第9章氣壓傳動技術

氣壓傳動概述9.1氣源裝置及氣動輔件9.2氣動執(zhí)行元件9.39.1氣壓傳動概述9.1.1氣壓傳動系統(tǒng)的工作原理及組成1．氣壓傳動系統(tǒng)的工作原理

氣壓傳動是以壓縮空氣為工作介質進行能量傳遞和信號傳遞的一門傳動技術。

氣壓傳動的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)行元件把壓力能轉換為直線運動或回轉運動形式的機械能，從而完成各種動作，并對外做功。2．氣壓傳動系統(tǒng)的組成（1）氣源裝置。（2）氣動控制元件。（3）氣動執(zhí)行元件。（4）氣動輔件。（5）工作介質。圖9-1氣壓傳動系統(tǒng)組成示意圖9.1.2氣壓傳動的優(yōu)缺點1．氣壓傳動的優(yōu)點

（1）工作介質是空氣。

（2）空氣的特性受溫度影響小。

（3）空氣的黏度很小。

（4）相對液壓傳動而言，氣動動作迅速、反應快，一般只需0.02～0.3s。

（5）氣體壓力具有較強的自保持能力。

（6）氣動元件可靠性高、壽命長。

（7）工作環(huán)境適應性好，特別是在易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射、振動等惡劣環(huán)境中，比液壓、電子、電氣傳動控制優(yōu)越。

（8）氣動裝置結構簡單，成本低，維護方便，過載能自動保護。類型操作力動作快慢環(huán)境

要求構造負載變化影響操作

距離無級

調速工作壽命維護價格氣壓傳動中等較快適應

性好簡單較大中距離較好長一般便宜液壓傳動最大較慢不怕

振動復雜有一些短距離良好一般要求高稍貴電傳動電氣中等快要求高稍復雜幾乎

沒有遠距離良好較短要求較高稍貴電子最小最快要求

特高最復雜沒有遠距離良好短要求更高最貴機械傳動較大一般一般一般沒有短距離較困難一般簡單一般表9-1 氣壓傳動與其他傳動的性能比較2．氣壓傳動的缺點

（1）由于空氣的可壓縮性較大。

（2）由于工作壓力低。

（3）氣動裝置中的信號傳動速度比光、電控制速度慢，所以不宜用于信號傳遞速度要求十分高的復雜線路中。

（4）噪聲較大，尤其是在超音速排氣時，要加消聲器。9.2氣源裝置及氣動輔件9.2.1氣源裝置的組成圖9-2壓縮空氣站設備組成及布置示意圖

1—空氣壓縮機；2—后冷卻器；3—油水分離器；4、7—貯氣罐；5—干燥器；6—過濾器1．空氣壓縮機的分類及選用原則（1）空氣壓縮機的分類。（2）空氣壓縮機的選用原則。圖9-3往復活塞式空氣壓縮機工作原理圖

1—排氣閥；2—氣缸；3—活塞；4—活塞桿；5、6—十字頭與滑道；7—連桿；8—曲柄；9—吸氣閥；10—彈簧9.2.2氣動輔助元件1．氣源凈化裝置（1）后冷卻器。（2）油水分離器。（3）貯氣罐。圖9-4后冷卻器

