1、氣壓傳動與控制題 目： 院 系： 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 時 間： 摘要：本文對氣動系統(tǒng)進(jìn)行了簡要介紹，分別從氣動系統(tǒng)的組成，特點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢進(jìn)行了闡述和介紹，重點(diǎn)闡明了氣壓傳動系統(tǒng)與液壓傳動系統(tǒng)的區(qū)別。關(guān)鍵字：氣壓傳動 液壓傳動 系統(tǒng)組成 應(yīng)用領(lǐng)域 發(fā)展趨勢1. 氣動技術(shù)的概述1.1氣動技術(shù)的概念及發(fā)展歷史氣動技術(shù)是指以壓縮空氣為動力源，進(jìn)行能量傳遞或信號傳遞的工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)控制自動化的一門技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)控制、自動控制的重要手段。在人類追求與自然界和平共處的今天,研究并大力發(fā)展氣壓傳動,對于全球環(huán)境與資源保護(hù)有著相當(dāng)特殊的意義。隨著工業(yè)機(jī)械化和自動化的發(fā)

2、展,氣動技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域里。特別是成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單的氣動自動裝置已得到了廣泛的普及與應(yīng)用,在工業(yè)企業(yè)自動化中具有非常重要的地位。有人曾指出：氣動就是自動化，盡管有些夸張，但至少表明氣動技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化的各個領(lǐng)域中。氣動技術(shù)的發(fā)展歷史十分悠久。早在公元前,埃及人就開始利用風(fēng)箱產(chǎn)生壓縮空氣用于助燃。后來,人們懂得用空氣作為工作介質(zhì)傳遞動力做功,如古代利用自然風(fēng)力推動風(fēng)車、帶動水車提水灌溉、利用風(fēng)能航海。從18世紀(jì)的產(chǎn)業(yè)革命開始,氣壓傳動逐漸被應(yīng)用于各類行業(yè)中,如礦山用的風(fēng)鉆、火車的剎車裝置、汽車的自動開關(guān)門等。而氣壓傳動應(yīng)用于一般工業(yè)中的自動化、省力化則是近些年的事情

3、。目前世界各國都把氣壓傳動作為一種低成本的工業(yè)自動化手段應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。國內(nèi)外自20世紀(jì)60年代以來,隨著工業(yè)機(jī)械化和自動化的發(fā)展,氣動技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域里。目前氣壓傳動元件的發(fā)展速度已超過了液壓元件,氣壓傳動已成為一個獨(dú)立的專門技術(shù)領(lǐng)域。1.2氣動系統(tǒng)的組成典型的氣動系統(tǒng)是由氣壓發(fā)生器、傳動介質(zhì)、控制元件、執(zhí)行元件和輔助元件組成，下面分別的組成氣動系統(tǒng)的各部分進(jìn)行簡要的介紹和說明。氣壓發(fā)生裝置即氣動系統(tǒng)中的能源元件，相當(dāng)于液壓系統(tǒng)中的泵，其目的是得到壓縮空氣，原理是通過原動機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣體的壓力能。一般在工業(yè)中使用的為空氣壓縮機(jī)。按照工作原理可分為速度型，容積型和熱力型三

4、種。其他分類方式還可按潤滑方式，性能、用途、型式來進(jìn)行分類。大多數(shù)空氣壓縮機(jī)是往復(fù)活塞式，旋轉(zhuǎn)葉片或旋轉(zhuǎn)螺桿。其組成結(jié)構(gòu)包括油循環(huán)系統(tǒng)、氣路循環(huán)系統(tǒng)、水路循環(huán)系統(tǒng)、屏保護(hù)系統(tǒng)、直流電源系統(tǒng)、DTC控制系統(tǒng)。一般空氣壓縮機(jī)典型的參數(shù)有壓力壓強(qiáng)、壓縮方法、壓縮比例、容積流量、氣體含油量、露點(diǎn)單位。其中后兩點(diǎn)參數(shù)表明從空氣壓縮機(jī)出來的壓縮空氣含有油性雜質(zhì)，并且濕度較高，不能直接用于驅(qū)動執(zhí)行元件，必須在后面加上各種氣源處理元件。這一點(diǎn)在輔助元件里再進(jìn)行介紹。一般來說，氣動系統(tǒng)中應(yīng)用的傳動介質(zhì)為壓縮空氣。壓縮空氣作為傳動介質(zhì)具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）壓縮空氣的原料是空氣，而空氣在自然界中廣泛存在，無須購買并且

