气压传动及其应用

气压传动简称气动，是指以压缩空气为工作介质来传递动力和控制信号，控制和驱动各种机械和设备，以实现生产过程机械化、自动化的一门技术。它是流体传动及控制学科的一个重要分支。因为以压缩空气为工作介质具有防火、防爆、防电磁干扰，抗振动、冲击、辐射，无污染，结构简单，工作可靠等特点，所以气动技术与液压、机械、电气和电子技术一起，互相补充，已发展成为实现生产过程自动化的一个重要手段，在机械、冶金、轻纺、食品、化工、交通运输、航空航天、国防等领域得到广泛的应用。

气压传动的优点

空气随处可取，取之不尽，节省了购买、贮存、运输介质的费用和麻烦；用后的空气直接排入大气，对环境无污染，处理方便。不必设置回收管路，因而也不存在介质变质、补充相更换等问题。

因空气粘度小(约为液压油的万分之一)，在管内流动阻力小。压力损失小，便于集中供气和远距离输送。即使有泄漏，也不会像液压油一样污染环境。

与液压相比，气动反应快，动作迅速，维护简单，管路不易堵塞。

气动元件结构简单、制造容易，适于标准化、系列化、通用化。

气动系统对工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣工作环境中工作时，安全可靠性优于液压、电子和电气系统。

空气具有可压缩性，使气动系统能够实现过载自动保护，也便于贮气罐贮存能量，以备急需。

排气时气体因膨胀而温度降低，因而气动设备可以自动降温，长期运行也不会发生过热现象。

气压传动的缺点

气动与其它几种传动控制方式的性能比较

气压传动系统组成

典型的气压传动系统由气压发生装置、执行元件、控制元件和辅助元件四部分组成。

气压发生装置简称气源装置，是获得压缩空气的能源装置，其主体部分是空气压缩机，另外还有气源净化设备。空气压缩机将原动机供给的机械能转化为空气的压力能；而气源净化设备用以降低压缩空气的温度，除去压缩空气中的水分、油分以及污染杂质等。使用气动设备较多的厂矿常将气源装置集中在压气站(俗称空压站)内，由压气站再统一向备用气点、(分厂、车间和用气设备等)分配供应压缩空气。

执行元件是以压缩空气为工作介质，并将压缩空气的压力能转变为机械能的能量转换装置。包括作直线往复运动的气缸，作连续回转运动的气马达和作不连续回转运动的摆动马达等。

控制元件又称操纵、运算、检测元件，是用来控制压缩空气流的压力、流量和流动方向等，以便使执行机构完成预定运动规律的元件。包括各种压力阀、方向阀、流量阀、逻辑元件、射流元件、行程阀、转换器和传感器等。

辅助元件是使压缩空气净化、润滑、消声以及元件间连接所需要的一些装置。包括分水滤气器、油雾器、消声器以及各种管路附件等。

气源装置

气动系统对压缩空气品质的要求

气源装置给系统提供足够清洁干燥且具有一定压力和流量的压缩空气。由空气压缩机排出的压缩空气虽然可以满足气动系统工作时的压力和流量要求，但其温度高达170摄氏度，且含有汽化的润滑油、水蒸气和灰尘等污染物，这些污染物将对气动系统造成下列不利影响：

混在压缩空气中的油蒸气可能聚集在贮气罐、管道、气动元件的容腔里形成易燃物，有爆炸危险。另外润滑油被汽化后形成一种有机酸，使气动元件、管道内表面腐蚀、生锈、影响其使用寿命。

压缩空气中含有的水分，在一定压力温度条件下会饱和而析出水滴，并聚集在管道内形成水膜，增加气流阻力；如遇低温或膨胀排气降温等，水滴会结冰而阻塞通道、节流小孔，或使管道附件等胀裂；游离的水滴形成冰粒后，冲击元件内表面而使元件遇到损坏。

混在空气中的灰尘等污染物沉积在系统内，与凝聚的油分、水分混合形成胶状物质，堵塞节流孔和气流通道，使气动信号不能正常传递，气动系统工作不稳定；同时还会使配合运动部件间产生研磨磨损，降低元件的使用寿命。

