第13章氣執(zhí)行元件和控制元件

第13章

氣執(zhí)行元件和控制元件掌握氣動(dòng)執(zhí)行元件和控制元件的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，為氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選擇打下基礎(chǔ)。在氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，氣動(dòng)執(zhí)行元件是一種能量轉(zhuǎn)換裝置。它是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，驅(qū)動(dòng)機(jī)械機(jī)械實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)、擺動(dòng)、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或沖擊運(yùn)動(dòng)。撥動(dòng)執(zhí)行元件分為：氣缸和氣馬達(dá)。氣缸用于實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)，輸出力和直線速度或擺動(dòng)角位移；氣馬達(dá)則用于實(shí)現(xiàn)連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。氣動(dòng)控制元件用來(lái)調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力、流量和方向等，以保證執(zhí)行機(jī)械按規(guī)定要求的程序進(jìn)行工作。氣動(dòng)控制元件分為：壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥?！?3-1氣缸第13章氣執(zhí)行元件和控制元件一、氣缸的工作原理、分類及安裝形式1、氣缸的典型結(jié)構(gòu)和工作原理如圖所示為最常用的單活塞桿雙作用氣缸。它由缸筒、活塞、活塞桿、前端蓋、后端蓋及密封件等組成。在結(jié)構(gòu)上它有兩個(gè)工作腔和兩個(gè)氣口?！?3-1氣缸第13章氣執(zhí)行元件和控制元件2、氣缸的分類按結(jié)構(gòu)特征分：活塞式氣缸和膜片式氣缸。按運(yùn)動(dòng)形式分：直線運(yùn)動(dòng)缸和擺動(dòng)氣缸。3、氣缸的安裝形式1）固定式氣缸腳座式和法蘭式2）軸銷式U形鉤式和耳軸式3）回轉(zhuǎn)式氣缸4）嵌入式氣缸§13-1氣缸第13章氣執(zhí)行元件和控制元件二、常用氣缸的結(jié)構(gòu)原理1、普通氣缸形式：?jiǎn)巫饔脷飧缀碗p作用氣缸應(yīng)用：無(wú)特殊要求的場(chǎng)合2、特殊氣缸1）薄膜式氣缸膜片有平膜片和盤形膜片特點(diǎn)：類似于彈簧復(fù)位的活塞式單作用氣缸。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、體積小、質(zhì)量輕、密封性好、加工簡(jiǎn)單、維修方便等應(yīng)用：適用于行程短的場(chǎng)合§13-1氣缸第13章氣執(zhí)行元件和控制元件2）磁性開關(guān)氣缸3）帶閥氣缸由氣缸、換向閥和速度控制閥等組成的的一種組合式氣動(dòng)執(zhí)行元件。4）帶導(dǎo)桿的氣缸承受橫向載荷能力強(qiáng)5）無(wú)桿氣缸6）鎖緊氣缸7）氣動(dòng)手爪8）氣液阻尼缸9）擺動(dòng)氣缸§13-1氣缸第13章氣執(zhí)行元件和控制元件三、氣缸的技術(shù)參數(shù)1）氣缸的輸出力其計(jì)算方法與液壓缸相同。2）負(fù)載率β其取值情況參見教材或相關(guān)專業(yè)書籍。3）氣缸耗氣量氣缸每分鐘移動(dòng)的容積4）氣缸的特性包括靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。靜態(tài)特性：與氣缸輸出力及耗氣量密切相關(guān)的最低工作壓力、最高工作壓力、摩擦阻力等。動(dòng)態(tài)特性：氣缸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中其兩腔壓力、溫度、活塞速度及位移等參數(shù)隨時(shí)間的變化情況?！?3-1氣缸第13章氣執(zhí)行元件和控制元件四、氣缸的選型及計(jì)算1、氣缸的選擇型步驟1）氣缸直徑2）氣缸行程3）氣缸的強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算4）氣缸的安裝形式5）氣缸的緩沖裝置6）磁性開關(guān)7）其它要求§13-1氣缸第13章氣執(zhí)行元件和控制元件2、氣缸直徑計(jì)算需根據(jù)其負(fù)載大小、運(yùn)動(dòng)速度和系統(tǒng)工作壓力來(lái)確定。先確定氣缸軸向負(fù)載F，再由氣缸平均運(yùn)動(dòng)速度來(lái)選定氣缸的負(fù)載率β，初選氣缸工作壓力，再由F/β計(jì)算出氣缸的理論輸出力Ft，最后計(jì)算出缸徑和桿徑，并加以圓整。一、氣馬達(dá)的特點(diǎn)質(zhì)量輕體積小，具有很好的過(guò)載保護(hù)能力。應(yīng)用：礦山機(jī)械和氣動(dòng)工具。二、分類和工作原理常用的氣馬達(dá)有葉片式和活塞式，此外還有膜片式馬達(dá)?！?3-2氣馬達(dá)第13章氣執(zhí)行元件和控制元件壓力控制閥的功用：控制系統(tǒng)中氣體的壓力。壓力控制閥的分類：一類是當(dāng)輸入壓力變化時(shí)，能保證輸出壓力不變，如減壓閥、定值器等；一類是用于保持一定的輸入壓力，如溢流閥等；還有一類是根據(jù)不同的壓力進(jìn)行某種控制，如順序閥、平衡閥等。§13-3壓力控制閥第13章氣執(zhí)行元件和控制元件一、減壓閥（調(diào)壓閥）1、減壓閥的作用將輸出壓力調(diào)節(jié)在比輸入壓力低的調(diào)定值上，并保持穩(wěn)定不變。2、減壓閥的分類（自學(xué)）3、減壓閥的結(jié)構(gòu)原理1）直動(dòng)式減壓閥2）先導(dǎo)式減壓閥4、減壓閥的選擇（自學(xué)）§13-3壓力控制閥第13章氣執(zhí)行元件和控制元件二、溢流閥1、作用在系統(tǒng)中起限制最高壓力，保護(hù)系統(tǒng)安全的作用。2、工作原理3、溢流閥的分類按控制方式分為：直動(dòng)式和先導(dǎo)式。4、選型方法1）根據(jù)溢流量選閥的通徑2）閥的調(diào)定壓力越接近閥的最高使用壓力，溢流閥的溢流特性越好?！?3-3壓力控制閥第13章氣執(zhí)行元件和控制元件三、順序閥1、作用依靠氣路中壓力的變化來(lái)控制執(zhí)行元件按順序動(dòng)作的壓力控制閥。

