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一文全懂—气压传动基础知识讲解

浏览:73 发表时间:2020-11-02 20:10:59 来源:机械工程师

内容提要:

1、气压系统执行元件的结构及动作原理。

2、气压系统三大类控制元件的功能。

3、压力控制阀的基本结构和原理及应用。

4、节流阀和调速阀各自的特点和应用。

5、方向控制阀的种类、结构、工作原理和应用。

6、逻辑元件的原理和特点。

第一节 气缸的分类

气动系统常用的执行元件为气缸和气马达。

气缸用于实现直线往复运动,输出力和直线位移;气马达用于实现连续回转运动,输出力矩和角位移。

一、气缸的分类

气缸的种类很多,分类的方法也不同,一般可按压缩空气作用在活塞端面上的方向、结构特征和安装形式来分类。现将气缸的类型和安装形式分别列于表9-1及表9-2中。

二、常用气缸的特点

(1)普通气缸

气缸主要由缸筒、活塞杆、前后端盖及密封件等组成,如图所示为普通气缸结构。

(2)薄膜气缸

薄膜气缸主要由缸体、膜片、膜盘和活塞杆组成。如图9-2所示。

(3)无杆气缸

无杆气缸没有刚性活塞杆,利用活塞直接或间接实现直线运动。如图9-3 所示。

三、气缸的使用

气缸的使用时应注意以下几点:

1)根据工作任务的要求,选择汽缸的结构形式、安装方式并确定活塞杆的推力和拉力。

2)一般不使用满行程,而使用其行程余量为30-100mm;

3)气缸工作的推荐速度在0。5~1m/s,工作压力为0.4~0.6MPa,环境温度为5~60°C范围内。

四、气马达与工作原理

第二节 气动控制元件

控制元件按其作用和功能分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀三类。

一、方向控制阀

类型: 单向型、换向型

阀心结构:截止式、滑阀式

1、单向型控制阀

单向型控制阀中包括单向阀,或门型梭阀和快速排气阀。其中单向阀与液压单向阀类似。

(1)或门型梭阀

“或门”型梭阀相当于两个单向阀的组合。图9-5为“或门”型梭阀结构图,它有两个输入口P1、P2,一个输出口A,阀芯在两个方向上起单向阀的作用。

工作原理:P1进气 , P2切断,P1→A,A有输出;P2进气 , P1切断,P2→A,A有输出;P1、P2进气,高压侧进气口→A;P1= P2,则先加入压力的一侧→A;另一侧通路关闭;

应用

(2)与门型梭阀

“与门”型梭阀相当于两个单向阀的组合,适用于互锁回路中。“与门”型梭阀的结构如图9-7。

工作原理

P1、P2同时输入,A口有输出; P1、P2无输入,口无输出; P1≠ P2,则低压侧→A;高压侧关闭;

“与门”型梭阀应用回路

(3)快速排气阀

功用:使气动元件或装置快速排气。

结构:见图9-9。

工作原理

P口进气,膜片↓封住排气口,P→A;气流反向流动,P的压力↓,A口的气压将膜片顶起封住P口,A→O;

快速排气阀的应用

装于换向阀与气缸之间,使气缸的排气过程不经过换向阀即可完成。

2、换向型控制阀

功用:通过改变气体流通的通道使气体的流动方向发生变化,进而改变执行元件的方向。

控制方式:气压控制、电磁控制、机械控制、手动控制、时间控制。如图为电磁换向阀

二、压力控制阀

压力控制阀主要有减压阀、溢流阀和顺序阀三类

1、减压阀

减压阀的作用是降低由空气压缩机来的压力,以适于每台气动设备的需要,并使这一部分压力保持稳定。按调节压力方式不同,减压阀有直动型和先导型两种。

(1)直动型减压阀

图9-11 所示为QTY型

直动型减压阀的结构简图。

工作原理

阀处于工作状态时,压缩空气P1口→阀口11→P2口流出。

当顺时针旋转手柄1,压缩2、3推动膜片5下凹,使阀杆7带动阀芯9下移,打开进气阀口11,压缩空气通过阀口11的节流作用,使输出压力低于输入压力,以实现减压的作用。于此同时,有一部分气流经阻尼孔6进入膜片室12,在膜片下部产生一向上的推力。当推力与弹簧的作用相互平衡后,阀口开度稳定在某一值上,减压阀就输出一定压力的气体。阀口11开度越小,节流作用越强,压力下降也越多。

