十一章 氣壓傳動

第11章氣壓傳動內(nèi)容提要氣壓傳動與液壓傳動最大的不同在于氣壓傳動的工作介質(zhì)是壓縮空氣，本章主要介紹氣壓傳動的特點，氣源裝置、輔助元件、氣動執(zhí)行元件、氣動控制元件及氣動基本回路的組成、工作原理和結(jié)構(gòu)特點，還用氣動系統(tǒng)實例具體闡述氣動回路的分析方法和實際應用。與液壓傳動不同的是，控制元件不僅包括普通的氣動控制閥，還包括有用于完成一定邏輯功能的氣動邏輯元件等?；疽?、重點和難點基本要求：①了解氣壓傳動技術(shù)基本特點；②理解和掌握氣源裝置及輔助元件、氣動執(zhí)行元件、氣動控制元件、氣動基本回路的組成、工作原理和性能以及在實際氣壓系統(tǒng)中的應用；③讀懂氣壓基本回路，理解氣動系統(tǒng)實例的分析方法。重點：通過本章學習，對氣動元件的組成和基本特點、氣動基本回路的組成和功用有一個較全面而深刻的了解，能分析氣動系統(tǒng)實例，為設計氣動回路打好基礎。難點：氣動基本回路的應用、氣動系統(tǒng)實例分析。11.1氣壓傳動概述氣壓傳動是以空氣壓縮機為動力源，以壓縮空氣為工作介質(zhì)，進行能量和信號傳遞的一門技術(shù)，是實現(xiàn)生產(chǎn)自動化的有效技術(shù)之一。氣壓傳動的工作原理是利用空壓機把電動機或其它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。11.1.1氣動技術(shù)的特點氣動技術(shù)被廣泛應用于機械、電子、輕工、紡織、食品、醫(yī)藥、包裝、冶金、石化、航空、交通運輸?shù)雀鱾€工業(yè)部門。組合機床、加工中心、氣動機械手、生產(chǎn)自動線、自動檢測和實驗裝置等已大量涌現(xiàn)。在提高生產(chǎn)效率、自動化程度、產(chǎn)品質(zhì)量、工作可靠性和實現(xiàn)特殊工藝等方面顯示出極大的優(yōu)越性。氣壓傳動與機械、電氣、液壓傳動相比有以下特點：1．優(yōu)點1）機器結(jié)構(gòu)簡單、輕便，易于安裝維護；壓力等級低，使用安全；2）工作介質(zhì)是在地表隨處可取的空氣，取之不盡、用之不竭。在大多數(shù)場合，排氣可無須處理直接進入大氣，不污染環(huán)境；3）空氣的特性受溫度影響小。在高溫下能可靠地工作，不會發(fā)生燃燒或爆炸。且溫度變化時，對空氣的粘度影響極小，故不會影響傳動性能；4）空氣的粘度很?。s為液壓油的萬分之一），所以流動阻力小，在管道中流動的壓力損失較小，所以便于集中供應和遠距離輸送；5）能容易地得到直線往復運動，并具有相當功率，速度變化范圍廣，既可實現(xiàn)高速驅(qū)動，也可實現(xiàn)低速驅(qū)動。一般氣缸的平均速度為50～500，最低可到0.5～1，用于高壓氣動中最高可達100；6）利用空氣的可壓縮性，可存儲能量，實現(xiàn)集中供氣?？稍诙虝r間內(nèi)釋放能量，以得到間歇運動中的高速響應和大沖擊力?？蓪崿F(xiàn)緩沖，對沖擊負載和過負載有較強的適應能力，氣動裝置在一定條件下有自我保護能力；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、電氣傳動和控制優(yōu)越。2．缺點1）由于空氣的可壓縮性較大，氣動裝置的動作穩(wěn)定性較差，外載變化時，對工作速度的影響較大；2）由于工作壓力低，氣動裝置的輸出力或力矩受到限制。在結(jié)構(gòu)尺寸相同的情況下，氣壓傳動比液壓傳動輸出的力要小得多。氣壓傳動裝置的輸出力不宜大于10—40kN；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。同時實現(xiàn)生產(chǎn)過程的遙控也比較困難，但對一般的機械設備，氣動信號的傳遞速度是能滿足工作要求的；4）噪聲較大，尤其是在超音速排氣時要加消聲器。氣壓傳動與其它傳動的性能比較見表11-1。表11-1氣壓傳動與其他傳動的性能比較傳動方式操作力動作快慢環(huán)境要求構(gòu)造負載變化影響操作距離無級調(diào)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11.1.2氣動系統(tǒng)的組成典型的氣壓傳動系統(tǒng)由氣源裝置、控制元件、執(zhí)行元件和輔助元件四部分組成的，如圖11-1所示。圖11-1氣壓傳動系統(tǒng)的組成1－電動機2－空氣壓縮機3－氣罐4－壓力控制閥5邏輯元件6－方向控制閥7－流量控制閥8－行程閥9－氣缸10－消音器11－油霧器12－分水濾氣器1）氣源裝置獲得壓縮空氣的裝置。其主體部分是空氣壓縮機，它將原動機供給的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能。使用氣動設備較多的廠礦常將汽源裝置集中于壓氣站（俗稱空壓站）內(nèi)，有壓氣站在統(tǒng)一向各用氣點分配壓縮空氣；2）控制元件是用來控制壓縮空氣的壓力、流量和流動方向的，以便使執(zhí)行機構(gòu)完成預定的工作循環(huán)。它包括各種壓力閥、流量閥和方向閥、射流元件、邏輯元件、傳感器等；3）執(zhí)行元件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。它包括實現(xiàn)直線往復運動的氣缸和實現(xiàn)連續(xù)回轉(zhuǎn)運動或擺動的氣馬達或擺動馬達等；4）輔助元件是保證壓縮空氣的凈化、元件的潤滑、元件間的連接及消聲等所必須的，它包括過濾器、油霧器、管接頭及消聲器等。11.1.3氣動技術(shù)的應用和發(fā)展目前氣動技術(shù)已廣泛應用于國民經(jīng)濟的各個部門，而且應用范圍越來越廣，下面介紹氣動技術(shù)的應用：1）在食品加工和包裝工業(yè)中，氣動技術(shù)因其衛(wèi)生、可靠和經(jīng)濟得到廣泛應用，如在收割蘆筍之后，采用氣動技術(shù)可以對其進行剝皮，并輕輕除去其中的苦纖維，而不損傷可口的筍尖。在飲料廠和酒廠里，氣動系統(tǒng)完成對玻璃瓶的抓取功能時可以實現(xiàn)軟抓取，即使玻璃瓶比允許誤差大，它也不會被抓碎。這主要是由于氣缸中的空氣是可壓縮的，其作用就像緩沖墊一樣，氣爪可以簡單地調(diào)整至不同尺寸大小，以免引起玻璃瓶破裂。當然，這種優(yōu)點可以適用于整個玻璃制品生產(chǎn)，玻璃制品生產(chǎn)也是氣動技術(shù)的應用的另一個領域。氣動技術(shù)因其高速、高可靠性和特別適合于應用在潔凈衛(wèi)生場合，所以其在包裝業(yè)中占主導地位，至于氣動元件的維護成本低還不是主要的。氣動元件的靈活性（即對不同產(chǎn)品的快速調(diào)整能力）以日益為人們所需要。氣動技術(shù)是適應這種快速變化的最理想技術(shù)。氣缸期望的位置可以直接反饋到包裝設備主控制器中，這樣包裝設備對塑料袋封口就可以比以前短。2）絕大多數(shù)具有管道生產(chǎn)流程的各生產(chǎn)部門都可以采用氣動，如有色金屬冶煉工業(yè)，在冶煉工業(yè)中，溫度高、灰塵多的場合往往不宜采用電機驅(qū)動或液壓傳動，采用氣動就比較安全可靠，高爐爐門的啟閉常由氣動完成。3）在輕工業(yè)中，電氣控制和氣動控制一樣應用，功能大致相等。凡輸出力要求不大、動作平穩(wěn)性或控制精度要求不太高的場合，均可以采用氣動，成本比電氣裝置要低得多。對粘稠液體（如牙膏、化妝品、油漆、油墨等）進行自動計量灌裝時采用氣動，不僅能提高工效，減輕勞動強度，而且因有些液體具有易揮發(fā)性和易燃性，采用氣動控制比較安全。對于食品工業(yè)、制藥工業(yè)、卷煙工業(yè)等領域，氣動由于其不污染性而具有更強的優(yōu)勢，有廣泛的應用前景。