2、順序閥的工作原理3、單向順序閥的工作原理單向順序閥為順序閥和單向閥的并聯(lián)組合閥?！?3-3壓力控制閥第13章氣執(zhí)行元件和控制元件圖12—12單向順序閥

流量控制閥的功用：通過(guò)改變閥的通流面積來(lái)實(shí)現(xiàn)流量控制，以達(dá)到控制執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度的目的。流量控制閥的類型：節(jié)流閥、單向節(jié)流閥和排氣消聲節(jié)流閥等。教學(xué)要求：流量控制閥的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及工作特點(diǎn)、流量控制閥的選用?！?3-4流量控制閥第13章氣執(zhí)行元件和控制元件§13-3壓力控制閥第13章氣執(zhí)行元件和控制元件一、節(jié)流閥1、作用通過(guò)改變閥的通流面積來(lái)調(diào)節(jié)流量，以控制氣缸的運(yùn)動(dòng)速度。2、工作原理二、單向節(jié)流閥1、作用用于控制氣缸的運(yùn)動(dòng)速度，又稱速度控制閥。2、工作原理三、排氣節(jié)流閥1、作用裝于排氣口調(diào)節(jié)排入大氣中的流量，以改變執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度。2、工作原理（同節(jié)流閥）流量控制閥的使用用流量控制閥控制執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度，除了在極少數(shù)場(chǎng)合(如氣缸推舉重物)采用進(jìn)氣節(jié)流方式外，一般均宜采用排氣節(jié)流方式，以便獲得更好的速度穩(wěn)定性和動(dòng)作可靠性。但由于氣體的可壓縮性大，氣壓傳動(dòng)速度的控制比液壓傳動(dòng)來(lái)得困難。特別是在超低速控制中，僅用氣動(dòng)很難實(shí)現(xiàn)。一般氣缸的運(yùn)動(dòng)速度不得低于30mm/s。在使用流量控制閥控制執(zhí)行元件速度時(shí)必須充分注意以下幾點(diǎn)：①流量控制閥應(yīng)盡量安裝在氣缸附近，以減少氣體壓縮對(duì)速度的影響。②氣缸和活塞間的潤(rùn)滑要好。要特別注意氣缸內(nèi)表面的加工精度和表面粗糙度。③氣缸的負(fù)載要穩(wěn)定。在外負(fù)載變化很大的情況下，可采用氣—液聯(lián)動(dòng)以便進(jìn)行較準(zhǔn)確的調(diào)速。④管道不能存在漏氣現(xiàn)象?！?3-3壓力控制閥第13章氣執(zhí)行元件和控制元件方向控制閥的作用：控制壓縮空氣的流動(dòng)方向和氣流通斷。方向控制閥的分類：按氣流在閥內(nèi)的作用方向分為：?jiǎn)蜗蛐头较蚩刂崎y和換向型方向控制閥。單向型方向控制閥—只允許氣流沿一個(gè)方向流動(dòng)，如單向閥、梭閥、雙壓閥等。換向型方向控制閥?？梢愿淖儦饬髁鲃?dòng)方向，該類閥簡(jiǎn)稱為換向閥?！?3-5方向控制閥第13章氣執(zhí)行元件和控制元件一、換向型方向控制閥1、分類（自學(xué)）2、幾種典型換向閥（1）氣控制換向閥靠外加的氣壓信號(hào)為動(dòng)力切換主閥，控制回路的切換或開閉。外加氣壓稱為控制壓力。1）單氣控加壓式換向閥2）雙氣控加壓式換向閥§13-4方向控制閥第13章氣執(zhí)行元件和控制元件（2）電磁控制換向閥1）直動(dòng)式電磁換向閥利用電磁力直接推動(dòng)閥芯換向。據(jù)操縱線圈數(shù)目分為單電控和雙電控兩種。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，換向頻率高。只適用于小型閥。2）先導(dǎo)式電磁換向閥由小型直動(dòng)式電磁閥和大型氣控式換向閥構(gòu)成。（3）機(jī)械控制換向閥（3）人力控制換向閥§13-4方向控制閥第13章氣執(zhí)行元件和控制元件圖13—29直動(dòng)式單電控電磁換向閥工作原理圖(a)斷電時(shí)狀態(tài)；(b)通電時(shí)狀態(tài)；1—電磁鐵；2—閥芯二、單向型方向控制閥§13-4方向控制閥第13章氣執(zhí)行元件和控制元件13－32單向閥工作原理圖a）A－P關(guān)閉狀態(tài)b）P－A開啟狀態(tài)圖13－33單向閥結(jié)構(gòu)1－彈簧2－閥體3－閥芯（1）單向閥使氣流只能朝一個(gè)方向流動(dòng)，而不能反向流動(dòng)的閥。單向閥常與節(jié)流閥組合，用來(lái)控制執(zhí)行元件的速度。二、單向型方向控制閥（2）梭閥梭閥相當(dāng)于是兩個(gè)單向閥組合的閥，其作用相當(dāng)于“或”門邏輯功能。

