气压传动认识.pdf
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1、设备控制基础课程教案设备控制基础课程教案任任务务班班级级教学方法教学方法3.13.1气压传动认识气压传动认识机电工程系各班机电工程系各班引导法、演示教学法引导法、演示教学法学学时时教学设备教学设备教学场地教学场地2 2多媒体、典型气动元件多媒体、典型气动元件多媒体教室、机电一体多媒体教室、机电一体化实训中心化实训中心教学目的教学目的认识气压传动控制系统的组成;理解压缩空气站的设备组成及布置;掌握空气压缩机的分类、工作原理及选用原则;理解气压各元件的工作原理、图形符号、结构形式。气压传动控制系统的组成;空气压缩机的分类、工作原理及选用原则;气压各元件的工作原理、图形符号、结构形式。重点难点重点难
2、点教教 学学 安安 排排步步 骤骤授课授课内容内容教学过程设计教学过程设计气压系统的组成及主要性质;气压元件的结构、工作原理、的功用、液压元件的技术参数;绘制气压元件图形符号气压元件的安装接线。深入学习气压传动的工作原理。认识常用气压元件的结构。了解常用气压元件的技术参数。掌握气压传动的优缺点,了解空气的性质及气体状态方程。了解掌握气源装置与气动辅助元件功用,气动执行元件的分类与选用,气动控制元件的作用与工作原理。认真完成本次教学任务后,学生达到以下综合能力:专业技能和动手能力提高;具备查阅相关技术资料的能力;团队协作能力;总结和表达能力;组织协调能力的提高。与人交流和沟通的能力。认真完成本次
3、教学任务后,学生逐渐达到以下良好习惯:安全文明操作的良好习惯;遵守纪律的良好习惯;爱护环境,及时整理的良好习惯;及时总结和分析的良好习惯;检查各项计划实施结果;评估工作质量及实际效果。教学教学实施实施能力能力培养培养习惯习惯培养培养课后课后总结总结学习单元学习单元 3 3气压传动认识及数控设备典型气压传动系统分析气压传动认识及数控设备典型气压传动系统分析3.13.1 气压传动认识气压传动认识授课内容:授课内容:1.1.认识气压传动控制系统的组成及优缺点。认识气压传动控制系统的组成及优缺点。2.2.了解工业传动或控制系统对气源的要求。了解工业传动或控制系统对气源的要求。3.3.理解压缩空气站的设
4、备组成及布置。理解压缩空气站的设备组成及布置。4.4.掌握空气压缩机的分类、工作原理及选用原则。掌握空气压缩机的分类、工作原理及选用原则。5.5.理解气压辅助元件的工作原理、图形符号、结构形式。理解气压辅助元件的工作原理、图形符号、结构形式。6.6.掌握气压执行元件的工作原理、图形符号、结构形式。掌握气压执行元件的工作原理、图形符号、结构形式。7.7.掌握气压控制元件的工作原理、图形符号、结构形式。掌握气压控制元件的工作原理、图形符号、结构形式。8.8.分析气动回路实例。分析气动回路实例。1.1.气压传动概述气压传动概述引导问题:引导问题:请同学们通过查阅相关资料和教师讲解,分析以下问题:请同
5、学们通过查阅相关资料和教师讲解,分析以下问题:1 1气压与液压传动有何相同点?气压与液压传动有何相同点?2 2气压传动由哪几部分构成?各部分有何功能?气压传动由哪几部分构成?各部分有何功能?3 3气压传动有哪些优缺点?气压传动有哪些优缺点?4 4工业传动或控制对气源有哪些特殊要求?工业传动或控制对气源有哪些特殊要求?5 5空气压缩站由哪些设备构成?各个设备的用途是什么?空气压缩站由哪些设备构成?各个设备的用途是什么?1.11.1 气压传动系统的工作原理气压传动系统的工作原理气压传动是以压缩空气为工作介质进行能量传递和信号传递的一门技术。气压传动的工作原理是利用空压机把电动机或其它原动机输出的机
