱為正壓系統(tǒng)； 另有一類元件可在低于大氣壓力下工作，這類元件組成的系統(tǒng)稱為負(fù)壓系統(tǒng)（或稱真空系 統(tǒng)）。1-過濾器 2-精過濾器 3-減壓閥 4-壓力表 5-電磁閥 6- 真空發(fā) 生器 7-消聲器 8- 真空過濾器 9- 真空壓力開關(guān) 10-真空壓力表 11-吸盤 12-工件1）真空系統(tǒng)的組成 真空系統(tǒng)一般由真空發(fā)生器（真空壓力源） 、吸盤（執(zhí)行元件） 、真空閥（控制元件，有 手動(dòng)閥、機(jī)控閥、氣控閥及電磁閥）及輔助元件（管件接頭、過濾器和消音器等）組成。有 些元件在正壓系統(tǒng)和負(fù)壓系統(tǒng)中是通用的，如管件接頭、過濾器和消聲器及部分控制元件。圖 11-10 為典型的真空回 路。實(shí)際上，用

30、真空發(fā)生器構(gòu)成 的真空回路，往往是正壓系統(tǒng)的 一部分，同時(shí)組成一個(gè)完整的氣 動(dòng)系統(tǒng)。如在氣動(dòng)機(jī)械裝置中， 圖 11-10 所示的吸盤真空回路僅 是其氣動(dòng)控制系統(tǒng)的一部分，吸 盤是機(jī)械手的抓取機(jī)構(gòu)，隨著機(jī) 械手臂而運(yùn)動(dòng)。以真空發(fā)生器為核心構(gòu)成的 真空系統(tǒng)適合于任何具有光滑表 面的工件，特別是對于非金屬制 品且不適合加緊的工件，如易碎 的玻璃制品，柔軟而薄的紙張、 塑料及各種電子精密零件。真空 系統(tǒng)已廣泛用于輕工、食品、印刷、醫(yī)療、塑料制品以及自動(dòng)搬運(yùn)和機(jī)械手等各種機(jī)械，如 玻璃的搬運(yùn)、裝箱，機(jī)械手抓取工件，印刷機(jī)械中的紙張檢測、運(yùn)輸，真空包裝機(jī)械中包裝 紙的吸附、送標(biāo)、貼標(biāo)、包裝袋的開啟，精密零

31、件的輸送，塑料制品的成型，電子產(chǎn)品的加 工、運(yùn)輸、裝配等各種工序作業(yè)。2）真空發(fā)生器用真空發(fā)生器產(chǎn)生負(fù)壓的特點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)簡單， 體積小，使用壽命長；產(chǎn)生的真空度可達(dá) 88kPa ，抽吸流量不大，但可控、可調(diào)，穩(wěn)定可靠；瞬時(shí)開關(guān)特性好，無殘余負(fù)壓；同一 輸出口可使用負(fù)壓或交替使用正負(fù)壓。圖 11-11 所示為真空發(fā)生器的工作原理圖，它由噴嘴、接收室、混合室和擴(kuò)散室組成。 壓縮空氣通過收縮的噴嘴射出的一束流體的流動(dòng)稱為射流。 射流能能卷吸周圍的靜止流體和 它一起向前流動(dòng)， 這稱為射流的卷吸作用。 而自由射流在接收室內(nèi)的流動(dòng)， 將限制了射流與 外界的接觸， 但從噴嘴流出的主射流還是要卷吸一部分周圍的流

32、體向前運(yùn)動(dòng)， 于是在射流的圖 11-11 所示為真空發(fā)生器的工作原理圖周圍形成一個(gè)低壓區(qū)， 接收室內(nèi)的流體便 被吸進(jìn)來， 與主射流混合后， 經(jīng)接收室另 一端流出。 這種利用一束高速流體將另一 束流體 （靜止或低速流） 吸進(jìn)來，相互混 合后一起流出的現(xiàn)象稱為引射現(xiàn)象。 若在 噴嘴兩端的壓差達(dá)到一定值時(shí)， 氣流達(dá)聲 速或亞聲速流動(dòng)， 于是在噴嘴出口處， 即 接收室內(nèi)可獲得一定負(fù)壓。管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)1供氣系統(tǒng)管道1）壓縮空氣站內(nèi)氣源管道：包括壓縮機(jī)的排氣口至后冷卻器、油水分離器、儲氣罐、 干燥器等設(shè)備的壓縮空氣管道。2）廠區(qū)壓縮空氣管道：包括從壓縮空氣站至各用氣車間的壓縮空氣輸送管道。3）用氣車間壓縮空