§13-4方向控制閥第13章氣執(zhí)行元件和控制元件圖13—34梭閥(球閥式)梭閥工作原理示意圖二、單向型方向控制閥（3）雙壓閥雙壓閥的作用相當(dāng)于“與”門邏輯功能。圖13－35所示為雙壓閥，有兩個(gè)輸入口P1、P2，一個(gè)輸出口A。只有當(dāng)兩個(gè)輸入都進(jìn)氣時(shí)，A口才有輸出，當(dāng)P1與P2口輸入的氣壓不等時(shí)，氣壓低的通過(guò)A口輸出。雙壓閥常應(yīng)用在安全互鎖回路中。

§13-4方向控制閥第13章氣執(zhí)行元件和控制元件圖13－35雙壓閥結(jié)構(gòu)圖和工作原理圖a）A無(wú)輸出b）A無(wú)輸出c）A有輸出d）圖形符號(hào)

二、單向型方向控制閥（4）快速排氣閥當(dāng)氣缸或壓力容器需短時(shí)間排氣時(shí)，在換向閥和氣缸之間加上快速排氣閥，這樣氣缸中的氣體就不再通過(guò)換向閥而直接通過(guò)快速排氣閥排氣，加快氣缸運(yùn)動(dòng)速度。尤其當(dāng)換向閥距離氣缸較遠(yuǎn)，在距氣缸較近處設(shè)置快速排氣閥，氣缸內(nèi)氣體可迅速排入大氣?！?3-4方向控制閥第13章氣執(zhí)行元件和控制元件圖13－36快速排氣閥結(jié)構(gòu)圖和工作原理圖a）進(jìn)氣b）排氣三、方向控制閥的選擇①根據(jù)所需流量選擇閥的通徑。②考慮閥的機(jī)能是否保證工作需要，要盡量選擇與所需機(jī)能一致的閥。③考慮閥的技術(shù)條件與使用場(chǎng)合是否一致。④根據(jù)使用條件和要求來(lái)選擇閥的結(jié)構(gòu)形式。⑤安裝方式的選擇，要從安裝維護(hù)方面考慮，其中板式連接較好，特別對(duì)集中控制的系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)更為突出。⑥優(yōu)先采用標(biāo)準(zhǔn)化系列產(chǎn)品，盡量避免采用專用閥?！?3-4方向控制閥第13章氣執(zhí)行元件和控制元件習(xí)題與思考題1、氣動(dòng)換向閥按結(jié)構(gòu)的不同分為哪些類型?2、如圖1所示為氣動(dòng)系統(tǒng)用二位三通直動(dòng)式單電控電磁換向閥的工作原理圖，試說(shuō)明常閉（或常開）使用時(shí)的各對(duì)應(yīng)閥口的名稱和工作原理。3、如圖2所示為氣動(dòng)系統(tǒng)用單向閥的工作原理圖，試據(jù)圖說(shuō)明其工作原理。4、如圖所示為梭閥的工作原理圖，試簡(jiǎn)述其工作原理。圖1圖2圖3習(xí)題與思考題如圖所示為氣動(dòng)系統(tǒng)用單向閥的工作原理圖，該閥在氣動(dòng)回路中的閥口田連接形