4）在軍事工業(yè)中氣動也得到廣泛應用。因電子裝置在沒有冷卻下很難在300℃11.2氣源裝置及輔助元件氣壓傳動系統(tǒng)中的氣源裝置是為氣動系統(tǒng)提供滿足一定質(zhì)量要求的壓縮空氣，它是氣壓傳動系統(tǒng)的重要組成部分。由空氣壓縮機產(chǎn)生的壓縮空氣，必須經(jīng)過降溫、凈化、減壓、穩(wěn)壓等一系列處理后，才能供給控制元件和執(zhí)行元件使用。氣動輔助元件是元件連接和提高系統(tǒng)可靠性、使用壽命以及改善工作環(huán)境等所必需的。11.2.1氣源裝置1．對壓縮空氣的要求由空氣壓縮機排出的壓縮空氣雖然可以滿足氣動系統(tǒng)工作時的壓力和流量要求，但其溫度高達140℃～180℃1）混在壓縮空氣中的油蒸氣可能聚集在貯氣罐、管道、氣動系統(tǒng)的容器中形成易燃物，有引起爆炸的危險；另一方面，潤滑油被氣化后，會形成一種有機酸，對金屬設備、氣動裝置有腐蝕作用，影響設備的壽命。2）混在壓縮空氣中的雜質(zhì)能沉積在管道和氣動元件的通道內(nèi)，減少了通道面積，增加了管道阻力。特別是對內(nèi)徑只有0.2～0.5mm3）壓縮空氣中含有的飽和水分，在一定的條件下會凝結(jié)成水，并聚集在個別管道中。在寒冷的冬季，凝結(jié)的水會使管道及附件結(jié)冰而損壞，影響氣動裝置的正常工作。4）壓縮空氣中的灰塵等雜質(zhì)，對氣動系統(tǒng)中作往復運動或轉(zhuǎn)動的氣動元件(如氣缸、氣馬達、氣動換向閥等)的運動副會產(chǎn)生研磨作用，使這些元件因漏氣而降低效率，影響它的使用壽命。因此氣源裝置必須設置一些除油、除水、除塵，并使壓縮空氣干燥，提高壓縮空氣質(zhì)量，進行氣源凈化處理的輔助設備。2．氣源裝置的組成壓縮空氣站的設備一般包括產(chǎn)生壓縮空氣的空氣壓縮機和使氣源凈化的輔助設備。圖11-2是壓縮空氣站設備組成及布置示意圖。圖11-2壓縮空氣站設備組成及布置示意圖1-空氣壓縮機2-后卻器3-油水分離器4、7-貯氣罐5-干燥器6-過濾器8-加熱器9-四通閥在圖11-2中，l為空氣壓縮機，用以產(chǎn)生壓縮空氣，一般由電動機帶動。其吸氣口裝有空氣過濾器以減少進人空氣壓縮機的雜質(zhì)。2為后冷卻器，用以降溫冷卻壓縮空氣，使氣化的水、油凝結(jié)出來。3為油水分離器，用以分離并排出降溫冷卻的水滴、油滴、雜質(zhì)等。4、7為貯氣罐，用以貯存壓縮空氣，穩(wěn)定壓縮空氣的壓力并除去部分油分和水分。5為干燥器，用以進一步吸收或排除壓縮空氣中的水分和油分，使之成為干燥空氣。6為過濾器，用以進一步過濾壓縮空氣中的灰塵、雜質(zhì)顆粒。貯氣罐4輸出的壓縮空氣可用于一般要求的氣壓傳動系統(tǒng)，貯氣罐7輸出的壓縮空氣可用于要求較高的氣動系統(tǒng)(如氣動儀表及射流元件組成的控制回路等)。3．壓縮空氣發(fā)生裝置1）空氣壓縮機的分類空氣壓縮機是一種壓縮空氣發(fā)生裝置，它是將機械能轉(zhuǎn)化成氣體壓力能的能量轉(zhuǎn)換裝置，其種類很多。如按工作原理可分為容積型壓縮機和速度型壓縮機，容積型壓縮機的工作原理是壓縮氣體的體積，使單位體積內(nèi)氣體分子的密度增大以提高壓縮空氣的壓力。速度型壓縮機的工作原理是提高氣體分子的運動速度，然后使氣體的動能轉(zhuǎn)化為壓力能以提高壓縮空氣的壓力。2）空氣壓縮機的工作原理氣壓傳動系統(tǒng)中最常用的空氣壓縮機是往復活塞式，其工作原理是通過曲柄連桿機構(gòu)使活塞作往復運動而實現(xiàn)吸、壓氣，并達到提高氣體壓力的目的，如圖11-3所示。當活塞3向右運動時，氣缸2內(nèi)活塞左腔的壓力低于大氣壓力，吸氣閥9被打開，空氣在大氣壓力作用下進入氣缸2內(nèi)，這個過程稱為“吸氣過程”。當活塞向左移動時，吸氣閥9在缸內(nèi)壓縮氣體的作用下而關閉，缸內(nèi)氣體被壓縮，這個過程稱為壓縮過程。當氣缸內(nèi)空氣壓力增高到略高于輸氣管內(nèi)壓力后，排氣閥l被打開，壓縮空氣進入輸氣管道，這個過程稱為“排氣過程”?；钊?的往復運動是由電動機帶動曲柄轉(zhuǎn)動，通過連桿、滑塊、活塞桿轉(zhuǎn)化為直線往復運動而產(chǎn)生的。圖中只表示了一個活塞一個缸的空氣壓縮機，大多數(shù)空氣壓縮機是多缸多活塞的組合。圖11-3活塞式空氣壓縮機原理圖1-排氣閥2-氣缸3-活塞4-活塞桿5-滑塊6-滑道7-曲柄連桿8-吸氣閥9-彈簧3）空氣壓縮機的選用原則選用空氣壓縮機的根據(jù)是氣壓系統(tǒng)所需的工作壓力和流量兩個參數(shù)。按排氣壓力不同，排氣壓力0.2MPa為低壓空氣壓縮機；排氣壓力1.0MPa為中壓空氣壓縮機；排氣壓力10MPa為高壓空氣壓縮機；排氣壓力100MPa為超高壓空氣壓縮機。低壓空氣壓縮機為單級式，中壓、高壓和超高壓空氣壓縮機為多級式，最多級數(shù)可達8級，目前國外已制成壓力達343MPa聚乙烯用的超高壓壓縮機。輸出流量的選擇，要根據(jù)整個氣動系統(tǒng)對壓縮空氣的需要再加一定的備用余量，作為選擇空氣壓縮機的流量依據(jù)?？諝鈮嚎s機銘牌上的流量是自由空氣流量。4．壓縮空氣凈化、儲存設備壓縮空氣凈化裝置一般包括：后冷卻器、油水分離器、貯氣罐、干燥器、過濾器等。1）冷卻器后冷卻器安裝在空氣壓縮機出口處的管道上。它的作用是將空氣壓縮機排出的壓縮空氣溫度由140～170℃降至40～50℃。這樣就可使壓縮空氣中的油霧和水汽迅速達到飽和，使其大部分析出并凝結(jié)成油滴和水滴，以便經(jīng)油水分離器排出。后冷卻器的結(jié)構(gòu)形式有：蛇形管式、列管式、散熱片式、管套式。冷卻方式有水冷和氣冷兩種方式，蛇形管和列管式后冷卻器的結(jié)構(gòu)見圖11-4。圖11-4后冷卻器（a）蛇管式（b）列管式2）油水分離器油水分離器安裝在后冷卻器出口管道上，它的作用是分離并排出壓縮空氣中凝聚的油分、水分和灰塵雜質(zhì)等，使壓縮空氣得到初步凈化。圖11-5所示是油水分離器的示意圖。壓縮空氣由入口進入分離器殼體后，氣流先受到隔板阻擋而被撞擊折回向下(見圖中箭頭所示流向)；之后又上升產(chǎn)生環(huán)形回轉(zhuǎn)，這樣凝聚在壓縮空氣中的油滴、水滴等雜質(zhì)受慣性力作用而分離析出，沉降于殼體底部，由放水閥定期排出。圖11-5油水分離器圖圖11-5油水分離器圖11-6吸附式干燥器結(jié)構(gòu)圖1、12-密封座2、7-吸附劑層3、8、11-鋼絲過慮網(wǎng)4-上柵板5-筒體6-支撐板9-下柵板10-毛氈13、18、20-法蘭14-排水管15-干燥空氣輸出管16-再生空氣進氣管17、19-再生空氣排氣管21-頂蓋22-濕空氣進氣管3）貯氣罐貯氣罐的主要作用是儲存一定數(shù)量的壓縮空氣，以備發(fā)生故障或臨時需要應急使用；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；進一步分離壓縮空氣中的油、水等雜質(zhì)。貯氣罐一般采用焊接結(jié)構(gòu)。4）干燥器經(jīng)過后冷卻器、油水分離器和貯氣罐后得到初步凈化的壓縮空氣，已滿足一般氣壓傳動的需要。但壓縮空氣中仍含一定量的油、水以及少量的粉塵。如果用于精密的氣動裝置、氣動儀表等，上述壓縮空氣還必須進行干燥處理。壓縮空氣干燥方法主要采用吸附法、離心、機械降水及冷卻等方法。吸附法是利用具有吸附性能的吸附劑(如硅膠、鋁膠或分子篩等)來吸附壓縮空氣中含有的水分，而使其干燥；冷卻法是利用制冷設備使空氣冷卻到一定的露點溫度，析出空氣中超過飽和水蒸氣部分的多余水分，從而達到所需的干燥度。吸附法是干燥處理方法中應用最為普遍的一種方法。吸附式干燥器的結(jié)構(gòu)如圖11-6所示。它的外殼呈筒形，其中分層設置柵板、吸附劑、濾網(wǎng)等。