1、氣壓基礎(chǔ)知識

1、氣壓基礎(chǔ)知識氣壓傳動基礎(chǔ)學問

一、氣壓傳動與掌握的定義及工作原理

氣壓傳動與掌握的定義

氣壓傳動與掌握技術(shù)簡稱氣動，是以壓縮空氣為工作介質(zhì)來進行能量與信號的傳遞，是實現(xiàn)各種生產(chǎn)過程、自動掌握的一門技術(shù)。它是流體傳動與掌握學科的一個重要組成部分。

近幾十年來，氣壓傳動技術(shù)被廣泛應用于工業(yè)產(chǎn)業(yè)中的自動化和省力化，在促進自動化的進展中起到了極為重要的作用。

氣壓傳動與掌握的工作原理

通過下面一個典型氣壓傳動系統(tǒng)來理解氣動系統(tǒng)如何進行能量傳信號傳遞，如何實現(xiàn)掌握自動化。

氣動剪切機的氣壓傳動系統(tǒng)

1－空氣壓縮機；2－后冷卻器；3－分水排水器；4－貯氣罐；5－分水濾氣器；

6－減壓閥；7－油霧器；8－行程閥；9－氣控換向閥；10－氣缸；11－工料。

以氣動剪切機為例，介紹氣壓傳動的工作原理。圖所示為氣動剪切機的工作原理圖，圖示位置為剪切前的狀況?？諝鈮嚎s機1產(chǎn)生的壓縮空氣經(jīng)后冷卻器2、分水排水器3、貯氣罐4、分水濾氣器5、減壓閥6、油霧器7、到達換向閥9，部分氣體經(jīng)節(jié)流通路進入換向閥9的下腔，使上腔彈簧壓縮，換向閥9閥芯位于上端；大部分壓縮空氣經(jīng)換向閥9后進入氣缸10的上腔，而氣缸的下腔經(jīng)換向閥與大氣相通，故氣缸活塞處于最下端位置。當上

料裝置把工料11送入剪切機并到達規(guī)定位置時，工料壓下行程閥8，此時換向閥9閥芯下腔壓縮空氣經(jīng)行程閥8排入大氣，在彈簧的推動下，換向閥9閥芯向下運動至下端；壓縮空氣則經(jīng)換向閥9后進入氣缸的下腔，上腔經(jīng)換向閥9與大氣相通,氣缸活塞向上運動,帶動剪刀上行剪斷工料。工料剪下后，即與行程閥8脫開。行程閥8閥芯在彈簧作用下復位、出路堵死。換向閥9閥芯上移．氣缸活塞向下運動，又恢復到剪斷前的狀態(tài)。

圖所示為用圖形符號繪制的氣動剪切機系統(tǒng)原理圖。

氣動剪切機系統(tǒng)圖形符號

在氣壓傳動系統(tǒng)中，依據(jù)氣動元件和裝置的不同功能，可將氣壓傳動系統(tǒng)分成以下四個組成部分，如圖所示。

1.氣源裝置氣源裝置將原動機供應的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能，為系統(tǒng)供應壓縮空氣。它主要由空氣壓縮機構(gòu)成，還配有貯氣罐、氣源凈扮裝置等附屬設(shè)備。

2.執(zhí)行元件執(zhí)行元件起能量轉(zhuǎn)換作用，把壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成工作裝置的機械能。主要形式有，氣缸輸出直線往復式機械能、搖擺氣缸和氣馬達分別輸出回轉(zhuǎn)搖擺式和旋轉(zhuǎn)式的機械能。對于以真空壓力為動力源的系統(tǒng)，采納真空吸盤以完成各種吸吊作業(yè)。

3.掌握元件掌握元件用來對壓縮空氣的壓力、流量和流淌方向調(diào)整和掌握，使系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)按功能要求的程序和性能工作。依據(jù)完勝利能不同，掌握元件種類有許多種，氣壓傳動系統(tǒng)中一般包括壓力、流量、方向和規(guī)律等四大類掌握元件。

4.幫助元件幫助元件是用于元件內(nèi)部潤滑、排氣噪聲、元件間的連接以及信號轉(zhuǎn)換、顯示、放大、檢測等所需的各種氣動元件。如油霧器、消聲器、管件及管接頭、轉(zhuǎn)換器、顯示器、傳感器等。

二、氣壓傳動的優(yōu)缺點及進展應用

氣壓傳動具有以下優(yōu)點:

