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气动元件

概述

气动元件通过气体的压强或膨胀产生的力来做功的元件，即将压缩空气的弹性能量转换为动能的机件。如气缸、气动马达、蒸汽机等。气动元件是一种动力传动形式，亦为能量转换装置，利用气体压力来传递能量。

应用

气动技术是以压缩空气为介质来传动和控制机械的一门专业技术。由于它具有节能、无污染、高效、低成本、安全可靠、结构简单等优点，广泛应用于各种机械和生产线上。

气动元件的应用主要为两个方面：维修和配套。过去国产气动元件的销售要用于维修，近几年，直接为主要配套的销售份额逐年增加。国产气动元件的应用，从价值数千万元的冶金设备到只有1~2百元的椅子。铁道扳岔、机车轮轨润滑、列车的煞车、街道清扫、特种车间内的起吊设备、军事指挥车等都用上了专门开发的国产气动元件。这说明气动技术已“渗透”到各行各业，并且正在日益扩大。

气动技术的特点：

1、气动装置结构简单、轻便、安装维护简单。介质为空气，较之液压介质来说不易燃烧，故使用安全。

2、工作介质是取之不尽的空气、空气本身不花钱。排气处理简单，不污染环境，成本低。

3、输出力以及工作速度的调节非常容易。气缸的动作速度一般小于1M/S，比液压和电气方式的动作速度快。

4、可靠性高，使用寿命长。电器元件的有效动作次数约为百万次，而一般电磁阀的寿命大于3000万次，某些质量好的阀超过2亿次。

5、利用空气的压缩性，可贮存能量，实现集中供气。可短时间释放能量，以获得间歇运动中的高速响应。可实现缓冲。对冲击负载和过负载有较强的适应能力。在一定条件下，可使气动装置有自保持能力。

6、全气动控制具有防火、防爆、防潮的能力。与液压方式相比，气动方式可在高温场合使用。

7.压缩空气可集中供应，远距离输送。

气动技术缺点：

1、由于空气有压缩性，气缸的动作速度易受负载的变化而变化。采用气液联动方式可以克服这一缺陷。

2、气缸在低速运动时候，由于摩擦力占推力的比例较大，气缸的低速稳定性不如液压缸。

3、虽然在许多应用场合，气缸的输出力能满足工作要求，但其输出力比液压缸小。

分类

气动元件分为：

①驱动元件：利用空气压缩而获得推力的元件，如气缸、气爪、气动马达。

②真空元件：利用空气压缩而产生真空环境或吸附其他产品的元件，如真空发生器、真空吸盘。

③控制元件：控制驱动元件启停的元件，如电磁阀、手动阀等。

④气源处理元件：除掉压缩机产生的压缩空气的水份、油份、垃圾等杂质或者调节压力的元件，如减压阀、过滤器、空气干燥剂、排水器、除油器、增压阀。

⑤检测元件：检测压缩器，真空压力以及流量的元件，如压力传感器、真空传感器、流量传感器。

⑥辅助元件：与驱动元件、真空元件等一同使用的附属元件，如接头、软管、消音器、速度控制器、逆止阀、纷歧管、压力表。

选型指南

1、气缸的选择

1)、类型的选择

根据工作要求和条件，正确选择气缸的类型。要求气缸到达行程终端无冲击现象和撞击噪声应选择缓冲气缸;要求重量轻，应选轻型缸;要求安装空间窄且行程短，可选薄型缸;有横向负载，可选带导杆气缸;要求制动精度高，应选锁紧气缸;不允许活塞杆旋转，可选具有杆不回转功能气缸;高温环境下需选用耐热缸;在有腐蚀环境下，需选用耐腐蚀气缸。在有灰尘等恶劣环境下，需要活塞杆伸出端安装防尘罩。要求无污染时需要选用无给油或无油润滑气缸等。

2)、安装形式

根据安装位置、使用目的等因素决定。在一般情况下，采用固定式气缸。在需要随工作机构连续回转时(如车床、磨床等)，应选用回转气缸。在要求活塞杆除直线运动外，还需作圆弧摆动时，则选用轴销式气缸。有特殊要求时，应选择相应的特殊气缸。

3)、作用力的大小

即缸径的选择。根据负载力的大小来确定气缸输出的推力和拉力。一般均按外载荷理论平衡条件所需气缸作用力，根据不同速度选择不同的负载率，使气缸输出力稍有余量。缸径过小，输出力不够，但缸径过大，使设备笨重，成本提高，又增加耗气量，浪费能源。在夹具设计时，应尽量采用扩力机构，以减小气缸的外形尺寸。