濕空氣從管l進入干燥器，通過吸附劑21、過濾網(wǎng)20、上柵板19和下部吸附層16后，因其中的水分被吸附劑吸收而變得很干燥。然后，再經(jīng)過鋼絲網(wǎng)15、下柵板14和過濾網(wǎng)12，干燥、潔凈的壓縮空氣便從輸出管8排出。5）過濾器空氣的過濾是氣壓傳動系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)。不同的場合，對壓縮空氣的要求也不同。過濾器的作用是進一步濾除壓縮空氣中的雜質(zhì)。常用的過濾器有一次性過濾器(也稱簡易過濾器，濾灰效率為50％～70％)；二次過濾器(濾灰效率為70％～99％)。在要求高的特殊場合，還可使用高效率的過濾器(濾灰效率大于99％)。11.2.2輔助元件分水濾氣器、減壓閥和油霧器一起稱為氣動三大件，三大件依次無管化連接而成的組件稱為三聯(lián)件，是多數(shù)氣動設備中必不可少的氣源裝置。大多數(shù)情況下，三大件組合使用，其安裝次序依進氣方向為分水濾氣器、減壓閥、油霧器。三大件應安裝在進氣設備的近處。壓縮空氣經(jīng)過三大件的最后處理，將進入各氣動元件及氣動系統(tǒng)。因此，三大件是氣動系統(tǒng)使用壓縮空氣質(zhì)量的最后保證。其組成及規(guī)格，須由氣動系統(tǒng)具體的用氣要求確定，可以少于三大件，只用一件或兩件，也可多于三件。1．分水濾氣器圖11-8普通油霧器結(jié)構(gòu)簡圖1-噴嘴2-鋼球3-彈簧4-閥座5-存油杯6-圖11-8普通油霧器結(jié)構(gòu)簡圖1-噴嘴2-鋼球3-彈簧4-閥座5-存油杯6-吸油管7-單向閥8-節(jié)流閥9-視油器10、12-密封墊11-油塞13-螺母、螺釘圖圖11-7分水濾氣器結(jié)構(gòu)圖1-導流葉片2-濾芯3-儲水杯4-擋水板5-手動排水閥2．油霧器油霧器是一種特殊的注油裝置。它以空氣為動力，使?jié)櫥挽F化后，注入空氣流中，并隨空氣進入需要潤滑的部件，達到潤滑的目的。圖11-8是普通油霧器(也稱一次油霧器)的結(jié)構(gòu)簡圖。當壓縮空氣由輸入口進入后，通過噴嘴1下端的小孔進入閥座4的腔室內(nèi)，在截止閥的鋼球2上下表面形成壓差，由于泄漏和彈簧3的作用，而使鋼球處于中間位置，壓縮空氣進入存油杯5的上腔使油面受壓，壓力油經(jīng)吸油管6將單向閥7的鋼球頂起，鋼球上部管道有一個方形小孔，鋼球不能將上部管道封死，壓力油不斷流人視油器9內(nèi)，再滴入噴嘴l中，被主管氣流從上面小孔引射出來，霧化后從輸出口輸出。節(jié)流閥8可以調(diào)節(jié)流量，使滴油量在每分鐘0～120滴內(nèi)變化。二次油霧器能使油滴在霧化器內(nèi)進行兩次霧化，使油霧粒度更小、更均勻，輸送距離更遠。二次霧化粒徑可達5。油霧器的選擇主要是根據(jù)氣壓傳動系統(tǒng)所需額定流量及油霧粒徑大小來進行。所需油霧粒徑在50左右選用一次油霧器。若需油霧粒徑很小可選用二次油霧器。油霧器一般應配置在濾氣器和減壓閥之后，用氣設備之前較近處。3．消聲器在氣壓傳動系統(tǒng)之中，氣缸、氣閥等元件工作時，排氣速度較高，氣體體積急劇膨脹，會產(chǎn)生刺耳的噪聲。噪聲的強弱隨排氣的速度、排量和空氣通道的形狀而變化。排氣的速度和功率越大，噪聲也越大，一般可達100～120，為了降低噪聲可以在排氣口裝消聲器。圖11-9圖11-9吸收型消聲器結(jié)構(gòu)簡圖1-連接螺絲2-消聲罩圖11-9是阻性消聲器的結(jié)構(gòu)簡圖。這種消聲器主要依靠吸音材料消聲。消聲罩2為多孔的吸音材料，一般用聚苯乙烯或銅珠燒結(jié)而成。當消聲器的通徑小于20時，多用聚苯乙烯作消音材料制成消聲罩，當消聲器的通徑大于20時，消聲罩多用銅珠燒結(jié)，以增加強度。其消聲原理是：當有壓氣體通過消聲罩時，氣流受到阻力，聲能量被部分吸收而轉(zhuǎn)化為熱能，從而降低了噪聲強度。阻性消聲器結(jié)構(gòu)簡單，具有良好的消除中、高頻噪聲的性能。在氣動系統(tǒng)中，排氣噪聲主要是中、高頻噪聲，尤其是高頻噪聲，所以采用這種消聲器是合適的。4．真空元件氣動系統(tǒng)中的大多數(shù)氣動元件，包括氣源發(fā)生裝置、執(zhí)行元件、控制元件以及各種輔助元件，都是在高于大氣壓力的氣壓作用下工作的，用這些元件組成的氣動系統(tǒng)稱為正壓系統(tǒng)；另有一類元件可在低于大氣壓力下工作，這類元件組成的系統(tǒng)稱為負壓系統(tǒng)（或稱真空系統(tǒng)）。1）真空系統(tǒng)的組成真空系統(tǒng)一般由真空發(fā)生器（真空壓力源）、吸盤（執(zhí)行元件）、真空閥（控制元件，有手動閥、機控閥、氣控閥及電磁閥）及輔助元件（管件接頭、過濾器和消音器等）組成。有些元件在正壓系統(tǒng)和負壓系統(tǒng)中是通用的，如管件接頭、過濾器和消聲器及部分控制元件。圖圖11-10典型的真空回路1-過濾器2-精過濾器3-減壓閥4-壓力表5-電磁閥6-真空發(fā)生器7-消聲器8-真空過濾器9-真空壓力開關10-真空壓力表11-吸盤12-工件圖11-10為典型的真空回路。實際上，用真空發(fā)生器構(gòu)成的真空回路，往往是正壓系統(tǒng)的一部分，同時組成一個完整的氣動系統(tǒng)。如在氣動機械裝置中，圖11-10所示的吸盤真空回路僅是其氣動控制系統(tǒng)的一部分，吸盤是機械手的抓取機構(gòu)，隨著機械手臂而運動。以真空發(fā)生器為核心構(gòu)成的真空系統(tǒng)適合于任何具有光滑表面的工件，特別是對于非金屬制品且不適合加緊的工件，如易碎的玻璃制品，柔軟而薄的紙張、塑料及各種電子精密零件。真空系統(tǒng)已廣泛用于輕工、食品、印刷、醫(yī)療、塑料制品以及自動搬運和機械手等各種機械，如玻璃的搬運、裝箱，機械手抓取工件，印刷機械中的紙張檢測、運輸，真空包裝機械中包裝紙的吸附、送標、貼標、包裝袋的開啟，精密零件的輸送，塑料制品的成型，電子產(chǎn)品的加工、運輸、裝配等各種工序作業(yè)。2）真空發(fā)生器用真空發(fā)生器產(chǎn)生負壓的特點有：結(jié)構(gòu)簡單，體積小，使用壽命長；產(chǎn)生的真空度可達88，抽吸流量不大，但可控、可調(diào)，穩(wěn)定可靠；瞬時開關特性好，無殘余負壓；同一輸出口可使用負壓或交替使用正負壓。圖11-11所示為真空發(fā)生器的工作原理圖1-圖11-11所示為真空發(fā)生器的工作原理圖1-噴嘴；2-接收室；3-混合室；4-擴散室11.2.3管路系統(tǒng)設計1．供氣系統(tǒng)管道1）壓縮空氣站內(nèi)氣源管道：包括壓縮機的排氣口至后冷卻器、油水分離器、儲氣罐、干燥器等設備的壓縮空氣管道。2）廠區(qū)壓縮空氣管道：包括從壓縮空氣站至各用氣車間的壓縮空氣輸送管道。3）用氣車間壓縮空氣管道：包括從車間入口到氣動設備和氣動裝置的壓縮空氣輸送管道。2．供氣管道設計的原則1）從供氣的壓力和流量考慮若工廠中的氣動設備對壓縮空氣源壓力有多種要求，則氣源系統(tǒng)管道必須滿足最高壓力要求來設計。若僅采用同一個管道系統(tǒng)供氣，對于供氣壓力要求較低者，可通過減壓閥來實現(xiàn)。從供氣的最大流量和允許壓縮空氣在管道內(nèi)流動的最大壓力損失決定氣源供氣系統(tǒng)管道的管徑大小。為避免在管道內(nèi)流動時有較大的壓力損失，壓縮空氣在管道中的流速一般應小于。當管道內(nèi)氣體的體積流量為，管道中允許流速為時，管道的內(nèi)徑為：（11-1）式中－流量（）；－流速（）。由式（11-1）計算求得的管道內(nèi)徑，結(jié)合流量（或流速），再驗算空氣通過某段管道的壓力損失是否在允許范圍內(nèi)。