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氣動執行元件和控制元件
氣動執行元件是一種能量轉換裝置,它是將壓縮空氣的壓力能轉化為機械能,驅動機構實現直線往復運動、擺動、旋轉運動或沖擊動作。氣動執行元件分為氣缸和氣馬達兩大類。氣缸用于提供直線往復運動或擺動,輸出力和直線速度或擺動角位移。氣馬達用于提供連續回轉運動,輸出轉矩和轉速。
氣動控制元件用來調節壓縮空氣的壓力流量和方向等,以保證執行機構按規定的程序正常進行工作。氣動控制元件按功能可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。
氣缸
一、氣缸的工作原理、分類及安裝形式
1.氣缸的典型結構和工作原理
以氣動系統中常使用的單活塞桿雙作用氣缸為例來說明,氣缸典型結構。它由缸筒、活塞、活塞桿、前端蓋、后端蓋及密封件等組成。雙作用氣缸內部被活塞分成兩個腔。有活塞桿腔稱為有桿腔,無活塞桿腔稱為無桿腔。
當從無桿腔輸入壓縮空氣時,有桿腔排氣,氣缸兩腔的壓力差作用在活塞上所形成的力克服阻力負載推動活塞運動,使活塞桿伸出;當有桿腔排氣時,使活塞桿縮回。若有桿腔和無桿腔交替進氣和排氣,活塞實現往復直線運動。
2.氣缸的分類
氣缸的種類很多,一般按氣缸的結構特征、功能、驅動方式和安裝方法等進行分類。分類的方法也不同,按照結構特征,氣缸主要分為活塞式氣缸和膜片式氣缸兩種。按照運動形式為直線運動氣缸和擺動氣缸兩類。
3.氣缸的安裝形式,氣缸的安裝形式可分為
1、固定式氣缸:氣缸安裝在機體上固定不動,有腳座式和法蘭式。
2、軸銷式氣缸:氣缸圍繞固定軸可作一定角度的擺動,有U形鉤式和耳軸式。
3、回轉式氣缸:氣缸固定在機床主軸上,可隨機床主軸作高速旋轉運動。這種氣缸常用于機床上氣動卡盤中,以實現工件的自動裝卡。
4、嵌入式氣缸:氣缸缸筒直接制作在夾具體內。
氣壓傳動是指以壓縮空氣為動力源來驅動和控制各種機械設備以實現生產過程機械化和自動化的一種技術。隨著工業機械化自動化的發展,氣動技術越來越廣泛地應用于各個領域。
一、氣壓傳動的簡介:
氣動是“氣動技術”或“氣壓傳動與控制”的簡稱。氣動技術是以空氣壓縮機為動力源,以壓縮空氣為工作介質,進行能量傳遞或信號傳遞的工程技術.是實現各種生產控制、自動控制的重要手段。隨著工業機械化和自動化的發展,氣動技術越來越廣泛地應用于各個領域。特別是成本低廉、結構簡單的氣動自動裝置已得到了廣泛的普及與應用。
二、系統組成:
氣動傳動系統組成:
在氣壓傳動系統中,根據氣動元件和裝置的不同功能,可將氣壓傳動系統分成以下四個組成部分。
1、氣源裝置。氣源裝置將原動機提供的機械能轉變為氣體的壓力能,為系統提供壓縮空氣。它主要由空氣壓縮機構成,還配有儲氣罐、氣源凈化裝置等附屬設備。
2、執行元件。執行元件起能量轉換的作用,把壓縮空氣的壓力能轉換成工作裝置的機械能。它的主要形式有氣缸輸出直線往復式機械能、擺動氣缸和氣馬達分別輸出回轉擺動式和旋轉式的機械能。對于以真空壓力為動力源的系統,采用真空吸盤以完成各種吸吊作業。
