日期:2010-1-13 来源:机械专家网
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气动技术,全称气压传动与控制技术,是生产过程自动化和机械化的最有效手段之一,具有高速高效、安全长寿、低成本、易维护、防过载等优点,在工业部门的许多领域中,正得到越来越广泛的应用。机床工业向机械工业提供“工作母机”,是机械工业的基础。现代机床工业的主流产品是数控机床,它汇集了多种学科最先进的技术,具有高效率、高精度、高自动化和高柔性的特点,并正向智能化、集成化方向发展,是当代机械制造业的基础和核心。
在数控机床中,由于易实现高频率换向、可大范围调速、节省空间体积、简化机床结构等特点,气动技术主要应用于以下装置中:
1、机床部件的移动,主要用于进给运动传动,如主轴、工作台的移动等。
2、数控机床中的辅助装置中,如固定循环、自动换刀、工作台的夹紧松开、自动门的开合、吹气、工件夹紧、工件的自动上、下料、搬送堆放等处,可以缩短加工辅助时间,减轻工人劳动强度,充分发挥数控设备的高效性能。
3、自动吹屑,如工件、交换工作台、工具定位面等处。
4、运动部件的平衡,如主轴箱的重力平衡、机械手、刀库的平衡装置等。
5、检测功能,如工件位置的确认、刀具缺损的确认等。
由于机床的工作现场环境一般较为复杂苛刻,尤其是冷却液飞溅的氛围,如果使用了不适当的气动元件,往往会出现不正常现象,而数控机床通常是集机械、电气、液压、气动等干一体的加工设备,组成机床的各部分之间具有密切的联系,其中任何一部分发生故障均会影响其他部分的正常工作,大型数控机床内有成千上万只元器件,故障的检查、维修难一向是最棘手的问题之一,因此,在机床的气动设计与应用中,一定要选用可靠的、切合实际的厂家与产品。
随着国内机床的急速增长,生产自动化水平的不断提高,气动技术在机床行业的发展趋势将主要表现在以下几个方面:
一、标准化
为了便于紧急维护维修,现在的用户一般会要求产品具有可替换性,甚至连安装件也都要求标准件,因此,符合ISO、VDMA、NFE等标准的产品将持续稳定增长。
二、无油化、更环保
国外设备普遍采用由过滤器、减压阀和不供油润滑的阀、气缸等组成的无给油润滑气动
系统,这种系统在元件需要润滑处预先封入润滑脂,无需油雾器,可长时间工作而不需补充润滑脂,可降低油耗、改善环境、成本低、维修方便、性能稳定。
三、紧凑化、模块化、集成化
现在的设备要求在有限的空间内实现更多的功能,因此对于气动元件的尺寸也要求越来越紧凑、集成,促使了大量新产品的研发与制造,
四、智能化、网络化
伴随着数控机床的智能化、网络化的发展趋势,应用于机床行业的气动技术的智能化、网络化也就成为必然,五、高寿命、高可靠性。
降低故障率的最有效方法是使用可靠性好、寿命长的产品,如上文所提到的精密密封滑柱阀,采用间隙密封,滑柱阀套经硬质阳极氧化处理,使用寿命可达两亿次以上,还有IP65的防尘防水等级,可实现长期无故障使用,就是此类产品的典范。
数控机床中气动技术的应用及发展
气动技术,全称气压传动与控制技术,是生产过程自动化和机械化的最有效手段之一,具有高速高效、安全长寿、低成本、易维护、防过载等优点,在工业部门的许多领域中,正得到越来越广泛的应用。机床工业向机械工业提供“工作母机”,是机械工业的基础。现代机床工业的主流产品是数控机床,它汇集了多种学科最先进的技术,具有高效率、高精度、高自动化和高柔性的特点,并正向智能化、集成化方向发展,是当代机械制造业的基础和核心。 在数控机床中,由于易实现高频率换向、可大范围调速、节省空间体积、简化机床结构等特点,气动技术主要应用于以下装置中:
1、机床部件的移动,主要用于进给运动传动,如主轴、工作台的移动等。 2、数控机床中的辅助装置中,如固定循环、自动换刀、工作台的夹紧松开、自动门的开合、吹气、工件夹紧、工件的自动上、下料、搬送堆放等处,可以缩短加工辅助时间,减轻工人劳动强度,充分发挥数控设备的高效性能。
3、自动吹屑,如工件、交换工作台、工具定位面等处。
4、运动部件的平衡,如主轴箱的重力平衡、机械手、刀库的平衡装置等。 5、检测功能,如工件位置的确认、刀具缺损的确认等。
由于机床的工作现场环境一般较为复杂苛刻,尤其是冷却液飞溅的氛围,如果使用了不适当的气动元件,往往会出现不正常现象,而数控机床通常是集机械、电气、液压、气动等干一体的加工设备,组成机床的各部分之间具有密切的联系,其中任何一部分发生故障均会影响其他部分的正常工作,大型数控机床内有成千上万只元器件,故障的检查、维修难一向是最棘手的问题之一,因此,在机床的气动设计与应用中,一定要选用可靠的、切合实际的厂家与产品。
随着国内机床的急速增长,生产自动化水平的不断提高,气动技术在机床行业的发展趋势将主要表现在以下几个方面:
一、标准化
为了便于紧急维护维修,现在的用户一般会要求产品具有可替换性,甚至连安装件也都要求标准件,因此,符合ISO、VDMA、NFE等标准的产品将持续稳定增长。
二、无油化、更环保
国外设备普遍采用由过滤器、减压阀和不供油润滑的阀、气缸等组成的无给油润滑气动系统,这种系统在元件需要润滑处预先封入润滑脂,无需油雾器,可长时间工作而不需补充润滑脂,可降低油耗、改善环境、成本低、维修方便、性能稳定。
