液压与气动技术教学课件.pdf
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1、液压与气动技术液压与气动技术 第五单元 气源系统及净化装置和气动执行元件第五单元 气源系统及净化装置和气动执行元件 2005620 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 教学内容:教学内容: ?气源系统的组成 ?气源系统的净化装置(难点) ?气动执行元件(重点) 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 气动系统的基本组成部分包括哪些呢?请大家根据机器的组成部分先 思考一下? 机器是由三部分组成: 原动机(能量的产生或转换)、传动机构(能量的传递、分配和控制 )、工作机(能量的消耗)。 气动系统的基本组成部分: 压缩空气的产生、压缩空气的传输、压缩空气的消耗
2、(工作机)。 气动系统的基本组成示意图如下图所示。 一、气动系统的基本组成: 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 由压缩空气的产生和输送系统及压缩空气消耗系统三个主要 部分组成。 一、气动系统的基本组成: 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 一、气动系统的基本组成示例 气压产生装置气压产生装置 分水滤气器 压力控制阀 油雾器 分水滤气器 压力控制阀 油雾器 方向控制阀方向控制阀 消声器消声器 流量控制阀流量控制阀 汽 缸汽 缸 气压的传递、分配和控制即输送系统 气压的消耗 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 二、气动系统各组件及
3、主要功能 压缩机: 把机械能转变为气压能。 电动机: 给压缩机提供机械能,它是把电能转变成机械能。 压力开关: 被调节到一个最高压力:停止电动机,最低压力,重新 激活电动机。 单向阀: 阻止压缩空气反方向流动。 储气罐: 贮存压缩空气。 压力表: 显示储气罐内的压力。 自动排水器:无需人手操作,排掉凝结在储气罐内所有的水。 安全阀:当储气罐内的压力超过允许限度,可将压缩空气排出。 冷冻式空气干燥器:将压缩空气冷却到零上若干度,以减少系统中的 水份。 主管道过滤器:它清除主要管道内灰尘、水份和油。主管道过滤器必 须具有最小的压力降和油雾分离能力。 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与
4、气动技术 二、气动系统各组件及主要功能 压缩空气的分支输出管路:压缩空气要从主管道顶部输出到分支 管路,以便偶尔出现的凝结水仍留在主管道里,当压缩空气达到 低处时,水传到管子的下部,流入自动排水器内,将凝结水去除。 自动排水器: 每一根下接管的末端都应有一个排水器,最有效的 方法是用一个自动排水器,将留在管道里的水自动排掉。 空气处理组件:使压缩空气保持清洁和合适压力,以及加润滑油 到需要润滑的另件中以延长这些气动组件的寿命 方向控制阀:通过对气缸两个接口交替地加压和排气,来控制运 动的方向。 执行组件:把压缩空气的压力能转变为机械能,图标是一个直线 气缸,它也可以是回转执行组件或气动马达等。
5、 速度控制阀:能简便实现执行组件的无级调速。 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 二、气动系统各组件及主要功能 请大家思考一下: 在气动系统中, 请大家思考一下: 在气动系统中,压缩空气为什么能推动气缸往复运动压缩空气为什么能推动气缸往复运动,即为 什么能实现气压传动? ,即为 什么能实现气压传动? 是不是因为压缩空气有压力?压力是如何产生的呢?是不是因为压缩空气有压力?压力是如何产生的呢? 压力是由于气体分子热运动而互相碰撞,在容器的单位面积上产 生的力的统计平均值。 那我们该如何来度量压缩空气呢? 压力是由于气体分子热运动而互相碰撞,在容器的单位面积上产 生的力的统计
6、平均值。 那我们该如何来度量压缩空气呢? 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 三、气动技术中的压力概念 在ISO标准中压力的单位为帕斯卡(1Pa=1N/m2),由于这个单 位非常小,为了阅读和表达方便,常用0.1MPa(1bar)为压力单位,这 个单位适合在工业中应用: 1Mpa103Kpa106Pa 0.1MPa=100Kpa=1bar(巴) 在工程上有时也使用老的公制单位kgfcm2 (千克力每平方厘米) 、atm (atmosphere大气压)、lbf/in2(psi,磅力每平方英寸)等以满足实际 需要。 绝对压力:相对于真空的压力 表压力(GA):高于大气压的那部
