机械设备控制技术电子教案第9章课件.ppt
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1、*第第9章章 气压传动与控制气压传动与控制 气压传动及控制是以压缩空气为工作介质进行能量和信号的传递,从而实现生产自动化的一门技术。气动控制与电气控制、液压控制一样,在促进自动化的发展等方面起到了极为重要的作用,目前在国内外工业生产中得到了广泛的应用。 由于气压传动与液压传动都是利用流体作为工作介质,二者在工作原理、系统组成、元件结构及图形符号等方面有不少相似之处,所以在学习本章时,前面液压传动的一些基本知识,在此仍有很大的参考和借鉴作用。n9.1 气压传动基础气压传动基础 在学习气压传动之前应掌握空气的有关知识,尤其是气体与液体的差异。 1)自然界的空气是由若干种气体混合而成,并且含有杂质和
2、水蒸气。气压传动的工作介质压缩空气应为干燥、洁净气体。 2)空气的体积随压力和温度的变化而变化的性质,分别表征为压缩性和膨胀性。空气的压缩性和膨胀性都远大于液体和固体。 3)为便于研究,一般视假想的没有黏性的气体为理想气体,一定质量的理想气体在状态变化的某一瞬间满足下列气体状态方程。 4)气压图形符号与液压图形符号的表示有明显的一致性与相似性,但也存在重大区别,例如气动元件向大气排气,就不同于液压元件回油进入油箱的表示方法。常用气压元件的图形符号见附录。n9.1.1 气压传动的特点气压传动的特点 气压传动与机械、电气、液压传动相比,具有以下优缺点:n(1)气压传动的优点 1)以空气为工作介质,
3、来源方便,使用后直接排入大气,处理方便,不污染环境; 2)因空气黏度很小,在管道中流动时能量损失小,故便于集中供气和远距离输送; 3)气动动作迅速,调节方便,维护简单,不存在介质变质及补充问题; 4)工作环境较好,具有很强的适应性,且安全可靠,过载时能实现自动保护; 5)气动元件结构简单,成本低,寿命长,易于实现标准化、系列化和通用化。n(2)气压传动的缺点 1)由于空气具有较大的可压缩性,因而运动的平稳性较差; 2)因工作压力低,不易获得较大的输出力或扭矩; 3)有较大的排气噪声。n9.1.2 气压传动系统的组成气压传动系统的组成 气压传动系统有以下几部分组成: 1)气源装置。其主体部分是空
4、气压缩机,它将机械能转化为气体的压力能,为整个系统提供动力。 2)执行元件。即气缸或气压马达,它将气体的压力能转化为机械能,输送给工作部件。 3)控制元件。即各种阀类,用来控制气压系统中压缩空气的压力、流量和流动方向,以保证执行元件完成预期的工作。 4)辅助装置。是使压缩空气净化、润滑、消声以及用于元件连接所需的装置。如各种过滤器、干燥器、油雾器、消声器及管件等。*第第9章章 气压传动与控制气压传动与控制n9.2.1 气源装置气源装置n常见的气源装置如图9-1所示。空气首先经过滤气器过滤去部分灰尘、杂质后进入压缩机1,压缩机输出的空气先进入后冷却器2进行冷却,然后进入油水分离器3,使部分油、水
5、和杂质从气体中分离出来,得到初步净化的压缩空气送入储气罐4中,即可供给对气源要求不高的一般气动装置使用(一般称为一次净化)。但对仪表用气和质量要求高的工业用气,则必须二次和多次净化处理。将经过一次净化的压缩空气送进干燥器5进一步除去气体中的水分和油。在净化系统中干燥器甲和乙交换使用,其中闲置的一个利用加热器吹入的热空气进行再生,以备交替使用。四通阀用于转换两个干燥器的工作状态,过滤器6的作用是进一步清除压缩空气中的渣子和油气。经过处理的气体进入罐气罐7以便供给气动设备和仪表使用。*第第9章章 气压传动与控制气压传动与控制n1.空气压缩机空气压缩机n空气压缩机是将机械能转变为气体压力能的装置,是
6、气动系统的动力源。空气压缩机的种类很多,一般有活塞式、膜片式、叶片式、螺杆式等类型,其中气压系统最常使用的机型为活塞式压缩机。图9-2所示为卧式空气压缩机的工作原理图。当活塞3向右运动时,由于左腔容积增加,压力下降,而当压力低于大气压力时,吸气阀9被打开,气体进入气缸2内,此为吸气过程。当活塞向左运动时,吸气阀9关闭,缸内气体被压缩,压力升高,此过程即为压缩过程。当缸内气体压力高于排气管道内的压力时,顶开排气阀,压缩空气被排入排气管道内,此过程为排气过程。至此完成一个工作循环,电动机带动曲柄作回转运动,通过连杆、滑块、活塞杆、推动活塞作往复运动,空气压缩机就连续输出高压气体。*第第9章章 气压
