項目九 任務(wù)一：走進氣動技術(shù)

項目九：氣壓傳動任務(wù)一：走進氣動技術(shù)授課教師：某某某項目描述氣壓傳動(簡稱氣動)是以壓縮空氣作為工作介質(zhì)進行能量傳遞的一種傳動方式。氣壓傳動及其控制技術(shù)目前在國內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較多，它與液壓、機械、電氣和電子技術(shù)一起互相補充,已成為實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的一個重要手段。01與液壓傳動一樣，氣壓傳動也利用流體作為工作介質(zhì)而傳動,在工作原理、系統(tǒng)組成、元件結(jié)構(gòu)和圖形符號等方面，兩者之間存在很多相似之處。所以在學(xué)習(xí)本章時，前面液壓傳動的一些基本知識，在此仍有很大的參考和借鑒作用。02項目目標(biāo)知識目標(biāo)01熟悉氣壓傳動的工作原理。02了解氣壓傳動的發(fā)展概況、優(yōu)缺點及在工業(yè)中的應(yīng)用。05掌握常用氣動系統(tǒng)回路的分析。04掌握氣動基本回路的功能及工作原理。03了解氣源裝置，掌握氣動元件的結(jié)構(gòu)組成、工作原理及應(yīng)用。能力目標(biāo)知道氣源裝置的組成。02能分析氣動元件的結(jié)構(gòu)組成及工作原理。03認(rèn)識氣壓傳動技術(shù)。01能分析氣動基本回路和氣動系統(tǒng)的組成及工作原理。04氣動技術(shù)在眾多學(xué)科和社會生活中的廣泛應(yīng)用，進一步認(rèn)識該技術(shù)的科學(xué)價值、應(yīng)用價值。了解01“科技興國、科技強國、科技報國”的使命感。樹立02勞動精神、奮斗精神、奉獻精神、創(chuàng)造精神、勤儉節(jié)約的精神。弘揚05學(xué)生的質(zhì)量意識、安全意識、環(huán)保意識。培養(yǎng)04素質(zhì)目標(biāo)學(xué)生愛崗敬業(yè)、一絲不茍、勇于創(chuàng)新等職業(yè)道德。培養(yǎng)03職業(yè)能力會繪制各種氣動元件的職能符號。01會根據(jù)要求搭建組裝基本的氣動回路。02會識讀分析基本的氣動系統(tǒng)。03目錄CATALOG氣壓傳動系統(tǒng)的工作原理01氣壓傳動系統(tǒng)的組成02氣壓傳動系統(tǒng)的特點03氣壓傳動系統(tǒng)的應(yīng)用04氣壓傳動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢05任務(wù)概述了解氣壓傳動系統(tǒng)的工作原理、組成和特點及應(yīng)用。01氣壓傳動系統(tǒng)的工作原理知識與技能一、氣壓傳動系統(tǒng)的工作原理是以壓縮空氣為工作介質(zhì)進行能量轉(zhuǎn)換和信號傳遞的一門技術(shù)。工作原理是利用空壓機把電動機或其他原動機輸出的機械能轉(zhuǎn)換為空氣的壓力能，然后在控制元件的作用下，通過執(zhí)行元件把壓力能轉(zhuǎn)換為直線運動或回轉(zhuǎn)運動形式的機械能，從而完成各種動作，并對外做功。氣壓傳動圖9.1剪切機氣壓傳動系統(tǒng)(a)結(jié)構(gòu)原理圖（b）圖形符號1-空氣壓縮機；2-冷卻器；3-油水分離器；4-儲氣罐；5-分水濾氣器；6-減壓閥；7-油霧器；8-行程閥；9-氣動換向閥；10-氣缸；11-工料為了對氣壓傳動系統(tǒng)(簡稱氣動系統(tǒng))有一個概括了解，現(xiàn)以氣動剪切機為例，介紹氣動系統(tǒng)的工作原理。圖9.1為氣動剪切機的工作原理圖，圖示位置為剪切前的預(yù)備狀態(tài)?？