貯氣罐的主要作用有以下幾點。

①儲存一定數(shù)量的壓縮空氣，以備發(fā)生故障或臨時需要應急使用。

②消除由于空氣壓縮機斷續(xù)排氣而對系統(tǒng)引起的壓力脈動，保證輸出氣流的連續(xù)性和平穩(wěn)性。

③進一步分離壓縮空氣中的油、水等雜質。圖9-5油水分離器圖9-7吸附式干燥器結構圖

1—濕空氣進氣管；2—頂蓋；3、5、10-法蘭；4、6—再生空氣排氣管；7—再生空氣進氣管；

8—干燥空氣輸出管；9—排水管；11、22—密封座；12、15、20—鋼絲過濾網(wǎng)；13—毛氈；

14—下柵板；16、21—吸附劑層；17—支撐板；18—筒體；19—上柵板

（4）干燥器。

（5）空氣過濾器。 ①一次過濾器 ②分水濾氣器

（6）氣動三聯(lián)件。

氣動三聯(lián)件是用于氣源處理的裝置，一般由分水濾氣器、減壓閥和油霧器組成。圖9-8一次過濾器結構圖

1—φ10密孔網(wǎng)；2—280目細鋼絲網(wǎng)；3—焦炭；4—硅膠等圖9-9普通分水濾氣器結構圖

1—旋風葉子；2—濾芯；3—存水杯；

4—擋水板；5—手動排水閥2．其他輔助元件（1）油霧器。（2）消聲器。（3）管道連接件。圖9-11普通油霧器（一次油霧器）結構簡圖

1—噴嘴；2—節(jié)流閥；3—鋼球；4—彈簧；5—閥座；6—存油杯；7—吸油管；8—單向閥；

9—視油器；10、12—密封墊；11—油塞圖9-12吸收型消聲器結構簡圖

1—連接螺絲；2—消聲罩9.3氣動執(zhí)行元件9.3.1氣缸

（1）按壓縮空氣在活塞端面作用力的方向不同分為單作用氣缸和雙作用氣缸。

（2）按結構特點不同分為活塞式、薄膜式、柱塞式和擺動式氣缸等。

（3）按安裝方式不同可分為耳座式、法蘭式、軸銷式、凸緣式、嵌入式和回轉式氣缸等。

（4）按功能不同分為普通式、緩沖式、氣—液阻尼式、沖擊和步進氣缸等。1．氣—液阻尼缸2．薄膜式氣缸3．沖擊氣缸圖9-14氣液阻尼缸的工作原理圖圖9-15薄膜式氣缸結構簡圖

1—缸體；2—膜片；3—膜盤；4—活塞桿圖9-16沖擊氣缸工作原理圖4．無桿氣缸

無桿氣缸沒有普通氣缸的剛性活塞桿，它利用活塞直接或間接地實現(xiàn)往復運動。

這種氣缸的最大優(yōu)點是節(jié)省了安裝空間，特別適用于小缸徑、長行程的場合。5．擺動氣缸（1）葉片式擺動氣缸。（2）齒輪齒條式擺動氣缸。圖9-17葉片式擺動氣缸

1—葉片；2—定子；3—檔塊6．手指氣缸

（1）所有的結構都是雙作用的，能實現(xiàn)雙向抓取，可自動對中，重復精度高。

（2）抓取力矩恒定。

（3）在氣缸兩側可安裝非接觸式檢測開關。

（4）有多種安裝、連接方式。9.3.2氣馬達1．氣馬達的分類及特點

氣馬達按結構形式劃分可分為：葉片式氣馬達、活塞式氣馬達和齒輪式氣馬達等類型。

與液壓馬達相比，氣馬達具有以下特點。

（1）工作安全?？梢栽谝兹家妆瑘鏊ぷ鳎瑫r不受高溫和振動的影響。

（2）可以長時間滿載工作而溫升較小。

（3）可以無級調速?？刂七M氣流量，就能調節(jié)馬達的轉速和功率。額定轉速由每分鐘幾十轉到幾十萬轉。

（4）具有較高的啟動力矩?？梢灾苯訋ж撦d運動。

（5）結構簡單，操縱方便，維護容易，成本低。

（6）輸出功率相對較小，最大只有20kW左右。

（7）耗氣量大，效率低，噪聲大。2．氣馬達的工作原理圖9-20氣馬達工作原理圖形式轉矩速度功率每千瓦耗氣量

Q(m3/min)特點及應用范圍葉片式低轉矩高速度零點幾千瓦到l.3kW小型：1.8～2.3大型：1.0～1.4制造簡單，結構緊湊，但低速啟動轉矩小，低速性能不好。適用于要求低、中功率的機械，如手提工具、復合工具傳送帶、升降機、泵、拖拉機等活塞式中高轉矩低速或

中速零點幾千瓦到1.7kW小型：1.9～2.3大型：1.0～1.4在低速時有較大的功率輸出和較好的轉矩特性。啟動準確，且啟動和停止特性均較葉片式好。適用于載荷較大、要求低速、轉矩較高的機械，如手提工具、起重機、絞車、絞盤、拉管機等薄膜式高轉矩低速度<1kW1.2～1.4適用于控制要求很精確、啟動轉矩極高和速度低的機械表9-2 各種氣馬達的特點及應用范圍9.4氣動控制元件9.4.1方向控制閥分類方式形式閥內氣體的流動方向單向閥、換向閥閥芯的結構形式截止閥、滑閥閥的密封形式硬質密封、軟質密封閥的工作位數(shù)及通路數(shù)二位三通、二位五通、三位五通等閥的控制操縱方式氣壓控制、電磁控制、機械控制、手動控制表9-3 方向控制閥的分類1．單向型控制閥圖9-21或門型梭閥圖9-22與門型梭閥2．換向型控制閥人力控制一般手動操作按鈕式手柄式、帶定位腳踏式機械控制頂桿式滾輪杠桿式單向滾輪式彈簧復位氣動控制直動式先導式電磁控制單電控雙電控先導式雙電控，帶手動表9-4 換向閥的控制方式