1.使用便利

空氣作為工作介質(zhì)，空氣處處都有，來源便利，用過以后直接排入大氣，不會污染環(huán)境，可少設(shè)置或不必設(shè)置回氣管道。

2.系統(tǒng)組裝便利

使用快速接頭可以特別簡潔地進行配管，因此系統(tǒng)的組裝、修理以及元件的更換比較簡潔。

3.快速性好

動作快速反應快，可在較短的時間內(nèi)達到所需的壓力和速度。在肯定的超載運行下也能保證系統(tǒng)平安工作，并且不易發(fā)生過熱現(xiàn)象。

4.平安牢靠

壓縮空氣不會爆炸或著火，在易燃、易爆場所使用不需要昂貴的防爆設(shè)施?？善桨怖慰?/p>

地應用于易燃、易爆、多塵埃、輻射、強磁、振動、沖擊等惡劣的環(huán)境中。

5.儲存便利

氣壓具有較高的自保持力量，壓縮空氣可儲存在貯氣罐內(nèi)，隨時取用。即使壓縮機停止運行，氣閥關(guān)閉，氣動系統(tǒng)仍可維持一個穩(wěn)定的壓力。故不需壓縮機的連續(xù)運轉(zhuǎn)。

6.可遠距離傳輸

由于空氣的粘度小，流淌阻力小，管道中空氣流淌的沿程壓力損失小，有利于介質(zhì)集中供應和遠距離輸送?？諝獠徽摼嚯x遠近，極易由管道輸送。

7.能過載愛護

氣動機構(gòu)與工作部件，可以超載而停止不動，因此無過載的危急。

8.清潔

基本無污染，對于要求高凈化、無污染的場合，如食品、印刷、木材和紡織工業(yè)等是極為重要的，氣動具有獨特的適應力量，優(yōu)于液壓、電子、電氣掌握。

氣壓傳動也存在如下的缺點:

1.速度穩(wěn)定性差由于空氣可壓縮性大，氣缸的運動速度易隨負載的變化而變化，穩(wěn)定性較差，給位置掌握和速度掌握精度帶來較大影響。

2.需要凈化和潤滑壓縮空氣必需有良好的處理，去除含有的灰塵和水分?？諝獗旧頉]有潤滑性，系統(tǒng)中必需實行措施對元件進行給油潤滑，如加油霧器等裝置進行供油潤滑。

3.輸出力小經(jīng)濟工作壓力低（一般低于0.8MPa），因而氣動系統(tǒng)輸出力小，在相同輸出力的狀況下，氣動裝置比液壓裝置尺寸大。輸出力限制在20~30kN之間。

4.噪聲大排放空氣的聲音很大，現(xiàn)在這個問題已因吸音材料和消音器的進展大部分獲得解決。需要加裝消音器。

5.難以實現(xiàn)精確定位。

氣壓傳動與其它傳動的性能比較如表。

三、氣壓傳動的進展應用

目前氣動掌握裝置在下述幾方面有普遍的應用：

1．機械制造業(yè)

其中包括機械加工生產(chǎn)線上工件的裝夾及搬送，鑄造生產(chǎn)線上的造型、搗固、合箱等。在汽車制造中，汽車自動化生產(chǎn)線、車體部件自動搬運與固定、自動焊接等。

2．電子IC及電器行業(yè)

如用于硅片的搬運，元器件的插裝與錫焊，家用電器的組裝等。

3．石油、化工業(yè)

用管道輸送介質(zhì)的自動化流程絕大多數(shù)采納氣動掌握，如石油提煉加工、氣體加工、化肥生產(chǎn)等。

4．輕工食品包裝業(yè)

其中包括各種半自動或全自動包裝生產(chǎn)線，例如：酒類、油類、煤氣罐裝，各種食品的包裝等。

5．機器人

例如裝配機器人，噴漆機器人，搬運機器人以及爬墻、焊接機器人等。

6．其它

如車輛剎車裝置，車門開閉裝置，顆粒物質(zhì)的篩選，魚雷導彈自動掌握裝置等。目前各種氣動工具的廣泛使用，也是氣動技術(shù)應用的一個組成部分。

氣動產(chǎn)品的進展趨勢主要體現(xiàn)在以下方面：

1．小型化、集成化

氣動元件有些使用場合，有限的空間要求氣動元件形狀尺寸盡量小，小型化是主要進展趨勢。

2．組合化、智能化

最常見的組合是帶閥、帶開關(guān)氣缸。在物料搬運中，還使用了氣缸、搖擺氣缸、氣動夾頭和真空吸盤的組合體，同時配有電磁閥、程控器，結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小，行程可調(diào)。

