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气动系统及其优缺点

2021-01-14

气动系统概述

气体以某种状态存在于空间,气体的状态通常以压力、温度和体积三个参数来表示。气体由一种状态到另一种状态的变化过程称为气体状态变化过程。气体状态变化中或变化后处于平衡时各参数的关系用气体状态方程进行描述。自然空气可视为理想气体(不计黏性的气体)。

气压传动与控制以干空气(去除水分的、不含有水蒸气的空气)为工作介质。

气源动力装置是指提供执行装置或工作目的所需压缩空气的压力和流量的装置,是气压传动与控制系统的核心元件,通常指空气压缩机。一般把排气压力高于0.2Mpa的气流输送机械称为空气压缩机(简称空压机)。空气压缩机按照工作原理可以分为速度型和溶剂型两种。压缩空气是由大气压缩而成,大气中混有灰尘和水蒸气等杂质,经过压缩后混在压缩空气中。空气压缩机输出的压缩空气必须进行净化与干燥处理,即除去压缩空气中混入的灰尘、水分、油分等杂质后才能作为气动系统的动力源使用。

进出口压力比较大,在吸入口形成负压(真空),排气口直接和大气相通的气流输送机械称为真空泵,它用于真空吸附系统中的动力源。

气动执行元件按照润滑的形式分为给油气动执行元件、无给油气动执行元件、无油润滑气动执行元件。按运动的性质分为气缸、气动马达、摆动马达。气动执行元能驱动机构实现直线往复运动、摆动、旋转运季动或冲击动作,是将压缩空气的压力能转化为机械能的一种传动装置。

气动控制元件是用于信号传感与转换、逻辑控制、参量调节等的各类气动装置,以保证气动执行元件按照气动控制系统规定的程序正确而可靠地动作。气动控制通常可分为断续控制和连续控制两类。

在断续控制(又称开关控制)系统中,通常要进行压力、流量的调节和气流流动方向和通断程序的控制,分别要采用压力控制阀、流量控制阀、开关式方向控制阀以及气动逻辑元件等。在连续控制系统中,除了要采用压力、流量调节的控制阀之外,还要采用伺服/比例控制阀等,以便对系统进行连续控制。气动传感元件和转换元件即将被控参数检测出来并变成气压信号的气动传感元件(如各种传感器和行程阀等)以及将气信号与电、液等信号互相转换的元件。

气动辅助元件是使压缩空气净化、润滑、消声以及用于元件间连接等所需要的一些装置。如过滤器、油雾器、排污器、消声器、转换器及管件等。

气动系统是利用空气作为工作介质的传动系统,在一般的气压传动的气动控制系统中,为了达到科研生产过程自动控制的目的,通常要由气压发生装置、气源处理装置、气动控制元件、气动执行元件及气动辅件等几个部分的装置和元件组成。包括气压传动系统和气压控制系统两个部分。

气压传动系统按供气方式分为压缩机直供式、贮气罐供气式、管网供气式;按执行元件运动特征分为:直接往复运动式、旋转运动式、摆动式;按工作介质循环方式分为开式循环、闭式循环。

气压控制系统包括气阀控制系统(包括电控和气控两种)、逻辑元件控制系统、射流元件控制系统。典型的气动系统由电动机、空压机、压力控制阀、方向控制阀、流量控制阀、行程阀、逻辑元件、气缸、消声器、油雾器、油水分离器、截止阀、气动传感器、压力表、储气罐、安全阀等组成。

气动系统的优点与缺点

优点:

结构简单、维护方便、成本低、投资回收快工作环境适应性好;能在温度变化范围宽、湿度高、多灰尘、振动等环境中可靠地工作;稍有泄漏不会污染环境,无火灾爆炸危险,使用安全;工作寿命长,电磁阀寿命可达3000~5000万次,气缸寿命可达2000~6000km;执行元件输出速度高、直线运动可达15m/s;有过载保护能力,执行元件在过载时会自动停止,无损坏危险、功率不够时会在负载作用下保持不动。缺点:

由于空气具有可压缩性,使得工作部件运动速度稳定性差;工作压力低,气动执行元件的输出推力比液压传动小;远距离传递信号的速度较慢,气压信号传递不适用高速传递复杂的回路;因工作压力低、而结构尺寸不宜过大,故输出力小,通常不大于10~40kN。

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