气动系统的组成与工作原理

1.气动系统的组成

气压系统由4个部分组成，即气源装置、控制元件、执行元件和辅助元件，如图2-28所示。

图2-28　气动系统的组成示意图

1为电动机；2为空气压缩机；3为储气罐；4为压力控制阀；5为逻辑元件；6为方向控制阀；7为流量控制阀；8为机控阀；9为气缸；10为消声器；11为油雾器；12为空气过滤器

①气源装置。是产生压缩空气的装置，例如气泵主要由空气压缩机、储气罐和调压阀等组成。它将电动机提供的机械能转变为气体的压力能，一般提供0.7MPa压强的压缩空气，其主要性能指标是提供的压缩空气最高压强P和流量Q。

②控制元件。是通过调整压缩空气的压强、流量和流动方向，控制气动执行元件（如气缸），从而带动机械传动机构完成预定的工作任务。控制元件包括各种压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀等。

③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转动的摆动气缸等。

④辅助元件。是保证压缩空气的净化，提供气动元件的润滑，进行气动元件间的联接和减小噪声等的元件。它包括过滤器、油雾气、气管、管接头和消声器等。

2.气动系统及气动元件的工作原理

气动系统的工作原理是利用空气压缩机把电动机或其他原动机输出的机械能转换为空气压力能，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的机械能，从而完成各种预期的运动，实现对外做功。

气动系统所需的压缩空气一般由气泵和气源装置提供，它是将电能转化为气体压力能的转换装置。初始的压缩空气中含有较多的油分、水分和灰尘，需通过气源处理单元，依次完成对压缩空气的过滤、减压和雾化，然后再经过电磁换向阀等控制元件，控制气缸或气动马达，产生直线或旋转运动，带动执行元件完成工作任务。

典型气动系统工作单元的原理图见图2-29。气动系统在安装时要充分考虑气动系统的设计思想，安装时应保证气动系统的正确联接、安装可靠性、执行件的运动速度和缓冲等要求，便于维修和检测。

图2-29　典型的气动系统原理图

1为空气过滤器；2为减压阀；3为油雾器；4为气管；5为消音器；6为三位五通电磁换向阀；7为单向节流阀；8为气缸

（1）气泵的工作原理

气泵的外观如图2-30所示。安装在气泵上的电动机输出轴上装有带轮，通过三角带使气泵的空气压缩机曲轴转动，曲柄连杆机构带动活塞往复直线运动，使空气压缩。经压缩过的高压气体通过气管进入储气罐，而储气罐又通过一根气管将其中的气体输送到固定在气泵上的调压阀，由调压阀调整气体压强大小并由压力表显示。

图2-30　气泵

1为储气罐；2为压力表；3为调压阀；4为空气压缩机；5为三角带；6为电机

调压阀的工作原理是当储气罐内的气压未达到调压阀的调定压强时，从储气筒内进入调压阀的气体不能顶开调压阀的阀门；当储气罐内的气压达到调压阀的调定压强时，从储气罐内进入调压阀的气体顶开调压阀的阀门，进入气泵内与调压阀相通的气管，并通过气管控制使气泵的进气口常开，从而使气泵空负荷运转，达到减少动力损耗、保护气泵的目的。储气罐内的气压会因使用损耗而逐渐降低，当低于调压阀调定的压力时，调压阀内的阀门由弹簧作用将其复位，断开气泵的控制气路，气泵又重新开始工作。调压阀的调定压强通过螺钉调整弹簧的预紧力实现，其调定压强可通过压力表进行观察。(www.xing528.com)

气泵是利用发动机的冷却液进行冷却的。发动机的冷却液经水管进入气泵压缩机，在压缩机内循环后又经水管流回到发动机的冷却系统实现散热。

气泵的润滑是利用发动机的机油进行的。发动机的机油经油道通过油管进入气泵曲轴内的油道，润滑轴瓦和连杆瓦，之后流回气泵的曲轴箱内。曲轴又将曲轴箱内的机油通过飞溅润滑方式对缸套和活塞进行润滑，最后气泵曲轴箱内的机油通过管道又流回到发动机进行冷却。