压缩空气温度过高会加速气动元件中各种密封件、膜片和软管材料等的老化、且温差过大，元件材料会发生胀裂，降低系统使用寿命。因此，由空气压缩机排出的压缩空气必须经过降温、除油、除水、除尘和干燥，使之品质达到一定要求后，才能使用。

气源装置的组成和布置

根据气动系统对压缩空气品质的要求来设置气源装置。一般气源装置的组成和布置如图所示。

空气压缩机1产生一定压力和流量的压缩空气，其吸气口装有空气过滤器，以减少进入压缩空气内的污染杂质量；冷却器2(又称后冷却器)用以将压缩空气温度从140~170摄氏度降至40～50摄氏度，使高温汽化的油分、水分凝结出来；油水分离器3使降温冷凝出的油滴、水滴杂质等从压缩空气中分离出来，并从排污口除去；贮气罐4和7贮存压缩空气以平衡空气压缩机流量和设备用气量，并稳定压缩空气压力，同时还可以除去压缩空气中的部分水分和油分；干燥器5进一步吸收排除压缩空气中的水分、油分等，使之变成干燥空气；过滤器6(又称一次过滤器)进一步过滤除去压缩空气中的灰尘颗粒杂质。

贮气罐4中的压缩空气即可用于一般要求的气动系统，贮气罐7输出的压缩空气可用于要求较高的气动系统(如气动仪表、射流元件等组成的系统)。

空气压缩机

分类

空气压缩机简称空压机，是气源装置的核心，用以将原动机输出的机械能转化为气体的压力能。空压机有以下几种分类方法：

按工作原理分类：

按输出压力P分类：

鼓风机：P≤0.2MPa

低压空压机：0.2MPa＜P≤1MPa

中压空压机：1MPa＜P≤10MPa

高压空压机：10MPa＜P≤100MPa

超高压空压机：P＞100MPa

按输出流量(即铭牌流量或自由流量)分类：

微型空压机： 0.017

小型空压机：0.017 ＜ 0.17

中型空压机：0.17 ＜ 1.7

大型空压机： ＞1.7

空气压缩机的工作原理

气动系统中最常用的是往复活塞式空压机，其工作原理如图所示。当活塞3向右移动时，气缸2左腔的压力低于大气压力，吸气阀9打开，空气在大气压力作用下进入气缸2左腔，此过程称为吸气过程；当活塞3向左移动时，吸气阀9在气缸2左腔内压缩气体的作用下关闭，气缸左腔内气体被压缩，此过程称为压缩过程。当气缸左腔内气压力增高到略大于输出管路内气压力后，排气阀1打开，压缩空气排入输气管道，此过程称为排气过程。活塞3的往复运动是由电动机(或内燃机)带动曲柄8转动，通过连杆7、滑块5、活塞杆4转化成直线往复运动而产生的。图示为一个活塞一个气缸的工作情况，大多数空压机是多缸多活塞的组合。

空气压缩机的选用

选择空压机的依据是：气动系统所需的工作压力和流量两个主要参数。一般气动系统的工作压力为0.4～0.8MPa，故常选用低压空压机，特殊需要亦可选用中、高压或超高压空压机。

冷却器

冷却器安装在空压机输出管路上，用于降低压缩空气的温度，并使压缩空气中的大部分水汽、油汽冷凝成水滴、油滴，以便经油水分离器析出。冷却器一般用间接式水冷换热器，其结构形式有列管式、套管式、散热片式和蛇管式等，如图所示。蛇管式冷却器结构简单，使用维护方便，适于流量较小的任何压力范围，应用最广泛。

油水分离器

油水分离器主要是用离心、撞击、水洗等方法使压缩空气中凝聚的水分、油分等杂质从压缩空气中分离出来，让压缩空气得到初步净化。其结构形式有环形回转式、撞击并折回式、离心旋转式、水浴式以及以上形式的组合使用等。

撞击折回并环形回转式油水分离器，气流以一定的速度v1经输入口进入分离器内受挡板阻挡被撞击折向下方，然后产生环形回转并以一定速度上升。为了达到满意的油水分离效果，气流回转后上升的速度应缓慢，一般要求低压空气v2≤1m/s，中压空气v2≤0.5m/s，高压空气v2≤0.3m/s