3．精密化

目前開發(fā)了非圓活塞氣缸、帶導桿氣缸等可減小一般氣缸活塞桿工作時的擺轉(zhuǎn)；為了使氣缸精確定位開發(fā)了制動氣缸等。為了使氣缸的定位更精確，使用了傳感器、比例閥等實現(xiàn)反饋掌握，定位精度達0.01mm。在精密氣缸方面已開發(fā)了0.3mm/s低速氣缸和0.01N微小載荷氣缸。在氣源處理中，過濾精度0.01mm，過濾效率為99.9999％的過濾器和靈敏度0.001MPa的減壓閥業(yè)已開發(fā)出來。

4．高速化

目前氣缸的活塞速度范圍為50～750mm/s。為了提高生產(chǎn)率，自動化的節(jié)拍正在加快。今后要求氣缸的活塞速度提高到5～10m/s。與此相應，閥的響應速度也將加快，要求由現(xiàn)在的1/100秒級提高到1/1000秒級。

5．無油、無味、無菌化

由于人類對環(huán)境的要求越來越高，不盼望氣動元件排放的廢氣帶油霧污染環(huán)境，因此無油潤滑的氣動元件將會普及。還有些特別行業(yè)，如食品、飲料、制藥、電子等，對空氣的要求更為嚴格，除無油外，還要求無味、無菌等，這類特別要求的過濾器將被不斷開發(fā)出來。

6．高壽命、高牢靠性和智能診斷功能

氣動元件大多用于自動化生產(chǎn)中，元件的故障往往會影響設(shè)備的運行，使生產(chǎn)線停止工作，造成嚴峻的經(jīng)濟損失，因此，對氣動元件的工程牢靠性提出了更高的要求。

7．節(jié)能、低功耗

氣動元件的低功耗能夠節(jié)省能源，并能更好地與微電子技術(shù)相結(jié)合。功耗≤0.5W的電磁閥已開發(fā)和商品化，可由計算機直接掌握。

8．機電一體化

為了精確達到預定的掌握目標，應采納閉路反饋掌握方式。為了實現(xiàn)這種掌握方式要解決計算機的數(shù)字信號，傳感器反饋模擬信號和氣動掌握氣壓或氣流量三者之間的相互轉(zhuǎn)換問題。

9．應用新技術(shù)、新工藝、新材料

在氣動元件制造中，型材擠壓、鑄件浸滲和模塊拼裝等技術(shù)已在國內(nèi)廣泛應用；壓鑄新技術(shù)（液壓抽芯、真空壓鑄等）目前已在國內(nèi)逐步推廣；壓電技術(shù)、總線技術(shù)，新型軟磁材料、透析濾膜等正在被應用。

四、氣缸的選擇

1、類型的選擇

依據(jù)工作要求和條件，正確選擇氣缸的類型。要求氣缸到達行程終端無沖擊現(xiàn)象和撞擊噪聲應選擇緩沖氣缸；要求重量輕，應選輕型缸；

要求安裝空間窄且行程短，可選薄型缸；有橫向負載，可選帶導桿氣缸；要求制動精度高，應選鎖緊氣缸；不允許活塞桿旋轉(zhuǎn)，可選具有桿不回轉(zhuǎn)功能氣缸；高溫環(huán)境下需選用耐熱缸；在有腐蝕環(huán)境下，需選用耐腐蝕氣缸。在有灰塵等惡劣環(huán)境下，需要活塞桿伸出端安裝防塵罩。要求無污染時需要選用無給油或無油潤滑氣缸等。

2、安裝形式

依據(jù)安裝位置、使用目的等因素打算。在一般狀況下，采納固定式氣缸。在需要隨工作機構(gòu)連續(xù)回轉(zhuǎn)時（如車床、磨床等），應選用回轉(zhuǎn)氣缸。在要求活塞桿除直線運動外，還需作圓弧搖擺時，則選用軸銷式氣缸。有特別要求時，應選擇相應的特別氣缸。

3、作用力的大小

即缸徑的選擇。依據(jù)負載力的大小來確定氣缸輸出的推力和拉力。一般均按外載荷理論平衡條件所需氣缸作用力，依據(jù)不同速度選擇不同的負載率，使氣缸輸出力稍有余量。缸徑過小，輸出力不夠，但缸徑過大，使設(shè)備笨重，成本提高，又增加耗氣量，鋪張能源。在夾具設(shè)計時，應盡量采納擴力機構(gòu)，以減小氣缸的形狀尺寸。

4、活塞行程

與使用的場合和機構(gòu)的行程有關(guān)，但一般不選滿行程，防止活塞和缸蓋相碰。如用于夾緊機構(gòu)等，應按計算所需的行程增加10～20㎜的余量。

5、活塞的運動速度

主要取決于氣缸輸入壓縮空氣流量、氣缸進排氣口大小及導管內(nèi)徑的大小。要求高速運動應取大值。氣缸運動速度一般為50～800㎜/s。

對高速運動氣缸，應選擇大內(nèi)徑的進氣管道；對于負載有變化的狀況，為了得到緩慢而平穩(wěn)的運動速度，可選用帶節(jié)流裝置或氣—液阻尼缸，則較易實現(xiàn)速度掌握。選用節(jié)流

