9~10 气压传动基础知识与气动装置ppt课件.ppt

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1、910 气压传动基础知识与气动装置液压与气压传动2液压与气压传动液压与气压传动哈尔滨铁道职业技术学院机电工程学院气压传动气压传动基础知识3气压传动前言气压传动前言 气压传动是以压缩空气作为工作介质进行能量传递和控制的一种传动形式。气压传动与液压传动工作原理和系统组成相同，但因工作介质不同，其间又有显著的差异。 除了具有与液压传动一样，操作控制方便，易于实现自动控制、中远程控制、过载保护等优点外，还具有工作介质处理方便、无介质费用、无泄漏污染、介质不易变质及补充方便等优势。 空气的压缩性极大的限制了气压传动传递的功率，一般工作压力较低（0.31MPa），总输出力不宜大于1040kN，且工作速度稳

2、定性较差。气压传动气压传动基础知识4空气的物理性质空气的物理性质一、空气的组成l 主要成分有氮气、氧气、惰性气体和一定量 的水蒸气。l 含水蒸气的空气称为湿空气，不含水蒸气的 空气称为干空气气压传动气压传动基础知识5空气的物理性质空气的物理性质二、气体的基本状态参数1、六个气体状态参数：温度T、体积V、压力p、热力学能、焓、熵。2、温度T、体积V、压力p三个基本状态参数规定了空气的两种状态：l 基准状态：温度0，压力1.013105Pa的干空气状态；其密度为1.293kg/m3。l 标准状态：温度20，相对湿度65%，压力0.1MPa的空气状态；其密度1.185kg/m3。气压传动气压传动基础

3、知识6空气的物理性质空气的物理性质三、空气的密度02732730.1013pt对于干燥空气，其密度可表示为：气压传动气压传动基础知识7空气的物理性质空气的物理性质四、空气的粘性 空气的粘性受压力变化的影响极小，可忽略不计；它主要受温度变化的影响，随着温度的升高，空气的粘性增大。气压传动气压传动基础知识8空气的物理性质空气的物理性质五、空气的易变特性 气体的体积受压力和温度变化的影响极大，与液体和固体相比较，气体的体积是易变的，称为气体的易变特性。气压传动气压传动基础知识9空气的物理性质空气的物理性质六、湿空气 含有水分的空气称为湿空气，空气中含有水分的多少对气动系统的工作稳定性有直接的影响，因

4、此各种气动元件对空气介质中含水量有明确的规定，并需要采用相应的措施出去空气介质中的水分。气压传动气压传动基础知识10空气的物理性质空气的物理性质六、湿空气1、绝对湿度smV2、饱和绝对湿度bbspRT3、相对湿度sbb100%100%pp气压传动气压传动基础知识11空气的物理性质空气的物理性质六、湿空气4、含湿量质量含湿量：sgmdm容积含湿量：gsggdmmddVV 气压传动气压传动基础知识12气体的状态变化气体的状态变化一、理想气体的状态方程 没有粘性的气体称为理想气体，其参数之间存在一个状态方程：pVmRTVRT 实际气体在压力010MPa、温度0200之间变化时，可看作为理想气体。气压

5、传动气压传动基础知识13气体的状态变化气体的状态变化二、气体状态变化过程及其规律当气体质量不变时，气体状态方程可变为pVmRT 常量1、等容过程1212=ppTT常量2、等压过程1212=VVTT常量气压传动气压传动基础知识14气体的状态变化气体的状态变化二、气体状态变化过程及其规律3、等温过程4、绝热过程1 122pVp V 常量1 122kkpVp V常量5、多变过程1 122nnpVp V常量气压传动气压传动基础知识15气体的状态变化气体的状态变化三、气压传动系统中的快速充、放气过程 由于快速充、放气过程中的气体来不及与外界进行能量交换，可视为绝热过程。1、定容积器充气过程充气前定容积器

6、状态111(,)p T m充气后定容积器状态222(,)p T m气压传动气压传动基础知识16气体的状态变化气体的状态变化三、气压传动系统中的快速充、放气过程1、定容积器充气过程 充气引起的温度和质量变化21111002()TkTTpTkTTp10TT02121 (1)kTTpkp21210()VmmmppkRT气压传动气压传动基础知识17气体的状态变化气体的状态变化三、气压传动系统中的快速充、放气过程1、定容积器充气过程 充气时间p0.528p0，声速充气阶段，时间t1p0.528p0，亚声速充气阶段，时间t21120301.2852735.217 10ptttpVkAT气压传动气压传动基础