3、控制元件。控制元件用來對壓縮空氣的壓力、流量和流動方向凋節和控制,使系統執行機構按功能要求的程序和性能工作。根據完成功能不同,控制元件種類分為很多種,氣壓傳動系統中一般包括壓力、流量、方向和邏輯等四大類控制元件。
4、輔助元件。輔助元件是用于元件內部潤滑、排氣噪聲、元件間的連接以及信號轉換、顯示、放大、檢測等所需的各種氣動元件,如油霧器、消聲器、管件及管接頭、轉換器、顯示器、傳感器等。
三、氣動傳動的特點:
1.氣壓傳動的優點
(1)空氣來源方便,用后直接排出,無污染。
(2)空氣黏度小,氣體在傳輸中摩擦力較小,故可以集中供氣和遠距離輸送。
(3)氣動系統對工作環境適應性好。特別在易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射、振動等惡劣工作環境工作時,安全可靠性優于液壓、電子和電氣系統。
(4)氣動動作迅速、反應快、調節方便,可利用氣壓信號實現自動控制。
(5)氣動元件結構簡單、成本低且壽命長,易于標準化、系列化和通用化。
四、氣動傳動的應用:
氣動技術應用的*典型的代表是工業機器人。代替人類的手腕、手以及手指能正確并迅速的做抓取或放開等細微的動作。除了工業生產上的應用之外,在游樂場的過山車上的剎車裝置,機械制作的動物表演以及人形報時鐘的內部,均采用了氣動技術,實現細小的動作。
氣動技術適用姿態控制 生命維持系統、氣墊床、人造心臟 、省力產業、機器人、真空搬運、空氣門、氣控噴涂、空氣幕簾、空調計量設備、氣動量儀、液面檢測裝置、紡織、氣動精紡化學工業、過程控制、液化氣體控制、可動元件、純流體元件海洋開發、水中空氣呼吸器、海底送氣系統、潛水車輛、氣動門、氣動離合器、氣動剎車、空氣輪胎礦山業、風鎬(鑿巖機)造船、*控制、氣墊船氣動工具、氣動研磨機、、空氣錘農業、娛樂產業 空氣墊、充氣帳篷、充氣船、運輸、空氣傳送帶工業機械、機床的自動控制、食品機械自控制、包裝機械的自動控制、沖壓機械的自動控制。
AIRTEC型材氣缸XL-050-0160-050
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一、氣動系統的組成
組成部分
氣源裝置:氣泵、氣站、三聯件等;主要是把空氣壓縮到原來體積的1/7左右形成壓縮空氣,并對壓縮空氣進行處理,終可以向系統供應干凈、干燥的壓縮空氣
執行元件:氣缸、擺動缸、氣動馬達等;利用壓縮空氣實現不同的動作,來驅動不同 的機械裝置,可以實現往復直線運動、旋轉運動及擺動等
控制元件:換向閥、順序閥、壓力控制閥、調速;氣動控制元件由末級主控元件及信號處理及控制元件組成,其中主控元件主要控制執行元件 的運動方向,信號處理及控制元件主要控制執行元件的運動速度、時間、順序、行程及系統壓力等。
輔助元件:氣管、過濾器、油霧器、靜音器等;連接元件之間所需的一些元器件,以及對系 統進行消聲、冷卻、測量等。
壓縮空氣:空氣;向系統提供動力的工作介質。
二、氣動系統控制結構特點;信號執行→信號輸出→信號處理→信號輸入→輔助元件→輔助元件→信號處理及控制元件→氣動執行元件→信號處理及控制元件→未級主控元件
三、氣源裝置及氣源調節裝置
1、氣源裝置的組成:空氣壓縮機→后冷卻器→油水分離器→儲氣罐→初過濾器→干燥器→精密過濾器→系統
2、氣源調節裝置的組成