6、械能转换为空气的压力能,然后在控制元件的作用下,通过执行元件把压力能转换为直线运动或回转运动形式的机械能,从而完成各种动作,并对外做功。由此可知,气压传动系统和液压传动系统类似。1.21.2 气压传动系统的组成气压传动系统的组成气压传动系统和液压传动系统的结构类似,也是由四部分组成的:(1)气源装置它是获得压缩空气的装置。其主体部分是空气压缩机,它将原动机供给的机械能转变为气体的压力能;(2)控制元件它是用来控制压缩空气的压力、流量和流动方向的,以使执行机构完成预定的工作循环,它包括各种压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀等;(3)执行元件它是将气体的压力能转换成机械能的一种能量转换装置。它包括
7、实现直线往复运动的气缸和实现连续回转运动或摆动的气马达或摆动马达等;(4)辅助元件它是保证压缩空气的净化、元件的润滑、元件间的连接及消声等所必须的,它包括过滤器、油雾器、管接头及消声器等。1.31.3 压缩空气站压缩空气站气压动力元件将原动机(如电动机)供给机械能转变为气体的压力能,为各类气动设备提供动力。用气量较大的厂矿一般都专门建立压缩空气站,通过输送管道统一向各用气点分配压缩空气。压缩空气站的设备一般包括产生压缩空气的空气压缩机和使气源净化的辅助设备。空气压缩机,用以产生压缩空气,一般由电动机带动。其吸气口装有空气过滤器以减少进人空气压缩机的杂质量。后冷却器,用以降温冷却压缩空气,使净化
8、的水凝结出来。油水分离器,用以分离并排出降温冷却的水滴、油滴、杂质等。贮气罐,用以贮存压缩空气,稳定压缩空气的压力并除去部分油分和水分。干燥器,用以进一步吸收或排除压缩空气中的水分和油分,使之成为干燥空气。过滤器,用以进一步过滤压缩空气中的灰尘、杂质颗粒。贮气罐输出的压缩空气可用于一般要求的气压传动系统,贮气罐输出的压缩空气可用于要求较高的气动系统(如气动仪表及射流元件组成的控制回路等)。1.41.4 气压传动优缺点气压传动优缺点1.气压传动的优点:(1)工作介质是空气,与液压油相比可节约能源,而且取之不尽、用之不竭。气体不易堵塞流动通道,用后可将其随时排人大气中,不污染环境;(2)空气的特性
9、受温度影响小。在高温下能可靠地工作,不会发生燃烧或爆炸。温度变化时,对空气的粘度影响极小,故不会影响传动性能;(3)空气的粘度很小(约为液压油的万分之一),所以流动阻力小,在管道中流动的压力损失较小,所以便于集中供应和远距离输送;(4)相对液压传动而言,气动动作迅速、反应快,一般只需 0.020.3s,就可达到工作压力和速度。液压油在管路中流动速度一般为15ms,而气体的流速最小也大于10ms,有时甚至达到音速,排气时还达到超音速;(5)气体压力具有较强的自保持能力,即使压缩机停机,关闭气阀,但装置中仍然可以维持一个稳定的压力。液压系统要保持压力,一般需要油泵继续工作或另加蓄能器,而气体通过自
10、身的膨胀性来维持承载缸的压力不变;(6)气动元件可靠性高、寿命长。电气元件可运行百万次,而气动元件可运行 20004000万次;(7)工作环境适应性好,特别是在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣环境中,比液压、电子、电气传动和控制优越;(8)气动装置结构简单,成本低,维护方便,过载能自动保护。2.气压传动的缺点:(1)由于空气的可压缩性较大,气动装置的动作稳定性较差,外载变化时,对工作速度的影响较大;(2)由于工作压力低,气动装置的输出力或力矩受到限制。在结构尺寸相同的情况下,气压传动装置比液压传动装置输出的力要小得多。气压传动装置的输出力不宜大于1040kN;(3)气动装置中的信号传