7、分压力 真空度(Torr):低于大气压的压力 标准大气压:1013mbar760Torr(托为1mm汞柱产生的压力) 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 四、气动技术中的压力表示 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 五、气源系统 1 2 3 4 5 6 普通气源 净化气源 气源系统是为气动设备提供满足要求的压缩空气动力源。气源系 统一般由气压发生装置、压缩空气的净化处理装置和传输管路系统组 成。典型的气源及空气净化处理系统如图所示。 1-空压机 2-储气罐 3-阀门 4-主管过滤器 5-干燥机 6-主管过滤器 2010年1月28日星期四深圳职业技术学
8、院液压与气动技术 六、空气压缩机 ( Air compressor)空气压缩机 ( Air compressor) 1.空压机是气压发生装置。空压机将电机或内燃机的机械能转化为压缩空 气的压力能。 2. 按工作原理分类:可分为容积式空压机和速度式空压机。容积式空压机 的工作原理是压缩空压机中气体的体积,使单位体积内空气分子的密 度增加以提高压缩空气的压力。速度式空压机的工作原理是提高气体 分子的运动速度以此增加气体的动能,然后将气体分子的动能转化为 压力能以提高压缩空气的压力。 3.空气压缩机分为往复式与回转式两大类。往复式可细分为活塞式与膜片 式,回转式可细分为叶片式与螺杆式。 2010年1
9、月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 六、空气压缩机 ( Air compressor)空气压缩机 ( Air compressor) 4.按空压机输出压力大小分类 低压空压机 02 10MPa 中压空压机 10 10MPa 高压空压机 10 100MPa 超高压空压机 100MPa 5.按空压机输出流量(排量)分类 微型1m3Min 小型1 10 m3Min 中型10 100 m3Min 大型100m3Min 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 气压传动 ?气压发生装置 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 七、空压机的工作原理 1.常见的空
10、压机有活塞式空压机、叶片式空压机和螺杆式空压机三 种 ,下图为单级活塞式空压机工作原理。 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 七、空压机的工作原理 1.单级活塞式空压机通常用于需要(0.3-0.7)Mpa压力范围的系统。 在单级压缩机中,若空气压力超过0.6Mpa,产生的过热将大大 地降低压缩机的效率。故当输出压力较高时,应采取多级压缩。 2.多级压缩可降低排气温度,节省压缩功,提高容积效率,增加压 缩气体排气量。下面介绍多级空压机工作原理 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 七、空压机的工作原理 2.二级活塞式空压机工作原理。 2010年1月28日
11、星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 七、空压机的工作原理 2.由两级三个阶段将吸入的大气压空气压缩到最终的压力。 如果最终压力为0.7Mpa,第一级通常将它压缩到0.3Mpa,然后 经过中间冷却器被冷却,压缩空气通过中间冷却器后温度大大 下降,再输送到第二级气缸中压缩到0.7Mpa。因此,相对于单 级压缩机提高了效率。 最后输出温度可控制在120度左右。 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 七、空压机的工作原理 3.叶片式空压机 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 七、空压机的工作原理 3.在回转过程中不需要活塞式空压机中具有的吸气阀和排 气阀。在
12、转子的每次回转中,将根据叶片的数目多次进行吸 气、压缩和排气,所以输出压力的脉动较小。 通常情况下,叶片式空压机需采用润滑油对叶片、转子和 机体内部进行润滑、冷却和密封,所以排出的压缩空气中含有 大量的油份。因此在排气口需要安装油气分离器和冷却器,以 便把油份从压缩空气中分离出来进行冷却并循环使用。 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 七、空压机的工作原理 4.膜片式压缩机 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 七、空压机的工作原理 4.膜片式压缩能提供5巴的压缩空气。由于它完全没有油, 因此广泛用于食品、医药和相类似的工业中。膜片使气室容积 发生变化