压力开关是空气压缩机的重要部件。调整方法是：利用螺丝刀取下压力开关外壳，用扳手旋转六角螺栓，“+”号方向为调高压强，“-”号方向为降低压强。

（2）气动三联件的工作原理

气动三联件，也称气源处理单元，其主要由空气过滤器、减压阀和油雾器3部分组成。现在很多设备的气源处理使用气动二联件，仅由空气过滤器和减压阀两部分组成，而不向电磁阀、气缸等供给油雾。

空气过滤器的作用是除去压缩空气中的油分和水分等，通过离心和过滤方式将其沉积在其下方的杯中。当杯中污液接近警戒线时应及时进行排污处理，其排污方式分为自动排污和手动排污2种方式。前者需在其下方接管，连接至排污处；后者则需操作人员扳动阀门进行手动排污，并使用容器盛装污液。

减压阀的作用是调整气动系统的工作气体压强，一般设定为0.5～0.6MPa，其调压方法是先用手拨起减压阀旋钮，并进行转动，当顺时针转动时压强值增加，逆时针转动时压强值减小，当气体压强调整至所需值后（其调定值在通气状态下可在压力表上读出），应立即按下减压阀旋钮（发出轻响），以避免因误操作而使气动系统的工作压强发生改变。

油雾器的作用是在压缩空气中混入雾状油颗粒，从而达到润滑气动系统的目的。其原理是利用文氏管效应产生的负压将油吸起，并经压缩空气吹散，而混合成油雾状态。油雾器在使用前需进行注油，注油量应超过油杯的指示刻度线，否则将影响雾化效果。

（3）方向控制阀的工作原理

方向控制阀的作用是改变高压气体流动方向或通断。按阀内气体的流动方向可将气动控制阀分为单向型和换向型。只允许气体沿一个方向流动的控制阀称为单向型控制阀，如单向阀、梭阀和快速排气阀等；可以改变气体流动方向的控制阀称为换向型控制阀，简称换向阀，如电磁换向阀和气控换向阀等。方向控制阀有气压、电磁、人力和机械4种控制方式。

电磁换向阀（简称电磁阀）是最常用的方向控制阀。电磁阀是以电控方式，通过改变气流的流动方向或通断来控制气缸等的运动。常用的气动电磁阀有二位五通阀、三位五通阀等。多个电磁阀的组合安装。由于采用了汇流板进行安装，其安装结构较为紧凑。此安装方法适合较多电磁阀的紧密式安装，或需要集中控制和调试的场合。

（4）流量控制阀的工作原理

在气动系统中，经常要求控制气动执行元件的运动速度，这要靠调节压缩空气的流量来实现。流量控制阀的工作原理是通过改变阀的通流截面积来实现对气体流量的控制，其包括节流阀、单向节流阀等种类。

单向节流阀在原理上是由单向阀和节流阀组合而成，常用于控制气缸的运动速度。单向节流阀当高压空气从1口进入时，单向阀阀芯2被顶在阀座上，空气只能从节流口4流向出口2，流量被节流口的大小所限制，通过调节针阀位置可以调节节流面积。当高压空气从2口进入时，克服了弹簧力，推开单向阀阀芯后流到1口，流量不受节流口的限制。

（5）行元件的工作原理

气动执行元件是将压缩空气的压力能转化为机械能的能量转换装置，包括气缸和气动电动机。气缸用于实现直线往复运动，摆动气缸和气动电动机分别实现摆动和回转运动。

气缸的结构简单、工作可靠，适用于有清洁要求的食品行业、可能发生火灾或爆炸的场合。气缸的运动速度可达到1～3m/s，在自动化生产中可以有效提高生产效率。

气缸按其结构特征分为活塞式、薄膜式和柱塞式3种；按压缩空气对活塞的作用力方向分为单作用式和双作用式2种；按气缸的功能分为普通气缸、薄膜气缸、冲击气缸和摆动气缸等。