閥掌握氣缸速度需留意：水平安裝的氣缸推動負載時，推舉用排氣節(jié)流調(diào)速；垂直安裝的氣缸舉升負載時，推舉用進氣節(jié)流調(diào)速；要求行程末端運動平穩(wěn)避開沖擊時，應選用帶緩沖裝置的氣缸。

氣缸的選型

程序1：依據(jù)操作形式選定氣缸類型：

氣缸操作方式有雙動，單動彈簧壓入及單動彈簧壓出等三種方式

程序2：選定其它參數(shù)：

1、選定氣缸缸徑大小依據(jù)有關(guān)負載、使用空氣壓力及作用方向確定

2、選定氣缸行程工件移動距離

3、選定氣缸系列

4、選定氣缸安裝型式不同系列有不同安裝方式，主要有基本型、腳座型、

法蘭型、U型鉤、軸耳型

5、選定緩沖器無緩沖、橡膠緩沖、氣緩沖、油壓吸震器

6、選定磁感開關(guān)主要是作位置檢測用，要求氣缸內(nèi)置磁環(huán)

7、選定氣缸配件包括相關(guān)接頭

二、方向閥的選擇

1、選用閥的適用范圍應與使用現(xiàn)場的條件相全都。

即應依據(jù)使用場合的氣源壓力大小、電源條件（交直流、電壓大小及波動范圍）、介質(zhì)溫度、濕度、環(huán)境溫濕度、粉塵、振動等選用適合在此條件下牢靠使用的閥。

2、選用閥的功能及掌握方式應符合系統(tǒng)工作要求

即應依據(jù)氣動系統(tǒng)對元件的位置數(shù)、通路數(shù)、記憶性、靜置時通斷狀態(tài)和掌握方式等的要求選用符合所需功能及掌握方式的閥。

3、選用閥的流通力量應滿意系統(tǒng)工作要求

即應依據(jù)氣動系統(tǒng)對元件的瞬時最大流量的要求按平均氣流速度15～25m/s計算閥的通徑，查出所需閥的流通力量C值（或KV）、CV值、額定流量下的壓降、標準額定流量及S值等，據(jù)此選用滿意系統(tǒng)流通力量要求的閥。

4、選用閥的性能應滿意系統(tǒng)工作要求

即應依據(jù)氣動系統(tǒng)最最低工作壓力或最低掌握壓力、動態(tài)性能、最高工作頻率、持續(xù)通電力量、閥的功耗、壽命及牢靠性等的要求選用符合所需性能指標的閥。

5、選用閥的安裝方式應依據(jù)閥的質(zhì)量水平、系統(tǒng)占有空間要求及便于修理等綜合考慮目前我國廣泛的應用換向閥為板式安裝方式，它的優(yōu)點是便于裝拆和修理，ISO標準也采納了板式安裝方式，并進展了集裝板式安裝方式。因此，推舉優(yōu)先采納板式安裝方式。但由于元件質(zhì)量和牢靠性不斷提高，管式安裝方式的閥占有空間小，也可以集裝安裝，故也得到了應用。所以，選用時，應依據(jù)實際狀況確定。

6、盡量選用標準化產(chǎn)品

由于標準化產(chǎn)品采納了批量生產(chǎn)手段，質(zhì)量穩(wěn)定牢靠、通用化程度較高、價格廉價。

7、選用閥的價格應與系統(tǒng)水平及牢靠性要求相適應

即應依據(jù)氣動系統(tǒng)先進程度及牢靠性要求來考慮閥的價格。在保證系統(tǒng)先進、牢靠、使用便利的前提下，力求價格合理，不要不顧質(zhì)量而追求低成本。

8、大型掌握系統(tǒng)設(shè)計時，要考慮盡可能使用集成閥和信號的總線掌握型式方向掌握閥的選型

1、方向掌握閥系列的選擇

應依據(jù)所配套的不同的執(zhí)行元件選擇不同功能系列的閥

2、方向掌握閥規(guī)格的選擇

選擇閥的流通力量應滿意系統(tǒng)工作要求，即應依據(jù)氣動系統(tǒng)對元件的瞬時最大流量的要求來計算閥的通徑。

3、掌握方式的選擇

應依據(jù)工作要求及氣缸的動作方式選擇合適的換向閥掌握方式。

三、減壓閥的選擇

1、依據(jù)氣動掌握系統(tǒng)最