电气动系统原理

电气动系统原理

电气动系统原理的英文名是Electro-pneumatic Systems，在机械﹑电子﹑纺织﹑印刷﹑交通等行业的自动化生产和控制中,有各种各样的传动和控制系统。主要包括:气动(气压传动与控制),液动(液压传动与控制),电动(电气/电子传动与控制),电-气动,电-液动。这些系统都包括两个方面内容--传动和控制。各种系统的区别在于传输介质,控制元件,执行元件的不同。

第1章传动控制系统种类

第1节电气动系统概述

在机械﹑电子﹑纺织﹑印刷﹑交通等行业的自动化生产和控制中,有各种各样的传动和控制系统。主要包括:气动(气压传动与控制),液动(液压传动与控制),电动(电气/电子传动与控制),电-气动,电-液动。这些系统都包括两个方面内容--传动和控制。各种系统的区别在于传输介质,控制元件,执行元件的不同。表1.1a列出了上述系统的特点。

传输介质执行装置控制装置气动压缩气体气缸或气马达气动阀

液动液压油液压缸和液压马达液压阀

电动电流电机电气/电子装置

电-液动液压油液压缸和液压马达电气/电子装置

电-气动压缩气体气缸或气马达电气/电子装置根据不同的应用背景和应用环境，可以採用不同的系统，或者是几种系统的组合，实现整个控制系统优化。

第2节电气动系统产生背景

“电气动系统”是指用电子/电气设备作為控制装置﹐以气动设备驱动执行提供机械能量的综合系统。与气动系统的区别主要在控制装置的不同。

追踪溯源﹐纯气动技术在几百年之前就出现了﹐当时就出现了气动步枪。二次世界大战至六十年代中叶﹐纯气动技术有了狠大发展﹐同时﹐电气控制技术也已经產生﹐不过﹐由於当时的电磁產品相当不可靠﹐為了消除电气控制与气动控制接口的薄弱环节﹐气动(包括液动技术)是工业界应用最广泛的传动和控制技术。

气动系统在系统传动效率﹐传递讯号的速度，讯号传递的距离等方面因素的受到狠大限制﹐特别是控制系统复杂程度的增加﹐為了适应低成本﹐高生產效率的需求﹐人们考虑能否将气动和电动结合起来﹐充份发挥各自的优点﹐这就產生了“电气动”技术。随着电气控制技术发展﹐电气控制元件巳具有极高的可靠性﹐标準化程度高﹐可扩展﹐可编程﹐高度弹性。

第3节电气动系统特点

电气动系统综合了电动和气动两者的优势﹐其优点為﹕系统传动效率高﹑讯号传递速度快﹑讯号传递距离长﹑使用寿命长﹑系统尺寸小﹑控制逻辑弹性高﹑无污染。但其缺点在於执行元件运\动速度的调节范围和运\动精度要低於液压系统和电液系统﹐而且噪音较大。

第2章电气动系统组成

第1节典型电气动元件的组成

电气动系统由三部份组成:

1能量供应部份:其作用类似人的心脏。它提供气动执行元件和电气控製作用所需要的能量。如提供压缩气体的气源系统,提供电气控制元件的电源(交流电或直流电)。对於较大型的工厂,各种电气动系统往往安装在不同的车间使用,一般都採取建立一个压

缩空气源(站)集中供气,并通过管道分别输送至各用气车间。

2电气控制部份:电气控制部份的作用相当於人的大脑。对於不同的应用环境,需要按照指定的逻辑控制气动元件的动作。比如汽车车门的开啟控制,汽车车门的开啟所由气缸来推动,而气缸活塞何时动作以及向哪个方向运动,这都是由电气控制部份控制的。

对电气控制系统的更细的划分可以包括:输入元件和处理元件。输入元件作为控制系统部份的初始触发和反馈讯号,如限程开关,按钮和接近感应器。处理元件将电讯号转化为气讯号或进行逻辑控制,典型的元件如继电器,计数器,电磁阀。

3气动执行部份:可以将气动执行部份比喻成人的手和腿。它是整个系统的终端输出,将压缩空气的压力能转化为机械能,直接驱动应用对象,如车门,传送带,导轨,夹具等。它受控於电气控制系统的作用,在适当的时机按适当的动作方式执行。典型的气动执行元件有气缸,气马达等。

图2.1a为一个工厂典型的电-气控制系统结构和布局。

图2.1a电气动系统组成

第3章气动执行元件工作原理

第1节直线运/气缸

常见的气动元件实现的动作方式有叁种:直线往返运动﹑连续转动﹑摆动,对应的气动元件为:气缸﹑气马达﹑摆动式气缸和齿轮齿条驱动摆动。

直线运动气缸气缸是一种将压缩空气的能量转化为机械能的元件,是常用的气动执行元件。图2.1a为带有簧片开关作为反馈的双作用气缸的结构。

气缸是一种将压缩空气的能量转化为机械能的元件,是常用的气动执行元件。

直线运动气缸主要由前﹑后端盖,活塞,活塞杆,缸体,密封件等装配而成,活塞沿着缸体滑动,并靠活塞密封圈保持密封,活塞杆与驱动机构连接,传递压力。

气缸按实使用条件不同,其结构形式和种类狠多。按压缩气体对气缸活塞端面作用力的方向分可以分为:单作用气缸和双作用气缸。

1单作用气缸：活塞只有一侧有压缩空气进入,即气缸上只有一个压缩空气的入口,故只有一侧有气压推力作用,气缸的工作行程仅限在一个方向。气缸的活塞可在弹簧﹑重力或其他外力的作用下回復到原来的位置。

图3.1a带弹簧復位的单作用气缸工作原理

图3.1a为弹簧復位的单作用气缸工作原理,深蓝色表示有压缩气体进入,淡蓝色表示排气。当近气口有压缩气体进入时,活塞在气体压力的作用下压缩弹簧向右移动,当没有压缩气体进入时,活塞在弹簧力作用下退回到原来的位置。

图3.1b靠重力复位的单作用气缸工作原理

图3.1b为靠重力復位的单作用气缸工作原理,深蓝色表示有压缩气体进入,淡蓝色表排气(动画)。

2双作用气缸：当活塞两侧交替地有压缩空气进入和排出时,其伸出和压回方向均有气压推力作用,使活塞向两个方向运动,两个方向的运动速度均可以通过调整气压而控制。活塞的两侧各有一个进气口,当一侧进气时,另一侧作为排气口,反之亦然。

图3.1c双作用气缸工作原理

图3.1c为双作用气缸工作原理,深蓝色表示有压缩气体进入,淡蓝色表示排气。

第2节气马达

与上述气缸的不同主要它输出扭矩﹐驱动机构作连续的旋转运\动﹐其功能相当於电机。气马达根据压缩气体的进气口不同可以顺时针或逆时针旋转。气马达适用於无