33、氣管道：包括從車間入口到氣動(dòng)設(shè)備和氣動(dòng)裝置的壓縮空氣輸送管 道。2供氣管道設(shè)計(jì)的原則1）從供氣的壓力和流量考慮若工廠中的氣動(dòng)設(shè)備對壓縮空氣源壓力有多種要求， 則氣源系統(tǒng)管道必須滿足最高壓力 要求來設(shè)計(jì)。 若僅采用同一個(gè)管道系統(tǒng)供氣， 對于供氣壓力要求較低者， 可通過減壓閥來實(shí) 現(xiàn)。從供氣的最大流量和允許壓縮空氣在管道內(nèi)流動(dòng)的最大壓力損失決定氣源供氣系統(tǒng)管道 的管徑大小。 為避免在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)有較大的壓力損失， 壓縮空氣在管道中的流速一般應(yīng)小 于 25ms 。當(dāng)管道內(nèi)氣體的體積流量為 q ，管道中允許流速為 v時(shí)，管道的內(nèi)徑為： d 4q3600 v（ 11-1）3式中 q流量（ m3 /h ）

34、；v流速（ m/ s）。由式（ 11-1）計(jì)算求得的管道內(nèi)徑 d ，結(jié)合流量（或流速） ，再驗(yàn)算空氣通過某段管道 的壓力損失是否在允許范圍內(nèi)。 一般對較大的空氣壓縮站， 在廠區(qū)范圍內(nèi)， 從管道的起點(diǎn)到 終點(diǎn)，壓縮空氣的壓力降不能超過氣源初始壓力的8%；在車間范圍內(nèi)不能超過供氣壓力的5%。若超過了，可增大管道直徑。2從供氣的質(zhì)量要求考慮若氣動(dòng)裝置對供氣質(zhì)量（含水、 油及干燥程度等） 有不同要求時(shí)， 如果用一個(gè)氣源管道 供氣，則必須考慮其中對氣源供氣質(zhì)量要求較高的氣動(dòng)裝置， 采取就地設(shè)置小型干燥過濾裝 置或空氣過濾器來解決。也可通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)全面比較，設(shè)置兩套氣源管道供氣系統(tǒng)。3從供氣的可靠性、經(jīng)

35、濟(jì)性考慮1）單樹枝狀管網(wǎng)供氣系統(tǒng)如圖 11-12 所示， 這種供氣系統(tǒng)簡單， 經(jīng)濟(jì)性好， 適合于間斷供氣的工廠采用。但該系統(tǒng)中的閥門等附 件容易損壞，尤其開關(guān)頻繁的閥門更易損壞。解決方 法是開關(guān)頻繁的閥門，用兩個(gè)串聯(lián)起來，其中一個(gè)用 于經(jīng)常動(dòng)作，一個(gè)一般情況下總開啟，當(dāng)經(jīng)常動(dòng)作的圖 11-12 單樹枝狀管網(wǎng)供氣系統(tǒng)閥門需要更換檢修時(shí)，這個(gè)閥門才關(guān)閉，使之與系統(tǒng)切斷，不致影響整個(gè)系統(tǒng)工作。2）環(huán)狀管網(wǎng)供氣系統(tǒng)如圖 11-13 所示，這種系統(tǒng)供氣可靠性比單樹枝狀管網(wǎng)要高，而且壓力較穩(wěn)定，末端壓 力損失較小， 當(dāng)支管上有一個(gè)閥門損壞需要檢修時(shí)， 可將環(huán)形管道上兩側(cè)的閥門關(guān)閉， 以保 證更換、維修支管

36、上的閥門時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)能正常工作。但此系統(tǒng)成本較高。3）雙樹枝狀管網(wǎng)供氣系統(tǒng)如圖 11-14 所示， 這種供氣系統(tǒng)能保證對所有的用戶不間斷供氣，正常狀態(tài)兩套管網(wǎng)同時(shí)工作。 當(dāng)其中任何一個(gè)管道附件損壞時(shí)， 可關(guān)閉其所在的那套系統(tǒng)進(jìn)行檢修， 而另一套系 統(tǒng)照常工作。 這種雙樹枝狀管網(wǎng)供氣系統(tǒng)實(shí)際上是有一套備用系統(tǒng)， 相當(dāng)于兩套單樹枝狀管 網(wǎng)供氣系統(tǒng)，適用于有不允許停止供氣等特殊要求的用戶。圖 11-13 環(huán)狀管網(wǎng)供氣系統(tǒng)圖 11-14雙樹枝狀管網(wǎng)供氣系統(tǒng)11.3 氣動(dòng)執(zhí)行元件氣動(dòng)執(zhí)行元件是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置。 它包括氣缸和氣馬達(dá)。 氣缸 用于直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)，氣馬達(dá)用于實(shí)現(xiàn)連續(xù)回

