内容提要:
1、气压系统执行元件的结构及动作原理。
2、气压系统三大类控制元件的功能。
3、压力控制阀的基本结构和原理及应用。
4、节流阀和调速阀各自的特点和应用。
5、方向控制阀的种类、结构、工作原理和应用。
6、逻辑元件的原理和特点。
第一节 气缸的分类
气动系统常用的执行元件为气缸和气马达。
气缸用于实现直线往复运动,输出力和直线位移;气马达用于实现连续回转运动,输出力矩和角位移。
一、气缸的分类
气缸的种类很多,分类的方法也不同,一般可按压缩空气作用在活塞端面上的方向、结构特征和安装形式来分类。现将气缸的类型和安装形式分别列于表9-1及表9-2中。
二、常用气缸的特点
(1)普通气缸
气缸主要由缸筒、活塞杆、前后端盖及密封件等组成,如图所示为普通气缸结构。
(2)薄膜气缸
薄膜气缸主要由缸体、膜片、膜盘和活塞杆组成。如图9-2所示。
(3)无杆气缸
无杆气缸没有刚性活塞杆,利用活塞直接或间接实现直线运动。如图9-3 所示。
三、气缸的使用
气缸的使用时应注意以下几点:
1)根据工作任务的要求,选择汽缸的结构形式、安装方式并确定活塞杆的推力和拉力。
2)一般不使用满行程,而使用其行程余量为30-100mm;
3)气缸工作的推荐速度在0。5~1m/s,工作压力为0.4~0.6MPa,环境温度为5~60°C范围内。
四、气马达与工作原理
第二节 气动控制元件
控制元件按其作用和功能分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀三类。
一、方向控制阀
类型: 单向型、换向型
阀心结构:截止式、滑阀式
1、单向型控制阀
单向型控制阀中包括单向阀,或门型梭阀和快速排气阀。其中单向阀与液压单向阀类似。
(1)或门型梭阀
“或门”型梭阀相当于两个单向阀的组合。图9-5为“或门”型梭阀结构图,它有两个输入口P1、P2,一个输出口A,阀芯在两个方向上起单向阀的作用。
工作原理:P1进气 , P2切断,P1→A,A有输出;P2进气 , P1切断,P2→A,A有输出;P1、P2进气,高压侧进气口→A;P1= P2,则先加入压力的一侧→A;另一侧通路关闭;
应用
(2)与门型梭阀
“与门”型梭阀相当于两个单向阀的组合,适用于互锁回路中。“与门”型梭阀的结构如图9-7。
工作原理
P1、P2同时输入,A口有输出; P1、P2无输入,口无输出; P1≠ P2,则低压侧→A;高压侧关闭;
“与门”型梭阀应用回路
(3)快速排气阀
功用:使气动元件或装置快速排气。
结构:见图9-9。
工作原理
P口进气,膜片↓封住排气口,P→A;气流反向流动,P的压力↓,A口的气压将膜片顶起封住P口,A→O;
快速排气阀的应用
装于换向阀与气缸之间,使气缸的排气过程不经过换向阀即可完成。
2、换向型控制阀
功用:通过改变气体流通的通道使气体的流动方向发生变化,进而改变执行元件的方向。
控制方式:气压控制、电磁控制、机械控制、手动控制、时间控制。如图为电磁换向阀
二、压力控制阀
压力控制阀主要有减压阀、溢流阀和顺序阀三类
1、减压阀
减压阀的作用是降低由空气压缩机来的压力,以适于每台气动设备的需要,并使这一部分压力保持稳定。按调节压力方式不同,减压阀有直动型和先导型两种。
(1)直动型减压阀
图9-11 所示为QTY型
直动型减压阀的结构简图。
工作原理
阀处于工作状态时,压缩空气P1口→阀口11→P2口流出。
当顺时针旋转手柄1,压缩2、3推动膜片5下凹,使阀杆7带动阀芯9下移,打开进气阀口11,压缩空气通过阀口11的节流作用,使输出压力低于输入压力,以实现减压的作用。于此同时,有一部分气流经阻尼孔6进入膜片室12,在膜片下部产生一向上的推力。当推力与弹簧的作用相互平衡后,阀口开度稳定在某一值上,减压阀就输出一定压力的气体。阀口11开度越小,节流作用越强,压力下降也越多。
(2)先导型减压阀
组成:先导阀 主阀
工作原理:当气流从P1流入阀体后,一部分经阀口9→P2口,另一部分经固定节流孔1
→中气室5→喷嘴2→挡板3及孔道反馈至下气室6,→阀杆7中心孔及排气孔8→大气。
把手柄旋到一定位置,使喷嘴挡板的距离在工作范围内,减压阀就进入工作状态。中气室5的压力随喷嘴与挡板间距离的减小而增大,于是推动阀芯打开进气阀口9,即有气流流到出口,同时经孔道发馈到上气室4,与调压弹簧相平衡。