5、容易獲得。（2）壓縮空氣可以進(jìn)行長距離傳輸而壓力損失較小，并且對管路的要求較低，容易在管路中傳輸。（3）壓縮空氣易儲存在氣罐中，并且可以根據(jù)需要釋放壓縮空氣，并且氣罐本身也比較容易運(yùn)輸。（4）壓縮空氣規(guī)避了爆炸或者失火的危險。（5）壓縮空氣更加清潔，在經(jīng)過去除潤滑油后即使泄露到空氣中，也不會產(chǎn)生污染。（6）壓縮空氣的流量可以達(dá)到很高的速度，這個特性能夠滿足要求高速運(yùn)動的場合。然而，使用壓縮空氣作為傳動介質(zhì)也存在一定的缺點(diǎn)，其缺點(diǎn)如下：（1）壓縮空氣需要有較高的質(zhì)量，不能含有灰塵，油霧和較高的濕度。（2）由于空氣具有可壓縮性，所以對于氣缸活塞來說，很難得到持續(xù)穩(wěn)定的速度。（3）由于空氣的可壓縮性

6、，更加大了對于氣壓系統(tǒng)的控制難度。所以，需要合理的利用壓縮空氣，這樣可以得到比較好的工程指標(biāo)，收到良好的效果。氣壓傳動中的控制元件同液壓傳動類似，可以按照控制量分為壓力控制閥，流量控制閥，方向控制閥和邏輯元件。其中壓力控制閥包含減壓閥、溢流閥和順序閥。減壓閥的功能是將儲氣罐內(nèi)的壓力氣體減壓到每套裝置實(shí)際需要的壓力的減壓閥；溢流閥與液壓傳動中的溢流閥原理功能類似，限制和保證儲氣罐和管道壓力在某一定值；順序閥可以根據(jù)回路中壓力變化控制執(zhí)行元件順序動作。流量控制閥是通過閥的流道面積的改變來實(shí)現(xiàn)流量控制的元件，其目的時為了改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動速度。流量控制閥一般包括節(jié)流閥、單向節(jié)流閥和快速排氣閥。方向控

7、制閥是用來改變管道內(nèi)氣流的通斷和氣流的流動方向的，按閥芯種類分類可分為：提動式、滑閥式、滑動式、膜片式等。按切換位置和通口數(shù)目可分成二位四通閥，三位四通閥等。按照控制方式可分成氣壓控制、人工控制、機(jī)械控制和電磁控制等。邏輯元件可以實(shí)現(xiàn)“是”、“非”、“與”、“或”等邏輯功能，可分為氣動邏輯元件和射流邏輯元件。氣動執(zhí)行元件是將氣體的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。一般分類可分為氣缸和氣動馬達(dá)。氣缸用于實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動或擺動，輸出力和直線或擺動位移；氣動馬達(dá)用于實(shí)現(xiàn)連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動，輸出力矩和角位移。氣缸在基本結(jié)構(gòu)上分為單作用式和雙作用式兩種。其區(qū)別在于回程是否由壓縮空氣驅(qū)動，雙向運(yùn)動都由壓縮空氣驅(qū)動

8、的即為雙作用式。其基本結(jié)構(gòu)由前端蓋、后端蓋、活塞、氣缸筒、活塞桿等構(gòu)成，并且隨著應(yīng)用場合的變化發(fā)展出更多特殊結(jié)構(gòu)的氣缸。氣動馬達(dá)可分為擺動式和回轉(zhuǎn)式。擺動式（又稱為擺動缸）實(shí)現(xiàn)有限回轉(zhuǎn)運(yùn)動，回轉(zhuǎn)式實(shí)現(xiàn)連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動。氣動輔助元件是用于輔助保證氣動系統(tǒng)正常工作。由于前文談到了用作工作介質(zhì)的壓縮空氣需要控制其清潔度和濕度，所以需要在空氣壓縮機(jī)后面加上起到凈化作用的凈化器，包括過濾器、干燥器、分水濾清器等。其中過濾器的作用是分離壓縮空氣中的凝結(jié)的水分和油分，使壓縮空氣得到初步凈化，典型的過濾器有離心旋轉(zhuǎn)式油水分離器，自動排水式分水濾氣器等。同時由于壓縮機(jī)輸出的壓縮氣體溫度較高，不能夠輸送到儲氣罐或者管