水浴并旋转离心串联式油水分离器。压缩空气先通过水浴清洗，除掉较难除掉的油分等杂质，再沿切向进入旋转离心式分离器中，利用离心力的作用除去油和水分。此种分离器油水分离效果很好。

贮气罐

贮气罐的作用是：消除压力波动，保证输出气流的连续性；储存一定数量的压缩空气。调节用气量或以备发生故障和临时需要应急使用；进一步分离压缩空气中的水分和油分。其结构形式如图所示。进气口在下，出气口在上，两者间的距离应尽可能大。贮气罐上应设置安全阀、压力表、清洗人孔或手孔、排污管阀等。

干燥器

干燥器是为了进一步吸收和排除压缩空气中的水分、油分，使之变为干燥空气，以供对气源品质要求较高的气动仪表、射流元件组成的系统使用。

目前使用的干燥方法主要是吸附法和冷冻法。冷冻法是利用制冷设备使空气冷却到一定的露点温度，析出空气中超过饱和水蒸汽压部分的水分，以降低其含湿量，增加干燥程度的方法。吸附法是利用硅胶、铝胶、分子筛、焦炭等吸附剂吸收压缩空气中的水分，使压缩空气得到干燥的方法。吸附法除水效果很好。采用焦炭作吸附剂效果较差，但成本低，还可以吸附油分。

辅助元件

过滤器

过滤器用以除去压缩空气中的油污、水分和灰尘等杂质。不同使用场合对气源过滤的要求不同，下表列出常用气动元件对气源过滤的要求。

不同元件对气源的过滤要求

过滤器分一次过滤器、二次过滤器和高效过滤器。

一次过滤器，又称简易过滤器，置于空压站内干燥器之后，常用滤网、毛毡、硅胶、焦炭等材料起吸附过滤作用，其滤灰效率为50%~70%。

二次过滤器又称分水滤气器，在气动系统中应用最广泛，其滤灰效率为70%~90%。

高效过滤器是采用滤芯孔径很小的精密分水滤气器，常用于气动传感器和检测装置等，装在二次过滤器之后作为第三级过滤，其滤灰效率达到99%。

一次过滤器只在气源装置中使用。分水滤气器要根据气动设备要求的过滤精度和自由空气流量来选用。分水滤气器一般装在减压阀之前，也可单独使用；要按壳体上的箭头方向正确连接其进、出口，不可将进、出口接反，也不可将存水杯朝上倒装。

普通分水滤气器

分水滤气器在气动系统中。应用最普遍。图示为普通分水滤气器的结构图。从输入口进入的压缩空气被旋风叶片1导向，使气流沿存水杯3的圆周产生强烈的旋转，空气中夹杂的水滴、油污物等在离心力的作用下与存水杯内壁碰撞，从空气中分离出来到杯底。当气流通过滤芯2时，由于滤芯的过滤作用，气流中的灰尘及雾状水分被滤除，洁净的气体从输出口输出。挡水板4可以防止气流的旋涡卷起存水杯中的积水。为保证分水滤气器正常工作，须及时打开手动放水阀5放掉存水杯中的污水。存水杯由透明材料制成，便于观察其工作情况、污水高度和滤芯2的污染程度。滤芯可用多种材料制成，多用铜颗粒烧结成形，也有陶瓷滤芯。滤芯过滤精度常有5～10、l0～25 、25～50 、50～75 四种规格，也有0～5 的精过滤滤芯。

自动排水式分水滤气器

自动排水式分水滤气器的分水、过滤部分结构与上述普通分水过滤器相同，不同的是存水杯下装有自动排水阀(见图)。图示为无气状态，活塞6的上下腔都等于大气压力，活塞在弹簧5作用下，打开活塞杆的锥部阀口B。一旦通压缩空气，活塞下腔压力远远大于活塞上腔压力(此时文承架8顶部的孔A处于封闭状态)，活塞和活塞杆上移，关闭阀口B，压缩空气不会外泄。当存水杯7中的积水达到一定高度时，浮简2及其顶盖9浮起，支承架8顶部的孔4被打开，杯内压缩空气经孔A进入活塞6的上腔，此时活塞上下腔液(气)压力基本相等，在弹簧5的作用下，活塞下移，打开阀口B，进行排水。密封条4上固定一根不锈钢针，其作用有两点：①可疏通小孔4及活塞杆上的节流小孔C；②当自动排水失灵时，可手推钢针使浮筒2上升进行手动排水。自动排水式分水滤气器主要用手动放水和观察水位不方便的场合，持别适合寒冷地区。

