机械工程基础课程

论文（报告、案例分析）

院系： 物流学院

专业： 物流工程

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题目： 气压传动技术

提交论文（报告）时间：2011年 6月30日

气压传动技术

　 气压传动是指以压缩空气作为工作介质来传递动力和实现控制的一门技术，它包含传动技术和控制技术两个方面的内容。气压传动具有防火、防爆、节能、高效、无污染等优点，在全国工业生产中得到了广泛的应用。

简史

　 1829年出现了多级空气压缩机，为气压传动的发展创造了条件。1871年风镐开始用于采矿。1868年美国人G.威斯汀豪斯发明气压传动制动装置，并在1872年用于铁路车辆的制动。后来，随着兵器、机械、化工等工业的发展，气压传动机具和控制系统得到广泛的应用。1930年出现了低压气压传动调节器。50年代研制成功用于导弹尾翼控制的高压气压传动伺服机构。60年代发明射流和气压传动逻辑元件，遂使气压传动得到很大的发展。

一、气压传动系统的基本组成

（一）气源装置

是指压缩空气的发生装置及压缩空气的储存、净化、处理等装置，它为启动系统提供呵护质量要求的压缩空气。一般由空气压缩机、后冷却器、干燥机、储气罐等部分组成。

图1-1-1 后冷却器 图1-1-2 储气罐 图1-1-3 干燥器

（二）气压传动联件

是压缩空气的二次处理装置，可进一步提高压缩空气的质量。不同精度要求的气压传动系统可根据需求进行选用，通常有气压传动二联件和气压传动三联件等。

图1-2 气动三联件

1-分水滤气器 2-减压阀 3-油雾器 4-压力表

（三）控制元件

方向控制元件----切换气流的方向来控制执行元件的运动方向，成为换向阀。

流量控制元件----调节压缩空气流量的大小来控制执行元件的运动速度，称为节流发货调速阀。

图1-3 节流阀

（四）执行原件

指各种气缸或马达，能将压缩空气的能量转换成力或力矩并做功。

图1-4-1 普通气缸

普通气缸 普通汽缸与液压缸相似，由缸体、活塞活塞杆、导向机构四部分组成，但是，汽缸重量较轻速度较快，耐压较低。

图1-4-2 叶片式气压传动马达

叶片式气压传动马达气压传动马达是将压缩空气的压力能转换成回转机械能的转换装置。

（五）辅助元件

指管道系统、管接头、压力表和消音器等。

图1-5-1 膨胀干涉吸收型消音器 图1-5-2 吸收型消音器

二、气压传动的工作原理

气压系统的工作原理是利用空气压缩机将电动机或其他原动机输出的机械能转变为空气的压力能，然后再控制元件的控制和辅助元件的配合下，通过执行元件把空气的压力能转变为机械能，从而完成直线或回转运动并对外做功。

