10.1 气压传动概述
气压传动是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量和信号传递的一门技术，是实现生产自动化的有效技术之一。气压传动的工作原理是利用空压机把电动机或其他原动机输出的机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。
10.1.1 气动技术的特点
气动技术被广泛应用于机械、电子、轻工、纺织、食品、医药、包装、冶金、石化、航空、交通运输等各个部门。组合机床、加工中心、气动机械手、生产自动线、自动检测和实验装置等已大量涌现。气动技术在提高生产效率、自动化程度、产品质量、工作可靠性和实现特殊工艺等方面显示出极大的优越性。气压传动与机械、电气、液压传动相比具有以下一些特点。
1.优点
（1）机器结构简单、轻便，易于安装维护；压力等级低，使用安全。
（2）工作介质是在地表随处可取的空气，取之不尽、用之不竭。在大多数场合，排气可无须处理直接进入大气中，不污染环境。
（3）空气的特性受温度影响小。在高温下能可靠地工作，不会发生燃烧或爆炸。且温度变化时，对空气的黏度影响极小，故不会影响传动性能。
（4）空气的黏度很小（约为液压油的万分之一），因而流动阻力小，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。
（5）能容易地得到直线往复运动，并具有一定的功率，速度变化范围广，既可实现高速驱动，又可实现低速驱动。一般气缸的平均速度为50～500mm/s，最低可到0.5～1mm/s，用于高压气动中的最高速度可达100m/s。
（6）利用空气的可压缩性，可存储能量，实现集中供气。可在短时间内释放能量，以得到间歇运动中的高速响应和大冲击力。可实现缓冲，对冲击负载和过负载有较强的适应能力，气动装置在一定条件下有自我保护能力。
（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。
2.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，气压传动比液压传动输出的力要小得多。气压传动装置的输出力不宜大于40kN。
（3）气动装置中的信号传递速度比光、电控制的速度慢，所以不宜用于信号传递速度要求很高的复杂线路中。另外，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其工作要求的。
（4）噪声较大，尤其是在超音速排气时需要加消声器。
气压传动与其他传动的性能比较如表10－1所示。
表10－1 气压传动与其他传动的性能比较
10.1.2 气动系统的组成
典型的气压传动系统由气源装置、控制元件、执行元件和辅助元件四部分组成，如图10－1所示。
1.气源装置
气源装置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。使用气动设备较多的企业常将气源装置集中于压气站（俗称空压站）内，由压气站再统一向各用气点分配压缩空气。
2.控制元件
控制元件是用来控制压缩空气的压力、流量和流动方向的，以便使执行机构完成预定的工作循环。它包括各种压力阀、流量阀和方向阀、射流元件、逻辑元件、传感器等。
图10－1 气压传动系统的组成
1—电动机；2—空气压缩机；3—气罐；4—压力控制阀；5—逻辑元件；6—方向控制阀；
7—流量控制阀；8—行程阀；9—气缸；10—消声器；11—油雾器；12—分水滤气器
3.执行元件
执行元件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动马达或摆动马达等。
4.辅助元件
辅助元件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需的器件，它包括过滤器、油雾器、管接头及消声器等。
10.1.3 气动技术的应用和发展
目前，气动技术已广泛应用于国民经济的各个部门，而且应用范围越来越广，下面介绍气动技术的应用。
（1）气动技术因其高速、高可靠性和特别适合于应用在洁净卫生场合，所以其在包装业中占主导地位。气动元件的灵活性（即对不同产品的快速调整能力）是人们所需要的。气动技术是适应这种快速变化的最理想技术。气缸期望的位置可以直接反馈到包装设备主控制器中，这样，包装设备就可很方便地对塑料袋进行封口。
（2）绝大多数具有管道生产流程的各生产部门都可以采用气动，如有色金属冶炼工业，在冶炼工业中，温度高、灰尘多的场合往往不宜采用电机驱动或液压传动，采用气动就比较安全可靠，高炉炉门的启闭常由气动完成。
（3）在轻工业中，电气控制和气动控制的功能大致相等。凡输出力要求不大、动作平稳性或控制精度要求不太高的场合，均可以采用气动，成本比电气装置要低得多。对黏稠液体（如牙膏、化妆品、油漆、油墨等）进行自动计量灌装时采用气动，不仅能提高工效，减轻劳动强度，而且因有些液体具有易挥发性和易燃性，采用气动控制比较安全。对于食品工业、制药工业、卷烟工业等领域，气动由于其无污染性而具有更强的优势，有广泛的应用前景。
（4）在军事工业中气动也得到了广泛应用。因电子装置在没有冷却下很难在300℃以上的高温条件下工作，故现代飞机、火箭、导弹等自动装置大多是气动的，因为以压缩空气作为动力能源，其体积小、质量轻，甚至比具有相同能量的电池体积还小、还轻，且不怕电子干扰。
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