（1）人力控制換向閥。

（2）機械控制換向閥。

（3）氣壓控制換向閥。

①

單氣控加壓式換向閥。

②

雙氣控加壓式換向閥。

（4）電磁控制換向閥。

①直動式電磁換向閥。

②先導式電磁換向閥。圖9-23推拉式手動閥的工作原理圖和結構圖

1—壓下閥芯時狀態(tài)；2—拉起閥芯時狀態(tài)圖9-24腳踏閥圖9-25機械控制換向閥的工作原理圖

1—滾輪；2—杠桿；3—頂桿；4—緩沖彈簧；5—閥芯；6—密封彈簧；7—閥體圖9-26單氣控加壓截止式換向閥的工作原理圖

1—閥芯；2—彈簧圖9-27二位三通單氣控截止式換向閥的結構圖圖9-28雙氣控滑閥式換向閥的工作原理圖圖9-29直動式單電控電磁閥的工作原理圖

1—電磁鐵；2—閥芯

圖9-30直動式雙電控電磁閥的工作原理圖

1、2—電磁鐵；3—閥芯圖9-31先導式雙電控換向閥的工作原理圖9.4.2壓力控制閥1．壓力控制閥的作用及分類2．減壓閥（調壓閥）

按壓力調節(jié)方式可分為溢流式、非溢流式和恒量排氣3種。3．順序閥

順序閥一般很少單獨使用，往往與單向閥配合在一起，構成單向順序閥。4．安全閥圖9-34單向順序閥工作原理圖

1—調節(jié)手柄；2—調壓彈簧

；3—活塞；4—單向閥

圖9-35安全閥工作原理圖9.4.3流量控制閥1．節(jié)流閥2．單向節(jié)流閥3．排氣節(jié)流閥4．快速排氣閥圖9-36節(jié)流閥工作原理圖圖9-37單向節(jié)流閥的工作原理圖圖9-38排氣節(jié)流閥工作原理圖

1—節(jié)流口；2—消聲套圖9-39快速排氣閥工作原理

1、2—閥口9.5氣動邏輯元件1．“是門”和“與門”元件2．“或門”元件3．“非門”和“禁門”元件4．“雙穩(wěn)”元件圖9-41“是門”和“與門”元件

圖9-42“或門”元件圖9-43“非門”和“禁門”元件

圖9-44“雙穩(wěn)”元件9.6氣動回路9.6.1方向控制回路1．單作用氣缸換向回路2．雙作用氣缸換向回路圖9-45單作用氣缸換向回路圖9-46雙作用氣缸的控制回路9.6.2壓力控制回路1．一次壓力控制回路2．二次壓力控制回路圖9-47一次壓力控制回路圖9-48二次壓力控制回路9.6.3速度控制回路1．單向調速回路

（1）當負載方向與活塞的運動方向相反時，活塞運動易出現(xiàn)不平穩(wěn)現(xiàn)象，即“爬行”現(xiàn)象。

（2）當負載方向與活塞運動方向一致時，由于排氣經(jīng)換向閥快排，幾乎沒有阻尼，負載易產(chǎn)生“跑空”現(xiàn)象，使氣缸失去控制。圖9-49雙作用缸單向調速回路2．雙向調速回路圖9-50雙向調速回路3．氣—液調速回路圖9-51氣—液調速回路9.6.4其他回路1．安全保護回路（1）過載保護回路。（2）互鎖回路。（3）雙手同時操作回路。圖9-54雙手操作回路2．延時回路3．順序動作回路（1）單缸往復動作回路。（2）連續(xù)往復動作回路。圖9-56往復動作回路圖9-57連續(xù)往復動作回路9.7常用氣動系統(tǒng)9.7.1工件夾緊氣壓傳動系統(tǒng)

當工件運動到指定位置后，氣缸A的活塞桿伸出，將工件定位后兩側的氣缸B和C的活塞桿伸出，從兩側面夾緊工件，而后進行機械加工。

其氣壓系統(tǒng)的動作過程如下：當用腳踏換向閥1（或用其他方式換向）后，壓縮空氣經(jīng)單向節(jié)流閥進入氣缸A的無桿腔、夾緊頭下降至工件定位位置后使機動行程閥2換向，壓縮空氣經(jīng)單向節(jié)流閥5進入閥6的右側，使閥6換向。