三、紧凑化、模块化、集成化
现在的设备要求在有限的空间内实现更多的功能,因此对于气动元件的尺寸也要求越来越紧凑、集成,促使了大量新产品的研发与制造,
四、智能化、网络化
伴随着数控机床的智能化、网络化的发展趋势,应用于机床行业的气动技术的智能化、网络化也就成为必然,五、高寿命、高可靠性。
降低故障率的最有效方法是使用可靠性好、寿命长的产品,如上文所提到的精密密封滑柱阀,采用间隙密封,滑柱阀套经硬质阳极氧化处理,使用寿命可达两亿次以上,还有IP65的防尘防水等级,可实现长期无故障使用,就是此类产品的典范。
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气动技术应用及发展相关情况
气动技术应用及发展相关情况
1、气动技术应用情况及研究和发展的重要性
随着科学技术的发展,自动控制技术已被广泛应用于工农业生产和国防建设。实现自动化的技术手段目前主要有两个:电气(电子)控制和流体动力控制。流体动力控制有三类:
(1)液压控制,工作流体主要是矿物油。
(2)气压控制,工作介质主要是压缩空气,还有燃气和蒸气。
(3)射流技术,工作介质有气体也有液体,该技术在一些多管道的生产流程中得到应用。
气压伺服控制是以气体为工作介质,实现能量传递、转换、分配及控制的一门技术。气动系统因其节能、无污染、结构简单、价格低廉、高速、高效、工作可靠、寿命长、适应温度范围广、工作介质具有防燃、防爆、防电磁干扰等一系列的优点而得到了迅速的发展。众多的报道表明,气动技术是实现现代传动和控制的关键技术,它的发展水平和速度直接影响机电产品的数量和水平,采用气动技术的程度已成为衡量一个国家的重要标志。
据液压英才网调查表明,目前气动控制装置在自动化中占有很重要的地位,已广泛应用于各行业,概括如下:
(1)绝大多数具有管道生产流程的各生产部门往往采用气压控制。如:石油加工、气体加工、化工、肥料、有色金属冶炼和食品工业等。
(2)在轻工业中,电气控制和气动控制装置大体相等。在我国已广泛用于纺织机械、造纸和制革等轻工业中。
(3)在交通运输中,列车的制动闸、货物的包装与装卸、仓库管理和车辆门窗的开闭等。
(4)在航空工业中也得到广泛的应用。因电子装置在没有冷却装置下很难在300?,500?高温条件下工作,故现代飞机上大量采用气动装置。同时,火箭和导弹中也广泛采用气动装置。
(5)鱼雷的自动装置大多是气动的,因为以压缩空气作为动力能源,体积小、重量轻,甚至比具有相同能量的电池体积还要小、重量还要轻。
(6)在生物工程、医疗、原子能中也有广泛的应用。
(7)在机械工业领域也得到广泛的应用。
从气动的特点和应用情况可知,研究和发展气动技术具有非常重要的理论价值和实际意义。气动技术在美国、法国、日本、德国等主要工业国家的发展和研究非常迅速,我国于七十年代初期才开始重视和组织气动技术的研究。无论从产品规格、种类、数量、销售量、应用范围,还是从研究水平、研究人员的数量上来看,我国与世界主要工业国家相比都十分落后。为发展我国的气动行业,提高我国的气动技术水平,缩短与发达国家的差距,液压英才网认为开展和加强气动技术的研究是很必要的。
2、电—气伺服控制的发展概况
气动伺服控制系统按其采用的电—气转换元件的不同可分为电—气比例伺服系统和电—气开关伺服系统。电—气比例伺服系统模拟信号控制的比例阀
气信号转换元件。这类系统控制精度高、响应较快,但伺服阀或伺服阀作电—
或比例阀造价昂贵,因而系统成本高,而且对工作环境要求严。
据液压英才网张工了解,早在1956年,Shearer等人成功地将高压、高温气体作为工作介质的气动伺服机构应用于航天飞行器及导弹的姿态和飞行稳定控制中。由于空气压缩性大、粘度小、刚度低,对于低压系统很难用古典控制方法和模拟调节器实现精密伺服控制,因此,气动伺服控制长期停留在理论和实验阶段。1979年德国Aachen R.W工业大学W.Backe'教授研制出的第一个气动伺服阀大大推进了气动伺服控制的发展。此后,德国、日本、美国等工业发达国家投入大量资金和人力成功地研制了各种规格的比例阀和伺服阀,以及高性能的气缸、气马达。随着高性能的电—气控制元件和执行元件的迅速发展,气动伺服控制技术的研究也取得了一定的成果。我国一些人士也对电—气比例/伺服系统及其控制策略进行了研究。此外,据液压英才网李工了解,哈尔滨工业大学某教授承担国家高技术“863”计划自动化领域智能机器人主课题中的“电—气伺服系统及其电—气伺服器件的开发研究”,也取得了一定的成果。
电—气开关/伺服系统采用数字信号控制的开关阀作电—气信号转换元件。这类系统成本低,对工作环境要求不高,且易于计算机控制;但获得宽频带、高精度比较困难。开关/伺服控制最早出现在液压系统中,Burrows最先将
开关/伺服控制用于气动伺服机构中。八十年代初,T.Eun等人设计了一种新的气动开关伺服机构,并详细研究了该机构的稳定性和精度。以上的开关伺服机构都是通过简单的逻辑判断来反馈气缸位置,只能实现点到点(PTP)控制,而且精度很低。这期间,G.Belforate等人将机车制动技术引入气动机构,设计了一种带抱闸实现气缸在目标位置定位。这种气动开关伺服机构受负载等干扰的影响大,但定位后的刚度大,其定位精度约?0.3mm。