一般對較大的空氣壓縮站，在廠區(qū)范圍內(nèi)，從管道的起點到終點，壓縮空氣的壓力降不能超過氣源初始壓力的8%；在車間范圍內(nèi)不能超過供氣壓力的5%。若超過了，可增大管道直徑。2．從供氣的質(zhì)量要求考慮若氣動裝置對供氣質(zhì)量（含水、油及干燥程度等）有不同要求時，如果用一個氣源管道供氣，則必須考慮其中對氣源供氣質(zhì)量要求較高的氣動裝置，采取就地設置小型干燥過濾裝置或空氣過濾器來解決。也可通過技術(shù)、經(jīng)濟全面比較，設置兩套氣源管道供氣系統(tǒng)。3．從供氣的可靠性、經(jīng)濟性考慮1）單樹枝狀管網(wǎng)供氣系統(tǒng)圖11-12單樹枝狀管網(wǎng)供氣系統(tǒng)如圖圖11-12單樹枝狀管網(wǎng)供氣系統(tǒng)2）環(huán)狀管網(wǎng)供氣系統(tǒng)如圖11-13所示，這種系統(tǒng)供氣可靠性比單樹枝狀管網(wǎng)要高，而且壓力較穩(wěn)定，末端壓力損失較小，當支管上有一個閥門損壞需要檢修時，可將環(huán)形管道上兩側(cè)的閥門關閉，以保證更換、維修支管上的閥門時，整個系統(tǒng)能正常工作。但此系統(tǒng)成本較高。3）雙樹枝狀管網(wǎng)供氣系統(tǒng)圖11-13圖11-13環(huán)狀管網(wǎng)供氣系統(tǒng)圖11-14雙樹枝狀管網(wǎng)供氣系統(tǒng)11.3氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置。它包括氣缸和氣馬達。氣缸用于直線往復運動或擺動，氣馬達用于實現(xiàn)連續(xù)回轉(zhuǎn)運動。11.3.1氣缸氣缸按結(jié)構(gòu)形式分為兩大類：活塞式和膜片式。其中活塞式又分為單活塞式和雙活塞式，單活塞式有活塞桿和無活塞桿兩種，除幾種特殊氣缸外，普通氣缸其種類及結(jié)構(gòu)形式與液壓缸基本相同。目前常用的標準氣缸，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)都已系列化、標準化、通用化，如QGA系列為無緩沖普通氣缸，QGB系列為有緩沖普通氣缸。其它幾種較為典型的特殊氣缸有氣液阻尼缸、薄膜式氣缸和沖擊式氣缸等。1．氣缸的基本構(gòu)造（以單桿雙作用氣缸為例）圖11-15圖11-15單桿雙作用氣缸1-后端蓋2-緩沖節(jié)流3、7-密封圈4-活塞密封圈5-導向環(huán)6-磁性環(huán)8-活塞9-緩沖柱塞10-活塞桿11-缸筒12-緩沖密封圈13-前端蓋14-導向套15-防塵組合密封圈圖11-15所示為單桿雙作用氣缸的結(jié)構(gòu)圖，它由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件等組成。缸筒內(nèi)徑的大小代表了氣缸輸出力的大小，活塞要在缸筒內(nèi)做平穩(wěn)的往復滑動，缸筒內(nèi)表面的粗糙度應達。對于鋼管缸筒，內(nèi)表面還應鍍硬鉻，以減小摩擦阻力和磨損，并能防止銹蝕。缸筒材質(zhì)除使用高碳鋼管外，還使用高強度鋁合金和黃銅。小型氣缸有使用不銹鋼。帶磁性環(huán)或在腐蝕環(huán)境中使用的氣缸，缸筒應使用不銹鋼、鋁合金或黃銅等材質(zhì)。端蓋上設有進排氣通口，有的還在端蓋內(nèi)設有緩沖機構(gòu)。前端蓋設有防塵組合密封圈，以防止從活塞桿處向外漏氣和防止外部灰塵混入缸內(nèi)。前端蓋設有導向套，以提高氣缸的導向精度，承受活塞桿上的少量徑向載荷，減少活塞桿伸出時的下彎量，延長氣缸的使用壽命。導向套通常使用燒結(jié)含油合金、鉛青銅鑄件。端蓋常采用可鍛鑄鐵，現(xiàn)在為了減輕質(zhì)量并防銹，常使用鋁合金壓鑄，有的微型氣缸使用黃銅材料?；钊菤飧字械氖軌毫α慵?，為防止活塞左右兩腔相互竄氣，設有活塞密封圈。活塞上的耐磨環(huán)可提高氣缸的導向性。耐磨環(huán)常使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夾布合成樹脂等材料。活塞的材質(zhì)常采用鋁合金和鑄鐵，有的小型缸的活塞用黃銅制成?；钊麠U是氣缸中最重要的受力零件，通常使用高碳鋼，其表面經(jīng)鍍硬鉻處理，或使用不銹鋼以防腐蝕，并能提高密封圈的耐磨性。2．氣缸的工作特性1）氣缸的速度氣缸活塞的運動速度在運動過程中是變化的，通常說的氣缸速度是指氣缸活塞的平均速度，如普通氣缸的速度范圍為50～500，就是氣缸活塞在全行程范圍內(nèi)的平均速度。目前普通氣缸的最低速度為5，高速可達17。2）氣缸的理論輸出力氣缸的理論輸出力的計算公式和液壓缸相同。3）氣缸的效率和負載率氣缸未加載時實際所能輸出的力，受氣缸活塞和缸筒之間的摩擦、活塞桿與前缸蓋之間的摩擦力的影響。摩擦力影響程度用氣缸效率表示，與氣缸缸徑和工作壓力有關，缸徑增大，工作壓力提高，氣缸效率增加。一般氣缸效率在0.7～0.95之間。與液壓缸不同，要精確確定氣缸的實際輸出力是困難的。于是在研究氣缸性能和確定氣缸缸徑時，常用到負載率的概念。氣缸負載率氣缸的實際負載（軸向負載）由工況決定，若確定了氣缸負載率，則由定義就可確定氣缸的理論輸出力，從而可以計算氣缸的缸徑。氣缸負載率的選取與氣缸的負載性質(zhì)及氣缸的運動速度有關，詳見表11-2。表11-2氣缸的運動狀態(tài)與負載率靜負載慣性負載的運動速度由此可以計算氣缸的缸徑，再按標準進行圓整。估算時可取活塞桿直徑。4）氣缸的耗氣量氣缸的耗氣量是指氣缸在往復運動時所消耗的壓縮空氣量，耗氣量的大小與氣缸的性能無關，但它是選擇空壓機的重要依據(jù)。最大耗氣量是指氣缸活塞完成依次行程所需的自由空氣耗氣量。（11-2）式中——氣缸的有效作用面積；——氣缸行程；——氣缸活塞完成一次行程所需時間；——工作壓力；——大氣壓；——氣缸容積效率，一般取。3．其他常用氣缸簡介1）氣液阻尼缸普通氣缸工作時，由于氣體的壓縮性，當外部載荷變化較大時，會產(chǎn)生“爬行”或“自走”現(xiàn)象，使氣缸的工作不穩(wěn)定。為了使氣缸運動平穩(wěn)，普遍采用氣液阻尼缸。圖11-16氣液阻尼缸的工作原理圖1-油杯圖11-16氣液阻尼缸的工作原理圖1-油杯2-單向閥3-節(jié)流閥4-油液5-氣體這種氣液阻尼缸的結(jié)構(gòu)一般是將雙活塞桿缸作為油缸。因為這樣可使油缸兩腔的排油量相等，此時油箱內(nèi)的油液只用來補充因油缸泄漏而減少的油量，一般用油杯就行了。2）薄膜式氣缸薄膜式氣缸是一種利用壓縮空氣通過膜片推動活塞桿作往復直線運動的氣缸。它由缸體、膜片、膜盤和活塞桿等主要零件組成。其功能類似于活塞式氣缸，它分單作用式和雙作用式兩種，如圖11-17所示。圖圖11-17薄膜式氣缸結(jié)構(gòu)簡圖(a) 單作用式（b）雙作用式1-缸體2-膜片3-膜盤4-活塞桿薄膜式氣缸的膜片可以做成盤形膜片和平膜片兩種形式。膜片材料為夾織物橡膠、鋼片或磷青銅片。常用的是夾織物橡膠，橡膠的厚度為5～6，有時也可用l～3。金屬式膜片只用于行程較小的薄膜式氣缸中。薄膜式氣缸和活塞式氣缸相比較，具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、制造容易、成本低、維修方便、壽命長、泄漏小、效率高等優(yōu)點。但是膜片的變形量有限，故其行程短(一般不超過40～50)，且氣缸活塞桿上的輸出力隨著行程的加大而減小。3）沖擊氣缸圖11-18沖擊氣缸工作原理圖沖擊氣缸是一種體積小、結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、耗氣功率小但能產(chǎn)生相當大的沖擊力的一種特殊氣缸。與普通氣缸相比，沖擊氣缸的結(jié)構(gòu)特點是增加了一個具有一定容積的蓄能腔和噴嘴。