(2)先导型减压阀

组成:先导阀 主阀

工作原理:当气流从P1流入阀体后,一部分经阀口9→P2口,另一部分经固定节流孔1

→中气室5→喷嘴2→挡板3及孔道反馈至下气室6,→阀杆7中心孔及排气孔8→大气。

把手柄旋到一定位置,使喷嘴挡板的距离在工作范围内,减压阀就进入工作状态。中气室5的压力随喷嘴与挡板间距离的减小而增大,于是推动阀芯打开进气阀口9,即有气流流到出口,同时经孔道发馈到上气室4,与调压弹簧相平衡。

若输入压力瞬时升高,输出压力也相应升高,通过孔口的气流使下气室6的压力也升高,破坏了膜片原由的平衡,使阀杆7上升,节流阀口减小,节流作用增强,输出压力下降,使膜片两端作用力重新平衡,输出压力恢复到原来的调定值。

当输出压力瞬时下降时,经喷嘴挡板的放大也会引起中气室5的压力较明显升高,而使阀芯下移,阀口开大,输出压力升高,并稳定到原数值上。

压阀选择时应根据气源压力确定阀的额定输入压力,气源的最低压力应高于减压阀最高输出压力0.1Mpa以上。减压阀一般安装在空气过滤之后,油雾器之前。

(3)定值器

定值器即高精度减压阀。结构见图9-13。

规格:0.14MPa 输出范围 0~0.1MPa

0.35MPa 输出范围 0~0.25MPa

性能:气源压力在±10%时,定值器输出压力不超过0.3%;

气源压力为额定值时,输出压力为最大值的80%,流量0~600L/h,输出压力变化﹤±1%。

(4)减压阀的应用

2、溢流阀

作用

当系统压力超过调定值时,便自动排气,使系统的压力下降,以保证系统安全,故也称其为安全阀。

分类

按控制方式分,溢流阀有直动型和先导型两种。

(1)直动型溢流阀

如图9-15所示,将阀p口与系统相连接,O口通大气压力,当系统压力大于溢流阀调定压力时,气体推开阀芯,经阀口从O口排至大气,使系统压力稳定在调定值。

(2)先导型溢流阀

如图9-16所示。溢流阀的先导阀为减压阀由它减压后的空气从上部K口进入阀内,以代替直动型的弹簧控制溢流阀。

(3) 溢流阀的应用

3、顺序阀

顺序阀的作用是依靠气路中压力的大小来控制机构按顺序动作。顺序阀常与单向阀并联结合成一体,称为单向顺序阀。

工作原理

当压缩空气由P口→腔4,若作用在活塞3上的力﹤弹簧2上的力时,阀关闭。当作用于活塞上的力﹥弹簧力时,活塞被顶起,压缩空气经腔4→腔5由A口流出,进入其它控制元件或执行元件,此时单向阀关闭。

当切换起源时(图b),腔4压力迅速下降,顺序阀关闭,此时腔5压力高于腔4压力,在气体压力差作用下,打开单向阀,压缩空气由右腔5经单向阀6流入左腔4向外排出。

(2)顺序阀的应用

图9-20所示为用顺序阀控制两个气缸顺序动作的原理图。

结构和图形符号:

见图9-19

三、流量控制阀

流量控制阀主要有节流阀,单向节流阀和排气节流阀等。

一、节流阀

1、作用

通过改变阀的通流面积来调节流量。

结构:见图9-21

工作原理

气体由输入口P进入阀内,经阀座与阀芯间的节流通道从输出口A流出,通过调节螺杆使阀芯上下移动,改变节流口通流面积,实现流量的调节。

2、单向节流阀

单向节流阀是由单向阀和节流阀并联组合而成的组合式控制阀。

结构

见图9-23

工作原理

当气流由P至A正向流动时,单向阀在弹簧和气压作用下关闭,气流经节流阀节流后流出,而当由A至P反向流动时,单向阀打开,不起节流作用。

3、带消声器的节流阀

功用:安装在执行元件的排气口处,用来控制执行元件排入大气中气体的流量并降低排气噪声。

应用

第三节 逻辑元件

气动逻辑元件:是一种以压缩空气为工作介质,通过元件内部可动部件的动作,改变气流流动的方向,从而实现一定逻辑功能的流体控制元件。

分类:

按工作压力分:高压、低压、微压三种。

按结构形式分:截止式、膜片式、滑阀式和球阀式。

气动逻辑元件的特点

1.元件孔径较大,抗污染能力较强,对气源的净化程度要求较低。

2.元件在完成切动作后,能切断气源和排气孔之间的通道,无功耗气量较低。

3.负载能力强,可带多个同类型元件。

4.在组成系统时,元件连接方便,调试简单。

5.适应能力较强,可在各种恶劣环境下工作。

6.响应时间一般在10ms以内。

一、高压截止式逻辑元件

1.“是门” 和“与门”元件

图9-26为“是门”元件及“与门”元件的结构图。图中,P为气源口,a为信号输入口,S为输出口。

工作原理

a无信号,P与 S不导通,S无输出;

a有信号,P与 S导通,S有输出.

当气源口P改为信号口b时,则成“与门”元件,即只有当a和b同时输入信号时,S才有输出,否则S无输出。

2.“或门”元件

图9-27为“或门”元件的结构图。

工作原理

当只有a信号输入时,阀片3被推动下移,打开上阀口,接通a→S通路,S有输出。类似地,当只有b信号输入时,b→S接通,S也有输出。显然,当a,b均有信号输入时,S定有输出。显示活塞1用于显示输出的状态。

3.“非门”和“禁门”元件

图9-28为“非门”及“禁门”元件的结构图.a为信号输入孔,S为信号输出孔,P为气源孔。

工作原理

在a无信号输入时,阀片1在气源压力作用下上移,开启下阀口,关闭上阀口,接通P→S通路,S有输出。

当a有信号输入时,膜片6在输入信号作用下,推动阀杆3及阀片1下移,开启上阀口,关闭下阀口,S无输出。显然此时为“非门”元件。

若将气源口P改为信号 b口,该元件就成为“禁门“元件。在a,b均有信号时,阀片1及阀杆3在a输入信号作用下封住b孔,S无输出;在a无信号输入,而b有输入信号时,S就有输出,即a输入信号起“禁止“作用。

4.“或非”元件

图9-29为“或非”元件工作原理图。P为气源口,S为输出口,a、b、c为三个信号输入口。

工作原理

当三个输入口均为无信号输入时,阀芯3在气源压力作用下上移,开启下阀口,接通P→S通路,S有输出。三个输入口只要有一个口有信号输入,都会使阀芯下移关闭阀口,截断P→S通路,S无输出。

“或非”元件是一种多功能逻辑元件,用它可以组成“与门”、“或门”、“非门”、“双稳”等逻辑元件。

5. 记忆元件

记忆元件分为单输出和双输出两种。双输出记忆元件称为双稳元件,单输出 记忆元件称为单记忆元件。

图9-30为“双稳”元

件原理图。

工作原理

当a有控制信号输入时,阀芯2带动滑块4右移,接通P→S1通路,S1有输出,而S2与排气孔O相通,无输出。此时“双稳”处于“1”状态,在b输入信号到来之前,a 信号虽消失,阀芯2仍总是保持在 右端位置。当b有输入信号时,则P→S2相通,S2有输出,S1→O相通,此时元件置“O”状态,b信号消失后,a信号未到来前,元件一直保持此状态。