11、动速度比光、电信号传动速度慢,所以不宜用于信号传递速度要求十分高的复杂线路中。同时实现生产过程的遥控也比较困难,但对一般的机械设备,气动信号的传递速度是能满足工作要求的;(4)噪声较大,尤其是在超音速排气时要加消声器。3.气压传动与其它传动的性能比较气压传动与其它传动的性能比较气压传动与其它传动的性能比较类型操作力气压传动 中等液压传动 最大动作快慢较快较慢环境要负载变操作距构造求化影响离适应性简单好较大中距离无级调 工作维护速寿命较好长一般价格便宜不怕振 复杂有一些短距离良好一般 要求高稍贵动电中等电气传电动最小子机械传动 较大快最快一般要求高稍复杂几乎没有没有没有远距离远距离良好较短良好短
12、要求较稍贵高要求更最贵高一般要求特最复高杂一般一般短距离较困难 一般简单2.2.气压动力元件和辅助元件气压动力元件和辅助元件引导问题:引导问题:请同学们通过查阅相关资料和教师讲解,分析以下问题:请同学们通过查阅相关资料和教师讲解,分析以下问题:1 1空气压缩机是如何分类的?往复活塞式空气压缩机是如何工作的?空气压缩机是如何分类的?往复活塞式空气压缩机是如何工作的?2 2气压辅助元件包括哪些?各元件起什么作用?气压辅助元件包括哪些?各元件起什么作用?3 3分析各气压辅助元件的工作原理和结构?分析各气压辅助元件的工作原理和结构?4 4各气压辅助元件的国家标准图形符号如何绘制?各气压辅助元件的国家标
13、准图形符号如何绘制?2.12.1 气压动力元件气压动力元件气压动力元件是气动系统的动力源,即空气压缩机(简称空压机),将原动机(如电动机)供给机械能转变为气体的压力能,为各类气动设备提供动力。用气量较大的厂矿一般都专门建立压缩空气站,通过输送管道统一向各用气点分配压缩空气。1.空气压缩机的工作原理气压传动系统中最常用的空气压缩机是往复活塞式。当活塞向右运动时,气缸内活塞左腔的压力低于大气压力,吸气阀被打开,空气在大气压力作用下进入气缸内,这个过程称为“吸气过程”。当活塞向左移动时,吸气阀在缸内压缩气体的作用下而关闭,缸内气体被压缩,这个过程称为压缩过程。当气缸内空气压力增高到略高于输气管内压力
14、后,排气阀被打开,压缩空气进入输气管道,这个过程称为“排气过程”。活塞的往复运动是由电动机带动曲柄转动,通过连杆、滑块、活塞杆转化为直线往复运动而产生的。2.空气压缩机的类型空气压缩机是一种气压发生装置,它是将机械能转化成气体压力能的能量转换装置。按其工作原理可分为容积型压缩机和速度型压缩机。容积型压缩机的工作原理是压缩气体的体积,使单位体积内气体分子的密度增大以提高压缩空气的压力。速度型压缩机的工作原理是提高气体分子的运动速度,然后使气体的动能转化为压力能以提高压缩空气的压力。3.空气压缩机的选用原则选用空气压缩机的根据是气压传动系统所需要的工作压力和流量两个参数。一般空气压缩机为中压空气压
15、缩机,额定排气压力为 1Mpa。另外还有低压空气压缩机,排气压力 0.2MPa;高压空气压缩机,排气压力为1OMPa;超高压空气压缩机,排气压力为1OOMPa。输出流量的选择,要根据整个气动系统对压缩空气的需要再加一定的备用余量,作为选择空气压缩机的流量依据。空气压缩机铭牌上的流量是自由空气流量。2.22.2 气动辅助元件气动辅助元件气动辅助元件分为气源净化装置和其它辅助元件两大类。压缩空气净化装置一般包括冷却器、油水分离器、贮气罐、干燥器、过滤器等。1.冷却器冷却器安装在空气压缩机出口处的管道上,作用是将空气压缩机排出的压缩空气温度由140170降至 4050,使压缩空气中的油雾和水汽迅速达