它的工作原理如圖11-18。沖擊氣缸的整個工作過程可簡單地分為三個階段：第一個階段如圖11-18（a），壓縮空氣由孔A輸入沖擊缸的下腔，蓄氣缸經(jīng)孔B排氣，活塞上升并用密封墊封住噴嘴，中蓋和活塞間的環(huán)形空間經(jīng)排氣孔與大氣相通。第二階段如圖11-18（b），壓縮空氣改由孔B進氣，輸入蓄氣缸中，沖擊缸下腔經(jīng)孔A排氣。由于活塞上端氣壓作用在面積較小的噴嘴上，而活塞下端受力面積較大，一般設計成噴嘴面積的9倍，缸下腔的壓力雖因排氣而下降，但此時活塞下端向上的作用力仍然大于活塞上端向下的作用力。第三階段圖1l-18（c），蓄氣缸的壓力繼續(xù)增大，沖擊缸下腔的壓力繼續(xù)降低，當蓄氣缸內(nèi)壓力高于活塞下腔壓力9倍時，活塞開始向下移動，活塞一旦離開噴嘴，蓄氣缸內(nèi)的高壓氣體迅速充人到活塞與中間蓋間的空間，使活塞上端受力面積突然增加9倍，于是活塞將以極大的加速度向下運動，氣體的壓力能轉(zhuǎn)換成活塞的動能。在沖程達到一定時，獲得最大沖擊速度和能量，利用這個能量對工件進行沖擊做功，產(chǎn)生很大的沖擊力。 11.3.2氣動馬達氣動馬達也是氣動執(zhí)行元件的一種。它的作用相當于電動機或液壓馬達，即輸出力矩，拖動機構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運動。最常見的氣動馬達是活塞式氣動馬達和葉片式氣動馬達。葉片式氣動馬達制造簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，但低速運動轉(zhuǎn)矩小，低速性能不好，適用于中、低功率的機械，目前在礦山及風動工具中應用普遍?；钊綒鈩玉R達在低速情況下有較大的輸出功率，它的低速性能好，適宜于載荷較大和要求低速轉(zhuǎn)矩的機械，如起重機、絞車、絞盤、拉管機等。由于氣動馬達具有一些比較突出的優(yōu)點，在某些場合，它比電動機和液壓馬達更適用，這些特點是：1）具有防暴性能，工作安全。由于氣動馬達的工作介質(zhì)（空氣）本身的特性和結(jié)構(gòu)設計上的考慮，能夠在工作中不產(chǎn)生火花，故可以在易燃易爆場所工作，同時不受高溫和振動的影響，并能用于空氣極潮濕的環(huán)境，而無漏電危險；2）馬達的軟特性使之能長時間滿載工作而溫升較小，且有過載保護的性能；3）可以無級調(diào)速?？刂七M氣流量，就能調(diào)節(jié)馬達的轉(zhuǎn)速和功率。額定轉(zhuǎn)速以每分鐘幾十轉(zhuǎn)到幾十萬轉(zhuǎn)；4）具有較高的啟動力矩?？梢灾苯訋ж撦d運動；5）與電動機相比，單位功率尺寸小，重量輕，適于安裝在位置狹小的場合及手工工具上。但氣動馬達也具有輸出功率小，耗氣量大，效率低，噪音大和易產(chǎn)生振動等缺點。1．工作原理B進氣順時針旋轉(zhuǎn)A進氣逆時針旋轉(zhuǎn)圖11-19是葉片式氣馬達的工作原理圖。它的主要結(jié)構(gòu)和工作原理與液壓葉片馬達相似，主要包括一個徑向裝有3～10個葉片的轉(zhuǎn)子，偏心安裝在定子內(nèi)，轉(zhuǎn)子兩側(cè)有前后蓋板(圖中未畫出)，當壓縮空氣從A口進入后分兩路：一路進入葉片底部槽中，會使葉片從徑向溝槽伸出；另一路進入定子腔，轉(zhuǎn)子周圍徑向分布的葉片由于偏心，伸出的長度不同而受力不一樣，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，葉片帶動轉(zhuǎn)子作逆時針旋轉(zhuǎn)。定子內(nèi)有半圓形的切溝，提供壓縮空氣及排出廢氣。B進氣順時針旋轉(zhuǎn)A進氣逆時針旋轉(zhuǎn)圖11-19葉片式氣馬達工作原理圖圖11-20氣動馬達特性曲線1-葉片2-轉(zhuǎn)子3-定子 2．特性曲線圖11-20是在一定工作壓力下作出的葉片式氣動馬達的特性曲線。由圖可知，氣動馬達具有軟特性的特點。當外加轉(zhuǎn)矩等于零時，即為空轉(zhuǎn)，此時速度達到最大值，氣動輸出的功率等于零；當外加轉(zhuǎn)矩等于氣動馬達的最大轉(zhuǎn)矩時，馬達停止轉(zhuǎn)動，此時輸出功率等于零；當外加轉(zhuǎn)矩等于最大轉(zhuǎn)矩的一半時，馬達的轉(zhuǎn)速也為最大轉(zhuǎn)速的1/2，此時馬達的輸出功率最大，以表示。11.4氣動控制元件在氣壓傳動系統(tǒng)中，氣動控制元件是控制和調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力、流量和方向的各種控制閥，其作用是保證氣動執(zhí)行元件(如氣缸、氣馬達等)按設計的程序正常地進行工作。 11.4.1 1．方向控制閥的分類方向控制閥是氣壓傳動系統(tǒng)中通過改變壓縮空氣的流動方向和氣流的通斷，來控制執(zhí)行元件啟動、停止及運動方向的氣動元件。根據(jù)方向控制閥的功能、控制方式、結(jié)構(gòu)方式、閥內(nèi)氣流的方向及密封形式等，可將方向控制閥分為幾類。見表11-3。表11-3方向控制閥的分類分類方式形式按閥內(nèi)氣體的流動方向單向閥、換向閥按閥芯的結(jié)構(gòu)形式截止閥、滑閥按閥的密封形式硬質(zhì)密封、軟質(zhì)密封按閥的工作位數(shù)及通路數(shù)二位三通、二位五通、三位五通等按閥的控制操縱方式氣壓控制、電磁控制、機械控制、手動控制下面介紹幾種典型的方向控制閥。 2．氣壓控制換向閥氣壓控制換向閥是以壓縮空氣為動力切換氣閥，使氣路換向或通斷的閥類。氣壓控制換向閥的用途很廣，多用于組成全氣閥控制的氣壓傳動系統(tǒng)或易燃、易爆以及高凈化等場合。單氣控加壓式換向閥圖11-21為單氣控加壓式換向閥的工作原理。即11-21(a)是無氣控信號K時的狀態(tài)(即常態(tài))，此時，閥芯1在彈簧2的作用下處于上端位置，使閥A與O相通，A口排氣。圖11-21(b)是在有氣控信號K時閥的狀態(tài)(即動力閥狀態(tài))。由于氣壓力的作用，閥芯1壓縮彈簧2下移，使閥口A與O斷開，P與A接通，A口有氣體輸出。圖11-21單氣控加壓截止式換向閥的工作原理圖（a）無控制信號狀態(tài)(b)有控制信號狀態(tài)1-閥芯2-彈簧圖11-22為二位三通單氣控截止式換向閥的結(jié)構(gòu)圖。這種結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、密封可靠、換向行程短，但換向力大。若將氣控接頭換成電磁頭(即電磁先導閥)，可變氣控閥為先導式電磁換向閥。圖11-22單氣控截止式換向閥的結(jié)構(gòu)圖圖11-23雙氣控滑閥式換向閥的工作原理圖2)雙氣控加壓式換向閥圖11-23為雙氣控滑閥式換向閥的工作原理圖。圖11-23(a)為有氣控信號時閥的狀態(tài)，此時閥停在左邊，其通路狀態(tài)是戶與A、月與O相通。圖11-23(b)為有氣控信號時閥的狀態(tài)(此時信號已不存在)，閥芯換位，其通路狀態(tài)變?yōu)閼襞cB、A與O相通。雙氣控滑閥具有記憶功能，即氣控信號消失后，閥仍能保持在有信號時的工作狀態(tài)。 3)差動控制換向閥差動控制換向閥是利用控制氣壓作用在閥芯兩端不同面積上所產(chǎn)生的壓力差來使閥換向的一種控制方式。圖11-24為二位五通差壓控制換向閥的結(jié)構(gòu)原理圖。閥的右腔始終與進氣口P相通。在沒有進氣信號K時，控制活塞13上的氣壓力將推動閥芯9左移，其通路狀態(tài)為P與A、B與O相通。A口進氣、B口排氣。當有氣控信號K時，由于控制活塞3的端面積大于控制活塞13的端面積，作用在控制活塞3上的氣壓力將克服控制活塞13上的壓力及摩擦力，推動閥芯9右移，氣路換向，其通路狀態(tài)為P與B、A與O相通，B口進氣、A口排氣。