气压传动与控制
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摘要：本文对气动系统进行了简要介绍，分别从气动系统的组成，特点，应用领域和发展趋势进行了阐述和介绍，重点阐明了气压传动系统与液压传动系统的区别。
关键字：气压传动液压传动系统组成应用领域发展趋势
1.气动技术的概述
1.1气动技术的概念及发展历史
气动技术是指以压缩空气为动力源，进行能量传递或信号传递的工程技术实现各种生产控制自动化的一门技术，是实现各种生产控制、自动控制的重要手段。在人类追求与自然界和平共处的今天,研究并大力发展气压传动,对于全球环境与资源保护有着相当特殊的意义。随着工业机械化和自动化的发展,气动技术越来越广泛地应用于各个领域里。特别是成本低廉、结构简单的气动自动装置已得到了广泛的普及与应用,在工业企业自动化中具有非常重要的地位。有人曾指出：气动就是自动化，尽管有些夸张，但至少表明气动技术已被广泛地应用于工业自动化的各个领域中。
气动技术的发展历史十分悠久。早在公元前,埃及人就开始利用风箱产生压缩空气用于助燃。后来,人们懂得用空气作为工作介质传递动力做功,如古代利用自然风力推动风车、带动水车提水灌溉、利用风能航海。从18世纪的产业革命开始,气压传动逐渐被应用于各类行业中,如矿山用的风钻、火车的刹车装置、汽车的自动开关门等。而气压传动应用于一般工业中的自动化、省力化则是近些年的事情。目前世界各国都把气压传动作为一种低成本的工业自动化手段应用于工业领域。国内外自20世纪60年代以来,随着工业机械化和自动化的发展,气动技术越来越广泛地应用于各个领域里。目前气压传动元件的发展速度已超过了液压元件,气压传动已成为一个独立的专门技术领域。
1.2气动系统的组成
典型的气动系统是由气压发生器、传动介质、控制元件、执行元件和辅助元
件组成，下面分别的组成气动系统的各部分进行简要的介绍和说明。
气压发生装置即气动系统中的能源元件，相当于液压系统中的泵，其目的是得到压缩空气，原理是通过原动机供给的机械能转换成气体的压力能。一般在工业中使用的为空气压缩机。按照工作原理可分为速度型，容积型和热力型三种。其他分类方式还可按润滑方式，性能、用途、型式来进行分类。大多数空气压缩机是往复活塞式，旋转叶片或旋转螺杆。其组成结构包括油循环系统、气路循环系统、水路循环系统、屏保护系统、直流电源系统、DTC控制系统。一般空气压缩机典型的参数有压力压强、压缩方法、压缩比例、容积流量、气体含油量、露点单位℃。其中后两点参数表明从空气压缩机出来的压缩空气含有油性杂质，并且湿度较高，不能直接用于驱动执行元件，必须在后面加上各种气源处理元件。这一点在辅助元件里再进行介绍。
一般来说，气动系统中应用的传动介质为压缩空气。压缩空气作为传动介质具有如下优点：（1）压缩空气的原料是空气，而空气在自然界中广泛存在，无须购买并且容易获得。（2）压缩空气可以进行长距离传输而压力损失较小，并且对管路的要求较低，容易在管路中传输。（3）压缩空气易储存在气罐中，并且可以根据需要释放压缩空气，并且气罐本身也比较容易运输。（4）压缩空气规避了爆炸或者失火的危险。（5）压缩空气更加清洁，在经过去除润滑油后即使泄露到空气中，也不会产生污染。（6）压缩空气的流量可以达到很高的速度，这个特性能够满足要求高速运动的场合。然而，使用压缩空气作为传动介质也存在一定的缺点，其缺点如下：（1）压缩空气需要有较高的质量，不能含有灰尘，油雾和较高的湿度。（2）由于空气具有可压缩性，所以对于气缸活塞来说，很难得到持续稳定的速度。（3）由于空气的可压缩性，更加大了对于气压系统的控制难度。所以，需要合理的利用压缩空气，这样可以得到比较好的工程指标，收到良好的效果。
气压传动中的控制元件同液压传动类似，可以按照控制量分为压力控制阀，流量控制阀，方向控制阀和逻辑元件。其中压力控制阀包含减压阀、溢流阀和顺序阀。减压阀的功能是将储气罐内的压力气体减压到每套装置实际需要的压力的减压阀；溢流阀与液压传动中的溢流阀原理功能类似，限制和保证储气罐和管道压力在某一定值；顺序阀可以根据回路中压力变化控制执行元件顺序动作。流量控制阀是通过阀的流道面积的改变来实现流量控制的元件，其目的时为了改变执
行机构的运动速度。流量控制阀一般包括节流阀、单向节流阀和快速排气阀。方向控制阀是用来改变管道内气流的通断和气流的流动方向的，按阀芯种类分类可分为：提动式、滑阀式、滑动式、膜片式等。按切换位置和通口数目可分成二位四通阀，三位四通阀等。按照控制方式可分成气压控制、人工控制、机械控制和电磁控制等。逻辑元件可以实现“是”、“非”、“与”、“或”等逻辑功能，可分为气动逻辑元件和射流逻辑元件。
气动执行元件是将气体的能量转换成机械能的能量转换装置。一般分类可分为气缸和气动马达。气缸用于实现直线往复运动或摆动，输出力和直线或摆动位移；气动马达用于实现连续回转运动，输出力矩和角位移。气缸在基本结构上分为单作用式和双作用式两种。其区别在于回程是否由压缩空气驱动，双向运动都由压缩空气驱动的即为双作用式。其基本结构由前端盖、后端盖、活塞、气缸筒、活塞杆等构成，并且随着应用场合的变化发展出更多特殊结构的气缸。气动马达可分为摆动式和回转式。摆动式（又称为摆动缸）实现有限回转运动，回转式实现连续回转运动。
气动辅助元件是用于辅助保证气动系统正常工作。由于前文谈到了用作工作介质的压缩空气需要控制其清洁度和湿度，所以需要在空气压缩机后面加上起到净化作用的净化器，包括过滤器、干燥器、分水滤清器等。其中过滤器的作用是分离压缩空气中的凝结的水分和油分，使压缩空气得到初步净化，典型的过滤器有离心旋转式油水分离器，自动排水式分水滤气器等。同时由于压缩机输出的压缩气体温度较高，不能够输送到储气罐或者管路，因此常常需要设置后冷却器。其冷却方法通常是水冷法，用水冷式换热器进行冷却。另外，在气动执行元件中往往需要润滑，然而以压缩气体为动力的气动元件都是密封气室，不能用一般方法去注油，因此需要油雾器使得压缩空气含有润滑油，在气动执行元件中起到润滑的作用。另外，还有消除噪声的消音器，连接元件的管件和必需的仪器仪表等。
2.气动技术的特点
由于气动技术与液压技术都为流体控制领域的学科，在技术手段，系统组成，系统分析方法，工作介质很多方面都有很多联系。然而在更多的方面却存在很大的差异，这些差异决定了在分析气动系统的时候不能够完全照抄照搬液压传动的方法，并且，气动技术的一些特点在一些场合也体现了其优势，气动技术具有如