图2-1 典型启动系统构成

吸气过程：曲柄6回转带动气缸活塞2作直线往复运动，当活塞2向右运动时，气缸腔1容积增大形成局部真空，在大气压作用下，吸气阀7打开，大气进入气缸1。

排气过程：当活塞向左运动时，气缸1内容积缩小，气体被压缩，压力升高，排气阀8打开，压缩空气排出。

三、气压传动的技术特点

（一）气压传动的优点

1、气压传动的工作介质是空气，它取之不尽用之不竭，用后的空气可以排到大气中去，不会污染环境。 　　

2、气压传动的工作介质粘度很低，所以流动阻力很小，压力损失小，便于集中供气和远距离输送。

3、与液压传动相比，启动动作迅速、反应快、维修简单、管道不易堵塞，且不存在介质变质，补充和更换等问题。

4、工作环境适应性好，可安全可靠的用于易燃易爆场所。

5、气压传动装置结构简单、轻便、安装维护简单，价格低廉。压力等级低，固使用安全。

6、空气具有可压缩性，启动系统能够实行过载自动保护。

（二）气压传动的缺点

1、由于空气的可压缩性大，气压传动系统的速度稳定性差，给系统的速度和位置控制精度带来很大的影响。 　　

2、气压传动系统的噪声大，尤其是排气时，需要加消音器。

3、工作压力较低，（一般为0.4Mpa~0.8Mpa），因而气压传动系统输出力较小。

4、工作介质空气本身没有润滑性，需另加装置进行给油润滑。

5、空气在压缩过程中会产生及冷凝水，容易引起锈蚀。

四、气压传动的基本回路

气压传动基本回路是气压传动的基本组成部分，按其功能作用可分为压力和力控制回路、方向控制回路、速度控制回路、位置控制回路及基本逻辑回路等。以下仅介绍几种简单常用的气压传动基本回路。

（一）压力控制回路

图4-1 基本回路图

图4-1 压力控制回路

一次压力控制回路：指用安全阀将空气压缩机的输出压力控制在 0.8MPa左右。

二次压力控制回路：指把经一次调压后的压力p1再经减压阀减压稳压后所得到的输出压力p2（称为二次压力），作为气动控制系统的工作气压使用。

（二）高低压选择回路

高低压选择回路：由多个减压阀控制，实现多个压力同时输出。用于系统同时需要高低压力的场合。

高低压切换回路：利用换向阀和减压阀实高低压切换输出。用于系统分别需要高低压力的场合。

图4-2-1 高低压选择回路 图4-2-2 高低压切换回路

（三）过载保护回路

当气缸活塞杆外伸超载时，气缸左腔压力升高，顺序阀5打开，压缩空气经梭阀排出，换 向阀3换向并处于右位，活塞杆缩回。因而，防止了系统因过载而可能造成的事故。

图4-3 过载保护回路

（四）双向调速回路

采用二只单向节流阀串联分别实现进气节流和排气节流，控制气缸活塞的运动速度。在换向阀的排气口上安装排气节流阀，两种调速回路的调速效果基本相同。

图4-4 双向调速回路

（五）单往复运动回路

手动按钮阀1与行程阀3交替控制换向阀4换向，使气缸往复运动。

图4-5 单往复运动回路

（六）连续往复运动回路

操作手动阀通过两个行程阀交替控制换向阀换向使气缸活塞连续往复运动。当手动阀1切换后，气缸停止于原位。

图4-6 连续往复运动回路

（七）气液阻尼缸调速回路

在气液联动速度控制回路中，采用气—液联动目的，使气缸得到平稳的运动速度。

图4-7 气液阻尼缸回路

慢进快退回路。在气液阻尼缸中，气缸是动力缸，油缸是阻尼缸，气缸阻尼缸串联联接。

五、气压传动应用及发展趋势

由于气压传动具有节能、无污染、高效、低成本、安全可靠、结构简单等优点，广泛应用于各种机械和生产线上。过去汽车、拖拉机等生产线上的气压传动系统及其元件，都由各厂自行设计、制造和维修。

  气压传动技术应用面的扩大是气压传动工业发展的标志。气压传动元件的应用主要为两个方面：维修和配套。过去国产气压传动元件的销售要用于维修，近几年，直接为主要配套的销售份额逐年增加。这说明气压传动技术已“渗透”到各行各业，并且正在日益扩大。我国的气压传动工业虽然达到了一定规模与技术水平，但是与国际先进水平相比，差距甚大。

  由于气压传动技术越来越多地应用于各行业的自动装配和自动加工小件、特殊物品的设备上，原有传统的气压传动元件性能正在不断提高，同时陆续开发出适应市场要求的新产品，使气压传动元件的品种日益增加，其发展趋势主要有以下几个方面：

（一）体积更小，重量更轻，功耗更低.