當氣控信號K消失時，閥芯9借右腔內(nèi)的氣壓作用復位。采用氣壓復位可提高閥的可靠性。圖11-24二位五通差壓控制換向閥結(jié)構(gòu)原理圖1-端蓋2-緩沖墊片3、13-控制活塞4、10、11-密封墊5、12-襯套6-閥體7-隔套8-檔片9-閥芯 3．電磁控制換向閥電磁換向閥是利用電磁力的作用來實現(xiàn)閥的切換以控制氣流的流動方向。常用的電磁換向閥有直動式和先導式兩種。 1)直動式電磁換向閥圖11-25為直動式單電控電磁閥的工作原理圖。它只有一個電磁鐵。圖1l-25(a)為常態(tài)情況，即激勵線圈不通電，此時閥在復位彈簧的作用下處于上端位置。其通路狀態(tài)為A與T相通，A口排氣。當通電時，電磁鐵l推動閥芯向下移動，氣路換向，其通路為P與A相通，A口進氣，見圖11-25(b)。圖11-26圖11-26直動式雙電控電磁閥原理圖1、2-電磁鐵3-閥芯圖圖11-25直動式單電控電磁閥原理圖(a)斷電狀態(tài)(b)通電狀態(tài)1-電磁鐵2-閥芯圖11-26為直動式雙電控電磁閥的工作原理圖。它有兩個電磁鐵，當線圈l通電、2斷電，如圖11-26(a)，閥芯被推向右端，其通路狀態(tài)是P與A、B與O2相通，A口進氣、B口排氣。當線圈l斷電時，閥芯仍處于原有狀態(tài)，即具有記憶性。當電磁線圈2通電、l斷電，如圖11-26(b)，閥芯被推向左端，其通路狀態(tài)是P與B、A與O1相通，B口進氣、A口排氣。若電磁線圈斷電，氣流通路仍保持原狀態(tài)。2)先導式電磁換向閥直動式電磁閥是由電磁鐵直接推動閥芯移動的，當閥通徑較大時，用直動式結(jié)構(gòu)所需的電磁鐵體積和電力消耗都必然加大，為克服此弱點可采用先導式結(jié)構(gòu)。先導式電磁閥是由電磁鐵首先控制氣路，產(chǎn)生先導壓力，再由先導壓力推動主閥閥芯，使其換向。圖11-27為先導式雙電控換向閥的工作原理圖。當電磁先導閥l的線圈通電，而先導閥2斷電時，如圖11-27(a)，由于主閥3的K2腔進氣，K2腔排氣，使主閥閥芯向右移動。此時戶與A、B與O2相通，A口進氣、B口排氣。當電磁先導閥2通電，而先導閥l斷電時E見圖11-27(b)，主閥的K2腔進氣，K2腔排氣，使主閥閥芯向左移動。此時戶與B、A與O1相通，B口進氣、A口排氣。先導式雙電控電磁閥具有記憶功能，即通電換向，斷電保持原狀態(tài)。為保證主閥正常工作，兩個電磁閥不能同時通電，電路中要考慮互鎖。先導式電磁換向閥便于實現(xiàn)電、氣聯(lián)合控制，所以應用廣泛。圖11-27先導式雙電控換向閥工作原理圖(a)先導閥1通電、2斷電時狀態(tài)(b)先導閥2通電、1斷電時狀態(tài) 4．機械控制換向閥機械控制換向閥又稱行程閥，多用于行程程序控制，作為信號閥使用。常依靠凸輪、擋塊或其它機械外力推動閥芯，使閥換向。 5．人力控制換向閥這類閥分為手動及腳踏兩種操縱方式。手動閥的主體部分與氣控閥類似，其操縱方式有多種形式，如按鈕式、旋鈕式、鎖式及推拉式等。 6．時間控制換向閥時間控制換向閥是使氣流通過氣阻(如小孔、縫隙等)節(jié)流后到氣容(儲氣空間)中，經(jīng)一定的時間使氣容內(nèi)建立起一定的壓力后，再使閥芯換向的閥類。在不允許使用時間繼電器(電控制)的場合(如易燃、易爆、粉塵大等)，用氣動時間控制就顯出其優(yōu)越性。 7．梭閥 梭閥相當于兩個單向閥組合的閥。圖11-28為梭閥的工作原理圖。(a)(b)(c)圖11-28梭閥的工作原理圖(a)P1進氣狀態(tài)(b)P2進氣狀態(tài)(c)圖形符號梭閥有兩個進氣口P1和P2，一個工作口A，閥芯l在兩個方向上起單向閥的作用。其中P1和P2都可與A口相通，但這P1與P2不相通。當P1進氣時，閥芯l右移，封住P2口，使P1與A相通，A口進氣，見圖11-28(a)。反之，P2進氣時，閥芯1左移，封住P1口，使P2與A相通，A口也進氣。若P1與P2都進氣時，閥芯就可能停在任意一邊，這主要看壓力加入的先后順序和壓力的大小而定。若P1與P2不等，則高壓口的，通道打開，低壓口則被封閉，高壓氣流從A口輸出。梭閥的應用很廣，多用于手動與自動控制的并聯(lián)回路中。 11.4.2壓力控制閥 1．壓力控制閥的作用及分類氣動系統(tǒng)不同于液壓系統(tǒng)，一般每一個液壓系統(tǒng)都自帶液壓源（液壓泵）；而在氣動系統(tǒng)中，一般來說由空氣壓縮機先將空氣壓縮，儲存在貯氣罐內(nèi)，然后經(jīng)管路輸送給各個氣動裝置使用。而貯氣罐的空氣壓力往往比各臺設備實際所需要的壓力高些，同時其壓力波動值也較大。因此需要用減壓閥(調(diào)壓閥)將其壓力減到每臺裝置所需的壓力，并使減壓后的壓力穩(wěn)定在所需壓力值上。有些氣動回路需要依靠回路中壓力的變化來實現(xiàn)控制兩個執(zhí)行元件的順序動作，所用的這種閥就是順序閥。順序閥與單向閥的組合稱為單向順序閥。所有的氣動回路或貯氣罐為了安全起見，當壓力超過允許壓力值時，需要實現(xiàn)自動向外排氣，這種壓力控制閥叫安全閥(溢流閥)。 2．減壓閥(調(diào)壓閥)圖11-29是QTY型直動式減壓閥結(jié)構(gòu)圖。其工作原理是：當閥處于工作狀態(tài)時，調(diào)節(jié)手柄l、壓縮彈簧2、3及膜片5，通過閥桿6使閥芯8下移，進氣閥口被打開，有壓氣流從左端輸入，經(jīng)閥口節(jié)流減壓后從右端輸出。輸出氣流的一部分由阻尼管7進入膜片氣室，在膜片5的下方產(chǎn)生一個向上的推力，這個推力總是企圖把閥口開度關小，使其輸出壓力下降。當作用于膜片上的推力與彈簧力相平衡后，減壓閥的輸出壓力便保持一定。當輸入壓力發(fā)生波動時，如輸入壓力瞬時升高，輸出壓力也隨之升高，作用于膜片5上的氣體推力也隨之增大，破壞了原來的力的平衡，使膜片5向上移動，有少量氣體經(jīng)溢流口12、排氣孔11排出。在膜片上移的同時，因復位彈簧9的作用，使輸出壓力下降，直到新的平衡為止。重新平衡后的輸出壓力又基本上恢復至原值。反之，輸出壓力瞬時下．降，膜片下移，進氣口開度增大，節(jié)流作用減小，輸出壓力又基本上回升至原值。調(diào)節(jié)手柄1使彈簧2、3恢復自由狀態(tài)，輸出壓力降至零，閥芯8在復位彈簧9的作用下，關閉進氣閥口，這樣，減壓閥便處于截止狀態(tài)，無氣流輸出。QTY型直動式減壓閥的調(diào)壓范圍為0.05-0.63MPa。為限制氣體流過減壓閥所造成的壓力損失，規(guī)定氣體通過閥內(nèi)通道的流速在15-25m／s范圍內(nèi)。圖11-29QTY型減壓閥結(jié)構(gòu)圖及其職能符號1-手柄2、3-調(diào)壓彈簧4-溢流閥座5-膜片6-膜片氣室7-阻尼管8-閥芯9-復位彈簧10-進氣閥口11-排氣孔12-溢流孔安裝減壓閥時，要按氣流的方向和減壓閥上所示的箭頭方向，依照分水濾氣器—今減壓閥個油霧器的安裝次序進行安裝。調(diào)壓時應由低向高調(diào)，直至規(guī)定的調(diào)壓值為止。閥不用時應把手柄放松，以免膜片經(jīng)常受壓變形。 3．順序閥順序閥是依靠氣路中壓力的作用而控制執(zhí)行元件按順序動作的壓力控制閥，如圖11.30所示，它根據(jù)彈簧的預壓縮量來控制其開啟壓力。當輸入壓力達到或超過開啟壓力時，頂開彈簧，于是戶到A才有輸出；反之A無輸出。圖11-30順序閥工作原理圖及其職能符號(a)關閉狀態(tài)(b)開啟狀態(tài)順序閥一般很少單獨使用，往往與單向閥配合在一起，構(gòu)成單向順序閥。圖11-31所示為單向單向順序閥的工作原理圖。當壓縮空氣由左端進入閥腔后，作用于活塞3上的氣壓力超過壓縮彈簧3上的力時，將活塞頂起，壓縮空氣從戶經(jīng)A輸出，如圖11-31(a)，此時單向閥4在壓差力及彈簧力的作用下處于關閉狀態(tài)。