壓縮空氣經(jīng)閥6通過主控閥4的左位進入氣缸B和C的無桿腔，使兩氣缸活塞桿同時伸出，夾緊工件。

與此同時，一部分壓縮空氣經(jīng)單向節(jié)流閥3調定延時，使主控閥4在加工后換向到右位，則兩氣缸B和C返回。圖9-58工件夾緊氣壓傳動系統(tǒng)9.7.2氣液動力滑臺氣壓傳動系統(tǒng)圖9-59氣液動力滑臺的氣壓傳動系統(tǒng)

該氣液滑臺能完成以下兩種工作循環(huán)。 1．快進→慢進（工進）→快退→停止 2．快進→慢進→慢退→快退→停止9.7.3公共汽車車門氣壓傳動系統(tǒng)

圖9-60汽車車門氣壓控制系統(tǒng)9.8氣動系統(tǒng)的設計、安裝、調試與故障分析9.8.1氣動系統(tǒng)的設計1．明確設計要求2．氣動系統(tǒng)的方案設計3．擬定氣動系統(tǒng)原理圖4．選擇氣動元件5．繪制工作圖，編制文件9.8.2氣動系統(tǒng)的安裝調試與故障分析1．管道的安裝

（1）安裝前要檢查管道內壁是否光滑，并進行除銹和清洗。

（2）管道支架要牢固，工作時不得產(chǎn)生振動。

（3）裝緊各處接頭，管路不允許漏氣。

（4）管道焊接應符合規(guī)定標準的要求。

（5）管路系統(tǒng)中任何一段管道均可自由拆裝。

（6）管道安裝的傾斜度、彎曲半徑、間距和坡向均要符合有關規(guī)定要求。2．元件的安裝

（1）安裝前應對元件進行清洗，必要時要進行密封試驗。

（2）各類閥體上的箭頭方向或標記，要符合氣流流動方向。

（3）動密封圈不要裝得太緊，尤其是U型密封圈，否則阻力過大。

（4）移動缸的中心線時要與負載作用力的中心線同心，否則引起側向力，使密封件加速磨損，并造成活塞桿彎曲。

（5）各種自動控制儀表、自動控制器、壓力繼電器等，在安裝前應進行校驗。3．氣動系統(tǒng)的調試、使用維護

（1）調試前的準備工作主要包括以下幾點。

①要熟悉說明書等有關技術資料，力求全面了解系統(tǒng)的原理、結構、性能及操縱方法。

②了解需要調整的元件在設備上的實際位置、操縱方法及調節(jié)旋鈕的旋向等。

③準備好調試工具及儀表。

（2）空載試運行?？蛰d試運行不得少于2h，注意觀察壓力、流量、溫度的變化。

（3）負載試運行。負載試轉應分段加載，運轉不得少于3h，分別測出有關數(shù)據(jù)，記入試車記錄。

（4）氣動系統(tǒng)的使用維護。

①日常維護需對冷凝水和系統(tǒng)潤滑進行管理。

②開車前后要放掉系統(tǒng)中的冷凝水。

③定期給油霧器加油。

④隨時注意壓縮空氣的清潔度，對分水濾氣器的濾芯要定期清洗。

⑤開車前檢查各調節(jié)旋鈕是否在正確位置，行程閥、行程開關、擋塊的位置是否正確、牢固。對活塞桿、導軌等外露部分的配合表面進行擦拭后方能開車。

⑥長期不使用時，應將各旋鈕放松，以免彈簧失效而影響元件的性能。

⑦間隔三個月需定期檢修，一年應進行大修。

⑧對受壓容器應定期檢驗，漏氣、漏油、噪聲等現(xiàn)象要進行防治。4．氣動系統(tǒng)的故障珍斷

（1）故障種類。

①初期故障

②突發(fā)故障

③老化故障

（2）故障的珍斷方法主要有如下兩種。

①經(jīng)驗法

②推理分析法

（3）常見故障及排除方法。故障現(xiàn)象故障分析排除方法壓力上升但不溢流1．閥內部孔堵塞、閥芯導向部分進入異物1．清洗壓力雖沒有超過設定值，但在二次側卻溢出空氣1．閥內進入異物2．閥座損傷3．調壓彈簧損壞1．清洗2．更換閥座3．更換調壓彈簧溢流時發(fā)生振動1．壓力上升速度很慢，溢流閥放出流量多，引起閥振動2．因從壓力上升源到溢流閥之間被節(jié)流，閥前部壓力上升慢而引起振動1．二次側安裝針閥微調溢流量，使其與壓力上升量匹配2．增大壓力上升源到溢流閥的管道口徑從閥體和閥蓋向外漏氣1．膜片破裂（膜片式）2．密封件損傷1．更換膜片2．更換密封件表9-5 溢流閥常見故障排除方法故障現(xiàn)象故障分析排除方法無二次壓力1．閥彈簧損壞2．閥座有傷痕，閥座橡膠剝離3．閥體中夾入灰塵，閥導向部分粘附異物4．閥芯導向部分和閥體的O型密封圈收縮、膨脹1．更換閥彈簧2．更換閥體3．清洗并檢查濾清器4．更換O型密封圈