在电子元件、药品等制造行业中，由于被加工件体积很小，势必限制了气压传动元件的尺寸，小型化、轻型化是气压传动元件的第一个发展方向。国外已开发了仅大姆指大小、有效截面积为0.2mm2的超小型电磁阀。

  在国际展览会上，各种异型截面缸筒和活塞杆的气缸甚多，这类气缸由于活塞杆不会回转，应用在主机上时，无须附加导向装置即可保持一定精度。此外还开发了不少带各种导向机构的气缸和气缸滑动组件，例如具有两根导向杆的气缸、双活塞杆双缸筒气缸等。气缸筒外形已不限于圆形、而是方形、米字形或其它形状，在型材上开了导向槽、传感器和开关的安装槽等，让用户安装使用更方便。

(二）多功能化，复合化.

为了方便用户，适应市场的需要开发了各种由多只气压传动元件组合并配有控制装置的小型气压传动系统。如用于移动小件物品的组件，是将带导向器的两只气缸分别按X轴和Z轴组合而成。该组件可搬动3kg重物，配有电磁阀、程控器，结构紧凑，占有空间小，行程可调整。又如一种上、下料模块，有七种不同功能的模块形式，能完成精密装配线上的上、下料作业，可按作业内容将不同模块任意组合。还有一种机械手是由外形小并能改变摆动角度的摆动气缸与夹头的组合件，夹头部位有若干种夹头可选配。

（三）更高的安全性和可靠性.

气压传动元件的许多使用场合，如轧钢机、纺织流水线等，在工作时间内不能因为气压传动元件的质量问题而中断，否则会造成巨大损失，因此气压传动元件的工作可靠性显得非常重要。从近几年的气压传动技术国际标准可知，标准不仅提出了互换性要求，并且强调了安全性。管接头、气源处理外壳等耐压试验的压力提高到使用压力的4~5倍，耐压时间增加到5~15min，还要在高、低温度下进行试验。如果贯彻这些国际标准，国内的缸筒、端盖、气源处理铸件和管接头等都难达到标准要求。除耐压试验处，结构上也作了某些规定，如气源处理的透明壳外部规定要加金属防护罩。

（四）向高速、高频、高响应、高寿命方向发展.

为了提高生产设备的生产效率，提高执行元件的工作速度势在必行。现在我国的气缸工作速度一般在0.5m/s以下。根据日本专家预测，五年以后大部分的气缸工作速度将提高到1~2m/s，有的要求达5m/s。气缸工作速度的提高，不仅要求气缸的质量提高，而且结构上也要相应改进，例如要配置油压吸震器以增加缓冲效果等。电磁阀的响应时间将小于10ms，寿命提高到5000万次以上。美国有一种间隙密封的阀，由于阀芯悬浮在阀体内，相互不接触，在无需润滑下，寿命高达2亿次。

（五）普遍使用无油润滑技术，满足某些特殊要求.

由于环境污染以及电子、医疗、食品等行业的要求，环境中不允许有油，因此无油润滑是气压传动元件的发展趋向，同时无油润滑可使系统简化。欧洲市场上油雾器已属淘汰的产品，普遍做到了无油润滑。

（六）使用新材料，与新技术相结合.

国外开发了膜式干燥器，该干燥器利用高科技的反渗析薄膜滤去压缩空气中的水分，有节能、寿命长、可靠性高、体积小、重量轻等特点、适用于流量不大的场合。为了提高质量，真空压铸、氢氧爆炸去毛刺等新技术正在气压传动元件制造中逐步推广。便于保养、维修和使用.国外正在研究使用传感器实现气压传动元件及系统具有故障预报和自诊断功能。

六、总结

从上述的气压传动技术发展方向可知，在气压传动产品的开发上我们有许多工作可做。任何一个气压传动元件厂，即使其规模不大，只要突破一个方面，并保持技术领先，就可以在市场上占一席之地，在激烈的竞争中获得生存和发展。

参考文献

[2][3][4][5][6]均摘自《机械工程基础》化学工业出版社160页