1、氣動(dòng)技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)理論和控制規(guī)律概述流體動(dòng)力系統(tǒng)是通過(guò)壓力油或壓縮氣體來(lái)傳送和控制能量的一種系統(tǒng)。 在氣動(dòng)中，這種能源的介質(zhì)通常就是空氣。把大氣中的空氣的體積加以壓縮，從而提高它的壓力。 壓縮空氣主要通過(guò)作用于活塞或葉片來(lái)作功。 這種能量可用于工業(yè)上許多方面，這里我們考慮于工業(yè)氣動(dòng)的范疇。 正確使用氣動(dòng)控制，要求充分熟悉氣動(dòng)元件和確保氣動(dòng)元件使用到有效工作系統(tǒng)中元件的功能。 盡管由程序單決定的電氣控制或其他邏輯控制方法普遍被指定使用，但仍有必要知道氣動(dòng)元件在這類(lèi)系統(tǒng)中的功能。氣動(dòng)有什么用途？用于空氣、水和化學(xué)制品的系統(tǒng)中閥門(mén)的操作 點(diǎn)焊機(jī) 重的門(mén)或熱的門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉 鉚接 在建筑、鋼鐵、采礦和化

2、學(xué)工業(yè)工廠(chǎng)中料門(mén)的卸料 剪切機(jī)的操縱 在扁鋼錠模壓機(jī)器中提升和移動(dòng) 灌裝機(jī)械 作物的播撤和其它拖拉機(jī)機(jī)構(gòu)的操縱 伐木機(jī)的驅(qū)動(dòng)和進(jìn)給 噴漆 試驗(yàn)設(shè)備機(jī)床、工件或刀具的進(jìn)給 伐木和家具制造中固定和運(yùn)動(dòng) 零件和材料的輸送 在裝配機(jī)械和機(jī)床中夾緊裝置和夾具的固定 氣動(dòng)機(jī)器人 對(duì)塑料的粘接、對(duì)密封和焊接的固定 自動(dòng)測(cè)量 釬焊的固定 彎曲拉伸和平整機(jī)的操縱生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)組裝流水線(xiàn)自動(dòng)焊接機(jī)應(yīng)用于以下各制造領(lǐng)域第一產(chǎn)業(yè)第三產(chǎn)業(yè)第二產(chǎn)業(yè)牛奶充填鮑狀計(jì)、自動(dòng)篩選機(jī)、大米全自動(dòng)顏色分類(lèi)機(jī)工業(yè)用縫紉機(jī)、洗車(chē)機(jī)械自動(dòng)洗車(chē)機(jī) 紡織機(jī)械IC自動(dòng)檢查裝置電子部件裝配機(jī)機(jī)床、儀表裝配線(xiàn)汽車(chē)裝配線(xiàn)壓縮空氣的特性1、貯存 按需要容易

3、地貯存大容量的壓縮空氣；2、設(shè)計(jì)和控制簡(jiǎn)單 作用氣動(dòng)元件屬于簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，因而容易地適合較簡(jiǎn)單控制的自動(dòng)系統(tǒng)；3、運(yùn)動(dòng)的選擇 氣動(dòng)元件易于實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速的直線(xiàn)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；4、經(jīng)濟(jì) 由于氣動(dòng)元件價(jià)格合適，整套裝置費(fèi)用較低，而且氣動(dòng)元件壽命長(zhǎng)，所以維護(hù)費(fèi)用較低；5、可靠性 氣動(dòng)元件有很長(zhǎng)的工作壽命，所以系統(tǒng)有很高的可靠性；6、惡劣環(huán)境適應(yīng)性 壓縮空氣很大程度上不受高溫、灰塵、腐蝕的影響，這一點(diǎn)是別的系統(tǒng)所不能及的；7、環(huán)境干凈 氣動(dòng)元件是清潔的，以及有特殊的排出空氣處理方法，對(duì)環(huán)境污染少；8、安全性 在危險(xiǎn)場(chǎng)所不會(huì)引起火災(zāi)，若系統(tǒng)過(guò)載執(zhí)行元件只會(huì)停車(chē)或打滑。動(dòng)力源側(cè)裝置側(cè)空氣干燥機(jī)氣 罐 后冷卻器空壓機(jī)