壓力降很大但流量不足1．閥口徑小2．閥下部積存冷凝水、閥內混入異物1．使用口徑大的減壓閥2．清洗并檢查濾清器溢流孔處向外漏氣1．溢流閥座有傷痕（溢流式）2．膜片破裂3．二次側背壓增加1．更換溢閥座2．更換膜片3．檢查二次側的裝置回路閥體泄漏1．密封件損傷2．彈簧松弛1．更換密封件2．張緊彈簧或更換異常振動1．彈簧的彈力減弱，彈簧錯位2．閥體的中心，閥桿的中心錯位3．因空氣消耗量周期變化使閥不斷開啟、關閉，與減壓閥引起共振1．更換彈力減弱的彈簧、把彈簧調整到正常位置2．檢查并調整位置偏差3．和制造廠協(xié)商雖已松開手柄，二次側空氣也不溢流1．溢流閥座孔堵塞2．使用非溢流式調壓閥1．清洗并檢查濾清器2．在二次側安裝溢流閥表9-6 減壓閥常見故障及排除方法故障現(xiàn)象故障分析排除方法不能換向1．閥的滑動阻力大，潤滑不良2．O形密封圈變形3．粉塵卡住滑動部分4．彈簧損壞5．閥操縱力小6．活塞密封圈磨損1．進行潤滑2．更換密封圈3．清除粉塵4．更換彈簧5．檢查閥操縱部分6．更換密封圈閥產(chǎn)生振動1．空氣壓力低（先導式）2．電源電壓低（電磁閥）1．提高操縱壓力，采用直動式2．提高電源電壓，使用低電壓線圈交流電磁鐵有蜂鳴聲1．活動鐵芯密封不良2．粉塵進入塊狀、層疊型鐵芯的滑動部分，使活動鐵芯不能密切接觸3．層疊活動鐵芯鉚釘脫落，鐵芯疊層分開不能吸合4．短路環(huán)損壞5．電源電壓低6．外部導線拉得太緊1．檢查鐵芯接觸和密封性，必要時更換鐵芯組件2．清除粉塵3．更換活動鐵芯4．更換固定鐵芯5．提高電源電壓6．引線應寬裕表9-7 方向閥常見故障及排除方法故障現(xiàn)象故障分析排除方法電磁鐵動作時間偏差大，或有時不能動作1．活動鐵芯銹蝕，不能移動；在濕度高的環(huán)境中使用氣動元件時，由于密封不完善而向磁鐵部分泄漏空氣2．電源電壓低3．粉塵等進入活動鐵芯的滑動部分，使運動狀況惡化1．鐵芯除銹，修理好對外部的密封，更換鐵芯組件2．提高電源電壓或使用符合電壓的線圈3．清除粉塵線圈燒毀1．環(huán)境溫度高2．快速循環(huán)使用時，因為吸引時電流大，單位時間耗電多，溫度升高，使絕緣損壞而短路3．粉塵夾在閥和鐵芯之間，不能吸引活動鐵芯4．線圈上殘余電壓1．按產(chǎn)品規(guī)定溫度范圍使用2．使用高級電磁閥，使用氣動邏輯回路3．清除粉塵4．使用正常電源電壓，使用符合電壓的線圈切斷電源，活動鐵芯不能退回1．粉塵夾入活動鐵芯滑動部分1．清除粉塵續(xù)表故障現(xiàn)象故障分析排除方法外泄漏1．襯套密封圈磨損，潤滑油不足2．活塞桿偏心3．活塞桿有傷痕4．活塞桿與密封襯套的配合面內有雜質5．密封圈損壞1．更換襯套密封圈2．重新安裝，使活塞桿位置正確3．更換活塞桿4．除去雜質，安裝防塵蓋5．更換密封圈內泄漏1．活塞密封圈損壞2．潤滑不良3．活塞被卡住4．活塞配合面有缺陷，雜質擠入密封圈1．更換活塞密封圈2．進行潤滑3．重新安裝，使活