37、轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。11.3.1 氣缸氣缸按結(jié)構(gòu)形式分為兩大類： 活塞式和膜片式。 其中活塞式又分為單活塞式和雙活塞式， 單活塞式有活塞桿和無活塞桿兩種， 除幾種特殊氣缸外， 普通氣缸其種類及結(jié)構(gòu)形式與液壓 缸基本相同。目前常用的標(biāo)準(zhǔn)氣缸，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)都已系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化，如 QGA 系列為無緩沖普通氣缸， QGB 系列為有緩沖普通氣缸。其它幾種較為典型的特殊氣缸有氣 液阻尼缸、薄膜式氣缸和沖擊式氣缸等。1氣缸的基本構(gòu)造（以單桿雙作用氣缸為例）由于氣缸構(gòu)造多種多樣， 但使用最多的是單桿雙作用氣缸。 下面就以單桿雙作用氣缸為 例，說明氣缸的基本構(gòu)造。圖 11-15 單桿雙作用氣缸1-后端蓋 2-緩沖節(jié)

38、流 3、 7-密封圈 4-活塞密封圈 5-導(dǎo)向環(huán) 6-磁性環(huán) 8-活塞 9-緩沖柱塞 10-活塞桿 11-缸筒 12-緩沖密封圈 13-前端蓋 14-導(dǎo)向套 15- 防塵組合密封圈圖 11-15 所示為單桿雙作用氣缸的結(jié)構(gòu)圖，它由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件等 組成。 缸筒內(nèi)徑的大小代表了氣缸輸出力的大小， 活塞要在缸筒內(nèi)做平穩(wěn)的往復(fù)滑動(dòng)， 缸筒內(nèi)表面的粗糙度應(yīng)達(dá) Ra0.8 m 。對于鋼管缸筒，內(nèi)表面還應(yīng)鍍硬鉻，以減小摩擦阻力和磨 損，并能防止銹蝕。 缸筒材質(zhì)除使用高碳鋼管外， 還使用高強(qiáng)度鋁合金和黃銅。小型氣缸有 使用不銹鋼。 帶磁性環(huán)或在腐蝕環(huán)境中使用的氣缸， 缸筒應(yīng)使用不銹鋼、 鋁

39、合金或黃銅等材 質(zhì)。端蓋上設(shè)有進(jìn)排氣通口，有的還在端蓋內(nèi)設(shè)有緩沖機(jī)構(gòu)。前端蓋設(shè)有防塵組合密封圈， 以防止從活塞桿處向外漏氣和防止外部灰塵混入缸內(nèi)。 前端蓋設(shè)有導(dǎo)向套， 以提高氣缸的導(dǎo) 向精度， 承受活塞桿上的少量徑向載荷， 減少活塞桿伸出時(shí)的下彎量， 延長氣缸的使用壽命。 導(dǎo)向套通常使用燒結(jié)含油合金、 鉛青銅鑄件。 端蓋常采用可鍛鑄鐵， 現(xiàn)在為了減輕質(zhì)量并防 銹，常使用鋁合金壓鑄，有的微型氣缸使用黃銅材料。活塞是氣缸中的受壓力零件， 為防止活塞左右兩腔相互竄氣， 設(shè)有活塞密封圈。 活塞上 的耐磨環(huán)可提高氣缸的導(dǎo)向性。耐磨環(huán)常使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夾布合成樹脂等材料。 活塞的材質(zhì)常采用鋁合金和

40、鑄鐵，有的小型缸的活塞用黃銅制成?；钊麠U是氣缸中最重要的受力零件， 通常使用高碳鋼， 其表面經(jīng)鍍硬鉻處理， 或使用不 銹鋼以防腐蝕，并能提高密封圈的耐磨性。2氣缸的工作特性1）氣缸的速度 氣缸活塞的運(yùn)動(dòng)速度在運(yùn)動(dòng)過程中是變化的， 通常說的氣缸速度是指氣缸活塞的平均速 度，如普通氣缸的速度范圍為 50500 mm / s ，就是氣缸活塞在全行程范圍內(nèi)的平均速度。目前普通氣缸的最低速度為 5 mm / s ，高速可達(dá) 17m/ s。2）氣缸的理論輸出力 氣缸的理論輸出力的計(jì)算公式和液壓缸相同。3）氣缸的效率和負(fù)載率 氣缸未加載時(shí)實(shí)際所能輸出的力， 受氣缸活塞和缸筒之間的摩擦、 活塞桿與前缸蓋之間

