1、第一章氣動技術概論1.1氣動技術的應用范圍我們在日常工作和生活中經常見到各種機器，如汽車、電梯、機床等通常都是由原動機、傳動裝置和工作機構三部分組成。其中傳動裝置最常見的類型有機械傳動、電力傳動和流體傳動。流體傳動是以受壓的流體為工作介質對能量進行轉換、傳遞、控制和分配。它可以分為氣壓傳動、液壓傳動和液力傳動。氣壓傳動技術簡稱“氣動技術”，是一門涉及壓縮空氣流動規律的科學技術。氣動 技術不僅被用來完成簡單的機械動作，而且在促進自動化的發展中起著極為重要的作用。從50年代起，氣動技術不僅用于做功，而且發展到檢測和數據處理。傳感器、過程控制器 和執行器的發展導致了氣動控制系統的產生。近年來，隨著電

2、子技術、計算機與通信技術的發展及各種氣動組件的性價比進一步提高，氣動控制系統的先進性與復雜性進一步發展，在自動化控制領域起著越來越重要的作用。氣動技術可使氣動執行組件依工作需要作直線運動、擺動和旋轉運動。氣動系統的工作介質是壓縮空氣。壓縮空氣的用途極其廣泛，從用低壓空氣來測量人體眼球內部的液體壓力、 氣動機械手焊接到氣動壓力機和使混凝土粉碎的氣鉆等，幾乎遍及各個領域。在工業中的典型應用如下：1）材料輸送（夾緊、位移、定位與定向 ）、分 必力類、轉動、包裝與計量、排列、打印與堆置；2）機械加工（鉆、車削、銃、鋸、成品精加工、 成形加工、質量控制）3）設備的控制、驅動、進給與壓力加工；|4）工件的

3、點焊、挪接、噴漆、剪切；5）氣動機器人；6）牙鉆。圖1. 1兩條傳送帶的氣動旋轉分配裝置圖1.1所示的兩條傳送帶的氣動旋轉分配裝置，可通過氣缸的伸縮使工件傳輸到相應的地方。基本氣動系統的組成基本的氣動系統如圖1.2所示，它由壓縮空氣的產生和輸送系統及壓縮空氣消耗系統二 個主要部分組成。一、壓縮空氣產生系統各組件及其主要功能壓縮機： 將大氣壓力的空氣壓縮并以較高的壓力輸給氣動系統，把機械能 轉變為氣壓能。電動機：把電能轉變成機械能，給壓縮機提供機械動力。壓力開關： 將儲氣罐內的壓力轉變為電信號，用來控制電動機。它被調節到一個最高壓力，達到這個壓力就使電動機停止；也被調節另一個最低壓力，儲氣罐內壓

4、力跌到這個壓力就重新激活電動機。單向閥：讓壓縮空氣從壓縮機進入氣罐，當壓縮機關閉時.阻止壓縮空氣反方向流動。（五）儲氣罐： 貯存壓縮空氣。它的尺寸大小由壓縮機的容量來決定，儲氣罐的 容積愈大，壓縮機運行時間間隔就愈長。壓力表： 顯示儲氣罐內的壓力。（七）自動排水器：無需人手操作，排掉凝結在儲氣罐內所有的水。安全閥：當儲氣罐內的壓力超過允許限度，可將壓縮空氣溢出。冷凍式空氣干燥器： 將壓縮空氣冷卻到零上若干度，使大部分空氣中的濕氣凝結，以減少系統中的水份。（十） 主管道過濾器：它清除主要管道內灰塵、水份和油。主管道過濾器必須具有 最小的壓力降和油霧分離能力。圖1.2基本的氣動系統壓縮機 電動機

5、壓力開關 單向閥 儲氣罐 壓力表 自 動排水器安全閥冷凍式空氣干燥器主管道過濾器1,壓縮空氣的分支輸出管路 2.自動排水器3.空氣處理組件 4.方向控制閥5.執行元件6,速度控制閥二、壓縮空氣消耗系統（一）壓縮空氣的分支輸出管路：壓縮空氣要從主管道頂部輸出到分支管路，以便偶爾出 現的凝結水仍留在主管道里，當壓縮空氣達到低處時，水傳到管子的下部，流 入自動排水器內，將凝結水去除。（二）自動排水器：每一根下接管的末端都應有一個排水器，最有效的方法是用一個自動排水器，將留在管道里的水自動排掉。（三）空氣處理組件：使壓縮空氣保持清潔和合適壓力，以及加潤滑油到需要潤滑的另件中以延長這些氣動組件的壽命。（

6、四）方向控制閥：通過對氣缸兩個接口交替地加壓和排氣，來控制運動的方向。（五）執行元件：把壓縮空氣的壓力能轉變為機械能。圖1.2中的執行元件是一個直線氣缸，它也可以是回轉執行組件或氣動馬達等。（六）速度控制閥：能簡便實現執行組件的無級調速。氣動系統的特點一、壓縮空氣的特性如下：用 量：空氣到處都有，用量不受限制。輸 送：空氣不論距離遠近，極易由管道輸送。圖1.3氣缸的外形及結構圖1.3氣缸的外形及結構圖形符號溫 度：壓縮空氣不受溫度波動的影響，即使在極端溫度情況下亦能保證可靠地 工作。危 險 性：壓縮空氣沒有爆炸或著火的危險，因此不需要昂貴的防爆設施。清 潔：未經潤滑排出的壓縮空氣是清潔的。自漏