從空氣壓縮機輸出的壓縮空氣并不能完全滿足氣動元件對氣源質量的要求。通常在氣動系統前面安裝氣源調節裝置。
氣源調節裝置的組成:
氣源→過濾器→調壓閥(減壓閥)→壓力表→油霧器(噴霧潤滑器)→換向閥
四、氣動技術的特點
1.氣動技術的優點
(1)工作介質是壓縮空氣,空氣到處都有,用量不受限制, 排氣處理簡單,不污染環境。
(2)壓縮空氣為快速流動的工作介質,故可獲得較高的工 作速度。
(3)純氣動控制具有防火、防爆、耐潮等優點。
(4)氣動裝置結構簡單、輕便、安裝維護簡單。
(5)輸出力及工作速度調節方便,大小可無限變化。
(6)因為空氣的可壓縮性,黏度很小(約為液壓油的萬分之一),且流動阻力小,在管道中流動的壓力損失較小,所以氣動 系統可儲存能量,實現集中供氣和遠距離輸送。
2.氣動技術的缺點
(1)空氣具有可壓縮性,不易實現準確定位和速度控
(2)氣缸輸出的力能滿足許多應用場合,但其輸出力較小,限制在20~30kN之間。
(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, 且實現生產過程的遙控也比較困難,但對一般的機械設備 來說,氣動信號的傳遞速度是能滿足工作要求。
(4)排氣噪聲較大,現在這個問題已因吸聲材料和靜音的發展獲得了解決。
空氣壓縮站(簡稱空壓站)是氣動自動化控制系統的重要組成部分,為氣動設備提供滿足要求的壓縮空氣動力源。空壓站的主要組成裝置有氣壓發生裝置(空氣壓縮機,簡稱空壓機)、貯氣罐和后冷卻器。
空壓機是氣壓發生裝置是將機械能轉換為氣體壓力能的轉換裝置。常見的空壓機有活塞式空壓機、葉片式空壓機和螺桿式空壓機氣種。
活塞式空壓機的工作原理。在氣缸內作往復運動的活塞向右移動時,氣缸內活塞左腔的壓力低于大氣壓力Pa,吸氣閥開啟,外界空氣吸入缸內,這個過程稱為壓縮過程當缸內壓力高于輸出空氣管道內壓力P后,排氣閥打開。壓縮空氣送至輸氣管內,這個過程稱為排氣過程。活塞的往復運動是由電動機帶動的曲柄滑塊機構形成的。曲柄的旋轉運動轉換為滑動——活塞的往復運動。這種結構的壓縮機在排氣過程結束時總有剩余容積存在。在下一次吸氣時,剩余容積內的壓縮空氣會膨脹,從而減少了吸人的空氣量,降低了效率,增加了壓縮功。且由于剩余容積的存在,當壓.縮比增大時,溫度急劇升高:故當輸出壓力較高時,應采取分級壓縮。分級壓縮可降低排氣溫度,節省壓縮功,提高容積效率,增加壓縮氣體排氣量。
葉片式空壓機的工作原理,把轉子偏心安裝在定子(機體)內,葉片插在轉子的放射狀槽內,葉片能在槽內滑動二葉片、轉子和機體內壁溝成的容積空問在轉子回轉過程中逐漸變小,由此從進氣口吸入的空氣就逐漸被壓縮排出。這樣,在回轉過程中不需要活塞式空壓機中具有的吸氣閥和排氣閥:在轉子的每一次回轉中,將根據葉片的數目多次進行吸氣、壓縮和排氣,所以輸出壓力的脈動小。通常情況下,葉片式空壓機需采用潤滑油對葉片、轉子和機體內部進行潤滑、冷卻和密封,所以排出的壓縮空氣中含有大量的油份。因此在排氣口需要安裝油分離器和冷卻器,以便把油份從壓縮空氣中分離出來進行冷卻并循環使用。通常所說的無油空壓機,是采用石墨或有機合成材料等自潤滑材料作為葉片材料。運轉時無需添加任何潤滑油,壓縮空氣不被污染,滿足了無油化的要求。此外,在進氣口設置空氣流量調節閥,根據排出氣體壓力的變化自動調節流量,使輸出壓力保持恒定。