41、的摩擦力的影響。 摩擦力影響程度用氣缸效率 表示， 與氣缸缸徑 D 和工作壓力 p 有關(guān)， 缸徑增大，工作壓力提高，氣缸效率 增加。一般氣缸效率在 0.7 0.95 之間。與液壓缸不同， 要精確確定氣缸的實(shí)際輸出力是困難的。 于是在研究氣缸性能和確定氣缸 缸 徑 時(shí) ， 常 用 到 負(fù) 載 率 的 概 念 。 氣 缸 負(fù) 載 率 （氣 缸 的 實(shí) F際/氣負(fù)缸載的 理 論F0 ）輸%出 力 氣缸的實(shí)際負(fù)載（軸向負(fù)載）由工況決定，若確定了氣缸負(fù)載率 ，則由定義就可確 定氣缸的理論輸出力 F0 ，從而可以計(jì)算氣缸的缸徑。氣缸負(fù)載率的選取與氣缸的負(fù)載性質(zhì)及氣缸的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，詳見表11-2。表 11

42、-2 氣缸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與負(fù)載率靜負(fù)載慣性負(fù)載的運(yùn)動(dòng)速度v100 mm / s100 500 mm / s500mm / s00.650.50.3由此可以計(jì)算氣缸的缸徑，再按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整。估算時(shí)可取活塞桿直徑 d 0.3D 。 4）氣缸的耗氣量氣缸的耗氣量是指氣缸在往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)所消耗的壓縮空氣量， 耗氣量的大小與氣缸的性能 無關(guān)，但它是選擇空壓機(jī)的重要依據(jù)。最大耗氣量 qmax 是指氣缸活塞完成依次行程所需的自由空氣耗氣量。qmaxAs(p p0 )t v pa11-2)式中 A 氣缸的有效作用面積；s 氣缸行程；t 氣缸活塞完成一次行程所需時(shí)間；p 工作壓力；pa 大氣壓；v氣缸容積效率，一般取

43、v 0.9 0.95。3其他常用氣缸簡介1）氣液阻尼缸 普通氣缸工作時(shí)，由于氣體的壓縮性，當(dāng)外部載荷變化較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生“爬行”或“自 走”現(xiàn)象，使氣缸的工作不穩(wěn)定。為了使氣缸運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，普遍采用氣液阻尼缸。圖 11-17 薄膜式氣缸結(jié)構(gòu)簡圖 （a） 單作用式 （ b）雙作用式 1-缸體 2-膜片 3-膜盤 4-活塞桿圖 11-16 氣液阻尼缸的工作原理圖1- 油杯 2- 單向閥 3-節(jié)流閥 4-油液 5- 氣體氣液阻尼缸是由氣缸和油缸組合而成，它的工作原理見圖11-16。它是以壓縮空氣為能源，并利用油液的不可壓縮性和控制油液排量來獲得活塞的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)和調(diào)節(jié)活塞的運(yùn)動(dòng)速 度。它將油缸和氣缸串聯(lián)成一個(gè)

44、整體，兩個(gè)活塞固定在一根活塞桿上。當(dāng)氣缸右端供氣時(shí)， 氣缸克服外負(fù)載并帶動(dòng)油缸同時(shí)向左運(yùn)動(dòng)， 此時(shí)油缸左腔排油、 單向閥關(guān)閉。 油液只能經(jīng)節(jié) 流閥緩慢流人油缸右腔， 對整個(gè)活塞的運(yùn)動(dòng)起阻尼作用。 調(diào)節(jié)節(jié)流閥的閥口大小就能達(dá)到調(diào) 節(jié)活塞運(yùn)動(dòng)速度的目的。 當(dāng)壓縮空氣經(jīng)換向閥從氣缸左腔進(jìn)人時(shí)， 油缸右腔排油， 此時(shí)因單 向閥開啟，活塞能快速返回原來位置。這種氣液阻尼缸的結(jié)構(gòu)一般是將雙活塞桿缸作為油缸。 因?yàn)檫@樣可使油缸兩腔的排油量 相等，此時(shí)油箱內(nèi)的油液只用來補(bǔ)充因油缸泄漏而減少的油量，一般用油杯就行了。2）薄膜式氣缸 薄膜式氣缸是一種利用壓縮空氣通過膜片推動(dòng)活塞桿作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的氣缸。它由缸 體、