反向流動時，輸入側(cè)變成排氣口，輸出側(cè)壓力將頂開單向閥4由O口排氣，如圖11-31(b)。調(diào)節(jié)旋鈕就可改變單向順序閥的開啟壓力，以便在不同的開啟壓力下，控制執(zhí)行元件的順序動作。圖11-31單向順序閥工作原理圖(a)關閉狀態(tài)(b)開啟狀態(tài)1-調(diào)節(jié)手柄2-彈簧3-活塞4-單向閥 4．安全閥當貯氣罐或回路中壓力超過某調(diào)定值，要用安全閥向外放氣，安全閥在系統(tǒng)中起過載保護作用。圖11-32是安全閥工作原理圖。當系統(tǒng)中氣體壓力在調(diào)定范圍內(nèi)時，作用在活塞3上的壓力小于彈簧2的力，活塞處于關閉狀態(tài)，如圖11-32(a)所示。當系統(tǒng)壓力升高，作用在活塞3上的壓力大于彈簧的預定壓力時，活塞3向上移動，閥門開啟排氣如圖11-32(b)。直到系統(tǒng)壓力降到調(diào)定范圍以下，活塞又重新關閉。開啟壓力的大小與彈簧的預壓量有關。圖11-32安全閥工作原理圖（a）關閉狀態(tài)(b)開啟狀態(tài) 11.4.3在氣壓傳動系統(tǒng)中，有時需要控制氣缸的運動速度，有時需要控制換向閥的切換時間和氣動信號的傳遞速度，這些都需要調(diào)節(jié)壓縮空氣的流量來實現(xiàn)。流量控制閥就是通過改變閥的通流截面積來實現(xiàn)流量控制的元件。流量控制閥包括節(jié)流閥、單向節(jié)流閥、排氣節(jié)流閥和快速排氣閥等。 1．節(jié)流閥圖11-33所示為圓柱斜切型節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)圖。壓縮空氣由戶口進入，經(jīng)過節(jié)流后，由A口流出。旋轉(zhuǎn)閥芯螺桿，就可改變節(jié)流口的開度，這樣就調(diào)節(jié)了壓縮空氣的流量。由于這種節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)簡單、體積小，故應用范圍較廣。圖11-33節(jié)流閥工作原理圖圖11-34單向節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)原理圖1-調(diào)節(jié)桿2-彈簧3-單向閥4-節(jié)流口 2．單向節(jié)流閥單向節(jié)流閥是由單向閥和節(jié)流閥并聯(lián)而成的組合式流量控制閥，如圖11-34所示。當氣流沿著一個方向，例如P--A流動時，經(jīng)過節(jié)流閥節(jié)流；反方向流動，由A--P時單向閥打開，不節(jié)流，單向節(jié)流閥常用于氣缸的調(diào)速和延時回路。 3．排氣節(jié)流閥排氣節(jié)流閥是裝在執(zhí)行元件的排氣口處，調(diào)節(jié)進入大氣中氣體流量的一種控制閥。它不僅能調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的運動速度，還常帶有消聲器件，所以也能起降低排氣噪聲的作用。圖11-35排氣節(jié)流閥工作原理圖1-節(jié)流口2-消聲套圖11-35為排氣節(jié)流閥工作原理圖。其工作原理和節(jié)流閥類似，靠調(diào)節(jié)節(jié)流口1．處的通流面積來調(diào)節(jié)排氣流量，由消聲套2來減小排氣噪聲。 4．快速排氣閥圖11-36為快速排氣閥工作原理圖。進氣口P進入壓縮空氣，并將密封活塞迅速上推，開啟閥口2，同時關閉排氣口O，使進氣口P和工作口A相通，如圖11-36(a)。圖11-36(b)是P口沒有壓縮空氣進入時，在A口和P口壓差作用下，密封活塞迅速下降，關閉P口，使A口通過O口快速排氣。圖11-36快速排氣閥工作原理1-排氣口2-閥口 快速排氣閥常安裝在換向閥和氣缸之間。圖11-37為快速排氣閥應用回路。它使氣缸的排氣不用通過換向閥而快速排出，從而加速了氣缸往復的運動速度，縮短了工作周期。圖11-37快速排氣閥應用回路 11.4.4氣動邏輯元件是一種以壓縮空氣為工作介質(zhì)，通過元件內(nèi)部可動部件的動作，改變氣流流動的方向，從而實現(xiàn)一定邏輯功能的流體控制元件。氣動邏輯元件種類很多，按工作壓力分為高壓、低壓、微壓三種。按結(jié)構(gòu)形式分類，主要包括截止式、膜片式、滑閥式和球閥式等幾種類型。本節(jié)僅對高壓截止式邏輯元件作一簡要介紹。 1．動邏輯元件的特點1）

元件孔徑較大，抗污染能力較強，對氣源的凈化程度要求較低。2）元件在完成切動作后，能切斷氣源和排氣孔之間的通道，因此無功耗氣量較低。3)

負載能力強，可帶多個同類型元件。4）在組成系統(tǒng)時，元件間的連接方便，調(diào)試簡單。5）適應能力較強，可在各種惡劣環(huán)境下工作。6）響應時間一般為幾毫秒或十幾毫秒。響應速度較慢，不宜組成運算很復雜的系統(tǒng)。 2．高壓截止式邏輯元件 1)“是門”和“與門”元件圖11-38為“是門”元件及“與門”元件的結(jié)構(gòu)圖。圖中，P為氣源口，a為信號輸入口，S為輸出口。當A無信號，閥片6在彈簧及氣源壓力作用下上移，關閉閥口，封住P→S通路，S無輸出。當A有信號，膜片在輸入信號作用下，推動閥芯下移，封住S與排氣孔通道，同時接通P→S通路，S有輸出。即元件的輸入和輸出始終保持相同狀態(tài).當氣源口P改為信號口B時，則成“與門”元件，即只有當A和B同時輸入信號時，S才有輸出，否則S無輸出。圖11-38“是門”元件和“與門”元件圖11-39“或門”元件1-膜片2-閥芯a-閥片 2)“或門”元件 圖11-39為“或門”元件的結(jié)構(gòu)圖。當只有A信號輸入時，閥片a被推動下移，打開上閥口，接通A→S通路，S有輸出。類似地，當只有B信號輸入時，B→S接通,S也有輸出。顯然，當A,B均有信號輸入時，S定有輸出。 3)“非門”和“禁門”元件圖11-40為“非門”及“禁門”元件的結(jié)構(gòu)圖。圖中，A為信號輸入孔，S為信號輸出孔，P為氣源孔。在A無信號輸入時，膜片2在氣源壓力作用下上移，開啟下閥口，關閉上閥口，接通P→S通路，S有輸出。當A有信號輸入時，膜片6在輸入信號作用下，推動閥芯3及膜片2下移，開啟上閥口，關閉下閥口，S無輸出。顯然此時為“非門”元件。若將氣源口P改為信號B口，該元件就成為“禁門“元件。在A，B均有信號時，膜片2及閥芯3在A輸入信號作用下封住B孔，S無輸出；在A無信號輸入，而B有輸入信號時，S就有輸出，即A輸入信號起“禁止“作用。圖11-40“非門”和“禁門”元件圖11-41為“或非”元件1-活塞2-膜片3-閥芯 4)“或非”元件圖11-41為“或非”元件工作原理圖。P為氣源口，S為輸出口，A、B、C為三個信號輸入口。當三個輸入口均為無信號輸入時，閥芯在氣源壓力作用下上移，開啟下閥口，接通P→S通路，S有輸出。三個輸入口只要有一個口有信號輸入，都會使閥芯下移關閉閥口，截斷P→S通路，S無輸出?！盎蚍恰痹且环N多功能邏輯元件，用它可以組成“與門”、“或門”、“非門”、“雙穩(wěn)”等邏輯元件. 5)雙穩(wěn)元件記憶元件分為單輸出和雙輸出兩種。雙輸出記憶元件稱為雙穩(wěn)元件，單輸出記憶元件稱為單記憶元件。下面介紹雙穩(wěn)元件圖11-42為“雙穩(wěn)”元件原理圖。當A有控制信號輸入時，閥芯帶動滑塊右移，接通P→S1通路，S1有輸出，而S2與排氣孔O相通，無輸出。此時“雙穩(wěn)”處于“1”狀態(tài)，在B輸入信號到來之前，A信號雖消失，閥芯仍總是保持在右端位置。