油雾器

气动系统中使用的油雾器是一种特殊的注油装置。油雾器可使润滑油雾化，并随气流进入到需要润滑的部件，在那里气流撞壁，使润滑油附着在部件上，以达到润滑的目的。用这种方法注油，具有润滑均匀、稳定、耗油量少和不需要大的贮油设备等特点。油雾器分一次油雾器和二次油雾器两种。

油雾器主要根据通气流量及油雾粒径大小来选择，一般场合选用一次油雾器，特殊要求的场合可选用二次油雾器。油雾器一般安装在减压阀之后，尽量靠近换向阀；油雾器进出口不能接反，储油杯不可倒置。油雾器的给油量应根据需要调节，一般的自由空气供给1mL的油量。

一次油雾器

一次油雾器应用很广，润滑油在油雾器中只经过一次雾化，油雾粒径20～35左右。一般输送距离在5m以内，适于一般气动元件的润滑。上图所示为QIU型普通一次油雾器。压缩空气从输入口进入，在油雾器的气流通道中有一个立杆1，立杆上有两个通道口，上面背向气流的是喷油口B，下面正对气流的是泊面加压通道口A。一小部分进入A的气流经过加压通道到截止阀2(见下图)，在压缩空气刚进入时，钢球被压在阀座上，但钢球与阀座密封不严，有点漏气，可使储油杯上腔的压力逐渐升高，将截止阀2打开，使杯内油面受压，迫使储油杯内的油液经吸油管4、单向阀5和节流针阀6滴入透明的视油器7内，然后从吸油口量被主气道中的气流引射出来，在气流的气动力和油粘性力对油滴的作用下，雾化后随气流从输出口流出。视油器上部可调针阀用来调节滴油量，滴油量为0～200滴/分。关闭针阀即停止滴油喷雾。

这种油雾器可以在不停气的情况下加油。当没有气流输入时，截止阀2中的弹簧把钢球顶起，封住加压通道，阀处于截止状态，见下图a。正常工作时，压力气体推开钢球进入油杯，油杯内气体的压力加上弹簧的弹力使钢球处于中间位置，截止阀处于打开状态，见下图b。当进行不停气加油时，拧松加油孔的油塞8，储油杯中气压降至大气压。输入的气体把钢珠压到下限位置，使截止阀处于反关闭状态，见下图c。这样便封住了油杯的进气道，保证在不停气的情况下可以从油孔加油。油塞8的螺纹部分开有半截小孔，当拧开油塞加油时，不等油塞全部旋开小孔已先与大气相通、油杯中的压缩空气通过小孔逐渐排空，这样不致造成油、气从加油孔冲出来。

二次油雾器

二次油雾器是使润滑油在其中进行了两次雾化，油雾粒径更均匀、更小，可达5，油雾在传输中不易附壁，可输送更远的距离，适用于气马达和气动轴承等对润滑要求特别高的场合。上图为二次油雾器的结构图。压缩空气从输入口进来后分成三路：第一路通过接头6中的细长孔和输气小管9，以气泡形式在输油管8中上升，将油带到小油杯10中，使小油杯中始终充满油。第二路进入喷雾套4，经环形喷口A及接头6上的斜孔(图中用虚线表示)进入大储油杯的上腔。有压气体作用在大、小油杯的油面上，使小油杯内的油经过吸油管、单向阀11、套管12的环形孔道及节流针阀1摘入视油器2内，再经过过滤片3滴入喷嘴5，被流经环形喷口A处的高速气流引射出来，进行一次雾化。雾化后的油雾喷射到大储油杯的上腔，其中粒径大的油滴沉到油杯内，只有粒径小的油雾悬浮在大储油杯上腔。第三路气流经过喷雾套4的外部空间，从喷口B喷出，将油杯上腔悬浮的粒度较小又比较均匀的油雾引射出来，并进行第二次雾化，变成粒度更小(约5)、更均匀的油雾。

