第六章鉆機(jī)氣控制系統(tǒng)(第二講)

第六章

鉆機(jī)氣控制系統(tǒng)天津石油職業(yè)技術(shù)學(xué)院徐建功2013年7月執(zhí)行元件的作用是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)工作部件工作。

氣動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件主要包括：氣壓缸、氣動(dòng)馬達(dá)、氣動(dòng)摩擦離合器等。6.3執(zhí)行元件6.3.1氣缸

氣缸是輸出往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件。它是鉆機(jī)氣控系統(tǒng)中使用較多的執(zhí)行元件之一。

氣缸的分類：

按作用方式分為：單作用式和雙作用式；

按結(jié)構(gòu)形式分為：活塞式、柱塞式、葉片式、膜片式；

按功能分為：普通氣缸和特殊氣缸(如沖擊式、回轉(zhuǎn)式以及氣—液阻尼式等)。

1.單作用式氣缸

單作用式氣缸：僅在氣缸的一端有壓縮空氣進(jìn)入，并推動(dòng)活塞或柱塞運(yùn)動(dòng)，而活塞或柱塞的返回則需要借助其它外力(如彈簧力、重力等)才能完成。常用氣缸的特點(diǎn)普通氣缸

常用氣缸的特點(diǎn)沖擊氣缸的工作原理與功能：包含頭腔，尾腔和儲(chǔ)能腔三個(gè)工作腔，具有一個(gè)帶噴嘴和排氣小孔的中蓋工作原理（工作過程）功能及應(yīng)用常用氣缸的特點(diǎn)緩沖氣缸：當(dāng)氣缸的活塞運(yùn)動(dòng)速度較高時(shí)（一般為1m/s左右），在行程的末端將會(huì)猛烈撞擊氣缸的前、后端蓋，容易引起氣缸的振動(dòng)和損壞。在行程末端裝上緩沖裝置，可減輕或消除端部撞擊常用氣缸的特點(diǎn)氣——液阻尼缸：由氣缸和液壓缸共同組成的。它以壓縮空氣為能源，利用液壓油的不可壓縮性和對(duì)油液流量的控制，使活塞獲得穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)，并可調(diào)節(jié)活塞的運(yùn)動(dòng)速度常用氣缸的特點(diǎn)擺動(dòng)氣缸：輸出為轉(zhuǎn)矩，可以實(shí)現(xiàn)有限角度的往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)

單作用式氣缸一般用于短行程或?qū)钊麠U推力、運(yùn)動(dòng)速度要求不高的場合。

2.薄膜式氣缸

薄膜式氣缸：利用壓縮空氣使膜片變形來推動(dòng)活塞桿做直線運(yùn)動(dòng)的氣缸。

薄膜式氣缸由缸體、膜片、膜盤和活塞桿等組成。

膜片形狀有盤形膜片和平膜片兩種。

膜片材料有：夾織物橡膠、鋼片和磷青銅片。常用的為夾織物橡膠，金屬膜片只用于行程較小的膜片式氣缸。

3.回轉(zhuǎn)式氣缸

回轉(zhuǎn)式氣缸由導(dǎo)氣頭體、缸體、活塞、活塞桿等組成。

回轉(zhuǎn)式氣缸的缸體連同缸蓋及導(dǎo)氣芯可被攜帶回轉(zhuǎn)；活塞和活塞桿只能作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)；導(dǎo)氣頭體外接管路，固定不動(dòng)。

三位氣缸又稱做“三位繼動(dòng)器”、“三位氣動(dòng)作筒”。用于操作有三個(gè)工作位置的機(jī)構(gòu)。例如用于絞車換檔裝置，由于活塞桿有左、中、右三個(gè)位置，所以可獲得絞車I、Ⅱ檔和空檔。三位氣缸的結(jié)構(gòu)如下圖所示。

6.3.2氣動(dòng)馬達(dá)

氣動(dòng)馬達(dá)：是輸出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)械能的執(zhí)行元件。

氣動(dòng)馬達(dá)的種類：

按工作原理可分為：容積式和渦輪式，常用的是容積式。

按結(jié)構(gòu)可分為：齒輪式、葉片式、螺桿式和膜片式。氣動(dòng)馬達(dá)的職能符號(hào)6.3.3氣動(dòng)摩擦離合器

氣動(dòng)摩擦離合器：掛合時(shí)用于傳遞轉(zhuǎn)矩，摘開時(shí)可使主動(dòng)件與被動(dòng)件分離，動(dòng)力被切斷。

圖6-2所示，為普通型氣胎離合器。采用氣動(dòng)摩擦離合器，可使工作機(jī)啟動(dòng)平穩(wěn)，換擋方便，并有過載保護(hù)作用。

氣動(dòng)摩擦離合器，俗稱氣離合器。它具有以下特點(diǎn)：

①傳動(dòng)柔和，具有彈性、抗沖擊、吸收振動(dòng)；

②操作省力、方便、迅速、易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離集中控制；

③結(jié)構(gòu)簡單、壽命長；

④反應(yīng)快；

⑤能準(zhǔn)確地控制所傳遞的扭矩；

⑥能補(bǔ)償安裝誤差。圖6-2圖6-31.通風(fēng)型氣胎離合器

通風(fēng)型氣胎離合器是在普通氣胎離合器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。其特點(diǎn)是：隔熱和通風(fēng)散熱性能好，氣胎本身在工作時(shí)不承受扭矩；掛合平穩(wěn)、摘開迅速、摩擦片厚、壽命長；易損件少，更換易損件方便；經(jīng)濟(jì)性好。圖6-4所示，為通風(fēng)型氣胎離合器結(jié)構(gòu)示意圖。通風(fēng)型氣胎離合器在結(jié)構(gòu)上的主要特點(diǎn)是，增加了一套散熱傳能裝置。散熱傳能裝置主要由扇形體、承扭桿、板簧和擋板等零件組成。