后来,日本的花房秀郎、原田正一等人用开关阀、节流阀的串并联实现气缸的分区控制,获得?0.4mm的定位精度。意大利的G.Belforate等人也对这种系统进行了研究,他采用的是无密封装置气缸和FESTO公司的开关阀、单向节流阀及FPC606微处理器等元件。理论上,这种控制能获得?0.0314mm定位精度,实际系统受间隙的影响,获得定位精度约?0.35mm。北京航空航天大学一博士用三个开关阀组成一个新的气动位置开关控制系统,实验结果表明,该系统具有实现简单、方便、成本低且性能好等优点。
以上的气动开关控制系统,尽管采用了位移传感器,但位移信号只是作为逻辑判断用,没有用来调节控制信号的大小,其本质上仍是开环控制,或者说是准闭环控制。因此,这种系统的特点是成本低、控制简单;但精度进一步提高受到限制。随着控制指标的提高,气动开关控制向脉冲调制的开关/伺服控制发展。脉冲调制方式有脉宽调制(PWM)、脉冲编码调制(PCM)、脉冲数调制(PNM)及脉频调制(PFM)等。
PWM控制原理是用一定周期Ts的脉冲信号驱动开关阀,用控制信号控制脉冲宽度DITs(I=1,2,?,n),即开关阀的关闭时间。因此,控制DI的大小宏观上等价于控制流过阀的介质流量。
PWM控制最初是美国的Stephen用在伺服阀组成的电液伺服系统。用PWM控制的伺服系统解决了温漂和卡紧现象,提高了稳定性和抗介质污染能力,放宽了制造公差;并易于直接与计算机接口实现数字控制。与此同时,随着开关阀的迅速发展,Goldstein提出用快速开关电磁阀代替昂贵的伺服阀。最先将PWM开关伺服控制引入系统的是日本的则次俊郎,他成功地将PWM电—气开关/伺服系统应用于机械手中,他获得的定位精度是?0.06mm。小山纪等人用二个开关阀实现广义PWM控制,获得?0.02mm的高精度。美国的Jing—Yih Lai等
人以五自由度机器人的手臂为控制对象进行了PWM气动控制理论分析和实验研究。国内,哈尔滨工业大学领导的课题组对气动PWM控制也进行了研究,获得了?0.09?的气马达转角位置精度。吴教授也对PWM控制气动系统作过研究,取得了一定的成绩。此外,北京理工大学的教授对PWM控制系统理论和实验进行过研究。
脉冲编码(PCM)控制是把控制信号编为n位二进制信号来控制n个开关阀的开启和闭合。这n个开关阀的有效截面积(开关阀有效截面积都是指开关阀与其串联的接节流阀的综合节流面积)之间的关系为S0:S1:S2:?:Sn-1=1:2:4:?:2n-1。N个阀的开关状态组合数为2n,即可获得2n级不同的截面积。
PCM控制方式非常适合计算机直接数字控制,其控制原理和过程是:在每一个采样周期内,计算机将控制量的设定值与检测到的控制量进行比较,按照设计的控制规率,经判断、计算,发出一组二进制编码控制n个开关阀,得到不同的综合开口面积,从而控制气缸的气体流量,使气缸按要求运动。日本的中村最先将PCM控制技术用于液压控制。Hirohisa Tanaka对PCM液压控制系统也进行了研究,提出了用软件克服因开关阀的启闭时间不同造成流量波动。后来,则次俊郎第一个将PCM控制技术用于气动系统,并成功用PCM方式控制了英国Pendar公司的三自由度机器人,他获得的定位精度约?0.25mm。我国对气动PCM控制的研究是从90年代初开始的,主要的研究人员有哈工大教授领导的课题组,山东轻工学院的博士对Fuzzy-PI控制气动PCM位置系统进行了研究获得了?0.25mm的定位精度。王博士首次提出变增益PCM控制,并利用自校正,自学习控制算法,获得了?0.18mm的定位精度。
3、气液连动的必要性及发展概况
但是,由于气体的压缩性大、粘度小、刚度低等因素,导致了气动运动的不平稳性以及气动定位的不准确性(即定位精度不高)。为了提高其定位精度及运动平稳性。又充分发挥气动的优点,故考虑引入不可压缩性(在低压下视之)的油作为介质,采用气液连动控制,提高系统的性能。
关于气液连动,最先应用的是气液阻尼缸,亦称之为油阻尼缸。它实际上是一种双作用双活塞缸,采用一根活塞杆将两活塞串联在一起。活塞的输出
力是汽缸的推力(或拉力)与油缸阻力之差。油缸装在气缸的后面被气缸带动,其运动速度是靠调节节流阀的开度来调节的。
此外,还有用到气液转换器的回路,气液转换器是将空气压转换为油压(增压比为1:1)的元件,可作为附件组入气液回路。使用它可消除一般气动回路中出现低速运动的爬行和不稳定现象,并可和各种气动元件组合使用。 气液转换器的特点:
(1)规格多,适应性强。例如日本达柯公司生产的气液转换器有48种规格,输出压力油的有效容积为40,27000cm3,常用工作压力为0.3,0.7MPa,只要调节气动减压阀,就能获得相应的压力变化。反应速度快,能满足不同用户的要求;(2)由于工作油温稳定,空气不会混入油中,效率高,因而能获得稳定的移动;(3)与液压相比,不需复杂、庞大的泵站和冷却系统等,价格便宜。又因无泵引起的脉动,油温稳定,可用于精密切割,精密稳定进给; (4)与液压阻尼缸比较,气液转换器和油缸分离,可放在任意位置,操作方便,自由度高。