这种油雾器增加了一个小油杯是为了使滴油量比较稳定，不受大油杯中油面变化的影响。在喷口B前面装有浓度调节螺钉，可调节引射气流的流量和压力，改变引射能力，以调节雾化油的浓度，可通过观察油杯内油面变化的情况了解油的耗量，再加以适当地调节。二次油雾器中只有5%~20%的一次雾化油被带走，因此通过视油器调节油滴数目，应调节到所需油量的10~20倍。

气动三联件

气动系统中分水滤气器、减压阀和油雾器常组合在一起使用，俗称气动三联件。目前新结构的三联件插装在同一支架上，形成无管化连接，如图所示。其结构紧凑、装拆及更换元件方便，应用普遍。

消声器

气缸、气马达及气阀等排出的气体速度很高，气体体积急剧膨胀，引起气体振动，产生强烈的排气噪声，有时可达100-120dB。噪声是一种公害，影响人体健康，一般噪声高于85dB就要设法降低。消声器就是通过阻尼或增加排气面积等方法降低排气速度和功率，达到降低噪声的目的。常用的消声器有吸收型、膨胀干涉型和膨胀干涉吸收型三种。

吸收型消声器和膨胀干涉型消声器

吸收型消声器是依靠吸声材料来消声的。吸声材料有玻璃纤维、毛毡、泡沫塑料、烧结材料等，图示为常用的QXS型消声器，消声套由聚苯乙烯颗粒或钢珠烧结而成，气体通过消声套排出，气流受到阻力，声波被吸收一部分转化为热能，从而降低了噪声。此类消声器用于消除中、高频噪声，可降噪约20dB，在气动系统中应用最广。

膨胀干涉型消声器结构很简单，相当一段比排气孔口径大的管件。当气流通过时，让气流在其内部扩散、膨胀、碰壁撞击、反射、相互干涉而消声。其特点是排气阻力小，消声效果好，但结构不紧凑。主要用于消除中、低频噪声，尤其是低频噪声。

膨胀干涉吸收型消声器

此类消声器是上述两类消声器的组合、又称混合型消声器，如图所示。气流由斜孔引入，在A室扩散、减速、碰壁撞击后反射到B室，气流束互相冲撞、干涉，进一步减速，再通过敷设在消声器内壁的吸声材料排向大气。此类消声器消声效果好，低频可消声20dB，高频可消声约45dB。一般根据排气口通径选用相应型号的吸收型消声器就可以了，对消声效果要求较高的场合，可选用膨胀干涉型或膨胀干涉吸收型消声器。

管道与管接头

管道

气动系统中常用的有硬管和软管。硬管以钢管、紫铜管为主，常用于高温高压和固定不动的部件之间连接。软管有各种塑料管、尼龙管和橡胶管等，其特点是经济、拆装方便、密封性好，但应避免在高温、高压、有辐射场合使用。

管接头

管接头是连接、固定管道所必需的辅件，分为硬管接头和软管接头两类。硬管接头有螺纹连接及薄壁管扩口式卡套连接，与液压用管接头基本相同。常用软管接头形式如下图。对于通径较大的气动设备、元件、管道等可采用法兰连接。

其它辅助元件

转换器

在气动控制系统中，与其它自动控制装置一样，都有发讯、控制和执行部分，其控制部分工作介质是气体，而信号传感部分和执行部分不一定全用气体，可能用电或液体传输，这就需要通过转换器来转换。常用的有气电转换器、电气转换器和气液转换器等。

气电转换器

它是把气信号转换成电信号的装置，即利用输入气信号的变化引起可动部件（如膜片、顶杆等）的位移来接通或断开电路，以输出电信号。气电转换器按输入气信号压力的大小分为高压（＞0.1MPa）、中压（0.01～0.1MPa）和低压（＜0.01MPa）三种。高压气电转换器又称之为压力继电器。

使用气电转换器时，应避免将其安装在振动较大的地方。并不应倾斜和倒置，以免产生误动作，造成事故。

图示为低压气电转换器，硬芯3和焊片1是两个触点，无气信号输入时是断开的。有一定压力气信号输入时，膜片2向上运动带动硬芯3和限位螺钉11接触、与焊片1接通，发出电信号；气信号消失时，膜片带动硬芯复位，触点断开，电信号消失。调节螺钉11可以调整接受气信号压力的大小。