9、路，因此常常需要設(shè)置后冷卻器。其冷卻方法通常是水冷法，用水冷式換熱器進(jìn)行冷卻。另外，在氣動執(zhí)行元件中往往需要潤滑，然而以壓縮氣體為動力的氣動元件都是密封氣室，不能用一般方法去注油，因此需要油霧器使得壓縮空氣含有潤滑油，在氣動執(zhí)行元件中起到潤滑的作用。另外，還有消除噪聲的消音器，連接元件的管件和必需的儀器儀表等。2. 氣動技術(shù)的特點(diǎn)由于氣動技術(shù)與液壓技術(shù)都為流體控制領(lǐng)域的學(xué)科，在技術(shù)手段，系統(tǒng)組成，系統(tǒng)分析方法，工作介質(zhì)很多方面都有很多聯(lián)系。然而在更多的方面卻存在很大的差異，這些差異決定了在分析氣動系統(tǒng)的時候不能夠完全照抄照搬液壓傳動的方法，并且，氣動技術(shù)的一些特點(diǎn)在一些場合也體現(xiàn)了其優(yōu)勢，氣動

10、技術(shù)具有如下特點(diǎn)。2.1工作介質(zhì)的特點(diǎn)由之前的分析可知壓縮空氣的優(yōu)點(diǎn)，與液壓傳動的工作介質(zhì)液壓油相比有其優(yōu)勢有其不足。（1）壓縮空氣的原料可以廣泛獲取，但是液壓油必須從石油中特殊提取制造，并且在極壓極溫的條件下還需要添加其他物質(zhì)，需要耗費(fèi)一定的人力財(cái)力，從這一點(diǎn)來說，氣壓傳動經(jīng)濟(jì)性更好。（2）壓縮空氣作為氣體有更小的粘度，相對于液壓油來說，其粘度小的優(yōu)點(diǎn)使得壓縮空氣可以長距離傳輸而沒有較明顯的壓力損失，這一特點(diǎn)使得一般氣動系統(tǒng)能源裝置可以與執(zhí)行裝置間隔很遠(yuǎn)，中間用管道連接；而液壓系統(tǒng)往往希望管道較短，壓力損失小，發(fā)熱小，效率高，有時候?yàn)榱颂岣咭簤嚎刂葡到y(tǒng)的固有頻率，將液壓閥背在液壓執(zhí)行元件上面

11、。（3）壓縮空氣本身比較清潔，在系統(tǒng)中發(fā)生泄漏不會引起環(huán)境的污染，能夠保證工作環(huán)境的清潔；而液壓系統(tǒng)相比來說污染較嚴(yán)重，一般液壓系統(tǒng)都不可避免的有一定的外泄露，導(dǎo)致液壓油流到工作環(huán)境中，引起污染。（4）工作過程中壓縮空氣需要經(jīng)過更多的環(huán)節(jié)進(jìn)行處理，需要控制其濕度，防止污染，同時為了實(shí)現(xiàn)潤滑，還需要安裝油霧器，處理過程復(fù)雜繁瑣；液壓系統(tǒng)只需要控制污染，但是并不意味著液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)處理更簡單，由于液壓元件抗污染能力差，往往要經(jīng)過多道過濾。（5）由于空氣的可壓縮性，所以在氣動控制系統(tǒng)中無法獲得較大的剛度，同時控制的準(zhǔn)確性也不高；而液壓控制系統(tǒng)由于液壓油具有較大的液體體積彈性模量，其剛度較大，抗干

12、擾能力強(qiáng)。2.2系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)對于氣動系統(tǒng)，從系統(tǒng)功能、結(jié)構(gòu)上，還具有以下的特點(diǎn)：（1）動作速度快，由于壓縮空氣可以有很大的流速，在氣動系統(tǒng)，電氣系統(tǒng)，和液壓系統(tǒng)比較時，氣動系統(tǒng)可以獲得最大的運(yùn)動速度。在一些要求執(zhí)行元件高速運(yùn)動的場合，可以考慮使用氣動系統(tǒng)。（2）氣動系統(tǒng)出力較小。一般來說氣動系統(tǒng)的工作壓力被限制在一定的范圍內(nèi)，使得氣動系統(tǒng)不能輸出較大的力，尤其相對于液壓系統(tǒng)來說，其工作壓力和輸出的力和力矩都較小。（3）氣動系統(tǒng)不需要容納工作介質(zhì)的結(jié)構(gòu)（比如液壓系統(tǒng)中的油箱），同時由于其工作壓力不高，其元件較輕便，尺寸小，相對于液壓系統(tǒng)來說節(jié)省占用的空間。（4）氣動元件的可靠性高，使用壽命