另外,还有气液增压的辅助回路。气液增压装置在生产实践中,特别是在机床的液压夹具中广泛使用,已为人们所熟知。在实际工作中有时要应用压力1MPa以上的气压,此时一般小型空气压缩机已无能力而往往又没有必要购买一台高压空气的压缩机。这一问题往往采用气液增压装置可得到解决。
气压传动一般用于快速传递,不怕冲击,速度要求不严的场合;液压传动一般用于传动平稳,必须控制调节的场合。压缩空气为气—液传动系统的动力源,代替液压传动系统动力装置的油泵推压油液,推动进给缸进行切削加工,又可同时用于其它气缸的直接传动。在中低压的状况下,油液视为不可压缩的,使进给缸能获得平稳的运动。该系统的缺点是油液的过滤和密封要求严格,为补偿泄漏要设置一油杯或补油泵。而且,负载变化时,压力有波动,泵之响应性较差,应用范围狭窄,不适用于连续大量供油的场合或压力波动要求较严的场合。另外,不论油阻尼缸还是利用气液转换器组合的回路,其进给速度常出现不稳定现象,造成不稳定的原因是因为油中混有气体。一方面原因是因为气液渗漏引起的,另一方面是由于油缸没有排气孔或排气孔的位置不当,在向油缸加油时,油缸内气体无法排出引起的。由于气体的可压缩性以及气油的浑流干扰,使阻尼缸工作时产生爬行、冲击、停顿等现象,降低了机床的加
工精度。为解决此问题,应在设计、制造气液缸时,保证密封圈处沟槽的公差
及活塞与缸筒内壁、活塞杆与缸盖之间的配合精度,这样才能改变气液系统的
性能。
气动技术的应用
液压气动与密封/2006年第4期
气动技术的应用
李家书
Theapplicationofpneumatictechnology
LIJia-shu
(无锡宏大纺织机械专件有限公司,江苏无锡 214062)
中图分类号:TH138 文献标识码:B 文章编号:1008-0813(2006)04-0006-051 气动技术的特点
气动技术是以压缩空气或其他气体为工作介质,利用其能
量完成各项工作。由于气体的可压缩性,相对液压、电力等,气动技术有以下特点。
(1)容易积聚能量。小型压缩机配备储气罐,就可在间歇工作状态下输出较大能量,甚至可以预先封装压缩空气,以后不必供给能量即可产生力。
(2)借助气体的可压缩性,实现柔软操作。
(3)抗过载能力强,不易发热,不易因过载而发生事故。(4)动作调整方便简单,并且便于控制。可以进行检测、放大、传输、逻辑运算等信息处理。(5)环境适应性强,环境污染小,防火防爆性好。只要气动元件的材质和密封件许可,介质经适当处理,气动系统的适用环境温度范围大,可达-20e~200e。
(6)可以构成低成本系统。气动元件结构简单,价格较低,维修保养方便,工作介质随处可取。气动系统、装置投资成本及运行成本低。为此,利用气动技术实现自动化素有低成本自动
收稿日期:2006-07-17
作者简介:李家书(1972-),女,毕业于无锡江南大学机电一体化专业和南京师范大学计算机信息管理专业,助理工程师,现任无锡宏大纺织机械专件有限公司技术开发部任产品主管技术员。
化之说。
但是,气动技术也有某些弱势,例如速度控制和定位精度不高;驱动力不大,仅适用于中、轻负载;能量利用效率偏低等。但随着气动技术的提高,这些不足正在得到改善。2 气动技术的应用
气动技术的应用范围大,广泛应用于各个领域,不仅用于生产、工程自动化和机械化中,还渗透到医疗保健和日常生活中。气动系统具有防火、防爆等特点,可应用于矿山、石油、天然气、煤气等设备。还因其耐高温,适用于火力发电设备、焊接夹紧装置等。同时,它容易净化,可用于半导体制造、纯水处理、医药、香烟制造等设备。气动系统的高速工作性能,在冲床、压机、压铸机械、注塑机等设备中得到了广泛的应用,还用于工件的装配生产线、包装机械、印刷机械、工程机械、木工机械和金属切削机床和纺织设备等。下面介绍一些应用实例。2.1 在工业生产过程中的的应用
气动技术在工业生产过程中主要承担上下料、整列、搬运、定位、固定夹紧、组装等作业以及清扫、检测等工作。这些工作可直接利用气体射流、利用真空系统、利用气动执行器(气缸、气马达等)来完成。
21111 直接利用气体射流
下面举几个直接利用气体射流来完成清除、检测、搬运等作业的例子。
磨损的检验标准编写的数据库进行参数设定后自动测试;也可以根据测试性能需求手动设置测试力大小、测试次数、测试频率
及汗液供给频率等参数进行测试。
得较为精确的摩擦力,提高测试精度和可靠性,处理采样信号时,采用了低通滤波加算术平均值滤波两种算法的复合数字滤波,有效地消除干扰信号。
6 结束语
本测试系统可以自动完成各种面板按键耐磨性能测试,并可以查询、打印测试结果。经过实践使用证明,系统工作稳定、操作简单、方便实用。测试系统还可以根据需求扩展应用,如家庭用具、塑料涂层表面(如剃须刀、电动开关)等耐磨性测试。
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图6 软件流程图
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[4]栾微之.浅谈气动产品设计过程的设计理念[J].液压气动与密封,
2003,增刊.