諝鈮嚎s機1產(chǎn)生的壓縮空氣，經(jīng)過冷卻器2、油水分離器3進行降溫及初步凈化后，送入儲氣罐4備用；壓縮空氣從儲氣罐引出先經(jīng)過分水濾氣器5再次凈化，然后經(jīng)減壓閥6、油霧器7和氣控?fù)Q向閥9到達(dá)氣缸10。此時換向閥A腔的壓縮空氣將閥心推到上位，使汽缸上腔充壓，活塞處于下位，剪切機的剪口張開，處于預(yù)備工作狀態(tài)。當(dāng)送料機構(gòu)將工料11送入剪切機并送到規(guī)定位置時，工料將行程閥8的閥心向右推動，行程閥將換向閥的A腔與大氣連通。換向閥的閥心在彈簧的作用下移到下位，將氣缸上腔與大氣連通，下腔與壓縮空氣連通。壓縮空氣推動活塞帶動剪刃快速向上運動將工料切下。此外，還可根據(jù)實際需要，在氣路中加入流量控制閥，控制剪切機構(gòu)的運動速度。工料被切下后即與行程閥脫開，行程閥閥心在彈黃作用下復(fù)位，將排氣通道封閉。換向閥A腔壓力上升，閥心移至上位，使氣路換向。氣缸下腔排氣，上腔進入壓縮空氣，推動活塞帶動剪刃向下運動，系統(tǒng)又恢復(fù)到圖示的預(yù)備狀態(tài)，待第二次進料剪切。氣路中行程閥的安裝位置可以根據(jù)工料的長度進行左右調(diào)整。換向閥是根據(jù)行程閥的指令來改變壓縮空氣的通道使氣缸活塞實現(xiàn)往復(fù)運動。氣缸下腔進入壓縮空氣時，活塞向上運動將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能使剪切機構(gòu)切斷工料。02氣壓傳動系統(tǒng)的組成由上述氣動剪切機實例可以看出，氣壓傳動與液壓傳動都是利用流體作為工作介質(zhì)，具有許多共同點。氣壓傳動系統(tǒng)也是由以下五個部分組成。二、氣壓傳動系統(tǒng)的組成它是將原動機（如電動機）供給的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能，為各類氣動設(shè)備提供動力。其主體部分是空氣壓縮機（圖9.1中元件1）。用氣量較大的廠礦企業(yè)都專門建立壓縮空氣站，為以方便管理并向各用氣點輸送壓縮空氣。1.動力元件（氣源裝置）圖9.1剪切機氣壓傳動系統(tǒng)(a)結(jié)構(gòu)原理圖（b）圖形符號1-空氣壓縮機；2-冷卻器；3-油水分離器；4-儲氣罐；5-分水濾氣器；6-減壓閥；7-油霧器；8-行程閥；9-氣動換向閥；10-氣缸；11-工料圖9.1剪切機氣壓傳動系統(tǒng)(a)結(jié)構(gòu)原理圖（b）圖形符號1-空氣壓縮機；2-冷卻器；3-油水分離器；4-儲氣罐；5-分水濾氣器；6-減壓閥；7-油霧器；8-行程閥；9-氣動換向閥；10-氣缸；11-工料控制元件包括各種閥類。如各種壓力閥（圖9.1中元件6）、方向閥（圖9.1中元件8、9）、流量閥、邏輯元件等，用以控制壓縮空氣的壓力、流量和流動方向以及執(zhí)行元件的工作程序，以便使執(zhí)行元件完預(yù)定的運動規(guī)律。3.控制元件它是將氣體的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。包括各種氣缸（圖9.1中元件10）和氣動馬達(dá)。2.執(zhí)行元件輔助元件是使壓縮空氣凈化、潤滑、消聲以及用于元件間連接等所需的裝置，如各冷卻器、油水分離器、儲氣罐、分水濾氣器、油霧器（圖9.1中元件2、3、4、5、7）及消聲器等。它們對保持氣動系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定和持久工作起著十分重要的作用。4.輔助元件圖9.1剪切機氣壓傳動系統(tǒng)(a)結(jié)構(gòu)原理圖（b）圖形符號1-空氣壓縮機；2-冷卻器；3-油水分離器；4-儲氣罐；5-分水濾氣器；6-減壓閥；7-油霧器；8-行程閥；9-氣動換向閥；10-氣缸；11-工料工作介質(zhì)即傳動氣體，為壓縮空氣。氣動系統(tǒng)是通過壓縮空氣實現(xiàn)運動和動力傳遞的。5.工作介質(zhì)03氣壓傳動系統(tǒng)的特點三、氣壓傳動系統(tǒng)的特點表9.1氣壓傳動與其他傳動方式的比較由于氣壓傳動的工作介質(zhì)是空氣，具有壓縮性大、黏性小、清潔度和安全性高等特點，與液玉油差別較大。因此氣壓傳動與液壓傳動在性能、使用方法、使用范圍和結(jié)構(gòu)上也存在較大的差別。氣壓傳動與液壓、電氣、機械傳動方式的比較如表9.1所示。

