液壓與氣壓傳動(dòng) 第5版 課件 9~10 氣壓傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)與氣動(dòng)裝置

液壓與氣壓傳動(dòng)流體動(dòng)力與控制工程系講課教師：劉銀水1氣壓傳動(dòng)前言氣壓傳動(dòng)是以壓縮空氣作為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和控制的一種傳動(dòng)形式。氣壓傳動(dòng)與液壓傳動(dòng)工作原理和系統(tǒng)組成相同，但因工作介質(zhì)不同，其間又有顯著的差異。除了具有與液壓傳動(dòng)一樣，操作控制方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、中遠(yuǎn)程控制、過(guò)載保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)外，還具有工作介質(zhì)處理方便、無(wú)介質(zhì)費(fèi)用、無(wú)泄漏污染、介質(zhì)不易變質(zhì)及補(bǔ)充方便等優(yōu)勢(shì)?？諝獾膲嚎s性極大的限制了氣壓傳動(dòng)傳遞的功率，一般工作壓力較低（0.3～1MPa），總輸出力不宜大于10～40kN，且工作速度穩(wěn)定性較差。2空氣的物理性質(zhì)一、空氣的組成主要成分有氮?dú)?、氧氣、惰性氣體和一定量的水蒸氣。含水蒸氣的空氣稱為濕空氣，不含水蒸氣的空氣稱為干空氣3空氣的物理性質(zhì)二、氣體的基本狀態(tài)參數(shù)1、六個(gè)氣體狀態(tài)參數(shù)：溫度T、體積V、壓力p、熱力學(xué)能、焓、熵。2、溫度T、體積V、壓力p三個(gè)基本狀態(tài)參數(shù)規(guī)定了空氣的兩種狀態(tài)：基準(zhǔn)狀態(tài)：溫度0℃，壓力1.013×105Pa的干空氣狀態(tài)；其密度為1.293kg/m3。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：溫度20℃，相對(duì)濕度65%，壓力0.1MPa的空氣狀態(tài)；其密度1.185kg/m3。4空氣的物理性質(zhì)三、空氣的密度對(duì)于干燥空氣，其密度可表示為：5空氣的物理性質(zhì)四、空氣的粘性空氣的粘性受壓力變化的影響極小，可忽略不計(jì)；它主要受溫度變化的影響，隨著溫度的升高，空氣的粘性增大。6空氣的物理性質(zhì)五、空氣的易變特性氣體的體積受壓力和溫度變化的影響極大，與液體和固體相比較，氣體的體積是易變的，稱為氣體的易變特性。7空氣的物理性質(zhì)六、濕空氣含有水分的空氣稱為濕空氣，空氣中含有水分的多少對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性有直接的影響，因此各種氣動(dòng)元件對(duì)空氣介質(zhì)中含水量有明確的規(guī)定，并需要采用相應(yīng)的措施出去空氣介質(zhì)中的水分。8空氣的物理性質(zhì)六、濕空氣1、絕對(duì)濕度2、飽和絕對(duì)濕度3、相對(duì)濕度9空氣的物理性質(zhì)六、濕空氣4、含濕量質(zhì)量含濕量：容積含濕量：10氣體的狀態(tài)變化一、理想氣體的狀態(tài)方程沒(méi)有粘性的氣體稱為理想氣體，其參數(shù)之間存在一個(gè)狀態(tài)方程：實(shí)際氣體在壓力0~10MPa、溫度0~200℃之間變化時(shí)，可看作為理想氣體。11氣體的狀態(tài)變化二、氣體狀態(tài)變化過(guò)程及其規(guī)律當(dāng)氣體質(zhì)量不變時(shí)，氣體狀態(tài)方程可變?yōu)?、等容過(guò)程2、等壓過(guò)程12氣體的狀態(tài)變化二、氣體狀態(tài)變化過(guò)程及其規(guī)律3、等溫過(guò)程4、絕熱過(guò)程5、多變過(guò)程13氣體的狀態(tài)變化三、氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的快速充、放氣過(guò)程由于快速充、放氣過(guò)程中的氣體來(lái)不及與外界進(jìn)行能量交換，可視為絕熱過(guò)程。1、定容積器充氣過(guò)程充氣前定容積器狀態(tài)充氣后定容積器狀態(tài)14氣體的狀態(tài)變化三、氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的快速充、放氣過(guò)程1、定容積器充氣過(guò)程⑴充氣引起的溫度和質(zhì)量變化15氣體的狀態(tài)變化三、氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的快速充、放氣過(guò)程1、定容積器充氣過(guò)程⑵充氣時(shí)間p≤0.528p0，聲速充氣階段，時(shí)間t1p≥0.528p0，亞聲速充氣階段，時(shí)間t216氣體的狀態(tài)變化三、氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的快速充、放氣過(guò)程2、容器放氣過(guò)程放氣前容器狀態(tài)放氣后容器狀態(tài)17氣體的狀態(tài)變化三、氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的快速充、放氣過(guò)程2、容器放氣過(guò)程⑴放氣引起的溫度和質(zhì)量變化18氣體的狀態(tài)變化三、氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的快速充、放氣過(guò)程2、容器放氣過(guò)程⑵放氣時(shí)間p≥