7、知识18气体的状态变化气体的状态变化三、气压传动系统中的快速充、放气过程2、容器放气过程放气前容器状态111(,)p T m放气后容器状态222(,)p T m气压传动气压传动基础知识19气体的状态变化气体的状态变化三、气压传动系统中的快速充、放气过程2、容器放气过程 放气引起的温度和质量变化12211kkpTTp12211kpmmp气压传动气压传动基础知识20气体的状态变化气体的状态变化三、气压传动系统中的快速充、放气过程2、容器放气过程 放气时间p 1.893pa，声速放气阶段，时间t1p 1.893pa ，亚声速放气阶段，时间t211221112ea31210.94512735.217

8、10kkkkppktttkppVkAT气压传动气压传动基础知识21气体的流动规律气体的流动规律 气体流动和油液流动一样，遵循能量守恒与转换、质量守恒和其它运动规律。气压传动系统中，气体在管道中的流动可视为一维定常流动（稳定流动）气压传动气压传动基础知识22气体的流动规律气体的流动规律一、气体流动的基本方程1、连续性方程1 11222v Av A2、动量方程dd0pv v气压传动气压传动基础知识23气体的流动规律气体的流动规律一、气体流动的基本方程3、能量方程（伯努利方程）2wd2dvpgzgh常量2w21vkpgzghk常量绝热过程，可压缩221vkpk常量忽略摩擦、高度影响22vp常量低速、

9、不可压缩气压传动气压传动基础知识24气体的流动规律气体的流动规律二、声速和马赫数1、声速 在理想气体中，声音传播的速度只与气体温度相关，表达式为：2020 273ckRTTt气压传动气压传动基础知识25气体的流动规律气体的流动规律二、声速和马赫数2、马赫数 气流速度v与当地声速c之比称为马赫数：vMacMa1，气体流动为超声速流动；Ma=1，气体流动为临界流动； 马赫数反映了气流的压缩性，马赫数越大，气流密度变化越大；在气压传动系统中，可认为是不可压缩的。气压传动气压传动基础知识26气体的流动规律气体的流动规律二、声速和马赫数3、气体在管道中的流动特性 变截面的管道中，气体在马赫数大于1和小于

10、1两种情况下，气体的状态参数随管道截面积变化的规律绝然不同。气压传动气压传动基础知识27气体的流动规律气体的流动规律三、气体通过收缩喷嘴的流动p0pe0.528p03ze002733.9 10qAppTpe0.528p03ze002731.89 10qA pT气压传动气压传动基础知识28气体的流动规律气体的流动规律四、气动元件和管道的有效面积0AaA1、圆形节流孔的有效截面积气压传动气压传动基础知识29气体的流动规律气体的流动规律四、气动元件和管道的有效面积2、管道的有效截面积气压传动气压传动基础知识30气体的流动规律气体的流动规律四、气动元件和管道的有效面积3、多个元件组合后的有效截面积气压

11、传动气源装置及气动元件31气动元件概述气动元件概述 和液压系统类似，气动系统的元件及装置可分为以下几种：l 气源装置 压缩空气的发生装置以及压缩空气的存贮、净化的辅助装置。l 执行元件 将气体压力能转换成机械能并完成做功动作的元件，如气缸、气马达。l 控制元件 控制气体压力、流量及运动方向的元件，如各阀类；能完成一定逻辑功能的元件，即气动逻辑元件；感测、转换、处理气动信号的元件，如气动传感器及信号处理装置。l 气动辅件 气动系统中的辅助元件，如消声器、管道、接头等。气压传动气源装置及气动元件32气源装置气源装置 气源装置为气动系统提供满足一定质量要求的压缩空气，是气动系统的重要组成部分； 气动

12、系统对压缩空气的主要要求：具有一定压力和流量，并具有一定的净化程度； 气源装置由以下四部分组成：l 气压发生装置空气压缩机；l 净化、贮存压缩空气的装置和设备；l 管道系统；l 气动三大件。气压传动气源装置及气动元件33气源装置气源装置气压传动气源装置及气动元件34气源装置气源装置一、气压发生器1、空气压缩机的分类 空气压缩机是将机械能转换成气体压力能的装置。容积型压缩机速度型压缩机转换方式气压传动气源装置及气动元件35气源装置气源装置一、气压发生器2、空气压缩机的选用原则l 压力：低压0.2MPa，中压1MPa，高压10MPa，超高压100MPa。l 流量：整个气动系统的需要量加上一定的备用