4、主管路過(guò)濾器壓力開(kāi)關(guān)磁性開(kāi)關(guān)氣缸速度控制閥電磁閥消音器殘壓釋放手動(dòng)3通閥三聯(lián)件空氣過(guò)濾器減壓閥油霧器氣動(dòng)系統(tǒng)配置）壓縮空氣發(fā)生單元 空氣壓縮機(jī) 連續(xù)地將空氣壓縮 后冷卻器 冷卻高溫壓縮空氣 氣罐 儲(chǔ)存壓縮空氣）空氣凈化設(shè)備 空氣過(guò)濾器 去除固體異物、水分和油 空器干燥器 去除水蒸氣）輔助設(shè)備 減壓閥 調(diào)整壓縮空氣的壓力 油霧器 供給機(jī)械摩擦部分潤(rùn)滑油）壓縮空氣控制單元 速度控制閥 調(diào)整氣缸速度 電磁閥 切換壓縮空氣以控制器缸運(yùn)動(dòng)）執(zhí)行單元 氣缸 利用壓縮空氣工作）氣動(dòng)儀表元件及設(shè)備壓力開(kāi)關(guān) 當(dāng)壓縮空氣達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)發(fā)出信號(hào) 磁性開(kāi)關(guān) 確認(rèn)氣缸動(dòng)作位置并發(fā)出信號(hào)）連接設(shè)備 配管、接頭 連接回路）

5、其它 消音器 減小壓縮空氣的排氣音 壓縮空氣我們呼吸的空氣是無(wú)色無(wú)味，自由流動(dòng)的物質(zhì)。想想看，空氣無(wú)處不在，充滿(mǎn)著各種空間?？諝庵饕怯裳鯕夂偷?dú)饨M成的。成分體積比Nitrogen78.09% N2Oxygen20.95% O2Argon0.93% ArOthers0.03%空氣的特性體積變化控制氣缸的動(dòng)作影響速度位置圧縮強(qiáng) 圧縮弱體積縮小體積增加壓力變化輸出力影響氣缸的輸出力的大小 圧縮強(qiáng)圧縮弱高 低溫度變化產(chǎn)生水分影響空氣飽和水蒸氣含量圧縮強(qiáng)圧縮弱多少在空氣的可壓縮性中，要考慮使用絕對(duì)壓力?？蓤R縮性空氣的可壓縮性體現(xiàn)為以下的狀態(tài)變化標(biāo)準(zhǔn)大氣壓是由The International Civi

6、l Aviation Organisation制定的. 海平面的壓力和溫度分別是 1013.25 103 bar 絕對(duì)壓力 and 288 K (15OC)大氣壓1013.25 m bar體積和流量單位壓力作用下體積 ANR m3ANR大氣圧下 流量 空氣的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。溫度：圧力：大気圧相対濕度：L/minM2/minANRL/minANRM2/min壓力和力低壓力變化力高各壓力單位之間的關(guān)系壓力單位相對(duì)壓力大氣壓：絕對(duì)壓力（ a） （. a abs） . a . abs 完全真空：例：相對(duì)壓力時(shí)空氣壓力的表現(xiàn)大氣壓空氣的壓縮戝婥彈簧的場(chǎng)合壓縮空氣的場(chǎng)合大氣壓縮外力壓力反力壓力和力壓縮空氣在容器

7、的內(nèi)表面產(chǎn)生了一個(gè)力容器內(nèi)的流體將被壓縮并產(chǎn)生這個(gè)壓力表壓力1bar表示每平方厘米上受到10牛頓的力在壓力的作用下，氣缸活塞向前伸出，此推力等于壓力有效作用面積Thrust=D240PNewtonspD mmP bar這里D = 氣缸缸徑 mmP = 壓力 bar. 用牛頓來(lái)表示 1bar = 100000 N/m2 壓力和力作用在氣缸缸桶內(nèi)部的力相當(dāng)于氣缸的投影面積壓力lDForce=D . l . P10Newtons這里D = 氣缸內(nèi)徑 mml = 受壓腔室長(zhǎng)度 mmP = 壓力 bar壓力和力如果氣缸活塞兩側(cè)同時(shí)受到壓力作用。氣缸活塞桿將在壓差作用下向右伸出。如果是雙活塞桿氣缸的話(huà)，那

8、么氣缸活塞桿將保持在原位。壓力和力平衡式閥芯，壓力作用在任何一個(gè)氣口都不會(huì)引起閥芯的動(dòng)作。因?yàn)殚y芯左右的受力面積都是相等的。P1 和 P2 供氣和排氣壓力。P1P2壓力和力平衡式閥芯，壓力作用在任何一個(gè)氣口都不會(huì)引起閥芯的動(dòng)作。因?yàn)殚y芯左右的受力面積都是相等的。P1 和 P2 供氣和排氣壓力。P1P2壓力和力氣體的控制規(guī)律氣體的控制規(guī)律氣體的狀態(tài) 對(duì)于一定質(zhì)量的氣體來(lái)說(shuō)，壓力、體積、溫度表明了氣體所處的狀態(tài)。對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，狀態(tài)方程可以表示成 如果某一個(gè)狀態(tài)設(shè)為常值，那么我們可以得到如下的狀態(tài)方程等溫變化等壓變化等容變化P.V = constant= constantVT= constan