7、传动与控制气压传动与控制n2.后冷却器后冷却器 风冷式冷却器的工作原理如图9-3所示。n3.油水分离器油水分离器 油水分离器又名除油器。图9-4为常见的撞机式和环形回转式油水分离器。n4.储气罐储气罐 储气罐一般采用圆筒状焊接结构,有立式和卧式两种。图9-5为立式储气罐的结构图。*第第9章章 气压传动与控制气压传动与控制n5.干燥器干燥器 目前使空气干燥的方法主要是冷却法和吸附法。 图9-6为吸附式干燥器。n6.空气过滤器空气过滤器 空气过滤器又名分水 滤气器、空气滤清器。 图9-7为分水滤气器结 构原理图。 *第第9章章 气压传动与控制气压传动与控制n9.2.2 气动辅件气动辅件n1.油雾器
8、油雾器 普通油雾器(也称一次油雾器)的结构原理如图9-8所示。n2.消声器消声器 气动系统中的消声器主要有吸收型、膨胀干涉型、 膨胀干涉吸收型。n图9-10为膨胀干涉型消声器。n3.转换器转换器 转换器是将电、液、气信号相互间转换的 辅件,用来控制气动系统工作。气动系统 中的转换器主要有气 电、电气、气液等。 图9-11为气液转换器。*第第9章章 气压传动与控制气压传动与控制n9.3 气动执行元件气动执行元件n9.3.1 气缸气缸n1.气缸的分类气缸的分类 1)按压缩空气在活塞端面作用力的方向不同分为单作用气缸和双作用气缸。 2)按结构特点不同分为活塞式、薄膜式、柱塞式、摆动式气缸等。 3)按
9、安装方式可分为耳座式、法兰式、轴销式和凸缘式、嵌入式、回转式气缸等。 4)按功能分为普通式、缓冲式、气一液阻尼式、冲击、步进气缸等。n2.气缸的工作原理气缸的工作原理 大多数气缸的工作原理与液压缸相同,以下介绍几种具有特殊用途的气缸工作原理。 (1)气一液阻尼缸 图9-12为气液阻尼缸工作原理图。 (2)薄膜式气缸 图9-13为薄膜式气缸结构简图。*第第9章章 气压传动与控制气压传动与控制n9.3.2 气动马达气动马达n1.气动马达的工作原理气动马达的工作原理 图9-14为双向旋转叶片式气动马达的工作原理图。n2.气动马达的特点及应用气动马达的特点及应用 气动马达一般具有如下特点: 1)工作安
10、全,具有防爆性能,适用于恶劣的环境,在易燃、易爆、高温、振动、潮湿、粉尘等条件下均能正常工作。 2)有过载保护作用。过载时,马达只是降低或停止转速;当过载解除,继续运转,并不产生故障。 3)可以无级调速。只要控制进气流量,就能调节马达的功率和转速。 4)比同功率的电动机轻11013,输出功率惯性比 较小。 5)可长期满载工作,而温升较小。 6)功率范围及转速范围均较宽,功率小至几百瓦,大至 几万瓦,转速可从每几转每分到上万转每分。 7)具有较高的启动转矩,可以直接带负载启动,启动、 停止迅速。 8)结构简单,操纵方便,可正、反转,维修容易,成本低。 9)速度稳定性差,输出功率小,效率低,耗气量
11、大,噪声 大,容易产生振动。*第第9章章 气压传动与控制气压传动与控制n9.4 气动控制元件 气动控制元件按其功能和作用分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀三大类。此外,还有通过控制气流方向和通断实现各种逻辑功能的气动逻辑元件等。n9.4.1 压力控制阀 气动压力控制阀主要有减压阀,溢流阀和顺序阀。n1.减压阀 气动减压阀也称调压阀。图9-16为直动型调压阀 的结构简图。n2.顺序阀 它依靠气路中压力的作用而控制元件的单向顺序 动作,反向时单向阀打开,顺序阀不起作用。 图9-17为单向顺序阀其工作原理。*第第9章章 气压传动与控制气压传动与控制n3.溢流阀(安全阀)溢流阀(安全阀) 溢流阀当
12、储气罐或回路中压力超过所规定的调定压力时,气流需经安全阀排出,以保证系统安全;当回路中仅靠减压阀的溢流孔排气难以保持执行机构的工作压力时,亦可并联一安全阀做溢流阀用。 安全阀的工作原理如图9-18所示。 *第第9章章 气压传动与控制气压传动与控制n9.4.2 流量控制阀流量控制阀n1.节流阀节流阀 图9-19为圆柱斜切型节流阀的结构。n2.单向节流阀单向节流阀 单向节流阀工作原理如图9-20所示。n3.排气节流阀排气节流阀 图9-21为排气节流阀的工作原理。*第第9章章 气压传动与控制气压传动与控制n9.4.3 方向控制阀方向控制阀 气动方向控制阀和液压方向控制阀相似,分类方法也大致相同。1.