氣壓傳動液壓傳動電氣傳動機械傳動輸出力大小中等大中等較大動作速度較快較慢快較慢裝置構(gòu)成簡單復(fù)雜一般普通受負(fù)載影響較大一般小無傳輸距離中短遠(yuǎn)短速度調(diào)節(jié)較難容易容易難維護一般較難較難容易造價較低較高較高一般通過比較可知，氣壓傳動具有以下特點。01氣動動作迅速、反應(yīng)快（0.02s）,調(diào)節(jié)控制方便，維護簡單，不存在介質(zhì)變質(zhì)、補充等問題。氣壓傳動的優(yōu)點02便于集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送控制；因空氣黏度?。s為液壓油的萬分之一），在管內(nèi)流動阻力小，壓力損失小。03氣動系統(tǒng)對工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射、振動等惡劣的工作環(huán)境工作時，安全可靠性優(yōu)于液壓、電子和電氣系統(tǒng)。04由于空氣具有可壓縮性，能夠?qū)崿F(xiàn)過載保護，也便于儲氣罐儲存能量，以備急需。05以空氣為工作介質(zhì)，易于取得，節(jié)省了購買、儲存、運輸介質(zhì)的費用和麻煩，用后的空氣直接排入大氣，處理方便，也不污染環(huán)境。06氣動元件結(jié)構(gòu)簡單，成本低，壽命長，易于標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化。07因排氣時氣體膨脹，溫度降低，可以自動降溫。08與液壓傳動一樣，操作控制方便，易于實現(xiàn)自動控制。01運動平穩(wěn)性較差。因空氣可壓縮性較大，其工作速度受外負(fù)載影響大。氣壓傳動的缺點02工作壓力較低（0.3~1.0MPa），不易獲得較大的輸出力或轉(zhuǎn)矩。03空氣凈化處理較復(fù)雜，氣源中的雜質(zhì)及水蒸氣必須凈化處理。04因空氣黏度小，潤滑性差，因此需設(shè)潤滑裝置。05有較大的排氣噪聲。04氣壓傳動系統(tǒng)的應(yīng)用四、氣壓傳動系統(tǒng)的應(yīng)用表9.2氣壓傳動的應(yīng)用工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)

用機械工業(yè)自動生產(chǎn)線，各類機床，工業(yè)機械手和機器人，零件加工及檢測裝置輕工業(yè)氣動上下料裝置，食品包裝生產(chǎn)線，氣動罐裝裝置，制革生產(chǎn)線化工業(yè)化工原料輸送裝置，石油鉆采裝置，射流負(fù)壓采樣器等冶金工業(yè)冷軋、熱軋裝置氣動系統(tǒng)，金屬冶煉裝置氣動系統(tǒng)，水壓機氣動系統(tǒng)電子工業(yè)印刷電路板自動生產(chǎn)線，家用電器生產(chǎn)線，顯像管轉(zhuǎn)運機械手的氣動裝置氣壓傳動在相當(dāng)長的時間內(nèi)被用來執(zhí)行簡單的機械動作，但近年來，氣動技術(shù)在自動化技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展中起到了極其重要的作用，并得到了廣泛應(yīng)用和迅速發(fā)展。表9.2列舉了氣壓傳動在各工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。用于食品、醫(yī)藥、包裝、印刷、焊接等。