气压传动系统的设计与校核

气压传动系统的设计

一．气压传动的工作原理

气压系统以压缩气体为工作介质，靠气体的压力传递动力或信息的流体传动。传递动力的系统是将压缩气体经由管道和控制阀输送给气动执行元件，把压缩气体的压力能转换为机械能而作功﹔传递信息的系统是利用气动逻辑元件或射流元件以实现逻辑运算等功能，亦称气动控制系统。

气压传动由气源﹑气动执行元件﹑气动控制阀和气动辅件组成。气源一般由压缩机提供；气动执行元件把压缩气体的压力能转换为机械能，用来驱动工作部件，包括气缸和气动马达；气动控制阀用来调节气流的方向﹑压力和流量，相应地分为方向控制阀﹑压力控制阀和流量控制阀；气动辅件包括：净化空气用的分水滤气器，改善空气润滑性能的油雾器，消除噪声的消声器，管子联接件等；在气压传动中还有用来感受和传递各种信息的气动传感器。

二．气压系统的组成

1.能源装置及辅件

气源装置由空压机、压缩空气的净化储存设备（后冷却器、油水分离器、储气罐、干燥器及输送管道）、气动三联件（分水过滤器、油雾器及减压阀）组成，还有一些必要的辅件，如自动排水器、消声器、缓冲器等，该些辅件是向系统输送洁净的压缩空气所必不可少的。

对能源装置的基本要求是：

1）能源装置外观应美观，色泽应与主机协调；

2）能源装置上所装元件的排列布置应匀称，维护方便简易

3）能源装置应节能；

4）能源装置应工作平稳，产生振动小，噪声小；

5）和电气、电子控制结合使用时，能远程控制动源装置以符合主机对所需的工作参数变化的要求。

2.执行元件

执行元件是将压缩空气的压力能转化为机械能的元件，该系统的执行元件是气缸，它驱动机构作直线往复运动，输入为压力和流量，输出为力和速度。

3.控制元件

本系统采用的均为电磁阀双向换接，它的特点是换向简单，进气和回气回路简单，安装时统一，并且本系统的气缸是垂直安装升举载荷，因此使用进气节流。气缸内的缓冲结构提高换向平稳性，所以此种换接方法可以被采用。

三．气压传动的优缺点

1.气压传动的优点：

（1）以空气为工作介质，工作介质获得比较容易，用后的空气排到大气中，处

理方便，与液压传动相比不必设置回收的油箱和管道；

（2）空气的粘度很小（约为液压油动力粘度的万分之一），在管道中的压力损

失也很小，所以便于集中供气、远距离输送，外泄漏不会像液压传动那样严重污染环境；

（3）动作迅速、反应快；

（4）工作环境适应性好，气动元件采用相应的材料后，能够在在易燃、易爆、

多尘埃、强磁、强辐射、强振动、强腐蚀等恶劣工作环境中正常工作；

（5）成本低，使用安全，无爆炸和电击危险，过载能自动保护；

（6）压缩空气的工作压力较低，因此，对气动元件的材质要求较低；

（7）气动系统维护简单，管道不易堵塞，也不存在介质变质、补充、更换等问

题。

2.气压传动的缺点：

（1）由于空气具有可压缩性，因此工作速度稳定性稍差。但采用气液联动装置

会得到较满意的效果。

（2）因工作压力低（一般为0.3～1.0MPa ），又因结构尺寸不宜过大，气压传动

装置的总输出力不宜大于10～40kN 。

（3）噪声较大，在高速排气时要加消声器。

（4）气动装置中的气信号传递速度在声速以内比电子及光速慢，因此，气动控

制系统不宜用于元件级数过多的复杂回路；

（5）目前气压传动的效率较低。

四．气动系统元件的选择

1.气缸的选择

该课题中，执行元件组的总任务是：控制上浆机构和吹扫机构的罩子进行垂直往返运动。气缸的最大工作量是推动不锈钢罩子和导轨滑块进行垂直往返运动。

1）气缸所受阻力 不锈钢的密度：37.93g cm ρ=

罩子体积为： 33334180.924922915.2213357096.1462357.1V mm cm =+== 罩子质量为：7.93357.12831.8 2.8318m V g kg ρ=⋅=⨯==

罩子重量为： 2.83189.827.75G m g N =⋅=⨯=

考虑到滑块及吹抽气，为安全考虑设定气缸总受力为100N

2）气缸缸径及行程的选择

查表的气缸的效率一般在0.7~0.95之间，这里去取0.85η=

气缸的工作压力一般为0.4~0.6Mpa Mpa ，这里取0.5p Mpa =

220.0980665,110.19716,19.80.5 5.1,10010.2Mpa Mpa kgf kgf N

p Mpa kgf cm F G N kgf

==='=====2由1kgf cm 得 气缸理论推力10.21285%0.85

F F kgf '=

== 由F 和P 查图得：

缸径为18mm ，为了安全取缸径为25mm

查机械设计手册（单行本）气压传动与控制得：

上浆机构中选125250LCZM MS -⨯-型号气缸，因此缸径为25mm ，行程为250mm ，脚架式安装

吹扫机构中选125200LCZM MS -⨯-型号气缸，因此缸径为25mm ，行程为200mm ，脚架式安装

载体托盘机构中选125150LCZM MS -⨯-型号气缸，因此缸径为25mm ，行程为150mm ，脚架式安装

2.空压机的选择

气源装置是向气动系统提供所需压缩空气的动力源，空压机是气压发生装置，是将机械能转换为气体压力能的转换装置。

1）耗气量的计算：

缸径25mm D ＝,行程00mm S ＝2,全程需要的时间4t s =

伸出耗气量：

23233.140.20.0250.024531044

/4s Q D m s t π-⨯⨯=⨯==伸 缩回耗气量：

2223233.140.2()(0.0250.01)0.020611044

/4d s

Q D m s t π--⨯-⨯=⨯==缩 2）自由空气量的计算（一个标准大气压状态下的流量）：

0.10130.1013P Q Q

+'= '3330.10130.50.10130.02453100.145610/0.10130.1013

P Q Q m s --++==⨯⨯=⨯伸伸 '3330.10130.50.10130.02061100.122310/0.10130.1013

P Q Q m s --++==⨯⨯=⨯缩缩