第1章 氣動技術(shù)概論

1、第1章氣動技術(shù)概論章氣動技術(shù)概論1.1氣動技術(shù)的應(yīng)用范圍我們在日常工作和生活中經(jīng)常見到各種機器，如汽車、電梯、機床等通常都是由原動機、傳動裝置和工作機構(gòu)三部分組成。其中傳動裝置最常見的類型有機械傳動、電力傳動和流體傳動。流體傳動是以受壓的流體為工作介質(zhì)對能量進行轉(zhuǎn)換、傳遞、控制和分配。它可以分為氣壓傳動、液壓傳動和液力傳動。氣壓傳動技術(shù)簡稱“氣動技術(shù)”，是一門涉及壓縮空氣流動規(guī)律的科學(xué)技術(shù)。氣動技術(shù)不僅被用來完成簡單的機械動作，而且在促

2、進自動化的發(fā)展中起著極為重要的作用。從50年代起，氣動技術(shù)不僅用于做功，而且發(fā)展到檢測和數(shù)據(jù)處理。傳感器、過程控制器和執(zhí)行器的發(fā)展導(dǎo)致了氣動控制系統(tǒng)的產(chǎn)生。近年來，隨著電子技術(shù)、計算機與通信技術(shù)的發(fā)展及各種氣動組件的性價比進一步提高，氣動控制系統(tǒng)的先進性與復(fù)雜性進一步發(fā)展，在自動化控制領(lǐng)域起著越來越重要的作用。氣動技術(shù)可使氣動執(zhí)行組件依工作需要作直線運動、擺動和旋轉(zhuǎn)運動。氣動系統(tǒng)的工作介質(zhì)是壓縮空氣。壓縮空氣的用途極其廣泛從用低壓空氣來

3、測量人體眼球內(nèi)部的液體壓力、氣動機械手焊接到氣動壓力機和使混凝土粉碎的氣鉆等幾乎遍及各個領(lǐng)域。在工業(yè)中的典型應(yīng)用如下：1)材料輸送（夾緊、位移、定位與定向）、分類、轉(zhuǎn)動、包裝與計量、排列、打印與堆置；2)機械加工（鉆、車削、銑、鋸、成品精加工、成形加工、質(zhì)量控制）3)設(shè)備的控制、驅(qū)動、進給與壓力加工；4)工件的點焊、鉚接、噴漆、剪切；5)氣動機器人；6)牙鉆。圖1.1所示的兩條傳送帶的氣動旋轉(zhuǎn)分配裝置，可通過氣缸的伸縮使工件傳輸?shù)较鄳?yīng)的

4、地方。1.2基本氣動系統(tǒng)的組成基本的氣動系統(tǒng)如圖1.2所示，它由壓縮空氣的產(chǎn)生和輸送系統(tǒng)及壓縮空氣消耗系統(tǒng)二個主要部分組成。一、壓縮空氣產(chǎn)生系統(tǒng)各組件及其主要功能（一）壓縮機：將大氣壓力的空氣壓縮并以較高的壓力輸給氣動系統(tǒng)，把機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈮耗?。（二）電動機：把電能轉(zhuǎn)變成機械能，給壓縮機提供機械動力。（三）壓力開關(guān)：將儲氣罐內(nèi)的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺脕砜刂齐妱訖C。它被調(diào)節(jié)到一個最高壓力，達到這個壓力就使電動機停止；也被調(diào)節(jié)另一個最低壓力，

5、儲氣罐內(nèi)壓力跌到這個壓力就重新激活電動機。（四）單向閥：讓壓縮空氣從壓縮機進入氣罐，當壓縮機關(guān)閉時.阻止壓縮空氣反方向流動。（五）儲氣罐：貯存壓縮空氣。它的尺寸大小由壓縮機的容量來決定，儲氣罐的容積愈大，壓縮機運行時間間隔就愈長。（六）壓力表：顯示儲氣罐內(nèi)的壓力。（七）自動排水器：無需人手操作，排掉凝結(jié)在儲氣罐內(nèi)所有的水。（八）安全閥：當儲氣罐內(nèi)的壓力超過允許限度，可將壓縮空氣溢出。（九）冷凍式空氣干燥器：將壓縮空氣冷卻到零上若干度，使