當B有輸入信號時，則P→S2相通，S2有輸出，S1→O相通，此時元件置“0”狀態(tài)，B信號消失后，A信號未到來前，元件一直保持此狀態(tài)。圖11.42雙穩(wěn)元件 3．邏輯元件的應用每個氣動邏輯元件都對應于一個最基本的邏輯單元，邏輯控制系統(tǒng)的每個邏輯符號可以用對應的氣動邏輯元件來實現(xiàn)，氣動邏輯元件設計有標準的機械和氣信號接口，元件更換方便，組成邏輯系統(tǒng)簡單，易于維護。但邏輯元件的輸出功率有限，一般用于組成邏輯控制系統(tǒng)中的信號控制部分，或推動小功率執(zhí)行元件。如果執(zhí)行元件的功率較大，則需要在邏輯元件的輸出信號后接大功率的氣控滑閥作為執(zhí)行元件的主控閥。11.5氣動基本回路氣壓傳動系統(tǒng)和液壓傳動系統(tǒng)一樣，同樣是由不同功能的基本回路所組成的。熟悉常用的氣動基本回路是分析和設計氣壓傳動系統(tǒng)的基礎，本節(jié)主要講述氣動基本回路的工作原理和特點。11.5.1換向控制回路1．單作用氣缸換向回路圖11-43(a)為常用的二位三通閥控制回路，當電磁鐵通電時靠氣壓使活塞桿伸出，斷電時靠彈簧作用縮回。11-43(b)為由三位五通閥電氣控制的換向回路。該閥具有自動對中功能，可使氣缸停在任意位置，但定位精度不高、定位時間不長。(a)二位三通閥控制回路(b)三位五通閥控制回路圖11-43單作用氣缸換向回路2．雙作用氣缸換向回路圖11-44為二位五通主閥操縱氣缸換向，換向閥處在右位時氣缸活塞桿伸出，處在左位時氣缸活塞桿縮回；圖11-45為三位五通閥控制氣缸換向。該回路有中停功能，但定位精度不高。圖11-44二位五通閥換向回路圖11-45三位五通閥換向回路11.5.2壓力控制回路1．氣源壓力控制回路如圖11-46所示的氣源壓力控制回路用于控制氣源系統(tǒng)中氣罐的壓力，使之不超過調(diào)定的壓力值和不低于調(diào)定的最低壓力值。常用外控溢流閥或用電接點壓力表來控制空氣壓縮機的轉(zhuǎn)、停，使貯氣罐內(nèi)壓力保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。采用溢流閥結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，但氣量浪費大；采用電接點壓力表對電機及控制要求較高，常用于對小型空壓機的控制。圖11-46氣源壓力控制回路1-空壓機2-單向閥3-壓力開關4-壓力表5-氣罐6-安全閥2．工作壓力控制回路為使氣動系統(tǒng)得到穩(wěn)定的工作壓力，可采用如圖11-47(a)所示基本回路。從壓縮空氣站來的壓縮空氣，經(jīng)分水濾氣器、減壓閥、油霧器供給氣動設備使用。調(diào)節(jié)溢流式減壓閥能得到氣動設備所需要的工作壓力。如回路中需要多種不同的工作壓力，可采用圖11-47(b)所示的回路。(a)(b)圖11-47工作壓力控制回路1-分水濾氣器2-減壓閥3-壓力表4-油霧器3．高低壓轉(zhuǎn)換回路在氣動系統(tǒng)中有時實現(xiàn)高低壓切換，可采用圖11-48所示利用換向閥和減壓閥實現(xiàn)高低壓轉(zhuǎn)化輸出的回路。圖11-48高低壓轉(zhuǎn)換回路圖11-49過載保護回路1、2-氣控閥3-順序閥4-換向閥4．過載保護回路如圖11-49所示為一過載保護回路。當活塞右行遇到障礙或其他原因使氣缸過載時，左腔壓力升高，當超過預定值時，打開順序閥3，使換向閥4換向，閥1、2同時復位，氣缸返回，保護設備安全。5．增壓回路一般的氣動系統(tǒng)的工作壓力比較低，但在有些場合，由于氣缸尺寸的限制得不到應有的輸出力，或局部需要使用高壓的場合，可使用增壓回路。圖11-50所示是采用增壓缸的增壓回路。圖11-50增壓回路11.5.3速度控制回路因氣動系統(tǒng)使用的功率不大，其調(diào)速的方法主要是節(jié)流調(diào)速。1．單作用氣缸調(diào)速回路圖11-51所示為單作用氣缸速度控制回路，圖11-51(a)中，由兩個單向閥分別控制活塞桿的升降速度。圖11-51(b)中，氣缸上升時可調(diào)速，下降時通過快速排氣閥排氣，使氣缸快速返回。(a)(b)圖11-51單作用氣缸調(diào)速回路2．排氣節(jié)流閥調(diào)速回路如圖11-52所示是通過兩個排氣節(jié)流閥來控制氣缸伸縮的速度。可形成一種雙作用氣缸速度控制回路，可實現(xiàn)雙向節(jié)流調(diào)速。圖11-52排氣節(jié)流調(diào)速回路圖11-53速度換接回路3．速度換接回路圖11-53所示回路是利用兩個二位二通閥與單向節(jié)流閥并聯(lián)，當擋塊壓下行程開關時發(fā)出電信號，使二位二通閥換向，改變排氣通路，從而使氣缸速度改變。4．緩沖回路由于氣動執(zhí)行元件動作速度較快，當活塞慣性力大時，可采用如圖11-54所示緩沖回路。當活塞向右運動時缸右腔的氣體經(jīng)二位二通閥排氣，直到活塞運動接近末端，壓下機動換向閥時，氣體經(jīng)節(jié)流閥排氣，活塞低速運動到終點。圖11-54緩沖回路圖11-55氣液缸調(diào)速回路5．氣液聯(lián)動速度控制回路由于氣體的可壓縮性，運動速度不穩(wěn)定，定位精度也不高。因此在氣動調(diào)速及定位精度不能滿足要求的情況下，可采用氣液聯(lián)動。圖11-55所示回路通過兩個調(diào)節(jié)兩個單向節(jié)流閥，利用液壓油不可壓縮的特點，實現(xiàn)兩個方向的無級調(diào)速。圖11-56所示回路通過用行程閥變速調(diào)節(jié)的回路。當活塞桿右行到擋塊碰到機動換向閥后開始做慢速運動。改變擋塊的安裝位置即可改變開始變速的位置。圖11-56氣液缸變速回路圖11-57同步動作控制回路11.5.4其他基本回路1．同步控制回路圖11-57為簡單的同步回路，采用剛性零件把A、B兩個氣缸的活塞桿連接起來。2．位置控制回路如圖11-58為采用串聯(lián)氣缸的位置控制回路，氣缸由多個氣缸串聯(lián)而成。當閥換向閥1通電時，右側(cè)的氣缸就推動中側(cè)及右側(cè)的活塞右行到達左氣缸的行程的終點。圖11-59為三位五通閥控制的能任意位置停止的回路。圖11-58串聯(lián)氣缸位置控制回路圖11-59氣控閥任意位置停止回路1、2、3-換向閥3．順序動作回路氣動順序動作回路是指在氣動回路中，各個氣缸按一定程序完成各自的動作。單氣缸有單往復動作、二次往復動作、連續(xù)往復動作；雙氣缸及多氣缸有單往復及多往復順序動作。4．計數(shù)回路計數(shù)回路可以組成二進制計數(shù)器。如圖11-60(a)所示的回路中，按下手動閥1，則氣信號經(jīng)閥2至閥4的左位或右位控制端使氣缸推出或退回。設按下閥1時，氣信號經(jīng)閥2至閥4的左端使閥4換至左位，同時使閥5切斷氣路，此時氣缸向外伸出；當閥1復位后，原通入閥4左控制端的氣信號經(jīng)閥1排空，閥5復位，于是氣缸無桿腔的氣經(jīng)閥5至閥2左端，使閥2換至左位等待閥1的下一次信號輸入。當閥1第二次按下后，氣信號經(jīng)閥2的左位至閥4的右控制端使閥4換至右位，氣缸退回，同時閥3將氣路切斷。待閥1復位后，閥4右控制端信號經(jīng)閥2，閥1排空，閥3復位并將氣導至閥2左端使其換至右位，又等待閥1的下一次信號輸入。因此，第1、3、5、…次（奇數(shù)）按閥1，則氣缸伸出；第2、4、6、…次（偶數(shù)）按閥1，則氣缸退回。(a)(b)圖11-60計數(shù)回路(a)1-手動換向閥2、3、4、5-氣控換向閥；(b)1-手動換向閥2、4-氣控換向閥3、5-單向節(jié)流閥圖11-60(b)的計數(shù)原理與圖11-60(a)類似。不同的是按閥1的時間不能太長，只要使閥4切換就放開，否則