液壓與氣壓傳動技術

設計與制作：閆芳審核：孟慶東

干空氣的組成11.1空氣的物理性質1、空氣的濕度與露點

濕空氣的壓力稱為全壓力p，是干空氣的分壓力Pg和水蒸氣的分壓力Ps之和，即

分壓力是指濕空氣的各個組成氣體，在相同韞度下，獨占濕空氣總容積時所具有的壓力。平常所說的大氣壓力就是指濕空氣的全壓力。

露點是指在規定的空氣壓力下，當溫度一直下降到成為飽和狀態時，水蒸氣開始凝結的那一剎那的溫度。露點又可分為大氣壓露點和壓力露點兩種，大氣壓力露點是指在大氣壓下水分的凝結溫度。

常把相對濕度定義為：相對濕度=100％×絕對濕度／飽和水含量露點表壓力露點與大氣壓露點的換算

空氣具有一定質量，其密度是單位體積內空氣的質量，用ρ表示，即2、空氣的密度

3、氣體狀態方程理想氣體的狀態方程

所謂理想氣體，是指沒有粘性的氣體。一定質量的理想氣體在狀態變化的某一穩定瞬時，有以下氣體狀態方程成立：

實驗證明：理想氣體狀態方程適用于絕對壓力不超過20MPa、溫度不低于200c的空氣、氧氣、氮氣、二氧化碳等，不適用于高壓狀態和低溫狀態下的氣體。ID、V、T的變化決定了氣體的不同狀態。1）等容過程(查理定律)：一定質量的氣體，在體積不變的條件下，所進行的狀態變化過程，稱為等容過程。等容過程的狀態方程為

2）等壓過程(蓋一呂薩克定律)：一定質量的氣體，在壓力不變的條件下，所進行的狀態變化過程，稱為等壓過程。等壓過程的狀態方程為理想氣體的狀態變化方程

3）等溫過程(波意耳定律)：一定質量的氣體，在溫度保持不變的條件下，所進行的狀態變化過程，稱為等溫過程。氣體狀態變化很慢時，可視為等溫過程，如氣動系統中的氣缸運動、管道送氣過程等。等溫過程的狀態方程為

4）絕熱過程：一定質量的氣體，在其狀態變化過程中，和外界沒有熱量交換的過程稱為絕熱過程。當氣體狀態變化很快時，如氣動系統的快速充、排氣過程，可視為絕熱過程。其狀態方程式為

由上述各式得：壓縮空氣在氣動系統中的主要作用如下：1)決定傳感器的狀態；2)處理信號；3)通過控制元件控制執行機構；4)實現動作(執行元件)。11.2氣源系統及空氣凈化處理裝置1、空氣壓縮機分類

按工作原理1）容積式空壓機工作原理：使單位體積內空氣分子的密度增加以提高壓縮空氣的壓力。2）速度式空壓機。工作原理：提高氣體分子的運動速度以此增加氣體的動能，然后將氣體分子的動能轉化為壓力能以提高壓縮空氣的壓力。按結構形式按空壓機輸出壓力大小