6、大部分空氣中的濕氣凝結(jié)，以減少系統(tǒng)中的水份。的處理?？蓧嚎s性：壓縮空氣的可伸縮性使活塞的速度不可能總是均勻恒定的。出力條件：壓縮空氣僅在一定的出力條件下使用才經(jīng)濟。在常規(guī)工作氣壓為6—7bar(600～700kPa)，因行程和速度的不同，出力限制在20000到30000N之間。排氣噪聲：排放空氣的聲音很大?，F(xiàn)在這個問題已因吸音材料和消音器發(fā)展大部分獲得解決。成本：壓縮空氣是一種比較昂貴的能量傳遞方法。但可通過高性價比的氣動組件得到部分補

7、償。二、執(zhí)行機構(gòu)的特點二、執(zhí)行機構(gòu)的特點氣動執(zhí)行組件包括氣缸、擺缸與氣馬達。氣動執(zhí)行組件有下列特點：1)基本運動(直線、擺動與轉(zhuǎn)動)易于實現(xiàn)。2)多種運動便于組合。3)運動參數(shù)（力、速度、方向）易于控制。4)品種多、尺寸范圍廣，易于設(shè)計與選擇。5)使用壽命長，安全可靠、靈敏。6)操作和安裝簡便，調(diào)試要求較高。氣缸是氣動系統(tǒng)中最主要的執(zhí)行組件，由于氣缸價格低，便于安裝，結(jié)構(gòu)簡單、可靠，并有各種尺寸和有效行程的組件可供使用，它已經(jīng)成為一種重

8、要的線性驅(qū)動組件。氣缸一般有下列特點：直徑范圍：6—320mm有效行程：1—2000mm活塞桿輸出力：2—50000N活塞速度：0.02—1ms三氣動控制系統(tǒng)特點三氣動控制系統(tǒng)特點氣動控制系統(tǒng)通常采用下列方法對氣動設(shè)備進行控制：1)采用純氣動控制方式：這種方式適用于那些不能采用電氣控制的場合。例如磁頭加工設(shè)備、無靜電設(shè)備等，其控制系統(tǒng)完全由氣動邏輯閥、氣動方向閥、手動控制閥組成。這種純氣動控制系統(tǒng)，氣路復(fù)雜，維修困難，在可以用電控的場合

9、，一般不采用這種方法。2)電－氣動控制系統(tǒng)：這種方式適用于那些簡單的氣動系統(tǒng)控制。如設(shè)備的氣動系統(tǒng)只由3～4個氣缸組成，相互動作之間的邏輯關(guān)系簡單，可采用這種控制方式。由于控制系統(tǒng)采用的是常規(guī)的繼電－接觸控制系統(tǒng)，因此，適用于控制系統(tǒng)復(fù)雜程度不高的場合。3)PLC控制系統(tǒng)：這是目前氣動設(shè)備最常見的一種控制方式。由于PLC能處理相當復(fù)雜的邏輯關(guān)系，因此，可對各種類型、各種復(fù)雜程度的氣動系統(tǒng)進行控制。又由于控制系統(tǒng)采用采用軟件編程方法實現(xiàn)控

10、制邏輯，因此，通過改變軟件就可改變氣系統(tǒng)的邏輯功能，從而使系統(tǒng)的柔性增加、可靠性增加。4)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)：當系統(tǒng)復(fù)雜程度不斷增加，各臺設(shè)備之間需相互通信來協(xié)調(diào)動作時，需要采用網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。5)綜合控制系統(tǒng):當設(shè)備的控制系統(tǒng)復(fù)雜，參數(shù)選擇性較多，需隨時了解工況時，可采用PLC＋人機界面＋現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)總線的綜合控制方式，使控制系統(tǒng)更靈活，控制能力更強，以滿足設(shè)備的控制需求。1.4氣動系統(tǒng)的基本構(gòu)成1)采用純氣動控制方式：純氣動系統(tǒng)的信號流圖如圖1