45、膜片、 膜盤和活塞桿等主要零件組成。其功能類似于活塞式氣缸， 它分單作用式和雙作 用式兩種，如圖 11-17 所示。薄膜式氣缸的膜片 可以做成盤形膜片和平 膜片兩種形式。 膜片材料 為夾織物橡膠、 鋼片或磷 青銅片。常用的是夾織物 橡膠， 橡膠的厚度為 5 6 mm，有時(shí)也可用 l 3 mm。金屬式膜片只用 于行程較小的薄膜式氣 缸中。薄膜式氣缸和活塞 式氣缸相比較， 具有結(jié)構(gòu) 簡單、緊湊、制造容易、 成本低、維修方便、 壽命 長、泄漏小、效率高等優(yōu)3）沖擊氣缸11-18 沖擊氣缸工作原理圖點(diǎn)。但是膜片的變形量有限， 故其行程短 （一般不超過 40 50 mm），且氣缸活塞桿上的輸出 力隨著行

46、程的加大而減小。圖沖擊氣缸是一種體積小、 結(jié)構(gòu)簡單、 易于制造、 耗氣功率小但能產(chǎn)生相當(dāng)大的沖擊力的 一種特殊氣缸。 與普通氣缸相比， 沖擊氣缸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是增加了一個(gè)具有一定容積的蓄能腔 和噴嘴。它的工作原理如圖 11-18。沖擊氣缸的整個(gè)工作過程可簡單地分為三個(gè)階段：第一個(gè)階段如圖 11-18 （a），壓縮空氣由孔 A 輸入沖擊缸的下腔，蓄氣缸經(jīng)孔 B 排氣， 活塞上升并用密封墊封住噴嘴，中蓋和活塞間的環(huán)形空間經(jīng)排氣孔與大氣相通。第二階段如圖 11-18（ b），壓縮空氣改由孔 B 進(jìn)氣，輸入蓄氣缸中，沖擊缸下腔經(jīng)孔 A 排氣。 由于活塞上端氣壓作用在面積較小的噴嘴上，而活塞下端受力面積較大

47、， 一般設(shè)計(jì)成噴嘴面積的 9 倍，缸下腔的壓力雖因排氣而下降， 但此時(shí)活塞下端向上的作用力仍然大于活 塞上端向下的作用力。第三階段圖 1l-18（ c），蓄氣缸的壓力繼續(xù)增大，沖擊缸下腔的壓力繼續(xù)降低，當(dāng)蓄氣 缸內(nèi)壓力高于活塞下腔壓力 9 倍時(shí)， 活塞開始向下移動(dòng)， 活塞一旦離開噴嘴， 蓄氣缸內(nèi)的高 壓氣體迅速充人到活塞與中間蓋間的空間， 使活塞上端受力面積突然增加 9 倍，于是活塞將 以極大的加速度向下運(yùn)動(dòng)， 氣體的壓力能轉(zhuǎn)換成活塞的動(dòng)能。 在沖程達(dá)到一定時(shí)， 獲得最大 沖擊速度和能量，利用這個(gè)能量對工件進(jìn)行沖擊做功，產(chǎn)生很大的沖擊力。11.3.2 氣動(dòng)馬達(dá)氣動(dòng)馬達(dá)也是氣動(dòng)執(zhí)行元件的一種。它

48、的作用相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)，即輸出力矩， 拖動(dòng)機(jī)構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 最常見的氣動(dòng)馬達(dá)是活塞式氣動(dòng)馬達(dá)和葉片式氣動(dòng)馬達(dá)。 葉片式氣動(dòng) 馬達(dá)制造簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，但低速運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，低速性能不好，適用于中、低功率的機(jī)械， 目前在礦山及風(fēng)動(dòng)工具中應(yīng)用普遍。 活塞式氣動(dòng)馬達(dá)在低速情況下有較大的輸出功率， 它的 低速性能好，適宜于載荷較大和要求低速轉(zhuǎn)矩的機(jī)械，如起重機(jī)、絞車、絞盤、拉管機(jī)等。由于氣動(dòng)馬達(dá)具有一些比較突出的優(yōu)點(diǎn)，在某些場合，它比電動(dòng)機(jī)和液壓馬達(dá)更適用， 這些特點(diǎn)是：1）具有防暴性能，工作安全。由于氣動(dòng)馬達(dá)的工作介質(zhì)（空氣）本身的特性和結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)上的考慮， 能夠在工作中不產(chǎn)生火花， 故可以在易燃易