图9-31为单记忆元件的工作原理图。

工作原理

当b有信号输入时,膜片1使阀芯2上移,将小活塞4顶起,打开气源通道,关闭排气口,使S有输出。如b信号撤消,膜片1复原,阀芯在输出端压力作用下仍能保持在上面位置,S仍有输出,对b置“1”信号起记忆作用。当a有信号输入时,使阀芯2下移,打开排气通道,活塞4下移,切断气源,S无输出。

二、逻辑元件的应用举例

1、“或门”元件控制线路

图9-32为采用梭阀作“或门”元件控制线路

工作原理

当信号a及b 均 无输入时(图示状态),气缸处于原始位置。

当信号a及b有输入时,梭阀S有输出,使二位四通阀克服弹簧力作用切换至上方位置,压缩空气即通过二位四通阀进入气缸下腔,活塞上移。

当信号a或b解除后,二位四通阀在弹簧作用下复位,S无输出,二位四通阀也在弹簧作用下复位,压缩空气进入气缸上腔,使气缸复位。

2、双手操作安全回路

图9-33为用二位三通按钮式换向阀和逻辑“禁门”元件组成的安全回路。

当两个按钮阀同时按下时,“或门”的输出信号S1要经过单向节流阀3进入蓄能器4,经一定时间的延时后才能经逻辑“禁门”5输出,而“与门”的输出信号S2是直接输入到“禁门”6上的。因此S2比S1早到达“禁门”6,“禁门”6有输出。

输出信号S4一方面推动主控制阀8换向使缸7前进,另一方面又作为“禁门”5的一个输入信号,由于此信号比S1早到达“禁门”5,故“禁门”5无输出。如果先按阀1,后按阀2,且按下的时间间隔大于回路中延时时间t,那么,“或门”的输出信号S1先到达“禁门”5,“禁门”5有输出S3输出,而输出信号S3是作为“禁门”6的一个输入信号的,由于S3比S2早到达“禁门”6,故“禁门”6无输出,主控制阀不能切换,气缸7不能动作。

若先按下阀1,则其效果与同时按下两个阀 的效果相同。但若只按下其中任一个阀,则使换向阀8进不能换向。

第四节 气源装置及辅件

一、 气源装置

气源装置是用来产生具有足够压力和流量的压缩空气并将其净化、处理及储存的一套装置。图9-34所示为常见的气源装置。其主要由以下元件组成。

1、空气压缩机

功用:将机械能转变为气体压力能的装置,是启动系统的动力源。

分类:活塞式,膜片式、螺杆式,其中气压系统最常使用的机型为活塞式压缩机。

在选择空气压缩机时,其额定压力≥工作压力,其流量应等于系统设备最大耗气量并考虑管路泄露等因素。

2、后冷却器

功用:将压缩机排出的压缩气体温度由120—150℃降至40—50℃,使其中水汽、油雾汽凝结成水滴和油滴,以便经除油器析出。

分类:后冷却器一般采用水冷换热装置,其结构形式有:列管式、散热片式,管套式、蛇管式和板式等。其中,蛇管式冷却器最为常用。

结构

3、除油器

功用:分离压缩空气中凝聚的水分和油分等杂质使压缩空气得到初步净化。

分类:环形回转式、撞击折回式、离心旋转式和水浴式等。

图9-35为撞击折回并环形回转式除油器。

工作原理:

压缩空气自入口进入后,因撞击隔板而折回向下,继而后回升向上,形成回转环形流,使水滴、油滴和杂志在离心力和惯性力作用下,从空气中分离析出,并沉降在底部,定期打开底部阀门排出,初步净化的空气从出口送往储气罐。

