气压传动的基本知识

一、学习目标

1．知识目标

①了解空气压缩站的作用和组成，了解后冷凝器、储气罐、辅助元件的功用。

②熟悉气缸、方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀的功用及结构。

2．能力目标

了解气压传动各元件的结构特点及应用。

3．态度目标

培养节能意识。

二、学习活动

活动一　认识气压传动

1．气压传动的工作原理

气压传动是以气体作为工作介质来传递动力的一种运动方式，靠气体的压力来产生作用。

如图8．1所示为气动剪切机的气动系统工作原理图。图示位置为工料被剪前，即非工作位置。当工料11由上料装置送入剪切机并到达规定位置时，行程阀8的顶杆受压使阀内通路打开，气控换向阀9的控制腔便与大气相通，阀芯受弹簧力作用而下移，由空气压缩机1产生并经过初次净化处理后储藏在储气罐4中的压缩空气，经分水滤气器5、减压阀6和油雾器7及气控换向阀9，进入气缸10的下腔；气缸上腔的压缩空气通过气控换向阀9排入大气。此时，气缸10活塞向上运动，带动剪刀将工料11切断。当工料剪下后，随之与行程阀8脱开，行程阀在弹簧作用下复位，阀芯封住排气通道，气控换向阀9的控制腔A中的气压升高，使阀芯上移，气路变换。此时压缩空气便进入气缸10的上腔，而下腔空气则通过气控换向阀9排气，活塞下移，带动剪刀复位准备第二次剪切工料。

气压传动工作原理是利用空气压缩机把电动机或其他原动机输出的机械能转换为空气的压力能，然后在控制元件的控制下，通过执行元件把压力能转换为直线运动或回转运动形式的机械能，从而完成各种动作并对外做功。

图8．1　气动剪切机的气动系统工作原理图

1—空气压缩机；2—后冷却器；3—油水分离器；4—储气罐；5—分水滤气器；6—减压阀；7—油雾器；8—行程阀；9—气控换向阀；10—气缸；11—工料

2．气压传动系统的组成

如图8．1所示为典型气压传动系统图。它由4部分组成。

（1）气源装置

气源装置是将原动机的机械能转变为气体的压力能。包括空气压缩机。

（2）执行元件

执行元件是将气体的压力能转变为机械能。包括各种气缸和气马达等。

（3）控制元件

控制元件用以控制系统中空气的压力、流量和流动方向以及执行元件的工作程序，以便使执行机构完成预定的动作。包括各种压力、流量、方向控制阀等。

（4）辅助元件

辅助元件是保证气压系统正常工作所必需的部分。包括油水分离器、干燥器、过滤器等气源净化装置以及储气罐、消声器、油雾器、管网、压力表及管件等。

为了使气压传动系统能正常可靠地工作，其系统中分水滤气器、减压阀、油雾器是不可省略的，否则会造成系统气压不稳、积水、各元件锈蚀、动作不可靠等现象。上述三元件合称气动三联件。

3．气压传动的优点

①以空气作介质，介质清洁，易得，费用低，维护处理方便，管道不易堵塞。

②空气黏度很小（约为油的万分之一），管道压力损失小，易集中供应和远距离输送。

③气压传动动作迅速，一般只需0．02～0．3s就可以达到所需的压力和速度。

④压缩空气的工作压力较低，一般为0．4～0．8MPa，故可降低对气动元件加工精度等的要求，易制造，成本低，因此气动元件大都已标准化和系统化，易购买。

⑤空气的性质受温度的影响小，高温下不会燃烧和爆炸，使用安全，温度变化时，其黏度变化极小，不会影响传动性能。

4．气压传动的缺点

①由于空气的工作压力低，在输出力相同的情况下，装置结构尺寸大，因此气动装置的总推力不宜过大（一般不大于10～90kN）。

②由于空气的可压缩性，气动装置的动作稳定性差，当外载荷变化时，对速度影响更大。

③气动装置的噪声较大，特别是在排气时。

活动二　认识气压传动的应用

1．气压传动元件

（1）空气压缩站

空气压缩站为气压传动提供动力源，由空压机1、冷却器2和储气罐3组成，如图8．2所示。

图8．2　空气压缩站

1—空压机；2—冷却器；3—储气罐

（2）空气压缩机

空气压缩机是将原动机提供的机械能转变为气体压力能的装置，它属于动力元件，如图8．3（a）所示。

1）空气压缩机的分类

空气压缩机的种类很多，按工作原理不同可分为动力式和容积式。常用的是容积式，它是利用运动部件的位移来改变密封工作容积大小，不断吸入和排出空气，以获得压缩空气。