节流阀进出口调速回路系统分析

1 气压传动与控制讨论课： 进/出口节流调速回路系统分析

汇报人： 赵俊伟 090101010221 夏子青 090101010215 刘宝 090107020028 马牙川 090101010228 指导教师： 吴晓明 教师

燕山大学机械工程学院机电控制系 2012年11月 2

目录 一、气动技术简介........................................................................................................ 3 二、气缸简介................................................................................................................ 3 1. 气缸简介................................................................................................................... 3 2.气缸的工作原理......................................................................................................... 4 3.气缸的分类................................................................................................................. 4 4.典型气缸的结构及工作原理..................................................................................... 4 5.气缸的爬行................................................................................................................. 5 6.气缸的自走................................................................................................................. 6 三、节流阀简介............................................................................................................ 7 1.对节流阀的性能要求................................................................................................. 7 2.节流阀的特点............................................................................................................. 7 3.节流阀的分类............................................................................................................. 7 四、节流阀调速回路分析............................................................................................ 8 1.气压传动节流调速回路原理..................................................................................... 8 2.节流调速回路的两种形式......................................................................................... 9 3.进出口节流调速回路的性能比较........................................................................... 10 五、体会和感想.......................................................................................................... 10 3

一、气动技术简介 气动技术是指以压缩空气为动力源，实现各种生产控制自动化的一门技术，也可以说气动技术是以压缩空气为工作介质进行能量与信号传递的技术。 实现自动化和自动控制有很多种方式，但是由于气动技术是以空气为介质，它具有防火、防爆、防电磁干扰、不受放射线及噪声的影响，且对振动及冲击也不敏感，结构简单、工作可靠、成本低寿命长等优点，所以近年来气动技术得到迅速飞发展及普遍应用。 起动控制已经在汽车制造业、半导体电子及家电行业、加工制造业、介质管道运输送业、包装业、机器人等各个方面得到了广泛的应用。 气动技术的显著特点主要有一下方面： ⑴、气动控制的介质为空气，取之不尽用之不竭； ⑵、使用快速接头可以非常简单地进行配管； ⑶、可安全、可靠的应用于易燃、易爆场所； ⑷、流动阻力小，压力沿程损失小，可用于远距离输送； ⑸、做完功的空气直接排入大气，无需回程管道，不会造成环境污染； ⑹、动作迅速反应快，允许一定的超载运行，不易发生过热； ⑺、气压具有较高的自保持能力； ⑻、由于空气的可压缩性，给位置控制和速度控制精度带来较大的影响； ⑼、工作压力低，所以气动系统输出力小； ⑽、噪声大，在超声速排气时，需要加消声器； ⑾、工作介质空气本身没有润滑性。 气动技术的特点使其得到快速发展和应用，但同时也决定了其局限性，给出了其发展趋势。气动技术必定会朝着无给油化、节能化、小型化与轻量化、位置控制的高精度化、电气一体化、集成化、系统省配线化的方向发展。通过对于系统本身的优化以及与其他控制系统相互匹配，以获得更加优良的控制性能，使气动技术得到更加广泛的应用。

二、气缸简介

1. 气缸简介 气动的执行元件将压缩空气的压力能转化为机械能，驱动机构实现运动。气动执行元件分为气动缸与气动马达两大类。 气缸一般由缸体、活塞、活塞杆、前端盖、后端盖及密封件等组成。 近年来，因为气缸具有动作迅速反应快、环境友好性、安全可靠、组装维护简单、成本较低等一系列优点，使得它得到了迅速的发展和普遍的应用。目前，气动装置在汽车制造业、半导体电子及家电行业、加工制造业、包装业、工业机器人等工业生产领域和车辆装置中有普遍的应用。 4

