第11章 气压传动概述

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第,11,章 气压传动概述,第,11,章气压传动概述,11.1,气压传动的工作原理,11.2,气压传动的基本组成,11.3,气压传动的优缺点,第,11,章,气压传动概述,气压传动在工业生产中得到了广泛的应用。气压传动是以压缩空气为工作介质进行能量传递、转换和控制的传动形式。由于空气介质来源易得、无污染，易防火、防爆，因此，气压传动在一些行业生产中起着重要的作用。,第,11,章气压传动概述,第,11,章,气压传动概述,气压传动系统如图,11-1,所示,图,11-1,气压传动系统,1,电动机,2,空气压缩机,3,储气罐,4,压力控制阀,5,逻辑元件,6,方向控制阀,7,流量控制阀,8,机控阀,9,气缸,10,消声器,11,油雾器,12,空气过滤器,11.1,气压传动的工作原理,第,11,章,气压传动概述,其工作原理概括为压缩空气的产生与净化、净化空气的调节与控制、执行机构完成工作机的要求。,气源装置是由电机,1,带动空气压缩机,2,产生压缩空气经冷却、油水分离后进入储气罐,3,备用；压缩空气从储气罐引出经空气过滤器,12,再次净化，然后经减压阀,4,、油雾器,11,、逻辑元件,5,、换向阀,6,和流量阀,7,到达汽缸,9,，通过机控阀,8,控制完成油缸所需的动作。此外还要满足一些其他的要求，如用消声器,10,来消除噪声等。,经过对上述系统的工作原理分析可知，气压传动基本由四大部分组成：,1,、气源装置,它将原动机的机械能转化为空气的压力能，是获取压缩空气的装置。主要为各种形式的空气压缩机。,11.2,气压传动的基本组成,第,11,章,气压传动概述,2,、执行元件,它把压缩空气的压力能转换为机械能，以驱动负载。包括气缸和气马达等。,3,、控制元件,它是控制气动系统中的压力、流量和方向的，从而保证执行元件完成所要求的运动规律。如各种压力阀、流量阀和方向阀等。,4,、辅助元件,它是用来保持压缩空气清洁、干燥、消除噪声以及提供润滑等作用，以保证气动系统正常工作。如过滤器、干燥器、消声器和油雾器等。,气压传动与机械传动、液压传动相比具备了如下,优点,：,以空气为工作介质，来源易得，无污染，不需设回收管道；,介质清洁，管道不易堵塞，而且不存在介质变质、补充和更换问题，维护简单；,11.3,气压传动的优缺点,第,11,章,气压传动概述,空气的粘度很小，因此流动损失小，便于实现集中供气，远距离输送；,气动动作迅速，反应灵敏，借助溢流阀可实现过载自动保护；,成本低廉，工作环境适应性好。可安全可靠地应用于易燃、易爆场合，以及严格要求清洁、无污染的场合，如食品、轻工等环境中。,气压传动的缺点,：,气动工作压力低，故气动系统的输出力（或力矩）较小；,空气具有可压缩性，因此不易实现精确的速度和定位要求，系统的稳定性受负载变化的影响较大；,气动系统的排气噪声大，高速排气时需设置消声器；,空气本身无润滑性能，需另加润滑装置。,气压传动基础知识,气压传动是以压缩空气作为工作介质进行能量的传递和控制的一种传动形式。除了具有与液压传动一样，操作控制方便，易于实现自动控制、中远程控制、过载保护等优点外，还具有工作介质处理方便，无介质费用、泄漏污染环境、介质变质及补充等优势。但空气的压缩性极大的限制了气压传动传递的功率，一般工作压力较低（,0.3,1,MPa,），,总输出力不宜大于,10,40,kN,，,且工作速度稳定性较差。应用非常广泛，尤其是轻工、食品工业、化工,气压传动基础知识,空气的物理性质,理想气体的状态方程,气体的流动规律,气体在管道中的流动特性,气动元件的通流能力,充、放气温度与时间的计算,空气的物理性质,空气的组成,主要成分有氮气、氧气和一定量的水蒸气。,含水蒸气的空气称为湿空气，不含水蒸气的空气称为干空气。,空气的密度,对于干空气,=,o,273/,（,273+,t,）,p,/0.1013,空气的粘度,较液体的粘度小很多，且随温度的升高而升高。,空气的压缩性和膨胀性,体积随压力和温度而变化的性质分别表征为压缩性和膨胀性。,空气的压缩性和膨胀性远大于固体和液体的压缩性和膨胀性。,湿空气,所含水份的程度用湿度和含湿量来表示。湿度的表示方法有 绝对湿度和相对湿度之分。