葉片式空壓機的優點是能連續排出脈動小的額定壓力的版縮空氣,所以一般無需設置貯氣罐,并且結構簡單,制造容易,操作維修方便,運轉噪聲小。缺點是葉片、轉子和機體之間機械摩擦較大。產生較高的能量損失,因而效率也較低。
螺桿式空壓機的工作原理。在殼體中裝有一對互相嚙合的螺旋轉子,其中一根轉子具有凸面齒形,另一根轉子具有凹面齒形,兩根轉子之間及殼體圍成的空間,在轉子回轉過程中沿軸向移動,其容積逐漸減小。這樣,從進口吸人的空氣逐漸被壓縮,并從出口排出。螺桿式空壓機與葉片式空壓機一樣,也需要加油進行冷卻,潤滑及密封,所以在出口處也要設置油分離器。螺桿式空壓機的優點是排氣壓力脈動小,輸出流量大,無需設置貯氣罐,結構中無易損件,壽命長,效率高。缺點是制造精度要求高,運轉噪聲大。且由于結構剛度的限制,只適用于中低壓范圍使用。
貯氣罐
貯氣罐的作用是:
(1)用來貯存一定量的壓縮空氣,調節空壓機輸出氣量與用戶耗氣量之間的不平衡狀況,保證連續、穩定的氣流輸出。
(2)當出現空壓機停機、突然停電等意外事故時,可用貯氣罐中貯存的壓縮空氣實施緊急處理保證安全。
(3)減小空壓機輸出氣流脈動,穩定空壓站管道中的壓力此外,還能降低壓縮空氣溫度,分離壓縮空氣中的部分水份和油份。
后冷卻器
后冷卻器的作用是使溫度高達120~180℃的空壓機排出氣體冷卻到40~50℃,并使其中的水蒸氣和油霧冷凝成水滴和油滴,以便對壓縮空氣實施進一步凈化處理。
后冷卻器有風冷式和水冷式兩大類。風冷式是靠風扇產生的冷空氣吹向帶散熱片的熱空氣管道,經風冷后的壓縮空氣的出口溫度大約比環境溫度高15℃左右。水冷式是通過強迫冷卻水洽壓縮空氣流動方向的反方向流動來進行冷卻,壓縮空氣出日溫度大約比環境溫度高10℃左右 。
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氣缸是引導活塞在缸內進行直線往復運動的圓筒形金屬機件。空氣在發動機氣缸中通過膨脹將熱能轉化為機械能;氣體在壓縮機氣缸中接受活塞壓縮而提高壓力。渦輪機、旋轉活塞式發動機等的殼體通常也稱“氣缸”。氣缸的應用領域:印刷(張力控制)、半導體(點焊機、芯片研磨)、自動化控制、機器人等等。
氣壓傳動中將壓縮氣體的壓力能轉換為機械能的氣動執行元件。氣缸有做往復直線運動的和做往復擺動的兩類。做往復直線運動的氣缸又可分為單作用、雙作用、膜片式和沖擊氣缸4種。
①單作用氣缸:僅一端有活塞桿,從活塞一側供氣聚能產生氣壓,氣壓推動活塞產生推力伸出,靠彈簧或自重返回。
②雙作用氣缸:從活塞兩側交替供氣,在一個或兩個方向輸出力。
③膜片式氣缸:用膜片代替活塞,只在一個方向輸出力,用彈簧復位。它的密封性能好,但行程短。
④沖擊氣缸:這是一種新型元件。它把壓縮氣體的壓力能轉換為活塞高速(10~20米/秒)運動的動能,借以做功。
⑤無桿氣缸:沒有活塞桿的氣缸的總稱。有磁性氣缸,纜索氣缸兩大類。
做往復擺動的氣缸稱擺動氣缸,由葉片將內腔分隔為二,向兩腔交替供氣,輸出軸做擺動運動,擺動角小于 280°。此外,還有回轉氣缸、氣液阻尼缸和步進氣缸等。