4)、活塞行程

与使用的场合和机构的行程有关，但一般不选满行程，防止活塞和缸盖相碰。如用于夹紧机构等，应按计算所需的行程增加10～20㎜的余量。

5)、活塞的运动速度

主要取决于气缸输入压缩空气流量、气缸进排气口大小及导管内径的大小。要求高速运动应取大值。气缸运动速度一般为50～800㎜/s。对高速运动气缸，应选择大内径的进气管道;对于负载有变化的情况，为了得到缓慢而平稳的运动速度，可选用带节流装置或气—液阻尼缸，则较易实现速度控制。选用节流阀控制气缸速度需注意：水平安装的气缸推动负载时，推荐用排气节流调速;垂直安装的气缸举升负载时，推荐用进气节流调速;要求行程末端运动平稳避免冲击时，应选用带缓冲装置的气缸。

气缸的选型

程序：根据操作形式选定气缸类型：

气缸操作方式有双动，单动弹簧压入及单动弹簧压出等三种方式

程序：选定其它参数：

1、选定气缸缸径大小 根据有关负载、使用空气压力及作用方向确定

2、选定气缸行程 工件移动距离

3、选定气缸系列

4、选定气缸安装型式 不同系列有不同安装方式，主要有基本型、脚座型、法兰型、U型钩、轴耳型

5、选定缓冲器 无缓冲、橡胶缓冲、气缓冲、油压吸震器

6、选定磁感开关 主要是作位置检测用，要求气缸内置磁环

7、选定气缸配件 包括相关接头

2、方向阀的选择

1)、选用阀的适用范围应与使用现场的条件相一致。

即应根据使用场合的气源压力大小、电源条件(交直流、电压大小及波动范围)、介质温度、湿度、环境温湿度、粉尘、振动等选用适合在此条件下可靠使用的阀。

2)、选用阀的功能及控制方式应符合系统工作要求

即应根据气动系统对元件的位置数、通路数、记忆性、静置时通断状态和控制方式等的要求选用符合所需功能及控制方式的阀。

3)、选用阀的流通能力应满足系统工作要求

即应根据气动系统对元件的瞬时最大流量的要求按平均气流速度15～25m/s计算阀的通径，查出所需阀的流通能力C值(或KV)、CV值、额定流量下的压降、标准额定流量及S值等，据此选用满足系统流通能力要求的阀。

4)、选用阀的性能应满足系统工作要求

即应根据气动系统最最低工作压力或最低控制压力、动态性能、最高工作频率、持续通电能力、阀的功耗、寿命及可靠性等的要求选用符合所需性能指标的阀。

5)、选用阀的安装方式应根据阀的质量水平、系统占有空间要求及便于维修等综合考虑

目前我国广泛的应用换向阀为板式安装方式，它的优点是便于装拆和维修，ISO标准也采用了板式安装方式，并发展了集装板式安装方式。因此，推荐优先采用板式安装方式。但由于元件质量和可靠性不断提高，管式安装方式的阀占有空间小，也可以集装安装，故也得到了应用。所以，选用时，应根据实际情况确定。

6)、尽量选用标准化产品

由于标准化产品采用了批量生产手段，质量稳定可靠、通用化程度较高、价格便宜。

7)、选用阀的价格应与系统水平及可靠性要求相适应

即应根据气动系统先进程度及可靠性要求来考虑阀的价格。在保证系统先进、可靠、使用方便的前提下，力求价格合理，不要不顾质量而追求低成本。

8)、大型控制系统设计时，要考虑尽可能使用集成阀和信号的总线控制型式

方向控制阀的选型

、方向控制阀系列的选择

应根据所配套的不同的执行元件选择不同功能系列的阀

、方向控制阀规格的选择

选择阀的流通能力应满足系统工作要求，即应根据气动系统对元件的瞬时最大流量的要求来计算阀的通径。

、控制方式的选择

应根据工作要求及气缸的动作方式选择合适的换向阀控制方式。

、使用电压的选择

3、减压阀的选择

1)、根据气动控制系统最高工作压力来选择减压阀，气源压力应比减压阀最大工作压力大0.1Mpa。

2)、 要求减压阀的出口压力波动小时，如出口压力波动不大于工作压力最大值的±0.5%，则选用精密型减压阀。

3)、如需遥控时或通径大于20㎜以上时，应尽量选用外部先导式减压阀。

减压阀的选择

、根据通过减压阀的最大流量，选择阀的规格。

、根据功能要求，选择阀的品种。如调压范围、稳压精度(是否要选精密型减压阀)、需遥控否(遥控应选外部先导式减压阀)、有无特殊功能要求(是否要选大流量减压阀或复合功能减压阀)。