7、氣管道或氣壓組件逸出的空氣不會污染物體。這一點對食品、木材和紡織工業是極為重要的。構 造：各種工作部件結構簡單，所以價格便宜。速度：壓縮空氣為快速流動的工作介質，故可獲得很高的工作速度。可調節性：使用各種氣動元部件，其速度及出力大小可無限變化。過載：氣動機構與工作部件，可以超載而停止不動，因此無過載的危險。處 理：設備所使用的壓縮空氣不得含有灰塵和水分，因此必須進行除水與除塵的處理。可壓縮性：壓縮空氣的可伸縮性使活塞的速度不可能總是均勻恒定的。出力條件：壓縮空氣僅在一定的出力條件下使用才經濟。在常規工作氣壓為67bar(600700kPa),因行程和速度的不同，出力限制在 20000到3000

8、0N之間。排氣噪聲：排放空氣的聲音很大。現在這個問題已因吸音材料和消音器發展大部分獲得解決。成 本：壓縮空氣是一種比較昂貴的能量傳遞方法。但可通過高性價比的氣動組 件得到部分補償。二、執行機構的特點氣動執行組件包括氣缸、擺缸與氣馬達。氣動執行組件有下列特點：基本運動(直線、擺動與轉動)易于實現。多種運動便于組合。運動參數(力、速度、方向)易于控制。品種多、尺寸范圍廣，易于設計與選擇。使用壽命長，安全可靠、靈敏。操作和安裝簡便，調試要求較高。氣缸是氣動系統中最主要的執行組件，由于氣缸價格低，便于安裝，結構簡單、可靠，并有各種尺寸和有效行程的組件可供使用，它已經成為一種重要的線性驅動組件。氣缸一般

9、有下列特點：, 直徑范圍：6 320 mm有效行程：1 2000 mm活塞桿輸出力：250000 N活塞速度：0.02 -1 m/s三.氣動控制系統特點氣動控制系統通常采用下列方法對氣動設備進行控制：1)采用純氣動控制方式：這種方式適用于那些不能采用電氣控制的場合。例如磁頭加工設備、無靜電設備等，其控制系統完全由氣動邏輯閥、氣動方向閥、手動控制閥組成。這種純氣動控制系統，氣路復雜，維修困難，在可以用電控的場合，一般不采用這種方 法。2)電一氣動控制系統：這種方式適用于那些簡單的氣動系統控制。如設備的氣動系統只由34個氣缸組成，相互動作之間的邏輯關系簡單，可采用這種控制方式。由于控制系統采用的是

10、常規的繼電一接觸控制系統，因此，適用于控制系統復雜程度不高的場合。3） PLC控制系統：這是目前氣動設備最常見的一種控制方式。由于PLC能處理相當復雜的邏輯關系，因此，可對各種類型、各種復雜程度的氣動系統進行控制。又由于控制系統 采用采用軟件編程方法實現控制邏輯，因此，通過改變軟件就可改變氣系統的邏輯功能，從而使系統的柔性增加、可靠性增加。4）網絡控制系統：當系統復雜程度不斷增加，各臺設備之間需相互通信來協調動作時，需 要采用網絡控制系統。5）綜合控制系統：當設備的控制系統復雜，參數選擇性較多，需隨時了解工況時，可采用 PLC+人機界面+現場網絡總線的綜合控制方式，使控制系統更靈活，控制能力更

11、強， 以滿足設備的控制需求。1.4氣動系統的基本構成1）采用純氣動控制方式:純氣動系統的信號流圖如圖 1.4所示。其水平箭頭代表主氣源的流動方向。 主氣源通過 末級控制組件驅動輸出執行機構。垂直箭頭代表的控制信號的流動方向， 逐級構成一條總控 制路徑。其信號流向是從信號 （輸入）端到末級控制（輸出）端。可以用各種符號來表征系統中的各個 圖1.4純氣動系統的結構及其信號流圖組件及其功能。采用圖1.5圖1.4純氣動系統的結構及其信號流圖直接控制閥（DCV）具有檢測、信號處理 及實行控制的功能。如果直接控制閥（DCV）被用來控制氣缸運動，那么，它是一個執行機構的控制組件。如果利用其處理信號的功能，它

12、就被定義為信號處理組件。如果用它來檢測運動，則稱其為傳感器。這三種角色的顯著特 征通常取決于閥門的控制方式及其在回路圖中的位置。執行元件末級控制元件信號處理器信號輸入（傳感器）能源圖1.5回路圖及氣動組件1.2、1.4 輸入組件1.3 傳感器1.6 -處理器1.1 控制組件1.0 執行元件2）米用電一氣動控制方式：電氣動系統的信號流圖如圖1.6所示。其水平箭頭代表主氣源的流動方向。主氣源通過末級控制組件驅動輸出執行機構。垂直箭頭代表了電源的流動方向及控制信號的 流動方向，輸入組件通常包括電氣按鈕、各 種傳感器。處理組件可以是繼電-接觸控制 電路，或者是可編程序控制器（PL。、工控 計算機等。末

13、級控制元件主要是各種電控方未吸控 制犯件輸出執 行機構電源輸入蛆件輸入信號處理組件4處理器的信號小向控制閥、電控壓力及流量控制閥。輸出執 行機構的狀態通常通過電信號反饋到輸入 組件。圖1.6電氣動系統的結構及其信號流圖圖1.7a）為某推料機構的工作原理示意圖。對于一個電一氣動控制系統,應畫出氣動回路圖（圖1.7b）及電控回路圖（圖2）米用電一氣動控制方式：電氣動系統的信號流圖如圖1.6所示。其水平箭頭代表主氣源的流動方向。主氣源通過末級控制組件驅動輸出執行機構。垂直箭頭代表了電源的流動方向及控制信號的 流動方向，輸入組件通常包括電氣按鈕、各 種傳感器。處理組件可以是繼電-接觸控制 電路，或者是可編程序控制器（PL。、工控 計算機等。末級控制元件主要是各種電控方未吸控 制犯件輸出執