,压缩空气的析水量,压缩空气一旦冷却下来，相对湿度将大大增加，到温度降到露点以后，水蒸气就要凝析出来。,理想气体的状态方程,理想气体的状态方程,不计粘性的气体称为理想气体。空气可视为理想气体。,一定质量的理想气体在状态变化的瞬间，有如下气体状态方程成立,pV,/T,=,常量 或,p=RT,气体状态变化过程,等温过程,p,1,V,1,=,p,2,V,2,=,常量,在等温过程中，无内能变化，加入系统的热量全部变成气体所做的功。在气动系统中气缸工作、管道输送空气等均可视为等温过程。,绝热过程 一定质量的气体和外界没有热量交换时的状态变化过程叫做绝热过程。,p,1,V,1,k,=,p,2,V,2,k,=,常量,式中,k,为绝热指数，对空气来说,k,=1.4,。,气动系统中快速充、排气过程可视为绝热过程。,气体的流动规律,气体流动基本方程,连续性方程,1,v,1,A,1,=,2,v,2,A,2,（,注意,1,2,）,伯努利方程,因气体可以压缩（,常数）,，又因气体流动很快，来不及与周围环境进行热交换，按绝热状态计算，则有,v,2,/2+,gz,+,kp,/,（,k,-1,）,gh,w,=,常数,因气体粘度小，不考虑摩擦阻力，则有,v,2,/2+,gz,+,kp,/,（,k,-1,）,=,常数,在低速流动时，气体可认为是不可压缩的（,常数），则有,v,2,/2+,gz,+,p/,=,常数,声速与马赫数,声音引起的波称为“声波”。声波在介质中的传播速度称为声速。声音传播过程属绝热过程。对理想气体来说，声音在其中传播的相对速度只与气体的温度有关。气体的声速,c,是随气体状态参数的变化而变化的。,气流速度与当地声速（,c,=,341m/s,）,之比称为马赫数，,M,a,v/c M,a,是气体流动的一个重要参数，集中反映了气流的压缩性，,M,a,愈大，气流密度变化越大。,当,v,c,，,M,a,1,时，,称为亚声速流动；,当,v,c,，,M,a,1,时，,称为声速流动，也叫临界状态流动；,当,v,c,，,M,a,1,时，,称为超声速流动。,当,v,50,m,/,s,时，,不必考虑压缩性。,当,v,140,m,/,s,时，,应考虑压缩性。,在气动装置中，气体流动速度较低，且经过压缩，可以认为不可压缩；自由气体经空压机压缩的过程中是可压缩的。,气体在管道中的流动特性,v,1,v,2,v,1,v,2,v,2,v,1,v,2,v,1,v,1,v,2,v,1,v,2,v,2,v,1,在超声速流动时,(,M,a1),在亚声速流动时,(,M,a1),气动元件的通流能力,气动元件的通流能力，是指单位时间内通过阀、管路等的气体质量。目前通流能力可以采用有效截面积,S,和质量流量,q,表示。,有效截面积,由于实际流体存在粘性，流速的收缩比节流孔实际面积小，此最小截面积称为有效截面积，它代表了节流孔的通流能力。,有效截面积的简化计算,对于阀口或管路,S,=,A,式中,为收缩系数，由相关图查出；,A,为孔口实际面积。,多个元件组合后有效截面积的计算,并联元件,S,R,S,i,串联元件,1/,S,R,2,1/,S,i,2,不可压缩气体通过节流小孔的流量,当气体以较低的速度通过节流小孔时，可以不计其压缩性，将其密度视为常数，由伯努利方程和连续性方程联立推导的流量公式与液压传动的小孔流量公式有相同的表达形式,工程中常采用近似公式：,q,m,=,cA,2,(,p,1,-,p,2,),1/2,式中,为空气膨胀修正系数；,c,为流量系数；,A,为节流孔面积。,可压缩气体通过节流小孔（气流达到声速）的流量,气流在不同流速时应采用有效截面积的流量计算公式。,充气、放气温度与时间的计算,在气动系统中向气罐、气缸、管路及其它执行机构充气，或由它们向外排气所需的时间及温度变化是正确利用气动技术的重要问题。,向定积容器充气问题,充气时引起的温度变化,向容器充气的过程视为绝热过程，容器内压力由,p,1,升高到,p,2,，,容器内温度也由室温,T,1,升高到,T,2,，,充气后的温度为,T,2,=,kT,s,/,1+,p,1,(,k,-1)/,p,2,式中,T,s,为热力学温度，设定,T,s,=,T,i,；,k,为绝热指数。,但容器内温度下降至室温，其内的气体压力也要下降，下降后的稳定值为,p,=,p,2,T,1,/,T,2,