4、溢流阀的选用

1)、根据需要的溢流量来选择溢流阀的通径。

2)、对溢流阀来说，希望气动回路刚一超过调定压力，阀门便立即排气，而一旦压力稍低于调定压力便能立即关闭阀门。这种从阀门打开到关闭过程中，气动回路中的压力变化越小，溢流特性越好。在一般情况下，应选用调定压力接近最高使用压力的溢流阀。

3)、如果管径大(如通径15㎜以上)并远距离操作时，宜采用先导式溢流阀。

5、过滤器的选用

1)、选择过滤器的类型。根据过滤对象的不同，选择不同类型的过滤器。

2)、按所需处理的空气流量QV(换算成标准状态下)选择相应规格的过滤器。所选用的过滤器额定流量QO与实际处理流量Qr之间应有如下关系：Qr≤QO。

6、油雾器的选择

                                应根据通过油雾器的最大输出流量和最小滴下流量的要求，选择油雾器的规格。通过最大输出流量时，两端压降不宜大于0.02Mpa。                                

维护保养

一套气动装置，如果不注意维护保养工作，就会过早损坏或频繁发生故障，使装置的使用寿命大大降低。气动装置进行维护保养时，要注意以下几点：

1.维护保养工作的中心任务是保证供给气动系统清洁干燥的压缩空气，保证气动系统的气密性，保证油雾润滑元件得到必要的润滑，保证气动元件和系统得到规定的工作条件(如使用压力，电压等)，以保证气动执行机构按预定的要求进行工作。

2.油雾器最好选用一周补油一次的规格，补油时，要注意油量减少情况。若耗油量太少，应重新调整滴油量，调整后滴油量仍减少或不滴油，应检查油雾器进出口是否装反，油道是否堵塞，所选油雾器的规格是否合适。

3.每月每季度的维护工作应比每日和每周的维护工作更仔细，但仍限于外部能够检查的范围。其主要内容是：仔细检查各处泄露情况，紧固松动的螺钉和管接头，端子台检查换向阀排出空气的质量，检查各调节部分的灵活性，检查指示仪表的正确性，检查电磁阀切换动作的可靠性，检查气缸活塞杆的质量以及一切从外部能够检查的内容。

4.维护工作可以分为经常性的维护工作和定期的维护工作。前者是指每天必须进行的维护工作，后者可以是每周，每月或每季度进行的维护工作。维护工作应有记录。维护工作应有记录，以利于今后的故障诊断和处理。

5.检查漏气时应采用在各个检查点涂肥皂液等办法，因其显示漏气的效果比听声音更灵敏。

6.检查换向阀排出空气的质量时应注意如下三方面：一是了解排气中所含润滑油是否适度，其方法是将一张清洁的白纸放在换向阀的排气口附近，阀在工作三至四个循环后，若白纸上只有很轻的斑点，表明润滑良好，二是了解排气中是否含有冷凝水，三是了解不该排气的排气口是否有漏气。少量漏气预示着元件的早期损伤(间隙密封阀存在微漏是正常的)。若润滑不良，化工泵应考虑油雾器的安装位置是否合适，所选规格是否恰当，滴油量调节得是否合理及管理方法是否符合要求，若有冷凝水排出，应考虑过滤器的位置是否合适，各类除水元件实际和选用是否合理，冷凝水管理是否符合要求。泄露的主要原因是阀内或缸内的密封不良，气压不足等所致。此系密封阀的泄露较大时，可能是阀芯，阀套磨损所致。

7.气缸活塞杆常露在外面。观察活塞杆是否被划伤，腐蚀和存在偏磨。根据有无漏气，可判断活塞杆与前盖内的导套，密封圈的接触情况，压缩空气的处理质量，气缸是否存在横向载荷等。

8.像安全阀，紧急开关阀等，压铸模具平时很少使用。定期检查时，必须确认它们的动作可靠性。

9.让电磁阀反复切换，从切换声音可判断阀的工作是否正常。对交流电磁阀，若有蜂鸣声，应考虑动铁心与静铁心没有完全吸合，吸合面有灰尘，分磁环脱落或损坏等。

故障排除

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