9、tPT等溫變化（波義爾定律BOYLES） 對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的條件下，壓力和它的質(zhì)量成反比 在等溫變化的情況下，空氣壓縮與膨脹的過(guò)程中，熱量變化是極其緩慢的。0246816024681012Volume VPressure Pbar absoluteP1.V1 = P2.V2 = constant1012141416等溫變化等溫變化（波義爾定律BOYLES） 對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的條件下，壓力和它的質(zhì)量成反比 在等溫變化的情況下，空氣壓縮與膨脹的過(guò)程中，熱量變化是極其緩慢的。02468160246810121012141416Volume VPressure Pbar a

10、bsoluteP1.V1 = P2.V2 = constant等溫變化02468160246810121012141416Volume VPressure Pbar absoluteP1.V1 = P2.V2 = constant等溫變化（波義爾定律BOYLES） 對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的條件下，壓力和它的質(zhì)量成反比 在等溫變化的情況下，空氣壓縮與膨脹的過(guò)程中，熱量變化是極其緩慢的。等溫變化02468160246810121012141416Volume VPressure Pbar absoluteP1.V1 = P2.V2 = constant等溫變化（波義爾定律BOYLES） 對(duì)

11、于一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的條件下，壓力和它的質(zhì)量成反比 在等溫變化的情況下，空氣壓縮與膨脹的過(guò)程中，熱量變化是極其緩慢的。等溫變化等壓變化（查理定律CHARLES） 對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，在壓力不變的條件下，氣體體積的增加和溫度成正比。 在沒(méi)有摩擦的情況下，氣體的體積會(huì)在常壓下變化。 一定壓力下，溫度每升高1，對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，其體積增加1/273 0o Celsius = 273K012-60-40-200204060VolumeTemperatureCelsius80100293KV1 V2T1(K) T2(K) = c= 等壓變化等壓變化（查理定律CHARLES） 對(duì)于一定質(zhì)量的氣體

12、，在壓力不變的條件下，氣體體積的增加和溫度成正比。 在沒(méi)有摩擦的情況下，氣體的體積會(huì)在常壓下變化。 一定壓力下，溫度每升高1，對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，其體積增加1/273 0o Celsius = 273K012-60-40-200204060VolumeTemperatureCelsius80100KV1 V2T1(K) T2(K) = c= 等壓變化等壓變化（查理定律CHARLES） 對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，在壓力不變的條件下，氣體體積的增加和溫度成正比。 在沒(méi)有摩擦的情況下，氣體的體積會(huì)在常壓下變化。 一定壓力下，溫度每升高1，對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，其體積增加1/273 0o Celsius =

13、273K012-60-40-200204060VolumeTemperatureCelsius80100KV1 V2T1(K) T2(K) = c= 等壓變化等壓變化（查理定律CHARLES） 對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，在壓力不變的條件下，氣體體積的增加和溫度成正比。 在沒(méi)有摩擦的情況下，氣體的體積會(huì)在常壓下變化。 一定壓力下，溫度每升高1，對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，其體積增加1/273 0o Celsius = 273K012-60-40-200204060VolumeTemperatureCelsius80100KK293KV1 V2T1(K) T2(K) = c= 等壓變化 對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，在體

14、積不變的條件下，氣體的壓力和溫度成正比 20oC時(shí)10bar絕對(duì)壓力的壓縮空氣在溫度達(dá)到60oCbar。 0o Celsius = 273K等容變化051020-60-40-200204060TemperatureCelsius158010002468bar10121416P1 P2T1(K) T2(K) = c= bar absolute等容變化 對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的條件下，氣體的壓力和溫度成正比 20oC時(shí)10bar絕對(duì)壓力的壓縮空氣在溫度達(dá)到60oCbar。 0o Celsius = 273K等容變化051020-60-40-200204060TemperatureCelsi

15、us158010002468bar10121416P1 P2T1(K) T2(K) = c= bar absolute等容變化 對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的條件下，氣體的壓力和溫度成正比 20oC時(shí)10bar絕對(duì)壓力的壓縮空氣在溫度達(dá)到60oCbar。 0o Celsius = 273K等容變化051020-60-40-200204060TemperatureCelsius158010002468bar10121416P1 P2T1(K) T2(K) = c= bar absolute等容變化 對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的條件下，氣體的壓力和溫度成正比 20oC時(shí)10bar絕對(duì)壓力的壓