49、爆場所工作， 同時(shí)不受高溫和振動(dòng) 的影響，并能用于空氣極潮濕的環(huán)境，而無漏電危險(xiǎn)；2）馬達(dá)的軟特性使之能長時(shí)間滿載工作而溫升較小，且有過載保護(hù)的性能；3）可以無級調(diào)速?？刂七M(jìn)氣流量，就能調(diào)節(jié)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和功率。額定轉(zhuǎn)速以每分鐘幾 十轉(zhuǎn)到幾十萬轉(zhuǎn)；4）具有較高的啟動(dòng)力矩?？梢灾苯訋ж?fù)載運(yùn)動(dòng)；5）與電動(dòng)機(jī)相比，單位功率尺寸小，重量輕，適于安裝在位置狹小的場合及手工工具上。但氣動(dòng)馬達(dá)也具有輸出功率小，耗氣量大，效率低，噪音大和易產(chǎn)生振動(dòng)等缺點(diǎn)。1工作原理圖 11-19 是葉片式氣馬達(dá)的工作原理圖。 它的主要結(jié)構(gòu)和工作原理與液壓葉片馬達(dá)相似，主要包括一個(gè)徑向裝有 310 個(gè)葉片的轉(zhuǎn)子，偏心安裝在定子內(nèi)，

50、轉(zhuǎn)子兩側(cè)有前后蓋板（ 圖中未畫出 ），當(dāng)壓縮空氣從 A 口進(jìn)入后分兩路：一路進(jìn)入葉片底部槽中，會(huì)使葉片從徑向溝 槽伸出； 另一路進(jìn)入定子腔， 轉(zhuǎn)子周圍徑向分布的葉片由于偏心， 伸出的長度不同而受力不B 進(jìn)氣順 時(shí)針旋轉(zhuǎn)A 進(jìn)氣逆 時(shí)針旋轉(zhuǎn)圖 11-19 葉片式氣馬達(dá)工作原理圖1- 葉片 2- 轉(zhuǎn)子 3- 定子一樣， 產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，葉片帶動(dòng)轉(zhuǎn)子作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。定子內(nèi)有半圓形的切溝，提供壓縮空氣 及排出廢氣。廢氣從排氣口 C 排出，而定子腔內(nèi)殘留氣體則從 B 口排出。如需改變氣馬達(dá) 旋轉(zhuǎn)方向，只需改變進(jìn)、排氣口即可。2特性曲線圖 11-20 是在一定工作壓力下作出的葉片式氣動(dòng)馬達(dá)的特性曲線。由圖可知

51、， 氣動(dòng)馬達(dá)具有軟特性的特點(diǎn)。當(dāng)外加轉(zhuǎn)矩 T 等于零時(shí)，即為空轉(zhuǎn)，此時(shí)速度達(dá)到最大值nmax ，氣動(dòng)輸出的功率等于零；當(dāng)外加轉(zhuǎn)矩等于氣動(dòng)馬達(dá)的最大轉(zhuǎn)矩 T max 時(shí)，馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)輸 出功率等于零；當(dāng)外加轉(zhuǎn)矩等于最大轉(zhuǎn)矩的一半時(shí)，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速也為最大轉(zhuǎn)速的1/2，此時(shí)馬達(dá)的輸出功率 P 最大，以 Pmax 表示。11.4 氣動(dòng)控制元件在氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，氣動(dòng)控制元件是控制和調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力、流量和方向的各種控制閥，其作用是保證氣動(dòng)執(zhí)行元件 （如氣缸、氣馬達(dá)等 ）按設(shè)計(jì)的程序正常地進(jìn)行工作。11.4.1 方向控制閥1方向控制閥的分類 方向控制閥是氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中通過改變壓縮空氣的流動(dòng)方向和氣流

52、的通斷， 來控制執(zhí)行 元件啟動(dòng)、停止及運(yùn)動(dòng)方向的氣動(dòng)元件。根據(jù)方向控制閥的功能、 控制方式、 結(jié)構(gòu)方式、閥內(nèi)氣流的方向及密封形式等，可將方 向控制閥分為幾類。見表 11-3。表 11-3 方向控制閥的分類分類方式形式按閥內(nèi)氣體的流動(dòng)方向單向閥、換向閥按閥芯的結(jié)構(gòu)形式截止閥、滑閥按閥的密封形式硬質(zhì)密封、軟質(zhì)密封按閥的工作位數(shù)及通路數(shù)二位三通、二位五通、三位五通等按閥的控制操縱方式氣壓控制、電磁控制、機(jī)械控制、手動(dòng)控制下面介紹幾種典型的方向控制閥。2氣壓控制換向閥氣壓控制換向閥是以壓縮空氣為動(dòng)力切換氣閥， 使氣路換向或通斷的閥類。 氣壓控制換向閥的用途很廣，多用于組成全氣閥控制的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)或易燃

