气源装置及气动元件概述

一、气压传动系统地工作原理与系统的组成

气压传动是以压缩空气作为工作介质进行动力传递。

气动系统由下面几种元件及装置组成

1．气源装置 压缩空气的发生装置以及压缩空气的存贮、净化的辅助装置。它为系统提供合乎质量要求的压缩空气。

2．执行元件 将气体压力能转换成机械能并完成做功动作的元件，如气缸、气马达。

3．控制元件 控制气体压力、流量及运动方向的元件，如各种阀类；能完成一定逻辑功能的元件，即气动逻辑元件；感测、转换、处理气动信号的元器件，如气动传感器及信号处理装置。

4．气动辅件 气动系统中的辅助元件，如消声器、管道、接头等。

二、气压传动的优缺点

（1）优点

1)空气可以从大气中取得，同时，用过的空气可直接排放到大气中去，处理方便，万一空气管路有泄漏，除引起部分功率损失外，不致产生不利于工作的严重影响，也不会污染环境。

2)空气的粘度很小，在管道中的压力损失较小，因此压缩空气便于集中供应(空压站)和远距离输送。

3)因压缩空气的工作压力较低(一般为0.3—0.8MPa)，因此，对气动元件的材料和制造精度上的要求较低。

4)气动系统维护简单，管道不易堵塞，也不存在介质变质、补充、更换等问题。

5)使用安全，没有防爆的问题，并且便于实现过载自动保护。

(2) 缺点

1)气动装置中的信号传递速度较慢，仅限于声速的范围内。所以气动技术不宜用于信号传递速度要求十分高的复杂线路中，同时，实现生产过程的远距离控制也比较困难。

2)由于空气具有可压缩的特性，因而运动速度的稳定性较差。

3)因为工作压力较低，又因结构尺寸不宜过大，因而气压传动装置的总推力很大。

4)目前气压传动的传动效率较低。

气源装置

气源装置为气动系统提供满足一定质量要求的压缩空气，是气动系统的重要组成部分。气动系统对压缩空气的主要要求：具有一定压力和流量，并具有一定的净化程度。

气源装置由以下四部分组成：

（1）气压发生装置——空气压缩机；

（2）净化、贮存压缩空气的装置和设备；

（3）管道系统；

（4）气动三大件。

一、气压发生装置

空气压缩机将机械能转化为气体的压力能，供气动机械使用。

(一) 空气压缩机的分类：分容积型和速度型。

常用往复式容积型压缩机，一般空压机为中压，额定排气压力1MPa；
低压空压机排气压力0.2MPa；
高压空压机排气压力10MPa。
（二）空气压缩机的选用原则 依据是气动系统所需要的工作压力和流量两个参数。

空压机输出流量 qV＝(qV0+qV1)/(0.7～0.8)
qV0—— 配管等处的泄漏量
qV1—— 工作元件的总流量
二、压缩空气的净化装置和设备

(一) 气动系统对压缩空气质量的要求：

压缩空气要具有一定压力和足够的流量，具有一定的净化程度。不同的气动元件对杂质颗粒的大小有具体的要求。

混入压缩空气中的油分、水分、灰尘等杂质会产生不良影响：

1．混入压缩空气的油蒸汽可能聚集在贮气罐、管道等处形成易燃物，有引起爆炸的危险，另一方面润滑油被汽化后会形成一种有机酸，对金属设备有腐蚀生锈的作用，影响设备受命。

2． 混在压缩空气中的杂质沉积在元件的通道内，减小了通道面积，增加了管道阻力。严重时会产生阻塞，使气体压力信号不能正常传递，使系统工作不稳定甚至失灵。

3．压缩空气中含有的饱和水分，在一定条件下会凝结成水并聚集在个别管段内。在北方的冬天，凝结的水分会使管道及附件结冰而损坏，影响气动装置正常工作。

4．压缩空气中的灰尘等杂质对运动部件会产生研磨作用，使这些元件因漏气增加而效率降低，影响它们的使用寿命。

因此必须要设置除油、除水、除尘，并使压缩空气干燥的提高压缩空气质量、进行气源净化处理的辅助设备。

（二）压缩空气净化设备
一般包括：后冷却器、油水分离器、贮气罐、干燥器。

后冷却器：将空气压缩机排出具有140℃～170℃的压缩空气降至40℃～50℃，压缩空气中的油雾和水气亦凝析出来。冷却方式有水冷和气冷式两种。

油水分离器：主要利用回转离心、撞击、水浴等方法使水滴、油滴及其他杂质颗粒从压缩空气中分离出来。

贮气罐：主要作用是贮存一定数量的压缩空气，减少气流脉动，减弱气流脉动引起的管道振动，进一步分离压缩空气的水分和油分。

干燥器 作用是进一步除去压缩空气中含有的水分、油分、颗粒杂质等，使压缩空气干燥，用于对气源质量要求较高的气动装置、气动仪表等。主要采用吸附、离心、机械降水及冷冻等方法。

三、管道系统

（一）管道系统的布置原则

（二）管道系统的设计计算原则

四、气动三大件

气动三大件：分水过滤器、减压阀、油雾器。

作用：气动三大件是压缩空气质量的最后保证。

分水过滤器 作用是除去空气中的灰尘、杂质，并将空气中的水分分离出来。

原理：回转离心、撞击。
性能指标：过滤度、水分离率、滤灰效率、流量特性
油雾器 特殊的注油装置。

原理 当压缩空气流过时，它将润滑油喷射成雾状，随压缩空气流入需要的润滑部件，达到润滑的目的。
性能指标：流量特性、起雾油量
减压阀 起减压和稳压作用。

气动三大件的安装连接次序：分水过滤器、减压阀、油雾器。多数情况下，三件组合使用，也可以少于三件，只用一件或两件。

气动辅件

气动辅件：消声器、管道、接头。

消声器

气缸、气阀等工作时排气速度较高，气体体积急剧膨胀，会产生刺耳的噪声。噪声的强弱随排气的速度、排气量和空气通道的形状而变化。排气的速度和功率越大，噪声也越大，一般可达100～120dB，为了降低噪声在排气口要装设消声器。