通風(fēng)型氣胎離合器的氣胎外表面與鋼圈相接觸。摩擦片用鉚釘或平頭螺栓固定在扇形體的內(nèi)側(cè)，扇形體中部有導(dǎo)向槽，槽中裝有承扭桿和以一定予壓力壓在承扭桿上的板簧，承扭桿中部為長方形，兩端為圓柱體。它的兩端伸出扇形體，并插進(jìn)與鋼圈相連的擋板上的相應(yīng)孔中。圖6-4圖6-4所示，為通風(fēng)型氣胎離合器結(jié)構(gòu)示意圖。

接合時(shí)，壓縮空氣進(jìn)入氣胎，氣胎沿徑向向內(nèi)膨脹，推動(dòng)扇形體沿著導(dǎo)向槽相對(duì)于固定在擋板上的承扭桿向軸心移動(dòng)，使摩擦片逐漸抱緊摩擦輪，實(shí)現(xiàn)掛合。同時(shí)板簧也受到壓縮。由于扇形體和氣胎之間無連接，故摩擦輪與摩擦片工作表面產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，不經(jīng)過氣胎，而是經(jīng)過扇形體、承扭桿、擋板、鋼圈等零件來傳遞的。此外，扇形體將發(fā)熱的摩擦片與氣胎隔開，且扇形體內(nèi)部做成了蜂窩狀結(jié)構(gòu)，即在通風(fēng)孔中鑄有許多小散熱片。在擋板上內(nèi)圈相應(yīng)位置上亦開有通風(fēng)孔槽，使工作過程中產(chǎn)生的熱量能盡快散發(fā)到周圍的空氣中而不影響氣胎。氣胎的作用只是產(chǎn)生徑向推力和正壓力，不受扭、不受熱。解決了氣胎易燒壞，易老化的難題而大大提高了氣胎的壽命。摘開離合器時(shí)，除氣胎本身的彈性恢復(fù)原狀外，還有板簧的彈力以及旋轉(zhuǎn)的離心力的作用而使摩擦片迅速脫開摩擦輪，從而減少了因打滑產(chǎn)生的熱量，減輕摩擦片的磨損，提高了摩擦片的使用壽命。通風(fēng)型氣胎離合器，散熱好、壽命長。但結(jié)構(gòu)比普通型復(fù)雜，高速工作時(shí)，離心力對(duì)離合器工作能力的影響也相應(yīng)加大，因此，它適用于掛合頻繁，轉(zhuǎn)矩大而轉(zhuǎn)速不太高的場合，如絞車滾筒低速離合器。

2.氣動(dòng)盤式離合器圖6-5所示為氣動(dòng)盤式離合器。這種離合器的工作表面是環(huán)狀平面。工作時(shí)，摩擦片沿軸向移動(dòng)，故又稱為軸向作用式離合器。按其氣室結(jié)構(gòu)形式不同，分為隔膜型、活塞型和氣囊型。按摩擦盤數(shù)分，可分為單盤，雙盤或多盤幾種。圖6-6、圖6-7和圖6-8所示為隔膜型和氣囊型氣動(dòng)盤式離合器。圖6-5圖6-7圖6-8圖6-6氣動(dòng)盤式摩擦離合器特點(diǎn)是耗氣量小、傳遞轉(zhuǎn)矩大。國外鉆機(jī)多采用這種離合器。

我國主要發(fā)展胎式氣離合器，也研制盤式離合器，但為數(shù)不多。因?yàn)樘ナ綒怆x合器綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好，特別是通風(fēng)型胎式離合器的出現(xiàn)，提高了其傳遞扭矩的能力和工作壽命，大有發(fā)展前途。3.氣動(dòng)摩擦離合器的應(yīng)用在同一臺(tái)鉆機(jī)上可根據(jù)其工作條件不同，而采用不同結(jié)構(gòu)類型的離合器。氣動(dòng)摩擦離合器的選用原則如下：（1）要求傳遞扭矩不大，掛合不頻繁的場合，如柴油機(jī)至變矩器，帶泵，并車處，大多采用普通型胎式離合器，以取其結(jié)構(gòu)簡單，掛合平穩(wěn)柔和，制造和安裝技術(shù)要求低的特點(diǎn)。氣動(dòng)盤式摩擦離合器特點(diǎn)是耗氣量小、傳遞轉(zhuǎn)矩大。國外鉆機(jī)多采用這種離合器。（2）傳遞扭矩大，工作繁重的總離合器以及工作扭矩大，掛合頻繁的絞車低速離合器，轉(zhuǎn)盤離合器