1.893pa，聲速放氣階段，時(shí)間t1p≤1.893pa

，亞聲速放氣階段，時(shí)間t219氣體的流動(dòng)規(guī)律氣體流動(dòng)和油液流動(dòng)一樣，遵循能量守恒與轉(zhuǎn)換、質(zhì)量守恒和其它運(yùn)動(dòng)規(guī)律。氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，氣體在管道中的流動(dòng)可視為一維定常流動(dòng)（穩(wěn)定流動(dòng)）20氣體的流動(dòng)規(guī)律一、氣體流動(dòng)的基本方程1、連續(xù)性方程2、動(dòng)量方程21氣體的流動(dòng)規(guī)律一、氣體流動(dòng)的基本方程3、能量方程（伯努利方程）絕熱過(guò)程，可壓縮忽略摩擦、高度影響低速、不可壓縮22氣體的流動(dòng)規(guī)律二、聲速和馬赫數(shù)1、聲速在理想氣體中，聲音傳播的速度只與氣體溫度相關(guān)，表達(dá)式為：23氣體的流動(dòng)規(guī)律二、聲速和馬赫數(shù)2、馬赫數(shù)氣流速度v與當(dāng)?shù)芈曀賑之比稱為馬赫數(shù)：Ma<1，氣體流動(dòng)為亞聲速流動(dòng)；Ma>1，氣體流動(dòng)為超聲速流動(dòng)；Ma=1，氣體流動(dòng)為臨界流動(dòng)；馬赫數(shù)反映了氣流的壓縮性，馬赫數(shù)越大，氣流密度變化越大；在氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，可認(rèn)為是不可壓縮的。24氣體的流動(dòng)規(guī)律二、聲速和馬赫數(shù)3、氣體在管道中的流動(dòng)特性變截面的管道中，氣體在馬赫數(shù)大于1和小于1兩種情況下，氣體的狀態(tài)參數(shù)隨管道截面積變化的規(guī)律絕然不同。25氣體的流動(dòng)規(guī)律三、氣體通過(guò)收縮噴嘴的流動(dòng)p0>pe>0.528p0pe<0.528p026氣體的流動(dòng)規(guī)律四、氣動(dòng)元件和管道的有效面積1、圓形節(jié)流孔的有效截面積27氣體的流動(dòng)規(guī)律四、氣動(dòng)元件和管道的有效面積2、管道的有效截面積28氣體的流動(dòng)規(guī)律四、氣動(dòng)元件和管道的有效面積3、多個(gè)元件組合后的有效截面積29氣動(dòng)元件概述和液壓系統(tǒng)類(lèi)似，氣動(dòng)系統(tǒng)的元件及裝置可分為以下幾種：氣源裝置壓縮空氣的發(fā)生裝置以及壓縮空氣的存貯、凈化的輔助裝置。執(zhí)行元件將氣體壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能并完成做功動(dòng)作的元件，如氣缸、氣馬達(dá)?？刂圃刂茪怏w壓力、流量及運(yùn)動(dòng)方向的元件，如各閥類(lèi)；能完成一定邏輯功能的元件，即氣動(dòng)邏輯元件；感測(cè)、轉(zhuǎn)換、處理氣動(dòng)信號(hào)的元件，如氣動(dòng)傳感器及信號(hào)處理裝置。氣動(dòng)輔件氣動(dòng)系統(tǒng)中的輔助元件，如消聲器、管道、接頭等。30氣源裝置氣源裝置為氣動(dòng)系統(tǒng)提供滿足一定質(zhì)量要求的壓縮空氣，是氣動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分；氣動(dòng)系統(tǒng)對(duì)壓縮空氣的主要要求：具有一定壓力和流量，并具有一定的凈化程度；氣源裝置由以下四部分組成：氣壓發(fā)生裝置——空氣壓縮機(jī)；凈化、貯存壓縮空氣的裝置和設(shè)備；管道系統(tǒng)；氣動(dòng)三大件。31氣源裝置32氣源裝置一、氣壓發(fā)生器1、空氣壓縮機(jī)的分類(lèi)空氣壓縮機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的裝置。容積型壓縮機(jī)速度型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)換方式33氣源裝置一、氣壓發(fā)生器2、空氣壓縮機(jī)的選用原則壓力：低壓0.2MPa，中壓1MPa，高壓10MPa，超高壓100MPa。流量：整個(gè)氣動(dòng)系統(tǒng)的需要量加上一定的備用量。34氣源裝置二、壓縮空氣的凈化裝置和設(shè)備1、氣動(dòng)系統(tǒng)對(duì)壓縮空氣質(zhì)量的要求壓力、流量、一定的凈化程度空氣壓縮機(jī)直接產(chǎn)生的壓縮空氣含有油分、水分、灰塵等混合形成的膠體微霧。油蒸汽聚集后形成易燃物，并具有腐蝕性；阻塞氣動(dòng)元件通道；水分凝結(jié)成水，甚至?xí)Y(jié)冰；雜質(zhì)會(huì)加快元件的磨損，降低效率和壽命。35氣源裝置二、壓縮空氣的凈化裝置和設(shè)備2、壓縮空氣的凈化設(shè)備后冷卻器、油水分離器、貯氣罐、干燥器36后冷卻器將空壓機(jī)排出具有140°~170°的壓縮空氣降溫至40°~50°。蛇管式列管式氣源裝置二、壓縮空氣的凈化裝置和設(shè)備2、壓縮空氣的凈化設(shè)備油水分離器的作用是分離壓縮空氣中所含的水分、油份等雜質(zhì)，初步凈化壓縮空氣。環(huán)形回轉(zhuǎn)式撞擊折回式離心旋轉(zhuǎn)式水浴式37氣源裝置二、壓縮空氣的凈化裝置和設(shè)備2、壓縮空氣的凈化設(shè)備38貯氣罐貯存一定量的壓縮空氣，減少氣源輸出的氣流脈動(dòng)，并進(jìn)一步分離水分和油分氣源裝置二、壓縮空氣的凈化裝置和設(shè)備2、壓縮空氣的凈化設(shè)備干燥器進(jìn)一步出去水分、油分、顆粒雜質(zhì)等，使壓縮空氣干燥。39氣源裝置三、管道系統(tǒng)1、管道系統(tǒng)的布置原則根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)布置；