2.气缸的工作原理 气动缸的基本工作原理是：压力空气使活塞移动，通过改变进气方向，改变活塞杆的移动方向。

3.气缸的分类 气压传动中将压缩气体的压力能转换为机械能的气动执行元件。气缸有做往复直线运动的和做往复摆动的两类（见图）。做往复直线运动的气缸又可分为单作用、双作用、膜片式和冲击气缸4种。 ①单作用气缸：仅一端有活塞杆，从活塞一侧供气聚能产生气压，气压推动活塞产生推力伸出，靠弹簧或自重返回。 ②双作用气缸：从活塞两侧交替供气，在一个或两个方向输出力。 ③膜片式气缸：用膜片代替活塞，只在一个方向输出力，用弹簧复位。它的密封性能好，但行程短。 ④冲击气缸：这是一种新型元件。它把压缩气体的压力能转换为活塞高速（10～20米/秒）运动的动能，借以做功。冲击气缸增加了带有喷口和泄流口的中盖。中盖和活塞把气缸分成储气腔、头腔和尾腔三室。它广泛用于下料、冲孔、破碎和成型等多种作业。做往复摆动的气缸称摆动气缸，由叶片将内腔分隔为二，向两腔交替供气，输出轴做摆动运动，摆动角小于 280°。此外，还有回转气缸、气液阻尼缸和步进气缸等。

4.典型气缸的结构及工作原理 以气动系统中最常使用的单活塞杆双作用气缸为例来说明，气缸典型结构如下图1所示。它由缸筒、活塞、活塞杆、前端盖、后端盖及密封件等组成。双作用气缸内部被活塞分成两个腔。有活塞杆腔称为有杆腔，无活塞杆腔称为无杆腔。 当从无杆腔输入压缩空气时，有杆腔排气，气缸两腔的压力差作用在活塞上所形成的力克服阻力负载推动活塞运动，使活塞杆伸出；当有杆腔进气，无杆腔排气时，使活塞杆缩回。若有杆腔和无杆腔交替进气和排气，活塞实现往复直线运动。

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图2-1 单活塞杆双作用气缸 1－缓冲柱塞 2－活塞 3－缓冲柱塞 4－缸筒 5－导向套 6－防尘圈7－前端盖 8－气口 9－传感器 10－活塞杆11－耐磨环 12－密封圈 13－后端盖 14－缓冲节流阀

5.气缸的爬行 气缸的主要失效形式有活塞卡死，不动作；气缸无力，密封圈磨损，漏气等。气缸在低速运动时出现的时走时停或时快时慢的现象叫做气缸的“爬行”。气缸的爬行对于气动控制的速度控制精度有很大的影响。 §5.1 气缸“爬行”出现的机理 造成气缸爬行产生的原因比较复杂，现以单杆双作用气缸活塞杆伸出为例分析气缸爬行现象。气源经A口向气缸无杆腔充气，无杆腔内压力p1上升，有杆腔内气体经曰口排气，有杆腔内压力p2下降。一开始，由于气缸内活塞等处静摩擦力较大，活塞并不运动。当无杆腔内压力上升到使得活塞两侧压力差所产生的作用力刚好能克服活塞等处静摩擦力时，活塞开始移动。一旦活塞起动，静摩擦力变为动摩擦力，而动摩擦力小于静摩擦力，活塞作加速运动，但由于此时无杆腔容积变化增加较大，而供气流量不足，致使无杆腔中的气体压力又进一步下降，同时有杆腔中的气体压力上升，可能使活塞两侧压力差所产生的作用力小于活塞等处摩擦力，此时活塞就停止前进，直到无杆腔继续进气，活塞重新开始向前运动。这一过程的循环出现就形成了气缸的爬行。

§5.2 气缸爬行的原因分析 出现爬行现象的原因有很多，归纳起来，主要有以下几种情况： （1与气体的压缩性有关 气体压缩性体现为传动系统刚度七，当七为无穷大时，传动系统中就不可能有储存及放出能量的过程，滑块与驱动件好象～个刚体，物体只能以v的速度跟着一起运动。分析表明，排气节流与进气节流相比刚度大，稳定性好，不易出现爬行。 （2气源处理不符合要求 因为气缸的工作介质是压缩空气，工作气体的质量会直接影响气缸的相关零件的使用寿命，如工作气体含水分，尘埃太多，会使缸筒内壁活塞杆外表面、活