16、縮空氣在溫度達(dá)到60oCbar。 0o Celsius = 273K等容變化0510-60-40-200204060bar absoluteTemperatureCelsius158010002468bar10121416P1 P2T1(K) T2(K) = c= 等容變化綜合等壓、等溫、等容變化三個(gè)過(guò)程，當(dāng)氣體的三個(gè)狀態(tài)都發(fā)生變化時(shí)，那么體積、壓力、溫度之間的關(guān)系滿(mǎn)足下列氣體狀態(tài)方程。=constantP1 .V1T1P2 .V2T2= 氣體狀態(tài)方程理論上，氣體的體積被瞬間壓縮時(shí)，這樣一個(gè)過(guò)程叫做絕熱變化過(guò)程。（即，熱量沒(méi)有時(shí)間通過(guò)氣缸缸桶與外界發(fā)生熱交換。）對(duì)于絕熱壓縮和膨脹過(guò)程，有 P

17、V n = c 對(duì)于空氣 n 另外，如果氣缸的空氣壓縮和膨脹過(guò)程很快，但是還是有一部分熱量通過(guò)氣缸缸桶與外界發(fā)生了熱交換，那么n值可以取到1.3左右或更小的值。2468024681012bar a101214141616PV 1. 4 = c絕熱過(guò)程PV 1. 2 = c多變過(guò)程PV = c等溫變化Volume0絕熱變化實(shí)際應(yīng)用中，氣缸作為吸收震動(dòng)使用時(shí)，那么在壓縮時(shí)肯定會(huì)有一定的熱量損失。這時(shí)氣缸的壓縮特性是介于絕熱變化和等溫變化之間的一種變化。根據(jù)壓縮率的不同，指數(shù)n將小于絕熱指數(shù)值1.4，常使用PV 1.2 = c 來(lái)表示多變過(guò)程。多變過(guò)程壓縮空氣中的水分幾個(gè)概念水蒸汽分壓力：濕空氣中水

18、蒸汽獨(dú)占空氣總?cè)莘e時(shí)所具有的壓力。當(dāng)空氣中的 水蒸汽達(dá)到飽和時(shí)，這時(shí)水蒸汽所具有的壓力叫做飽和水蒸汽分壓力。絕對(duì)濕度（kg/m3）：每一立方米的濕空氣中所含有的水蒸汽的質(zhì)量。s=水蒸汽的密度，kg/m3Ps =水蒸汽分壓力，PaRs =水蒸汽的氣體常數(shù)，462.05 J/(kgK)相對(duì)濕度（kg/m3）：一定溫度和壓力下，濕空氣的絕對(duì)濕度與飽和濕空氣的濕度之比，也就是實(shí)際水分含量和露點(diǎn)（飽和濕空氣）時(shí)水分含量之比。表明濕空氣吸收水分的能力。露點(diǎn)：空氣在這個(gè)溫度下呈現(xiàn)飽和狀態(tài)。即空氣飽和（相對(duì)濕度100%），溫度再降低則開(kāi)始析出水分。飽和絕對(duì)濕度（kg/m3）：每立方米濕空氣中所能夠含有的水蒸汽

19、的最大質(zhì)量。 ！空氣中水蒸汽的實(shí)際含量完全取決于溫度，1m3的壓縮空氣中只能包含1m3的飽和濕空氣所能含有的水蒸汽質(zhì)量壓縮空氣中的水分當(dāng)大量的空氣受到壓縮時(shí)，必然會(huì)從空氣中析大量的水分。大氣中的水蒸氣在空氣被壓縮時(shí)，會(huì)從空氣中被擠出來(lái)，就像我們把水從海綿中擠出來(lái)一樣。析出水分之后的空氣將達(dá)到完全飽和狀態(tài)。即相對(duì)濕度100% RH排水器fullysaturatedair冷凝水空氣中的含水量可以簡(jiǎn)單的用相對(duì)濕度RH的方法來(lái)表示。這個(gè)表示在某一個(gè)特定溫度的條件下，空氣中所含有的實(shí)際含水量。-40-200102030405002040Grams of water vapour / cubic metr