13、,在下行程时吸进空气,上行程时压缩空气。 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 七、空压机的工作原理 5.螺杆式空压机 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 七、空压机的工作原理 5.螺杆式空压机 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 七、空压机的工作原理 5.螺杆式压缩机,由电动机带动两个啮合的螺旋转子以相反方向 运动,它们当中自由空间的容积沿轴向减少,从而压缩两转子间的空 气。利用喷油来润滑密封的两旋转螺杆,油分离器将油与输出空气分 开。 此类压缩机可连续输出流量可超过400m3min,压力高达 和叶片式压缩机相比,此类压缩机能输
14、送出连续的无脉动的压缩 空气。 虽然螺杆式和叶片式压缩机愈来愈受青睐,但过去工业上最普 遍使用的仍然是往复式压缩机。 10巴。 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 八、空压机的特性参数 1.压缩机的标准流量:用标准容积流量来表示,在大气压下 有压流量:在有压工作状态下的流量;p标1.013bar 2.输出流量的确定:k1漏损1.151.5,k2备用1.31.6,k3利用,查 表 3.热效率及总效率:单级压缩机的最终压力较低,其纯容积效率较高。 然而,随着最终压力的逐渐增加,热量损失变得愈来愈重要,具有较 高热效率的二级压缩机的优越性就体现出来了。 “单位能量消耗”是衡量总
15、效率的指针,并且能用于估计制造压缩空气所需 的费用。平均估算:1kw电能产生120150Lmin(=0.120.15m3 minkw)工作压力为7巴的压缩空气。 压 压标 标压 标 Q Tp Tp Q QQ 321c kkk 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 八、空压机的特性参数 单级/多级压缩机总效率图 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 九、空压机的选用 1.根据气动系统所需要的工作压力和流量确定空压机的输出压力Pc 和供气量Qc. P为气动系统的工作压力(Mpa),为系统中各个气动执行元件工作 的最高工作压力。 为气动系统总的压力损失 ,除了
16、考虑管路的沿程阻力损 失和局部阻力损失外,还应考虑为了保证减压阀的稳压性能所 必需的最低输入压力,以及气动元件工作时的压降损失。 c ppp=+ p 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 十、空压机的选用 2.空压机供气量的大小应包括:目前气动系统中各设备所需的耗气 量、考虑未来扩充设备所需耗气量及修正系数(如避免空压机 在全负荷下不停地运转、气动元件和管接头的漏损及各种气动 设备是否同时连续使用等) Q为气动系统的最大耗气量(m3Min); K为修正系数。一般可取=1.31.5。 有了供气压力与供气量,按空压机的特性要求,选择空压 机的类型和型号。 c QkQ= 2010
17、年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 十一、空压机的使用注意事项 1.空压机的安装位置。空压机的安装地点必须清洁,无粉尘、通风 好、湿度小、温度低且要留有维护保养空间,所以一般要安装在 专用机房内。 2.噪音。空压机一运转即产生噪音。必须考虑噪音的防治,如设置 隔声罩、设置消声器、选择噪音较低的空压机等。一般而言,螺 杆式空压机的噪音较小。 3. 使用专用润滑油并定期更换,启动前应检查润滑油位,并用手拉动 传动带使机轴转动几圈,以保证启动时的润滑。启动前和停车后,都应及 时排除空压机气罐中水分。 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 十二、储气罐 (Reserv
18、oir) 1.储气罐的作用: 1)使压缩空气供气平稳,减少压力脉动。 2)作为压缩空气瞬间消耗需要的储存补充之用。 3)储存一定量的压缩空气,停电时可使系统继续维持一定时间。 4)可降低空压机的启动-停止频率,其功能相当于增大了空压机的功 率。 5)利用储气罐的大表面积散热使压缩空气中的一部分水蒸气凝结为 水。 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 十二、储气罐 (Reservoir) 2.储气罐的形状:储气罐的 容积愈大,压缩机运行 时间间隔就愈长。储气 罐一般采用圆筒状焊接 结构,有立式和卧式两 种,一般以立式居多。 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动