图示为压力继电器的工作原理，输入气信号使膜片4受压变形去推动顶杆3启动微动开关1，输出电信号。输入气信号消失，膜片4复位，顶杆在弹簧作用下下移，脱离微动开关。调节螺母2可以改变接受气信号的压力值。其结构简单，制造容易，应用广泛。

电气转换器

它是将电信号转换成气信号输出的装置，与气电转换器作用刚好相反。按输出气信号的压力也分为高压（＞0.1MPa）、中压（0.01～0.1MPa）和低压（<0.01MPa）三种，常用的电磁阀即是一种高压电气转换器。图示为喷嘴挡板式电气转换器结构图。通电时线圈3产生磁场将衔铁吸下，使档板5堵住喷嘴6、气源输入的气体经过节流孔7后从输出口输出，即有输出气信号。断电时磁场消失，衔铁在弹性支承2的作用下使挡板5离开喷嘴6，气源输入的气体经节流孔7后从喷嘴6喷出，输出口则无气信号输出。这种电气转换器一般为直流电源6～12V，电流0.1～0.14A，气源压力＜0.01MPa，属低压电气转换器。

气液转换器

气动系统中常常使用气液阻尼缸或液压缸作执行元件，以求获得平稳的速度，因此就需要一种把气信号转换成液压信号输出的装置，这就是气液转换器。常用的气液转换器有两种：一种是气液直接接触或带活塞、隔膜式，即在一筒式容器内，压缩空气直接作用在液面(多为液压油)上，或通过活塞、隔膜作用在液面上，推压液体以同样的压力输出至系统(液压缸等)。

如图所示，压缩空气由输入口1进入转换器，经缓冲装置2后作用在液压油面上，因而液压油即以压缩空气相同的压力从转换器输出口3输出。缓冲装置2用以避免气流直接冲到液面上引起飞溅，视窗4用于观察液位高低，转换器的储油量应不小于液压缸最大有效容积的1.5倍。另一种是换向阀式，即是一个气控液压换向阀。后者气液不接触，可防止油气混合，且输入较低压力的气控信号就可以获得较高压力的液压输出，放大倍数大，但需另外配备液压油源，应用不如前者方便。

延时器

气动延时器的工作原理如图所示，当输入气体分两路进入延时器时，由于节流口1的作用，膜片2下腔的气压首先升高，使膜片堵住喷嘴3，切断气室4的排气通路；同时输入气体经节流口1向气室缓慢充气。

当气室4的压力逐渐上升到一定压力时，膜片5堵住上喷嘴6，切断低压气源的排空通路，于是输出口S便有信号输出。这个输出信号S发出的时间在输入信号A以后，延迟了一段时间，延迟时间的大小取决于节流口的大小、气室的大小及膜片5的刚度。当输入信号消失后，膜片2复位，气室内的气体经下喷嘴排空；膜片5复位，气源经上喷嘴排空，输出口无输出。节流口1可调时，即称为可调式延时器。

程序器

程序器是一种控制装置。其作用是储存各种预定的工作程序，按预先制定的顺序发出信号，使其它控制装置或执行机构以需要的次序自动动作。程序器一般有时间程序器和行程程序器两种。时间程序器是依据动作时间的先后安排工作程序，按预定的时间间隔顺序发出信号的程序器。其结构形式有码盘式、凸轮式、棘轮式、穿孔带式、穿孔卡式等。常见的是码盘式和凸轮式。图示为码盘式时间程序器的工作原理图。

把一个开有槽或孔的圆盘固定在一根旋转轴上，盘轴随同减速机构或同步电机按一定的速度转动，在圆盘两侧面装有发信管和接收管。由发信管发出的气信号在圆盘无孔、槽的地方被挡住，接收管无信号输出；在圆盘上有孔、槽的地方，发信管的信号由接收管接收，信号输出，并送入相应的控制线路，完成相应的程序控制。这个带孔、槽的圆盘一般称为码盘。

爱华网本文地址 » http://www.aihuau.com/a/25101016/317536.html