1）低壓空壓機，輸出壓力在0.2～1.0MPa范圍內；

2）中壓空壓機，輸出壓力在1.0～10MPa范圍內；

3）高壓空壓機，輸出壓力在10～100MPa范圍內；

4）超高壓空壓機，輸出壓力大于100MPa。按空壓機輸出流量(排量)分類工作原理1）活塞式空壓機當活塞下移時，氣體體積增加，氣缸內壓力小于大氣壓，空氣便從進氣閥門進入缸內。在沖程末端，活塞向上運動，排氣閥門被打開，輸出空氣進入儲氣罐。活塞的往復運動是由電動機帶動的曲柄滑塊機構形成的。這種類型的空壓機只由一個過程就將吸入的大氣壓空氣壓縮到所需要的壓力，因此稱之為單級活塞式空壓機。單級活塞式空壓機通常用于需要0.3～0.7MPa壓力范圍的系統。在單級壓縮機中，若空氣壓力超過0.6MPa，產生的過熱將大大地降低壓縮機的效率。因此當輸出壓力較高時，應采取多級壓縮。2）葉片式空壓機3）螺桿式空壓機兩個嚙合的凸凹面螺旋轉子以相反的方向運動。兩根轉子及殼體三者圍成的空間，在轉子回轉過程中沿軸向移動，其容積逐漸減小。這樣，從進口吸入的空氣逐漸被壓縮，并從出口排出。轉子旋轉時，兩轉子之間及轉子與機體之間均有間隙存在。由于其進氣、壓縮和排氣等各行程均由轉子旋轉產生，因此輸出壓力脈動小，可不設置儲氣罐。螺桿式空壓機與葉片式空壓機一樣，也需要加油進行冷卻、潤滑及密封，所以在出口處也要設置油氣分離器。螺桿式空壓機的優點是排氣壓力脈動小，輸出流量大，無需設置儲氣罐，結構中無易損件，壽命長，效率高。其缺點是制造精度要求高，且由于結構剛度的限制，只適用于中低壓范圍使用。(a)吸氣；(b)壓縮；(c)排氣空壓機的選用首先根據氣動系統所需要的工作壓力和流量確定空壓機的輸出壓力和供氣量。氣動系統的工作壓力應為系統中各個氣動執行元件工作的最高工作壓力。氣動系統的總壓力損失除了考慮管路的沿程阻力損失和局部阻力損失外，還應考慮為了保證減壓閥的穩壓性能所必需的最低輸入壓力，以及氣動元件工作時的壓降損失。空壓機供氣量的大小應包括目前氣動系統中各設備所需的耗氣量，未來擴充設備所需耗氣量及修正系數k(如避免空壓機在全負荷下不停地運轉，氣動元件和管接頭的漏損及各種氣動設備是否同時連續使用等)有了供氣壓力與供氣量，按空壓機的特性要求，選擇空壓機的類型和型號。使用時應注意的事項空壓機的安裝位置。空壓機的安裝地點必須清潔，應無粉塵、通風好、濕度小、溫度低，且要留有維護保養的空間，所以一般要安裝在專用機房內。噪音。因為空壓機一運轉就產生噪音，所以必須考慮噪音的防治，如設置隔聲罩，設置消聲器，選擇噪音較低的空壓機等。一般而言，螺桿式空壓機的噪音較小。潤滑。使用專用潤滑油并定期更換，啟動前應檢查潤滑油位，并用手拉動傳動帶使機軸轉動幾圈，以保證啟動時的潤滑。啟動前和停車后都應及時排除空壓機氣罐中的水分。2、儲氣罐儲氣罐有如下作用使壓縮空氣供氣平穩，減少壓力脈動。作為壓縮空氣瞬間消耗需要的存儲補充之用。存儲一定量的壓縮空氣，停電時可使系統繼續維持一定時間。可降低空壓機的啟動、停止頻率，其功能相當于增大了空壓機的功率。利用儲氣罐的大表面積散熱使壓縮空氣中的一部分水蒸氣凝結為水。使用儲氣罐應注意以下事項儲氣罐屬于壓力容器，應遵守壓力容器的有關規定。必須有產品耐壓合格證書。儲氣罐上必須安裝如下元件：安全閥：當儲氣罐內的壓力超過允許限度時，可將壓縮空氣排出。壓力表：顯示儲氣罐內的壓力。壓力開關：用儲氣罐內的壓力來控制電動機，它被調節到一個最高壓力，達到這個壓力就停止電動機；它被調節到另一個最低壓力，儲氣罐內壓力跌到這個壓力就重新啟動電動機。單向閥：讓壓縮空氣從壓縮機進入氣罐，當壓縮機關閉時，阻止壓縮空氣反方向流動。排水閥：設置在系統最低處，用于排掉凝結在儲氣罐內所有的水。3、壓縮空氣凈化處理裝置壓縮空氣的除水裝置(干燥器)

1）后冷卻器作用：將空壓機出口的高溫壓縮空氣冷卻到40℃，并使其中的水蒸氣和油霧冷凝成水滴和油滴，以便將其清除。分類：風冷式后冷卻器。它是靠風扇產生冷空氣，吹向帶散熱片的熱空氣管道，經風冷后，壓縮空氣的出口溫度大約比環境溫度高15℃左右。水冷式是通過強迫冷卻水沿壓縮空氣流動方向的反方向流動來進行冷卻的，壓縮空氣出口溫度大約比環境溫度高10℃左右。

2）冷凍式空氣干燥器工作原理：將濕空氣冷卻到其露點溫度以下，使空氣中水蒸氣凝結成水滴，并清除出去，然后再將壓縮空氣加熱至環境溫度輸送出去。

3）吸附式空氣干燥器利用具有吸附性能的吸附劑(如硅膠、活性氧化鋁、分子篩等)吸附空氣中水蒸氣的一種空氣凈化裝置。吸附劑吸附濕空氣中的一定量水蒸氣后將達到飽和狀態。為了能夠連續工作，就必須使吸附劑中的水分再排除掉，吸附劑恢復到干燥狀態，這稱為吸附劑的再生(亦稱脫附)。工作原理：它由兩個填滿吸附劑的桶并聯而成，當左邊的一個有濕空氣通過時，空氣中的水分被吸附劑吸收，干燥后的空氣輸送至供氣系統。同時，右邊的就進行再生程序，如此交替循環使用。吸附劑的再生方法有加熱再生和無熱再生兩種。