05氣壓傳動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢五、氣壓傳動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢氣動元件的有些使用場合主要是滿足在有限的空間要求氣動元件外形尺寸盡量小的要求，因此小型化是主要發(fā)展趨勢。微型氣動元件不但用于機械加工及電子制造業(yè)，而且用于制藥業(yè)、醫(yī)療技術(shù)、包裝技術(shù)等。在這些領(lǐng)域中，已經(jīng)出現(xiàn)活塞直徑小于2.5mm的氣缸、寬度為10mm的氣閥及相關(guān)的輔助元件，并正在向微型化及系列化方向發(fā)展。小型化、節(jié)能化1最常見的組合是帶閥和開關(guān)的氣缸。在物料搬運中，還使用了氣缸、擺動氣缸、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)。組合化、集成化2目前開發(fā)了非圓活塞氣缸、帶導(dǎo)桿氣缸等可減小普通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)反饋控制，定位精度達(dá)0.01mm。精密化3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(yīng)，閥的響應(yīng)速度也將加快，要求由現(xiàn)在的0.001s級提高到0.0001s級。高速化4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(yán)重的經(jīng)濟損失，因此，對氣動元件的工程可靠性提出了更高的要求。高壽命、高可靠性5智能氣動是指具有集成微處理器，并具有處理指令和程序控制功能的元件或單元。最典型的智能氣動是內(nèi)置可編程控制器的閥島，以閥島和現(xiàn)場總線技術(shù)的結(jié)合實現(xiàn)的氣電一體化是目前氣動技術(shù)的一個發(fā)展方向。智能化6為了精確達(dá)到預(yù)定的控制目標(biāo)，應(yīng)采用閉環(huán)反饋控制方式。為了實現(xiàn)這種控制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控制氣壓或氣流量三者之間的相互轉(zhuǎn)換問題。目前市場上，先進的廠家提供的氣-電一體化氣控單元，如CKD公司的閥島，已包含傳感器、總線接口、可編程控制等各種功能；而在氣缸上，除常見的機械功能以外，還有多維動作的組合或兼有伺服調(diào)節(jié)作用的位移傳感功能等。機電一體化7氣動技術(shù)是一門多學(xué)科性技術(shù)，既涉及到傳動技術(shù)，又涉及到控制技術(shù)。未來幾年的主要發(fā)展方向，主要還是在器件的高精度、小型化、復(fù)合化、智能化、集成化和節(jié)能化等方面。為了適應(yīng)工業(yè)自動化領(lǐng)域的需求，經(jīng)過研究者多年來不斷努力，推出了許多新元件，在很多場合替代了過去的機械控制、液壓控制及電器控制形式；尤其是在智能化和網(wǎng)絡(luò)化方面，對中央控制或集散控制的方式選擇上產(chǎn)生很大的影響?？梢灶A(yù)料，氣動技術(shù)將得到更大發(fā)展并在工業(yè)自動化系統(tǒng)中得到更廣泛應(yīng)用。技能訓(xùn)練訓(xùn)練1按照圖9.2搭接調(diào)試氣動基本回路01依據(jù)本訓(xùn)練的要求選擇所需的氣動元件：單作用氣缸、單向節(jié)流閥、二位三通單電磁換向閥、三聯(lián)件、長度合適的連接軟管，并檢驗元件是否正常。圖9.2單作用氣缸工作原理圖1—氣源；2—分水濾氣器；3—減壓閥；4—壓力表；5—油霧器；6—二位三通電磁閥；7—單向節(jié)流閥；8—單作用氣缸02在看