53、、易爆以及高凈化等場合。1) 單氣控加壓式換向閥圖 11-21 為單氣控加壓式換向閥的工作原理。即 11-21(a) 是無氣控信號 K 時(shí)的狀態(tài) (即 常態(tài))，此時(shí)，閥芯 1在彈簧 2的作用下處于上端位置， 使閥 A與O相通，A 口排氣。圖 11-21(b) 是在有氣控信號 K 時(shí)閥的狀態(tài) (即動(dòng)力閥狀態(tài) )。由于氣壓力的作用， 閥芯 1 壓縮彈簧 2 下移， 使閥口 A與 O斷開，P與 A接通，A 口有氣體輸出。圖 11-21 單氣控加壓截止式換向閥的工作原理圖( a)無控制信號狀態(tài) (b) 有控制信號狀態(tài)1- 閥芯 2-彈簧圖 11-22 為二位三通單氣控截止式換向閥的結(jié)構(gòu)圖。這種結(jié)構(gòu)簡單

54、、緊湊、密封可靠、 換向行程短，但換向力大。若將氣控接頭換成電磁頭(即電磁先導(dǎo)閥 )，可變氣控閥為先導(dǎo)式電磁換向閥。圖 11-22 單氣控截止式換向閥的結(jié)構(gòu)圖 圖 11-23 雙氣控滑閥式換向閥的工作原理圖2) 雙氣控加壓式換向閥圖 11-23 為雙氣控滑閥式換向閥的工作原理圖。圖11-23(a)為有氣控信號 K2 時(shí)閥的狀態(tài)，此時(shí)閥停在左邊，其通路狀態(tài)是戶與A、月與 O 相通。圖 11-23(b)為有氣控信號 K1 時(shí)閥的狀態(tài) (此時(shí)信號 K 2已不存在 )，閥芯換位，其通路狀態(tài)變?yōu)閼襞cB、A 與 O 相通。雙氣控滑閥具有記憶功能，即氣控信號消失后，閥仍能保持在有信號時(shí)的工作狀態(tài)。差動(dòng)控制換

55、向閥 差動(dòng)控制換向閥是利用控制氣壓作用在閥芯兩端不同面積上所產(chǎn)生的壓力差來使閥換 向的一種控制方式。圖 11-24 為二位五通差壓控制換向閥的結(jié)構(gòu)原理圖。閥的右腔始終與進(jìn)氣口 P 相通。 在沒有進(jìn)氣信號 K 時(shí)，控制活塞 13上的氣壓力將推動(dòng)閥芯 9 左移，其通路狀態(tài)為 P與 A、 B 與 O 相通。 A 口進(jìn)氣、 B 口排氣。當(dāng)有氣控信號 K 時(shí)，由于控制活塞 3 的端面積大于控 制活塞 13的端面積，作用在控制活塞 3 上的氣壓力將克服控制活塞 13 上的壓力及摩擦力， 推動(dòng)閥芯 9 右移，氣路換向，其通路狀態(tài)為 P 與 B、 A 與 O 相通， B 口進(jìn)氣、 A 口排氣。 當(dāng)氣控信號 K

56、 消失時(shí)，閥芯 9 借右腔內(nèi)的氣壓作用復(fù)位。采用氣壓復(fù)位可提高閥的可靠性。圖 11-24 二位五通差壓控制換向閥結(jié)構(gòu)原理圖1-端蓋 2-緩沖墊片 3、13- 控制活塞 4、10、11-密封墊5、 12-襯套 6-閥體 7-隔套 8-檔片 9-閥芯3電磁控制換向閥電磁換向閥是利用電磁力的作用來實(shí)現(xiàn)閥的切換以控制氣流的流動(dòng)方向。 常用的電磁換 向閥有直動(dòng)式和先導(dǎo)式兩種。1) 直動(dòng)式電磁換向閥圖 11-25 為直動(dòng)式單電控電磁閥的工作原理圖。它只有一個(gè)電磁鐵。圖1l-25(a) 為常態(tài)情況， 即激勵(lì)線圈不通電， 此時(shí)閥在復(fù)位彈簧的作用下處于上端位置。其通路狀態(tài)為 A 與 T相通， A 口排氣。當(dāng)通電