由于测试系统中存在干扰,如传感器温漂、交流电源干扰
等,直接影响到采样数据的可靠性和精度。对于本系统,为了获6
HydraulicsPneumatics&Seals/No.42006
(1)除切屑装置
图1是吹除切屑装置的示意图。该装置用于金属切削机床上,当工件完成切削工步后,可自动吹净切屑。气动定时器用于
控制气流喷射时间。
漆、精选米粒、谷物装卸,啤酒、饮料、粉料、有毒物料、水泥等气力运输,还有纱线检测、喷气织布等。21112 利用真空系统
在气动技术应用中,大多数气动元件都在高于大气压力的气压下工作;另一类元件在低于大气压下工作,这类元件称为真空元件,所组成的系统称为真空系统(或称为负压系统)。这里介绍几个利用真空系统完成吸附、固定、夹紧、搬运等作业的实例。
(1)拾取、搬运、堆叠放置的板材装置
图4为该装置示意图。由于板材堆叠放置,故无法直接用机械手抓取,只能用真空吸盘吸附。但仅用真空吸盘不能保证定位精度,该装置将机械爪和真
空吸盘结合使用。
图1 吹除切屑装置
(2)搬运工件装置
图2是利用空气射流搬运工件装置的示意图。经溜槽送来的工件由擒拿机械供给钻床(靠纵擒气缸完成),当背压传感器测知工件就位后靠夹紧气缸夹紧工件。钻床加工完成后,传感器喷嘴中吹出空气射流,将工件送入气动溜槽,
运往下道工序。
图4 拾取、搬运、推叠被置的板材装置
(2)加工变形板材时所用夹具
金属、塑料等材质的板材在加工前往往已经变形挠曲,加工此类工件时很难装夹。过去采用在夹具中加插垫片或用千斤顶调整高度的方法来固定夹紧,这种方法非常麻烦。若用磁性吸
盘来夹装,吸盘松脱后,工件会再次变形挠曲。图5为用真空吸盘夹固工件,夹具按照工件变形程度排列真空吸盘,使得工件自
图2 利用空气射流搬运工件装置
然固定。
夹具的底座上固定几条方形台座,台座两侧是装有真空吸盘的板块,板块有真空口,台座有送气口。定位夹紧时,先在真空吸力和压缩空气压力双重作用下,板块既紧贴台座,但同时可在台座侧面自由移动,此时移动板块,使板块上的吸盘吸住工件,然后关闭台座上的压缩空气送气口,板块就被固定在台座上,再从四周侧面夹紧工件。工件既被夹紧,又保持其自然形态,
加工后不再变形挠曲。
(3)非接触搬运物件
非接触搬运使用了一种NCT系列气动执行器。洁净压缩空气从装置在元件本体底面部位的环行喷嘴沿本体表面喷出,从而在元件下方部位产生负压,吸附物件。喷出的空气通过元件本体与物件之间的间隙,沿元件本体外周向外流出。一旦物件靠近,该喷出空气层在反弹力作用下阻止接触物件,因此保持非接触的悬浮状态(见图3)。NCT元件与真空吸盘不同,并非依靠吸入空气来固持物体,而正好相反,它是通过喷出空气来固持物体的装置。但是为了能自由地横向移动,有必要设置与物件侧面接触的导向装置,与物件侧面接触则无法避免。非接触搬运主要用于半导体芯片、CD等物件的搬运,确保物件除污后
的清洁状态。
图5 加工变形板的夹具
真空元件及其系统普通应用于各种生产线和设备上,如电视机、冰箱、纸箱、玻璃、印刷等生产线。纺织上用的自动加捻器也有用喷气真空发生器的。
21113 利用气动执行元件
如气缸、摆动气缸、气马达等气动元件可将压缩空气的能量转换成机械能,完成夹紧固定、上下料、搬运、检测、加工装配等作业。这是气动技术的主要应用领域。
图3 NCT系列执行器工作原理
除以上实例外,利用空气射流的场合很多。例如:喷沙、喷
(1)平行移动爪气动卡盘
气动卡盘的结构形式很多,图6所示的平行移动爪气动卡
7
液压气动与密封/2006年第4期
盘为其中的一种结构。它用扁平型摆动气缸驱动,在摆动气缸轴上装有左右对称的臂,臂端部设置小滚轮。两块滑块由两根导向杆导向,分别作左右往复运动。滑块中间为一长孔,小滚轮嵌在孔内。摆动气缸的摆动角度为30b
上下为好。
图9 微波炉门系统耐久性实验台示意图1)被测微波炉 2)摆动气缸 3)微波炉门4)真空吸盘 5)挡块 A、B、C)气缸
图6 平行移动爪气动卡盘
(2)长行程大输出力气压机
图7是一台长行程大输出力气压机的结构示意图。为了节
省能量,采用大小两只气缸完成不同功能。小口径气缸承担冲头接近工件任务,而后大口径气缸产生压力,
完成冲压作业。