13、比較長。相對與電氣系統(tǒng)而言，氣動元件的壽命比較長。（5）氣動系統(tǒng)具有防爆防燃的特性，這一點(diǎn)是液壓系統(tǒng)很難具備的（需要在液壓油中添加防爆防燃的添加劑），所以氣動系統(tǒng)可以應(yīng)用在煤礦，軍工等方面。（6）氣動系統(tǒng)相對于液壓系統(tǒng)和電器系統(tǒng)而言噪聲比較大，在高速排氣的過程中，噪聲頻率很高，所以一般需要加消音器。3. 氣動技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域氣壓傳動技術(shù)目前的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，在工業(yè)各領(lǐng)域,如機(jī)械、電子、鋼鐵、運(yùn)輸車輛及制造、橡膠、紡織、化工、食品、包裝、印刷和煙草領(lǐng)域等,氣壓傳動技術(shù)已成為基本組成部分。在尖端技術(shù)領(lǐng)域如核工業(yè)和宇航中,氣壓傳動技術(shù)也占據(jù)著重要的地位。接下來將分別展開來進(jìn)行介紹。（1）輕工食品包裝

14、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,聚乙烯、化肥和各種食品的包裝等。（2)機(jī)械制造業(yè)。其中包括機(jī)械加工生產(chǎn)線上零件的加工和組裝,如工件的搬運(yùn)、轉(zhuǎn)位、定位、夾緊、進(jìn)給、裝卸、裝配、清洗、檢測等工序;冷卻、潤滑液的控制等。（3)石油、化工業(yè)、介質(zhì)管道運(yùn)輸送業(yè)。用管道輸送介質(zhì)的自動化流程絕大多數(shù)采用氣動控制,如石油提煉加工、氣體加工、化肥生產(chǎn)等。（4)機(jī)器人。例如裝配機(jī)器人,噴漆機(jī)器人,搬運(yùn)機(jī)器人以及爬墻、焊接機(jī)器人等。4.氣動技術(shù)的發(fā)展趨勢隨著科技的發(fā)展和對氣動系統(tǒng)更高更新的要求，氣動技術(shù)也迎來了新的發(fā)展趨勢，下面分別進(jìn)行介紹：（1）小型化、節(jié)能化。氣動元件的有些

15、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。小型化是主要發(fā)展趨勢。比如針筆型氣缸、薄型氣缸可以用于小型和微型機(jī)械設(shè)備的場合。SMC生產(chǎn)的多種電磁閥中，很多的功率都比較小，電磁鐵低功耗的意義不僅僅在于能節(jié)約電能消耗,提高電磁鐵的可靠性,另一方面,也為氣動技術(shù)與微電子技術(shù)相結(jié)合創(chuàng)造了必要條件。（2)組合化、集成化。最常見的組合是帶閥、帶開關(guān)氣缸。在物料搬運(yùn)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)。這些具有組合功能的氣缸,大大方便了用戶的選擇與使用。同時，還有新型的控制閥與控制器的集成閥島。把控制閥的供氣支路和排氣口等氣流通道集成,把傳感器輸入電信號的接線集成在一個插座里,形成模塊化的、小巧的集成塊則稱為閥島。通過采用多外接口的閥島使得系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)過程大為簡化。（3）高速化。氣缸的高速化發(fā)展對提高裝置的生產(chǎn)效率有著重要意義, 氣缸高速化的發(fā)展相應(yīng)需要解決的技術(shù)問題,除對密封的材料、形狀有所考慮外,氣缸的驅(qū)動方式及如何吸收沖擊慣量進(jìn)行緩沖等問題非常重耍。參考文獻(xiàn)：1 SMC 產(chǎn)品樣本. SMC（中國）有限公司網(wǎng)站2 Peter Croser , Frank Ebel .Basic Pneu