若输入压力瞬时升高,输出压力也相应升高,通过孔口的气流使下气室6的压力也升高,破坏了膜片原由的平衡,使阀杆7上升,节流阀口减小,节流作用增强,输出压力下降,使膜片两端作用力重新平衡,输出压力恢复到原来的调定值。
当输出压力瞬时下降时,经喷嘴挡板的放大也会引起中气室5的压力较明显升高,而使阀芯下移,阀口开大,输出压力升高,并稳定到原数值上。
压阀选择时应根据气源压力确定阀的额定输入压力,气源的最低压力应高于减压阀最高输出压力0.1Mpa以上。减压阀一般安装在空气过滤之后,油雾器之前。
(3)定值器
定值器即高精度减压阀。结构见图9-13。
规格:0.14MPa 输出范围 0~0.1MPa
0.35MPa 输出范围 0~0.25MPa
性能:气源压力在±10%时,定值器输出压力不超过0.3%;
气源压力为额定值时,输出压力为最大值的80%,流量0~600L/h,输出压力变化﹤±1%。
(4)减压阀的应用
2、溢流阀
作用
当系统压力超过调定值时,便自动排气,使系统的压力下降,以保证系统安全,故也称其为安全阀。
分类
按控制方式分,溢流阀有直动型和先导型两种。
(1)直动型溢流阀
如图9-15所示,将阀p口与系统相连接,O口通大气压力,当系统压力大于溢流阀调定压力时,气体推开阀芯,经阀口从O口排至大气,使系统压力稳定在调定值。
(2)先导型溢流阀
如图9-16所示。溢流阀的先导阀为减压阀由它减压后的空气从上部K口进入阀内,以代替直动型的弹簧控制溢流阀。
(3) 溢流阀的应用
3、顺序阀
顺序阀的作用是依靠气路中压力的大小来控制机构按顺序动作。顺序阀常与单向阀并联结合成一体,称为单向顺序阀。
工作原理
当压缩空气由P口→腔4,若作用在活塞3上的力﹤弹簧2上的力时,阀关闭。当作用于活塞上的力﹥弹簧力时,活塞被顶起,压缩空气经腔4→腔5由A口流出,进入其它控制元件或执行元件,此时单向阀关闭。
当切换起源时(图b),腔4压力迅速下降,顺序阀关闭,此时腔5压力高于腔4压力,在气体压力差作用下,打开单向阀,压缩空气由右腔5经单向阀6流入左腔4向外排出。
(2)顺序阀的应用
图9-20所示为用顺序阀控制两个气缸顺序动作的原理图。
结构和图形符号:
见图9-19
三、流量控制阀
流量控制阀主要有节流阀,单向节流阀和排气节流阀等。
一、节流阀
1、作用
通过改变阀的通流面积来调节流量。
结构:见图9-21
工作原理
气体由输入口P进入阀内,经阀座与阀芯间的节流通道从输出口A流出,通过调节螺杆使阀芯上下移动,改变节流口通流面积,实现流量的调节。
2、单向节流阀
单向节流阀是由单向阀和节流阀并联组合而成的组合式控制阀。
结构
见图9-23
工作原理
当气流由P至A正向流动时,单向阀在弹簧和气压作用下关闭,气流经节流阀节流后流出,而当由A至P反向流动时,单向阀打开,不起节流作用。
3、带消声器的节流阀
功用:安装在执行元件的排气口处,用来控制执行元件排入大气中气体的流量并降低排气噪声。
应用
第三节 逻辑元件
气动逻辑元件:是一种以压缩空气为工作介质,通过元件内部可动部件的动作,改变气流流动的方向,从而实现一定逻辑功能的流体控制元件。
分类:
按工作压力分:高压、低压、微压三种。
按结构形式分:截止式、膜片式、滑阀式和球阀式。
气动逻辑元件的特点
1.元件孔径较大,抗污染能力较强,对气源的净化程度要求较低。
2.元件在完成切动作后,能切断气源和排气孔之间的通道,无功耗气量较低。
3.负载能力强,可带多个同类型元件。
4.在组成系统时,元件连接方便,调试简单。
5.适应能力较强,可在各种恶劣环境下工作。
6.响应时间一般在10ms以内。
一、高压截止式逻辑元件
1.“是门” 和“与门”元件
图9-26为“是门”元件及“与门”元件的结构图。图中,P为气源口,a为信号输入口,S为输出口。
工作原理
a无信号,P与 S不导通,S无输出;
a有信号,P与 S导通,S有输出.
当气源口P改为信号口b时,则成“与门”元件,即只有当a和b同时输入信号时,S才有输出,否则S无输出。
2.“或门”元件
图9-27为“或门”元件的结构图。
工作原理
当只有a信号输入时,阀片3被推动下移,打开上阀口,接通a→S通路,S有输出。类似地,当只有b信号输入时,b→S接通,S也有输出。显然,当a,b均