气缸B用来按动微波炉的开门按钮,当气缸活塞杆伸出,按下按钮,炉门随即弹开,真空吸盘带动门随着摆动气缸运动,将门打开到所需角度,然后摆动气缸再反向旋转,将门合拢,气缸C活塞杆伸出,将门关紧。
(5)走纸张力控制系统
图10为该系统装置示意图。在新型印刷机械中,要求在印刷过程中,纸张张力必须基本恒定,且在遇到紧急情况时,能迅速制动,重新运动时又能平稳启动。
运行之前,张力由调压器1设定。运行时张力调压器的输出气压信号控制负载气缸2,负载气缸输出力通过十字架4、浮动辊7和纸张张力相平衡。平衡时,和十字架相连的传感器6输出一定的气压信号,经放大器13放大后控制张力气缸12,使
图7 长行程大输出力气缸机铜带9和卷筒纸8之间产生一定的摩擦力,从而控制走纸时具有一定张力。印刷过程中,随着卷筒直径的不断变小,造纸张力也将不断减小,辊向左摆动,使相连的十字架顺时针转动,传感器受压增加,输出的气压信号增大,经比例放大后,控制张力的气缸伸出,使卷筒纸上的摩擦力增加,直至恢复到原张力设定值。反之,若运行中走纸张力增大,通过控制系统的自动调节,也能很快恢复到原设定值。
此外,在系统设计中,可使印刷机在需要紧急停车时,停车信号能使负载气缸和张力气缸内压力迅速增加到一个预定值,随之铜带和卷筒纸之间的摩擦力也急剧增加到预定力,使高速运动的纸卷筒在极短的时间内停止走纸,但又不使纸被拉断。重新启动时,又能使负载缸和张力负载气缸回到原设定值,平稳
运行。
(3)翻身移动装置
图8为翻身移动装置,在需要将工件翻身以便对反面进行加工时使用。该装置可将输送带上的工件翻身,同时移送至另
一条高度不同的输送带上。
图8 翻身移动装置
工件进入右下方翻身起始位置的输送带上,电磁阀换向,摆动气缸工作,完成翻身,而后在气缸、滚辊驱动下将工件送出。翻身时,由平衡气缸吸收力矩的变化,用减压阀调节平衡压力。为了减少波动,设置了容积5倍的平衡气罐。
(4)微波炉门系统耐久性实验台
图9为微波炉门试验台结构示意图。挡块和气缸A定位夹紧微波炉;摆动气缸2旋转轴垂直向上。摆动轴上安装一摆杆,摆杆上安装真空吸盘4,吸盘在摆杆上可自由滑动。当真空发生器工作时,吸盘吸住炉门3,当摆动气缸工作时,炉门由吸盘带动旋转而打开。虽然由于摆杆的回转轨迹与微波炉门回转轨迹有一定的差距,但由于真空吸盘可随时调整位置,因此能始终贴住
炉门而带动一起旋转。8
图10 走纸张力控制系统示意图
1)张力调节器 2)负载气缸 3)阻尼液压缸4)十字架 5)印刷走纸 6)张力传感器7)浮动辊 8)卷筒纸 9)压紧铜带 10)滑轮11)弹簧 12)张力调整气缸 13)比例放大器
HydraulicsPneumatics&Seals/No.42006
2.2 气动技术在纺织工业中的应用
(1)气流纺纱装置
图11为气流纺纱机的结构原理。主要由前罗拉及与之相连的喷射式真空发生器、加捻杯、输出罗拉、卷纱筒等组成。通气后喷射式真空发生器在头端产生负压,将前罗拉送出的纤维束吸入,在吸引气流和喷射气流的双重作用下纤维束被拆散,纤维随气流送至加捻杯侧壁,由于此时纤维速度大大高于前罗拉表面速度,纤维在前罗拉及加捻杯之间被切断,由于加捻杯旋转速度高达3万~6万转/分,从真空发生器送来的纤维在离心力作用下沿侧壁移动,在直径最大处集体成束,加捻成纱,再由输出罗拉送出。纱线切断时,连接触针的微动开关驱动电磁阀换向,让压缩空气改道通向罗拉下部的真空发生器,产生由下向上,朝向前罗拉方向的吸力,同时前罗拉送出的纤维因真空发生器不产生真空被气流除尘器吸去,不再流向加捻杯。纺纱断头在吸力作用下插入真空发生器下部,被吸引气流和射流吹至加捻杯,在加捻杯旋转产生离心力作用下,触动触针,使电磁阀换向,再次向加捻杯送供纤维,
接上断头。
可通过减压阀无级调整。被握持的给棉棉层在受到加压块加压压缩的同时,传递给气囊一个位置信息。气囊加有液体,检测管5内液体的液面高度6由空腔内各加压块的位置来决定。液面的高度反映了棉层平均高度,通过液位传感器8来检测棉层平均高度数据。温度传感器4的信息传送给电脑,用来修正和补偿由液体温度的变化造成的检测误差。
(3)纱线线径测量
图13是纱线线径测量探头和气桥示意图。测量时,将标准线径的纱线送入探头,调节R1或R2,使C点和D点的压力相等,即pC=pD,气桥达到平衡。当取下标准线径的纱线,换以被测量线径的纱线,随着线径的变化,根据差压值(p的大小,就可