13、量。气压传动气源装置及气动元件36气源装置气源装置二、压缩空气的净化装置和设备1、气动系统对压缩空气质量的要求压力、流量、一定的净化程度空气压缩机直接产生的压缩空气含有油分、水分、灰尘等混合形成的胶体微雾。l 油蒸汽聚集后形成易燃物，并具有腐蚀性；l 阻塞气动元件通道；l 水分凝结成水，甚至会结冰；l 杂质会加快元件的磨损，降低效率和寿命。气压传动气源装置及气动元件37气源装置气源装置二、压缩空气的净化装置和设备2、压缩空气的净化设备后冷却器、油水分离器、贮气罐、干燥器l 后冷却器将空压机排出具有140170的压缩空气降温至4050。蛇管式列管式气压传动气源装置及气动元件38气源装置气源装置二

14、、压缩空气的净化装置和设备2、压缩空气的净化设备l 油水分离器的作用是分离压缩空气中所含的水分、油份等杂质，初步净化压缩空气。环形回转式撞击折回式离心旋转式水浴式气压传动气源装置及气动元件39气源装置气源装置二、压缩空气的净化装置和设备2、压缩空气的净化设备l 贮气罐贮存一定量的压缩空气，减少气源输出的气流脉动，并进一步分离水分和油分气压传动气源装置及气动元件40气源装置气源装置二、压缩空气的净化装置和设备2、压缩空气的净化设备l 干燥器进一步出去水分、油分、颗粒杂质等，使压缩空气干燥。气压传动气源装置及气动元件41气源装置气源装置三、管道系统1、管道系统的布置原则l 根据现场统一协调布置；l

15、 在主干管道和支管终点设置集水罐；l 支管在主管上部采用大角度拐弯后再向下引出，并接入一个配气器；l 管道涂防锈漆，并标记规定颜色；l 采用多种供气网络：单树枝、双树枝、环状；l 在较长管道的用气点附近安装贮气罐；l根据最大耗气量或流量来确定管道的尺寸。气压传动气源装置及气动元件42气源装置气源装置三、管道系统1、管道系统的布置原则气压传动气源装置及气动元件43气源装置气源装置三、管道系统1、管道系统的布置原则气压传动气源装置及气动元件44气源装置气源装置三、管道系统2、管道系统设计计算原则l 管道内径 管径大小是根据压缩空气的最大流量和允许的最大压力损失决定的。l 管道壁厚 管道壁厚是关于强

16、度问题，与压缩空气的最大压力有关，可参考相关的设计手册。气压传动气源装置及气动元件45气源装置气源装置四、气动三大件1、分水过滤器（动画演示）滤去空气中的灰尘、杂质、水分。l 过滤度：允许通过的杂质颗粒的 最大直径。l 水分离率：分离水分的能力。l 虑灰效率：过滤灰尘的能力。l 流量特性：通流压缩空气的能力。 气动三大件包括分水过滤器、减压阀、油雾器，三大件依次无管化连接而成的组件称为三联件，是气动系统使用压缩空气质量的最后保证。气压传动气源装置及气动元件46气动辅助元件气动辅助元件四、气动三大件2、油雾器l 流量特性：通流压缩空气的能力；l 起雾油量：节流阀全开时的最小空气流量。 当压缩空气流过时，它将润滑油喷射成雾状，随压缩空气流入需要的润滑部件，达到润滑目的。气压传动气源装置及气动元件47气动辅助元件气动辅助元件3、减压阀（动画演示） 图 型减压阀 调节旋钮 、 调压弹簧 溢流阀座 膜片 膜片气室 阻尼孔阀芯 复位弹簧 进气阀口 排气孔 溢流孔四、气动三大件 减压和稳压，使输出压缩空气压力与系统要求相匹配。气压传动气源装置及气动元件48气动辅助元件气动辅助元件四、气动三大件4、安装次序 气动三大件的安装连接次序：分水过滤器、减压阀、油雾器。多数情况下，三件组合使用，也可以少于三件，只用两个或一个。