19、技术 十二、储气罐 (Reservoir) 3.储气罐的使用注意事项: 1)储气罐属于压力容器,应遵守压力容器的有关规定,必须有产品耐 压合格证书。 2)储气罐上必须安装有安全阀(当储气罐内的压力超过允许限度,可 将压缩空气排出)、压力表(显示储气罐内的压力)、压力开关 (用储气罐内的压力来控制电动机,它被调节到一个最高压力,达 到这个压力就停止电动机,也被调节另一个最低压力,储气罐内压 力跌到这个压力就重新启动电动机)、单向阀(让压缩空气从压缩 机进入气罐,当压缩机关闭时,阻止压缩空气反方向流动)、最低 处应设有排水阀(排掉凝结在储气罐内所有的水)。 2010年1月28日星期四深圳职业技术学
20、院液压与气动技术 十三、压缩空气净化处理装置 (Air cleaning equipment) 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 十三、压缩空气净化处理装置 从空压机输出的压缩空气到达各用气设备之前,必须将压缩 空气中含有的大量水分、油分及粉尘杂质等除去,以得到适当的 压缩空气质量,避免它们对气动系统的正常工作造成危害,并且 用减压阀调节系统所需压力以得到适当出力。在必要的情况下, 使用油雾器使润滑油雾化并混入压缩空气中润滑气动元件,降低 磨损,提高元件寿命。 除水过程; 过虑过程; 调压过程; 润滑过程。 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 十三
21、、压缩空气净化处理装置 1.压缩空气的除水装置(干燥器)(Air dryers) (1)后冷却器 空压机输出的压缩空气温度高达1201800C,在此温度下,空气 中的水分完全呈气态。后冷却器的作用就是将空压机出口的高温压 缩空气冷却到400C,并使其中的水蒸气和油雾冷凝成水滴和油滴, 以便对将其清除。后冷却器有风冷式和水冷式两大类。 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 十三、压缩空气净化处理装置 (1)风冷式和水冷式后冷却器 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 十三、压缩空气净化处理装置 1.压缩空气的除水装置(干燥器)(Air dryers) (2
22、)冷冻式空气干燥器 冷冻式空气干燥器的工作原理是,使湿空气冷却到其露点温度以下,使空气 中水蒸气凝结成水滴并清除出去,然后再将压缩空气加热至环境温度输送出去。 冷冻式干燥器具有结构紧凑,使用维护方便,维护费用较低等优点,适用于 空气处理量较大,压力露点温度不是太低(250C)的场合。 冷冻式干燥器在使用时,应考虑进气温度、压力及环境温度和空气处理量。 进气温度应控制在400C以下,超出此温度时,可在干燥器前设置后冷却器。进入 干燥器的压缩空气压力不应低于干燥器的额定工作压力。环境温度宜低于400C, 若环境温度过低,可加装暖气装置,防止冷凝水结冰。干燥器实际空气处理量, 在考虑了进气压力、温度
23、和环境温度等因素后,应不大于干燥器的额定空气处理 量。 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 十三、压缩空气净化处理装置 (2)冷 冻式 空气 干燥 器 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 (3)吸收式干燥器 ?吸收干燥法是一个纯化学过程。在干燥罐中,压缩空气中水分与干燥剂发 生反应,使干燥剂溶解,液态干燥剂可从干燥罐底部排出。根据压缩空气 温度、含湿量和流速,必须及时填满干燥剂。 ?干燥剂的化学物质通常用氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯化锂等。因为化学 物质是会慢慢用尽的。因此,干燥剂必须在一定的时间内进行补充。 ?这种方法的主要优点是它的基本建设和操作费
24、用都较低。但进口温度不得 超过300C,其中干燥剂的化学物质具有较强烈腐蚀性,必须仔细检查滤 清,防止腐蚀性的雾气进入气动系统中。 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 (3)吸收式干燥器 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 压缩空气的过虑装置 (1) 主管道过滤器:安装在主要管路中。主管道过滤器必 须具有最小的压力降和油雾分离能力,它能清除管道内 的灰尘、水份和油。这种过滤器的滤芯一般是快速更换 型滤芯,过滤精度一般为35um,滤芯是由合成纤维制 成,由于纤维以矩阵形式排列。 2010年1月28日星期四深圳职业技术学院液压与气动技术 压缩空气的过虑装
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