以测出所测线径的大小。
图13 纱线线径测量示意图
(4)断纱信号发生器
图14为断线信号发生器原理图。当纱线断头或换管时,电子清纱器或传感器3的检测槽内无纱线的信号,电子清纱器或传感器控制板4送出一个断头信号给微型电磁阀5,让压缩空气作用抬升气缸6,使筒子1抬离筒2槽。当接头工作完成后需再次卷绕,触动微动开关7产生一个模拟的延时的运行信号,抬升气缸6排气,筒子靠自重稳落在筒槽表面,
再次卷绕。
图11 气流纺纱机结构原理图
1)前罗拉 2)真空发生器 3)加捻板 4)输出罗拉5)卷纱筒 6)压缩空气 7)气流除尘器 8)固定管9)真空发生器 10)电磁阀 11)触针 12)导纱钩
13)微动开关 14)筒子
(2)梳棉机给棉罗拉气动加压机构
图12所示的是启动加压机构结构图。它与罗拉平行,设置在罗拉上方。在图12中,2为开口向下的加压握持空腔。3为放在腔内的由弹性材料制成的气囊,气囊由管7接通气压源14。气囊下面装有一派加压块10,块在空腔中可上下运动,
加压压力
图14 断纱信号发生器原理图
1)筒子 2)筒憎 3)电子清纱器 4)传感器控制板
5)电磁阀 6)气缸 7)微动开关
(5)其他
气动技术在纺织工业中还有以下一些应用实例。#纺织厂使用的清纱器及除尘系统。
#细纱机上用的气动V型牵伸装置。它可替代弹簧,增加牵引能力,适合纺细号纱,条干纤维均匀度水平较好。
#浆纱机的压浆辊的压浆力用气动加压替代弹簧加压。这使调整压力方便,辊两端压力一致。还可以对前后压浆辊设置不同压力,浆纱机低速时配合低压力,高速时配合高压力。并在突然停电时利用余压将压浆辊自动抬起。气动加压使上浆合格率显著提高,浆斑、轻浆等疵点明显减少。
#浆纱机经轴采用气动控制,带式制动,使张力均匀,回丝
9
图12 梳棉机给棉罗拉气动加压机构结构图1)给棉罗拉 2)空腔 3)气囊 4)温度传感器
5)检测管 6)液位 7)管道 8)传感器9)压力表 10)加压块 11)储气罐 12)减压阀
13)单向阀 14)压力源
液压气动与密封/2006年第4期减少,操作方便。
#梳棉机道夫上罩加装气动撑杆,使工人操作时轻便,提高生产效率、增加安全性。
#整径机上气动伸缩操作的径轴转动对中和气动加压辊。
#喷气织机的喷孔引纬。它是依靠喷射气流对纬纱的摩擦将纱引入。
#成品纱、布的打包等等。2.3 气动技术在其他领域内的应用(1)在运输工具上的应用
火车、地铁、汽车飞机等交通运输工具上广泛使用气动技术。例如地铁、汽车的开关门,汽车的制动系统,高速列车轮轨间喷脂润滑系统,电力机车受电弓气控系统,高速列车主动悬挂系统,缆车弯道倾斜装置,轿车后盖支撑杆,螺旋桨由顶部空气喷嘴驱动的直升飞机等等。
(2)农牧业上的应用
气动萝卜收割机,可以完成拔萝卜,对萝卜分类、计数和捆扎。在种植蔬菜等的温室中,用气动技术来驱动风扇、洒水、喷农药等作业。用气动喷嘴配合光电传感器来精选米粒、去除谷壳和次品米粒。还有,用气动机器人挤牛奶等等。
(3)在医疗、保健、福利事业中的应用在人工呼吸器、人工心肺机、人工心脏等人工器官中,都直接或间接地将气动技术用于驱动和控制等。在疾病诊断方面,利用气动技术间接地测量血压、眼压等,避免直接接触人体器官造成伤害。气动按摩器用空气压力按摩手、脚等,对消除运动后
的肌肉疲劳效果甚好。
现已开发了用于残疾人或重病人的气动假腿、气动辅助椅
子、气动护理机器人。柔性气动执行元件和小型压缩机的开发为气动技术在医疗护理和福利事业方面应用开拓了广阔前景。
(4)在体育、娱乐上的应用水深可调游泳池是通过升降池底来调节池中的水深,以适应不同的竞赛项目。采用气动系统升降池底,不会漏电,保证安全。气动跟踪摄象机系统设置在体育馆内,能自始至终的跟踪摄下运动员运动全过程,与电动相比效果更好。
在迪斯尼乐园等娱乐场所,有许多仿真人物、动物的模型,这些模型动作逼真,使游人有身临其境的感觉。它们都是由电脑控制的声像装置和液压、气动、电动装置的组合。
(5)在教育、培训中的应用