13、单向型控制阀单向型控制阀 单向型控制阀中包括单向阀、或门型梭阀、与门型梭阀和快速排气阀。其中单向阀与液压单向阀类似,其它阀工作原理介绍如下: (1)或门型控制阀 在气压传动系统中,当两个通路P1和P2均与另一通路相通,而不允许P1与P2相通时,就要用或门型梭阀。由于阀芯像织布梭子一样来回运动,因而称之为梭阀,该阀相当于两个单向阀的组合。在逻辑回路中,它起到或门的作用。图9-22为或门型梭阀的工作原理图。 (2)与门型梭阀(双压阀) 与门型梭阀又称双压阀,该阀只有当两个输入口P1、P2同时进气时,A口才能输出。图9-23为与门型梭阀工作原理图。 *第第9章章 气压传动与控制气压传动与控制n(3)
14、快速排气阀 快速排气阀又称快排阀。它是为加快气缸运动速度作快速排气用的。 图9-24为膜片式快速排气阀结构图。n2.换向型控制阀换向型控制阀 换向型方向控制阀(简称换向阀)的功能与液压的同类阀相似,操作方式也大致相同,切换位置和接口数也分几位几通,其基本原理都是在外力作用下,使阀芯和阀套产生相对运动来完成流动方向的变换或流道的通断的。 图9-25为二位三通电磁换向阀结构原理图。 *第第9章章 气压传动与控制气压传动与控制n9.4.4 气动逻辑元件气动逻辑元件 气动逻辑元件的种类很多,按工作压力分为高压、低压、微压三种;按逻辑功能分为“是门”、“与门”、“或门”、“非门”和“双稳”元件;按结构形
15、式分为截止式、膜片式、滑阀式和球阀式等几种类型。n1.气动逻辑元件的特点气动逻辑元件的特点 1)元件孔径较大,抗污能力强,对气源的净化程度要求低。 2)元件在完成切换动作后,能切断气源和排气孔之间的通道,即具有关断能力,无功耗气量较低。 3)负载能力,适应能力强,可带多个同类型元件。 4) 在组成系统时,元件间的连接方便,调试简单。 5)在强冲击振动下,有可能产生误动作。n2.几种常见的气动逻辑元件几种常见的气动逻辑元件 基本逻辑单元有“是“门”、“与门”、“或门”、“非门”和“双稳”等。 (1)“是门”和“与门”元件 图9-26为截止式“是门”和“与门”元件结构 原理图。 (2)“或门”元件
16、 图9-27为“或门”元件结构图。 *第第9章章 气压传动与控制气压传动与控制 (3)“非门”和“禁门”元件 图9-28为“非门”及“禁门”元件的结构图。 (4)“双稳”元件 图9-29为“双稳”元件结构原理图。 “双稳”元件具有记忆性能,也称记忆元件。 *第第9章章 气压传动与控制气压传动与控制n9.10 气动基本回路气动基本回路 气压传动系统的形式很多,是由不同功能的基本回路所组成,熟悉常用的基本回路是分析和设计气压传动系统的必要基础。n9.5.1 方向控制回路方向控制回路 方向控制回路是通过换向阀得电、失电使气缸改变方向的换向回路。常用的有单作用气缸换向回路、双作用气缸的控制回路。n1.
17、单作用气缸换向回路单作用气缸换向回路 图9-30所示为单作用气缸换向回路。在图9-30(a)回路中当电磁铁得电时,气压使活塞伸出工作,而电磁铁失电时,活塞杆在弹簧作用下缩回。 在图9-30(b)回路中三位五通换向阀,电磁铁失电后能自动复位,故能使气缸停留行程中任意位置,但定位精度不高,定位时间不易太长。*第第9章章 气压传动与控制气压传动与控制n2.双作用气缸换向回路双作用气缸换向回路 图9-31所示为各种双作用气缸的控制回路。 在图9-31 a)回路中通过对换向阀上、下切换,使气缸活塞杆伸出和缩回; 9-31 b)的回路中,当有气控制信号A时气缸推出,反之气缸退回; 9-31 c)为三位五通
18、气控阀和手动二位三通阀控制的换向回路,当手动阀换向时,由手动阀控制气流推动二位五通气换向控阀换向,气缸活塞外伸。松动手动阀,则活塞杆;返回; 9-31 d)、e)、f)的两端控制 电磁铁线圈或按钮不能同时操作, 否则将出现误动作,其回路相当于 双稳的逻辑功能; 9-31f)还有中位停止,但中停定 位精度不高。*第第9章章 气压传动与控制气压传动与控制n9.5.2 压力控制回路压力控制回路 常用的有一次压力控制回路,二次压力控制回路和高低压转换回路。n1.一次压力控制回路一次压力控制回路 图9-32所示为一次压力控制回路。n2.二次压力控制回路二次压力控制回路 二次压力控制回路主要是对气动系统的
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