57、時(shí)，電磁鐵 l 推動(dòng)閥芯向下移動(dòng)，氣路換向，其通路為 P 與 A 相 通， A 口進(jìn)氣，見圖 11-25(b) 。圖 11-25 直動(dòng)式單電控電磁閥原理圖圖 11-26 直動(dòng)式雙電控電磁閥原理圖(a)斷電狀態(tài) (b) 通電狀態(tài)1、 2-電磁鐵 3-閥芯1-電磁鐵 2-閥芯圖 11-26 為直動(dòng)式雙電控電磁閥的工作原理圖。它有兩個(gè)電磁鐵，當(dāng)線圈l 通電、 2 斷電，如圖 11-26 (a)，閥芯被推向右端， 其通路狀態(tài)是 P與 A、B 與 O2相通，A 口進(jìn)氣、 B 口 排氣。當(dāng)線圈 l 斷電時(shí)，閥芯仍處于原有狀態(tài)，即具有記憶性。當(dāng)電磁線圈2通電、l 斷電，如圖 11-26(b)，閥芯被推向左端

58、，其通路狀態(tài)是 P與 B、A 與 O1相通，B 口進(jìn)氣、 A 口排 氣。若電磁線圈斷電，氣流通路仍保持原狀態(tài)。2) 先導(dǎo)式電磁換向閥直動(dòng)式電磁閥是由電磁鐵直接推動(dòng)閥芯移動(dòng)的， 當(dāng)閥通徑較大時(shí)， 用直動(dòng)式結(jié)構(gòu)所需的 電磁鐵體積和電力消耗都必然加大，為克服此弱點(diǎn)可采用先導(dǎo)式結(jié)構(gòu)。先導(dǎo)式電磁閥是由電磁鐵首先控制氣路，產(chǎn)生先導(dǎo)壓力，再由先導(dǎo)壓力推動(dòng)主閥閥芯， 使其換向。圖 11-27 為先導(dǎo)式雙電控?fù)Q向閥的工作原理圖。當(dāng)電磁先導(dǎo)閥 l 的線圈通電，而先導(dǎo)閥 2 斷電時(shí)，如圖 11-27(a)，由于主閥 3 的 K2 腔進(jìn)氣， K2 腔排氣，使主閥閥芯向右移動(dòng)。此 時(shí)戶與 A 、 B 與 O2 相通，

59、A 口進(jìn)氣、 B 口排氣。當(dāng)電磁先導(dǎo)閥 2 通電，而先導(dǎo)閥 l 斷電時(shí) E 見圖 11-27(b) ，主閥的 K2 腔進(jìn)氣， K 2腔排氣，使主閥閥芯向左移動(dòng)。此時(shí)戶與B、A 與O1 相通， B 口進(jìn)氣、 A 口排氣。先導(dǎo)式雙電控電磁閥具有記憶功能，即通電換向，斷電保 持原狀態(tài)。為保證主閥正常工作，兩個(gè)電磁閥不能同時(shí)通電，電路中要考慮互鎖。先導(dǎo)式電磁換向閥便于實(shí)現(xiàn)電、氣聯(lián)合控制，所以應(yīng)用廣泛。圖 11-27 先導(dǎo)式雙電控?fù)Q向閥工作原理圖(a)先導(dǎo)閥 1 通電、 2 斷電時(shí)狀態(tài) (b) 先導(dǎo)閥 2 通電、 1 斷電時(shí)狀態(tài)4機(jī)械控制換向閥機(jī)械控制換向閥又稱行程閥，多用于行程程序控制， 作為信號閥使

60、用。 常依靠凸輪、擋 塊或其它機(jī)械外力推動(dòng)閥芯，使閥換向。5人力控制換向閥這類閥分為手動(dòng)及腳踏兩種操縱方式。 手動(dòng)閥的主體部分與氣控閥類似， 其操縱方式有 多種形式，如按鈕式、旋鈕式、鎖式及推拉式等。6時(shí)間控制換向閥時(shí)間控制換向閥是使氣流通過氣阻 定的時(shí)間使氣容內(nèi)建立起一定的壓力后， 控制）的場合 （如易燃、易爆、粉塵大等（如小孔、縫隙等 ）節(jié)流后到氣容 （儲氣空間 ）中，經(jīng)一 再使閥芯換向的閥類。 在不允許使用時(shí)間繼電器 （電 ），用氣動(dòng)時(shí)間控制就顯出其優(yōu)越性。7梭閥梭閥相當(dāng)于兩個(gè)單向閥組合的閥。圖11-28 為梭閥的工作原理圖。（a） （b）圖 11-28 梭閥的工作原理圖(c)（a） P