20、e of air g/m3607080Temperature Celsius25% RH50% RH100% RH At 20o C100% RH = 17.4 g/m3 50% RH = 8.7 g/m3 25% RH = 4.35 g/m3壓縮空氣中的水分下圖是一個(gè)例子。4個(gè)立方體分別表示溫度為20oC 的一立方米的空氣。每個(gè)立方體空氣的相對(duì)濕度是50RH。這就意味著它們分別含有8.7克的水，是最大含水量17.4克的一半。壓縮空氣中的水分當(dāng)壓縮機(jī)把這4個(gè)立方米的空氣壓縮成一個(gè)立方米時(shí)，這一個(gè)立方米的空氣將含有48.7克的水。但是在一立方米的空氣中，在20oC時(shí)只能含有最大28.7克的水分。

21、因此多余的28.7克的水蒸氣將凝結(jié)成水滴析出。壓縮空氣中的水分4立方米的大氣，相對(duì)濕度50RH，被壓縮成1立方米的壓縮空氣后，根據(jù)等溫變化，壓力變成3bar。這一立方米的壓縮空氣中含有17.4克的水蒸氣，即相對(duì)濕度100RH。另外17.4克的水蒸氣凝結(jié)成水析出了。這是一個(gè)連續(xù)的變化過(guò)程。一旦相對(duì)壓力超過(guò)1bar后，每次壓縮1立方米之后，就會(huì)后8.4克的水凝結(jié)出來(lái)。壓縮空氣中的水分冷凍干燥原理冷凍干燥原理濕熱的壓縮空氣進(jìn)入到第一個(gè)熱交換器，被排出的干燥壓縮空氣冷卻。再進(jìn)入到第二個(gè)熱交換器與冷媒回路進(jìn)行熱交換。析出的水被自動(dòng)排水器排出。冷卻后的空氣在排出時(shí)被入口處的熱空氣加熱，變成干燥的空氣。M干

22、燥空氣排出濕空氣進(jìn)入排水器冷媒回路 冷凍式除水原理如果1立方米完全飽和的 ( 100 % RH )壓縮空氣被冷卻到冰點(diǎn)以上,大約75%的水分會(huì)凝結(jié)出來(lái)。然后再升溫至 20OC，相對(duì)濕度降為25% RH。-40-202040每立方米空氣水分含量 g/m3溫 度 （）-40-20010203040500204060708025% RH50% RH100% RH冷凍干燥原理 冷凍式除水原理如果1立方米完全飽和的 ( 100 % RH )壓縮空氣被冷卻到冰點(diǎn)以上,大約75%的水分會(huì)凝結(jié)出來(lái)。然后再升溫至 20OC，相對(duì)濕度降為25% RH。-40-202040每立方米空氣水分含量 g/m3溫 度 （）

23、-40-20010203040500204060708025% RH50% RH100% RH降溫過(guò)程冷凍干燥原理 冷凍式除水原理如果1立方米完全飽和的 ( 100 % RH )壓縮空氣被冷卻到冰點(diǎn)以上,大約75%的水分會(huì)凝結(jié)出來(lái)。然后再升溫至 20OC，相對(duì)濕度降為25% RH。-40-202040每立方米空氣水分含量 g/m3溫 度 （）-40-20010203040500204060708025% RH50% RH100% RH升溫過(guò)程冷凍干燥原理空氣的流量流量單位流量指的是單位時(shí)間內(nèi)自由流動(dòng)的空氣體積。標(biāo)準(zhǔn)流量單位:升或立方米每秒l/s or dm3/s立方米每分鐘m3/m立方英寸每分

24、鐘 scfm1 m3/m = 35.31 scfm1 dm3/s = 2.1 scfm1 scfm = 0.472 l/s1 scfm = 0.0283 m3/min1 立方米o(hù)r 1000 dm31 升 or 立方分米1 立方英寸空氣的自由流動(dòng)右圖代表了1升空氣在不同壓力差下的實(shí)際體積?？諝饬鲃?dòng)在壓力差的作用下產(chǎn)生了。在絕對(duì)壓力1bar（0bar相對(duì)壓力）時(shí)，流量會(huì)向著真空方向流動(dòng)如果流速是相同的時(shí)候，那么流量會(huì)增加2倍。1 升的空氣體積 of free air at pressure01/81/161/41/21 litre1bar a2bar a4bar a8bar a16bar a聲速流動(dòng)空氣流量發(fā)生變化的最高速度是聲速。聲速狀態(tài)下， P1 必須是P2 壓力的2倍以上。當(dāng)從容器中排氣時(shí)，只要P1 2 P2，空氣的流量就保持常數(shù)。當(dāng)向容器中充氣時(shí)， P1 2 P2 時(shí)，空氣的流量就保持常數(shù)。P1 barabsolutetimeP1 is 9 bar a reserv