4、干燥器

功用:为了满足精密启动装置用气,把初步净化的压缩空气进一步净化以吸收和排除其中的水分、油分、及杂质,使湿空气变成干空气。

分类:潮解式、加热式、冷冻式等。

空气干燥器:吸收式

空气干燥器:吸附式

空气干燥器:冷冻式

5、空气过滤器

功用:滤除压缩空气的水分、油滴及杂质,以达到气动系统所要求的净化程度。

安装:它属于二次过滤器,大多与减压阀、油雾器一起构成气动三联件。通常垂直安装在气动设备入口处,进出气孔不得装反,使用中注意定期放水,清洗或更换滤芯。

选择:空气过滤器主要根据系统所需要的流量,过滤精度和容许压力等参数来选取。

图9-36所示为空气过滤器结构图。

气动三联件

工作原理:

压缩空气从输入口进入后,沿旋风叶子强烈旋转,夹在空气中的水滴、油滴和杂质在离心力的作用下分离出来,沉积在存水杯底,而气体经过中间滤心时,又将其中微粒杂质和雾状水分滤下,沿挡水板流入杯底。洁净空气经出口输出。

6、储器罐

功用:调节气流,减少输出气流的压力脉动,使输出气流具有流量连续性和气压稳定性。

容积的选择:当已知空气压缩机排气q时,储器罐容积可参考下述经验公式:

q < 6m⊃3;/min Vc = 0.2qm⊃3;

q = 6—30m⊃3;/min Vc = 0.15qm⊃3;

q > 30m⊃3;/min Vc = 0.1qm⊃3;

二、 气 动 辅 件

1、油雾器

功用:油雾器是气压系统中一种特殊的注油装置,其作用是把润滑油雾化后,经压缩空气携带进入系统中各润滑部位,满足润滑的需要。

图9-37是油雾器的结构图。

工作原理:

气路:从输入口进入,大部分从主气道流出,一小部分通过小孔A→阀座8腔中→储油杯4上腔C,(此时特殊单向阀处在中间位置)如图9-38示。

油路:油液受压后经吸油管7将单向阀6顶起→视油器5→喷嘴1腔,被主气道中的气流从小孔B中引射出来。

供油量:1mL/10m3

油量的调节:调节视油器上的节流阀9可调节油量,使滴油量可在0—200滴/分范围内变化。

切断供油:当旋松油塞10后,使腔C与大气相通,此时特殊单向阀2背压降低而关闭,从而切断了气体与上腔C的通道,单向阀6也由于C腔压力降低处于关闭状态,气体也不会从吸油管进入C腔。因此可以在不停气源的情况下从油塞口给油雾器加油。

2、消声器

功用:排除压缩气体高速通过气动元件排到大气时产生的刺耳噪声污染。

结构:图9-39是膨胀干涉吸收型消声器。

工作原理

气流经过对称斜孔分成多束进入扩散室A后膨胀,减速后与反射套碰撞,然后反射到B室,在消声器中心处,气流束互相撞击、干涉。当两个声波相位相反时,使声波的振幅相互减弱达到消耗声能的目的。最后声波通过消声器内壁的消声材料,残余声能由于消声材料的细孔相摩擦而变成热能,再次达到降低声强的效果。

3、转换器

转换器是将电、液、气信号相互转换的辅件,用来控制气动系统工作。

1)气/电转换器

图9-40是低压气/电转换器结构图。它是把气信号转换成电信号的元件。

工作原理:

硬芯与焊片是两个长断电触点。当有一定压力的气动信号由输入口进入后,膜片向上弯曲,带动硬芯与限位螺钉接触,即与焊片导通,发出电信号。气信号消失后,膜片带动硬芯复位,触点断开,电信号消失。

选择时要注意:信号工作压力大小、电源种类、额定电压和额定电流大小。

安装:不应倾斜和倒置,以免发生误动作,控制失灵。

2)电/气转换器

下图是电/气转换器结构图,其作用与气/电转换器相反,是将电信号转换成气信号的元件。

工作原理:当无电信号时,橡胶挡板4在弹簧1的作用下上抬,喷嘴打开,由气源输入的气体经喷嘴排空,输出口无输出。当线圈2通入电流时,产生磁场吸下衔铁3,橡胶挡板挡住喷嘴。输出口有气信号输出。



 
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