4）吸收式干燥器吸收干燥法是一個純化學過程。在干燥罐中，壓縮空氣中水分與干燥劑發生反應，使干燥劑溶解，液態干燥劑可從干燥罐底部排出，根據壓縮空氣溫度、含濕量和流速，及時填滿干燥劑。干燥劑的化學物質通常選用氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂、氯化鋰等。由于化學物質是會慢慢用盡的，因此，干燥劑必須在一定的時間內進行補充。壓縮空氣的過濾裝置

1）主管道過濾器主管道過濾器安裝在主要管路中。主管道過濾器必須具有最小的壓力降和油霧分離能力，它能清除管道內的灰塵、水分和油。

2）標準過濾器標準過濾器主要安裝在氣動回路上。結構原理：壓縮空氣從入口進入過濾器內部后，因導流板1(旋風葉片)的導向，產生了強烈的旋轉，在離心力的作用下，壓縮空氣中混有的大顆粒固體雜質和液態水滴等被甩到濾杯4的內表面上，在重力作用下沿壁面沉降至底部，然后，經過預凈化的壓縮空氣通過濾芯流出，進一步清除其中顆粒較小的固態粒子，清潔的空氣便從出口輸出。擋水板的作用是防止已積存在濾杯中的冷凝水再混入氣流中。定期打開排水閥6，放掉積存的油、水和雜質。過濾器中的濾杯是由聚碳酸脂材料做成的，應避免在有機溶液及化學藥品霧氣的環境中使用。若要在上述溶劑霧氣的環境中使用，則應使用金屬水杯。為安全起見，濾杯外必須加金屬杯罩，以保護濾杯。

3）自動排水器自動排水器用來自動排出管道、氣罐、過濾器濾杯等最下端的積水。自動排水器可作為單獨的元件安裝在凈化設備的排污口處，也可內置安裝在過濾器等元件的殼體內(底部)。工作原理：水杯ll中冷凝水經由長孔10進入柱塞9及密封圈8之間的柱塞室。當冷凝水的水位達到一定高度時，浮筒2浮起，密封座1、被打開，壓縮空氣進入豎管3的氣孔，使控制活塞4右移，柱塞9離開閥座，冷凝水因此被排放。當液面下降到某一位置時，關閉密封座l，冷凝水排水器內的壓縮空氣從節流孔6排出。此時，彈簧5推動控制活塞4回到起始位置，密封圈封閉排水口。壓縮空氣的調壓裝置減壓閥的作用是將較高的輸入壓力調到規定的輸出壓力，并能保持輸出壓力穩定，不受空氣流量變化及氣源壓力波動的影響。調壓方式：直動式和先導式兩種。直動式是借助彈簧力直接操縱的；先導式是用預先調整好的氣壓來代替直動式調壓彈簧進行調壓的，一般先導式減壓閥的流量特性比直動式的好。直動式減壓閥通徑小于20～25mm，輸出壓力在0～1.0MPa范圍內最為適當，超出這個范圍應選用先導式。

1）直動式減壓閥。減壓閥實質上是一種簡易壓力調節器。

2）先導式減壓閥。先導式減壓閥是使用預先調整好壓力的空氣來代替調壓彈簧進行調壓的，其調節原理和主閥部分的結構與直動式減壓閥的相同。壓縮空氣的潤滑裝置普通型油霧器把霧化后的油霧全部隨壓縮空氣輸出，油霧粒徑約為20μm。分類：固定節流式和自動節流式兩種。前者輸出的油霧濃度隨空氣的流量變化而變化；后者輸出的油霧濃度基本保持恒定，不隨空氣流量的變化而變化。油霧器的主要性能指標如下：流量特性：油霧器中通過其額定流量時，輸入壓力與輸出壓力之差一般不超過0．15MPa。起霧空氣流量：當油位處于最高位置時，節流閥8全開，氣流壓力為0.5MPa時，起霧時的最小空氣流量規定為額定空氣流量的40％。油霧粒徑：在規定的試驗壓力0.5MPa下，輸油量為30滴每分時，其粒徑不大于50μm。加油后恢復滴油時間：加油完畢后，油霧器不能馬上滴油，要經過一定的時問