消声器是通过阻尼或增加排气面积来降低排气的速度和功率，从而降低噪声的。

消声器的类型：吸收型；膨胀干涉型；膨胀干涉吸收性。

管道连接件 包括管子和各种管接头。

管子可分为硬管和软管。 一些固定不动的、不需要经常装拆的地方使用硬管；连接运动部件、希望装拆方便的管路用软管。常用的是紫铜管和尼龙管。

管接头分为卡套式、扩口螺纹式、卡箍式、插入快换式等。

气动执行元件

气动执行元件是将压缩空气的压力能转换为机械能的装置。包括气缸和气马达。实现直线运动和做功的是气缸；实现旋转运动和做功的是气马达。

一、气缸

1．分类及典型结构：

普通气缸、膜片气缸、冲击气缸、无杆气缸。

2．气缸的工作特性：

气缸的速度
在运动过程中气缸活塞的速度是变化的，通常说气缸速度是指活塞平均速度。

气缸的理论输出力
其计算公式与液压缸相同。

气缸的效率和负载率
气缸实际所能输出的力受摩擦力的影响，其影响程度用气缸效率η表示，η与缸径D和工作压力p有关，D增大、p提高，η增大，一般在0.7～0.95之间。

在研究气缸性能和确定缸径时，常用到负载率β的概念，定义β＝（气缸实际负载F/气缸理论输出力F0）％ 。β的选取与气缸的负载性质及运动速度有关

气缸的耗气量
指气缸在往复运动时所消耗的压缩空气量，其大小与气缸性能无关，是选择空压机排量的重要依据。

二、气马达

1．分类及典型结构：

叶片式、活塞式、齿轮式。

2．气动马达的特点和应用

可无级调速；
可双向旋转；
有过载保护作用，过载时转速降低或停转；
具有较高的启动转矩，可直接带负载启动；
输出功率相对较小，转速范围较宽；
耗气量大，效率低，噪声大；
工作可靠，操作方便。

气动控制阀

一、压力控制阀 用于控制系统压力

减压阀——气动三大件之一，用于稳定用气压力。

溢流阀——只作安全阀用。

顺序阀——由于气缸（马达）的软特性，很难用顺序阀实现两个执行元件的顺序动作

二、流量控制阀 用于控制执行元件运动速度。

节流阀

单向节流阀

排气节流阀

三、方向控制阀 用于控制执行元件的起动、进退、停止、变速或换向等。

换向阀

气压控制换向阀（加压控制、泄压控制、差压控制）

电磁控制换向阀，电、气控制换向阀

机械控制换向阀

人力控制换向阀

单向阀

梭阀 两个单向阀的组合，相当于“或门”。

快速排气阀

气动逻辑元件

气动逻辑元件是通过元件内部的可动部件的动作改变气流方向来实现一定逻辑功能的气动控制元件。

一、类型及特点

类型： 按结构形式可分高压截止式逻辑元件、膜片式逻辑元件、滑阀式逻辑元件和射流元件。 特点：元件流道孔道较大，抗污染能力较强（射流元件除外）；

元件无功耗气量低；

带负载能力强；

连接、匹配方便简单，调试容易，抗恶劣工作环境能力强；

运算速度较慢，在强烈冲击和振动条件下，可能出现误动作。

二、高压截止式逻辑元件

它的动作是依靠气压信号推动阀芯或通过膜片变形推动阀芯动作，改变气流通路来实现一定逻辑功能。

与门 当a、b 同时有信号，S 口有信号输出；当a、b 口只有一个有气信号时，S 口均无信号输出。
逻辑表达式 S =a · b
逻辑符号

是门 当a 口有信号输入，气源气流（图示 b口改为气源p）就从S口输出。

逻辑表达式 S=a

逻辑符号

或门 当a、b口有一个有气信号，S口就有信号输出。若a、b两个口均有输入，则信号强者将关闭信号弱者的阀口，S口仍然有气信号输出。

逻辑表达式 S = a + b

逻辑符号

非门 当a口有信号输入，S口无信号输出；当a口无信号输入，S口有信号输出。

逻辑表达式 S= a

逻辑符号

禁门 a信号禁止b信号输出；无a信号则有b信号输出（将图示气源口p改为信号口b）。

逻辑表达式 S=a．b

逻辑符号

或非元件 该元件有三个输入口，一个输出口，一个气源口。三个输入口中任一个有气信号，S口就无输出。

逻辑表达式S=a+b+c

逻辑符号

记忆元件－－“双稳”元件 有控制信号a，气源p 从S1口输出，撤除控制信号a，S1保持有输出，也就是记忆了控制信号a，直到有了控制信号b，S1无输出，S2有输出。

逻辑符号

高压截止式逻辑元件的特点：

阀芯的行程短，可通过较大的流量。

可直接作为一般程序控制用逻辑系统元件，对气源污染情况要求低。

一般都带有显示和手动装置，便于检查其工作情况和维修。

可组合使用，由几个基本逻辑元件组合成一级标准单元，若干个标准单元构成逻辑控制器。