在主干管道和支管終點(diǎn)設(shè)置集水罐；支管在主管上部采用大角度拐彎后再向下引出，并接入一個(gè)配氣器；管道涂防銹漆，并標(biāo)記規(guī)定顏色；采用多種供氣網(wǎng)絡(luò)：?jiǎn)螛?shù)枝、雙樹(shù)枝、環(huán)狀；在較長(zhǎng)管道的用氣點(diǎn)附近安裝貯氣罐；根據(jù)最大耗氣量或流量來(lái)確定管道的尺寸。40氣源裝置三、管道系統(tǒng)1、管道系統(tǒng)的布置原則41氣源裝置三、管道系統(tǒng)1、管道系統(tǒng)的布置原則42氣源裝置三、管道系統(tǒng)2、管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算原則管道內(nèi)徑管徑大小是根據(jù)壓縮空氣的最大流量和允許的最大壓力損失決定的。管道壁厚管道壁厚是關(guān)于強(qiáng)度問(wèn)題，與壓縮空氣的最大壓力有關(guān)，可參考相關(guān)的設(shè)計(jì)手冊(cè)。43氣源裝置四、氣動(dòng)三大件1、分水過(guò)濾器（動(dòng)畫(huà)演示）濾去空氣中的灰塵、雜質(zhì)、水分。過(guò)濾度：允許通過(guò)的雜質(zhì)顆粒的最大直徑。水分離率：分離水分的能力。慮灰效率：過(guò)濾灰塵的能力。流量特性：通流壓縮空氣的能力。44氣動(dòng)三大件包括分水過(guò)濾器、減壓閥、油霧器，三大件依次無(wú)管化連接而成的組件稱為三聯(lián)件，是氣動(dòng)系統(tǒng)使用壓縮空氣質(zhì)量的最后保證。氣動(dòng)輔助元件四、氣動(dòng)三大件2、油霧器流量特性：通流壓縮空氣的能力；起霧油量：節(jié)流閥全開(kāi)時(shí)的最小空氣流量。45當(dāng)壓縮空氣流過(guò)時(shí)，它將潤(rùn)滑油噴射成霧狀，隨壓縮空氣流入需要的潤(rùn)滑部件，達(dá)到潤(rùn)滑目的。氣動(dòng)輔助元件3、減壓閥（動(dòng)畫(huà)演示）46

圖１０?８ＱＴＹ型減壓閥１—調(diào)節(jié)旋鈕２、３—調(diào)壓彈簧４