16、到饱和,使其大部分析出并凝结成油滴和水滴,以便经油水分离器排出。冷却器的结构形式有:蛇形管式、列管式、散热片式、管套式。冷却方式有水冷和气冷两种方式,2.油水分离器(分水排水器)油水分离器安装在后冷却器出口管道上,作用是分离并排出压缩空气中凝聚的油分、水分和灰尘杂质等,使压缩空气得到初步净化。油水分离器的结构形式有环形回转式、撞击折回式、离心旋转式、水浴式以及以上形式的组合使用等。撞击折回并回转式油水分离器的结构形式,它的工作原理是:当压缩空气由人口进入分离器壳体后,气流先受到隔板阻挡而被撞击折回向下(见图中箭头所示流向);之后又上升产生环形回转,这样凝聚在压缩空气中的油滴、水滴等杂质受惯性力
17、作用而分离析出,沉降于壳体底部,由放水阀定期排出。为提高油水分离效果,应控制气流在回转后上升的速度不超过0.30.5m/s。3.贮气罐贮气罐的主要作用是:储存一定数量的压缩空气,以备发生故障或临时需要应急使用;消除由于空气压缩机断续排气而对系统引起的压力脉动,保证输出气流的连续性和平稳性;进一步分离压缩空气中的油、水等杂质。贮气罐一般采用焊接结构,以立式居多4.干燥器经过后冷却器、油水分离器和贮气罐后得到初步净化的压缩空气,已满足一般气压传动的需要。但压缩空气中仍含一定量的油、水以及少量的粉尘。如果用于精密的气动装置、气动仪表等,上述压缩空气还必须进行干燥处理。压缩空气干燥方法主要采用吸附法和
18、冷却法。吸附法是利用具有吸附性能的吸附剂(如硅胶、铝胶或分午筛等)来吸附压缩空气中含有的水分,而使其干燥;冷却法是利用制冷设备使空气冷却到一定的露点温度,析出空气中超过饱和水蒸气部分的多余水分,从而达到所需的干燥度。吸附法是干燥处理方法中应用最为普遍的一种方法。吸附式干燥器的外壳呈筒形,其中分层设置栅板、吸附剂、滤网等。湿空气从管进入干燥器,通过吸附剂、过滤网、上栅板和下部吸附层后,因其中的水分被吸附剂吸收而变得很干燥。然后,再经过钢丝网、下栅板和过滤网,干燥、洁净的压缩空气便从输出管排出。5.过滤器空气的过滤是气压传动系统中的重要环节。过滤器的作用是进一步滤除压缩空气中的杂质。常用的过滤器有
19、一次性过滤器(也称简易过滤器,滤灰效率为 5070);二次过滤器(滤灰效率为 7099)。在要求高的特殊场合,还可使用高效率的过滤器(滤灰效率大于 99)。气流进入筒内,在离心力的作用下分离出液滴,然后气体由下而上通过多片钢板、毛毡、硅胶、焦炭、滤网等过滤吸附材料,干燥清洁的空气从筒顶输出。普通分水滤气器的工作原理如下:压缩空气从输人口进入后,被引入旋风叶子,旋风叶子上有很多小缺口,使空气沿切线反向产生强烈的旋转,这样夹杂在气体中的较大水滴、油滴、灰尘(主要是水滴)便获得较大的离心力,并高速与水杯内壁碰撞,而从气体中分离出来,沉淀于存水杯中,然后气体通过中间的滤芯,部分灰尘、雾状水被拦截而滤去
20、,洁净的空气便从输出口输出。挡水板是防止气体漩涡将杯中积存的污水卷起而破坏过滤作用。为保证分水滤气器正常工作,必须及时将存水杯中的污水通过排水阀放掉。在某些人工排水不方便的场合,可采用自动排水式分水滤气器。存水杯由透明材料制成,便于观察工作情况、污水情况和滤芯污染情况。滤芯目前采用铜粒烧结而成。发现油泥过多,可采用酒精清洗,干燥后再装上,可继续使用。但是这种过滤器只能滤除固体和液体杂质,因此,使用时应尽可能装在能使空气中的水分变成液态的部位或防止液体进入的部位,如气动设备的气源人口处。6.油雾器油雾器是一种特殊的注油装置。它以空气为动力,使润滑油雾化后,注入空气流中,并随空气进入需要润滑的部件
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