中医大夫通过搭脉来诊断疾病,完全依靠个人经验,传授难度大。现开发了脉波模拟教仪后,可将病人的脉搏记录下来,并通过电)气比例阀系统将电信号转换成空气压力,用空气压力变化再现脉搏于仿真手臂。这对加快提高搭脉医术有很大好处。飞机驾驶培训中所用的座椅,用若干台膜片气缸来模拟垂直或左右加速时身体下沉或摆动情况,锻炼飞行员在飞行时的适应能力。
除以上领域外,气动技术还用于储仓中物品的进出,街道清扫,垃圾处理,环境清洁等等方面。
气动技术的应用
气动技术的应用
气动执行元件主要用于作直线往复运动。 在工程实际中, 这种运动形式应用最多, 如许多机器或设备上的传送装置、产品加工时工件的进给、工件定位和夹紧、工 件装配以及材料成形加工等都是直线运
动形式。但有些气动执行元件也可以作旋转运动,如摆动气缸(摆动角度可达 3 60°)。在气动技术应用范围内,除个别情况外,对完成直线运动形式来说,无 论是从技术还是从成本角度看,全机械涉笔
都无法与气动设备相比。
(从技术和成本角度看,气缸作为执行元件是完成直线运动的最佳形式,如同用 电动机来完成旋转运动一样。)
在气动技术中,控制元件与执行元件之间的相互作用是建立在一些简单元件基础 上的。根据任务要求,这些元件可以组合成多种系统方案。由于气动控制使机构 或设备的机械化程度大大提高,并能够实
现完全自动化,因此,气动技术在 “ 廉价 ” 自动化方面做出了重大贡献。实际上, 单个气动元件(如各种类型气缸和控制阀)都可以看成是模块式元件,这是因为 气动元件必须进行组合,才能形成一个
用于完成某一特定作业的控制回路。广义上讲,气动设备可以应用于任何工程领 域。气动设备常常是由少量气动元件和若干个气动基本回路组合而成的。
气动控制系统的组成具有可复制性, 这为组合气动元件的产生与应用打下了基础。 一般来说, 组合气动元件内带有许多预定功能, 如具有 12步的气 -机械步进开关, 虽然被装配成一个控制单元,但却可用
来控制几个气动执行元件。间歇式进料器也常作为整个机器的一个部件来提供。 这样就大大简化了气动系统的设计,减少了设计人员和现场安装调试人员的工作 量,使气动系统成本大大降低。
采用气动技术解决工业生产中的问题时,其特征是灵活性强,既适用于解决某种 问题的气动技术方案,也适用于解决其它场合的相同或相似的问题。
既然空气动力在气源与完成各种操作的工位之间不需要安装复杂的机械设备,因 此,在各工位相距较远的场合应用气动技术是再合适不过了。对于需要高速驱动 情况,优先选择全气动设备是合适的。气 -
液进给装置作为特殊元件可以应用在机床上。在各种材料的操作过程中,很少要 求各顺序动作具有较高的进给精度,且在这些操作中设计的力也较小,因此,采 用气动技术不仅可以完成这些操作,而且
进给精度不会超越其技术允许范围,当然个别情况应除外。
为完成生产加工中的多种作业,除了在标准设备上应用外,气动技术还应用于一 些辅助设备和专用机床上。在工程实际中往往有许多基本设备,这些设备或者直 接用于生产,或者作为一种必不可少的辅
助设备。从技术和经济角度来看,实现这些设备机械化需要一些简捷的元件,而 气动技术恰好能够满足这个要求。
除了通过机械化来达到降低成本、提高生产率的目的外,在实际工程中,决定采 用气动技术主要是由于其具有结构简单、事故少、可用于易燃易爆和有辐射危险 场合等特点。纵观整个生产加工过程,有
许多要掌握的技术问题,但这些技术问题在不同工程领域中是相似或相同的。同 样,对相同或相似的技术问题,若采用气动技术作为其解决方案,也存在着不同 领域技术上的重复问题。因此,若给出各
种合理应用准则,那么,在工业部门的许多领域中,就可以广泛应用气动技术, 以提供功能强大、成本低、效率高的控制和驱动。
在应用气动技术时,首先应考虑从信号输入到最后动力输出的整个系统,尽管其 中某个环节采用某项技术更合适,但最终决定选择哪项技术完全是基于所有相关 因素的总体考虑。例如,虽然产生压缩空
气的成本较高,但在最后分析论证技术方案时,其并不是主要的决定因素。有时 对于要完成的任务来说,力和速度的无级控制才是更重要的因素。另外,系统掌 握容易、结构简单或操作方便以及综合考
虑整个系统的可靠性和安全性有时是更重要的决定因素。除此之外,系统维护保 养也是决不可忽视的决定因素。
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