1.1 氣動技術的應用範圍
我們在日常工作和生活中經常見到各種機器，如汽車、電梯、工具機等通常都是由原動機、傳動裝置和工作機構三部分組成。其中傳動裝置最常見的型別有機械傳動、電力傳動和流體傳動。流體傳動是以受壓的流體為工作介質對能量進行轉換、傳遞、控制和分配。
它可以分為氣壓傳動、液壓傳動和液力傳動。
氣壓傳動技術簡稱「氣動技術」，是一門涉及壓縮空氣流動規律的科學技術。氣動技術不僅被用來完成簡單的機械動作，而且在促進自動化的發展中起著極為重要的作用。 從50年代起，氣動技術不僅用於做功，而且發展到檢測和資料處理。
感測器、過程控制器和執行器的發展導致了氣動控制系統的產生。近年來，隨著電子技術、計算機與通訊技術的發展及各種氣動元件的價效比進一步提高，氣動控制系統的先進性與複雜性進一步發展，在自動化控制領域起著越來越重要的作用。
氣動技術可使氣動執行元件依工作需要作直線運動、擺動和旋轉運動。氣動系統的工作介質是壓縮空氣。壓縮空氣的用途極其廣泛,從用低壓空氣來測量人體眼球內部的液體壓力、氣動機械手焊接到氣動壓力機和使混凝土粉碎的氣鑽等,幾乎遍及各個領域。
在工業中的典型應用如下：
1) 材料輸送（夾緊、位移、定位與定向）、分類、轉動、包裝與計量、排列、列印與堆置；
2) 機械加工（鑽、車削、銑、鋸、成品精加工、成形加工、質量控制）
3) 裝置的控制、驅動、進給與壓力加工；
4) 工件的點焊、鉚接、噴漆、剪下；
5) 氣動機械人；
6) 牙鑽。
圖1.1所示的兩條傳送帶的氣動旋轉分配裝置， 可通過氣缸的伸縮使工件傳輸到相應的地方。
1.2 基本氣動系統的組成
基本的氣動系統如圖1.2所示，它由壓縮空氣的產生和輸送系統及壓縮空氣消耗系統二個主要部分組成。
一、壓縮空氣產生系統各元件及其主要功能
（一） 壓縮機： 將大氣壓力的空氣壓縮並以較高的壓力輸給氣動系統，把機械能轉變為氣壓能。
（二） 電動機：把電能轉變成機械能，給壓縮機提供機械動力。
（三） 壓力開關： 將儲氣罐內的壓力轉變為電訊號，用來控制電動機。它被調節到乙個最高壓力，達到這個壓力就使電動機停止；也被調節另乙個最低壓力，儲氣罐內壓力跌到這個壓力就重新啟用電動機。
（四） 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。
（五） 儲氣罐： 貯存壓縮空氣。它的尺寸大小由壓縮機的容量來決定，儲氣罐的容積愈大，壓縮機執行時間間隔就愈長。
（六） 壓力表： 顯示儲氣罐內的壓力。
（七） 自動排水器：無需人手操作，排掉凝結在儲氣罐內所有的水。
（八） 安全閥：當儲氣罐內的壓力超過允許限度，可將壓縮空氣溢位。
（九） 冷凍式空氣乾燥器：將壓縮空氣冷卻到零上若干度，使大部分空氣中的濕氣凝結，以減少系統中的水份。
（一十） 主管道過濾器：它清除主要管道內灰塵、水份和油。主管道過濾器必須具有最小的壓力降和油霧分離能力。
二、壓縮空氣消耗系統
(一)壓縮空氣的分支輸出管路：壓縮空氣要從主管道頂部輸出到分支管路，以便偶爾出現的凝結水仍留在主管道裡，當壓縮空氣達到低處時，水傳到管子的下部，流入自動排水器內，將凝結水去除。
(二)自動排水器： 每一根下接管的末端都應有乙個排水器，最有效的方法是用乙個自動排水器，將留在管道裡的水自動排掉。
(三)空氣處理元件：使壓縮空氣保持清潔和合適壓力，以及加潤滑油到需要潤滑的另件中以延長這些氣動元件的壽命。
(四)方向控制閥：通過對氣缸兩個接**替地加壓和排氣，來控制運動的方向。
(五)執行元件： 把壓縮空氣的壓力能轉變為機械能。圖1.2中的執行元件是乙個直線氣缸，它也可以是迴轉執行元件或氣動馬達等。
(六)速度控制閥： 能簡便實現執行元件的無級調速。
1.3 氣動系統的特點
一、壓縮空氣的特性如下：
用量：空氣到處都有，用量不受限制。
輸送：空氣不論距離遠近，極易由管道輸送。
儲存：壓縮空氣可儲存在貯氣罐內，隨時取用。故不需壓縮機的連續運轉。
溫度：壓縮空氣不受溫度波動的影響，即使在極端溫度情況下亦能保證可靠地工作。
危險性：壓縮空氣沒有**或著火的危險，因此不需要昂貴的防爆設施。
清潔：未經潤滑排出的壓縮空氣是清潔的。自漏氣管道或氣壓元件逸出的空氣不會汙染物體。這一點對食品、木材和紡織工業是極為重要的。
構造：各種工作部件結構簡單，所以**便宜。
速度: 壓縮空氣為快速流動的工作介質，故可獲得很高的工作速度。
可調節性：使用各種氣動元部件，其速度及出力大小可無限變化。
過載: 氣動機構與工作部件，可以超載而停止不動，因此無過載的危險。
處理：裝置所使用的壓縮空氣不得含有灰塵和水分，因此必須進行除水與除塵的處理。
可壓縮性：壓縮空氣的可伸縮性使活塞的速度不可能總是均勻恆定的。
出力條件：壓縮空氣僅在一定的出力條件下使用才經濟。在常規工作氣壓為6—7bar
600～700kpa)，因行程和速度的不同，出力限制在20000到30000n之間。
排氣雜訊：排放空氣的聲音很大。現在這個問題已因吸音材料和消音器發展大部分獲得解決。
成本：壓縮空氣是一種比較昂貴的能量傳遞方法。但可通過高價效比的氣動元件得到部分補償。
二、執行機構的特點
氣動執行元件包括氣缸、擺缸與氣馬達。 氣動執行元件有下列特點：
1) 基本運動 (直線、擺動與轉動)易於實現。
2) 多種運動便於組合。
3) 運動引數（力、速度、方向）易於控制。
4) 品種多、尺寸範圍廣，易於設計與選擇。
5) 使用壽命長，安全可靠、靈敏。
6) 操作和安裝簡便，除錯要求較高。
氣缸是氣動系統中最主要的執行元件，由於氣缸**低，便於安裝，結構簡單、可靠，並有各種尺寸和有效行程的元件可供使用，它已經成為一種重要的線性驅動元件。氣缸一般有下列特點：
· 直徑範圍： 6—320 mm
· 有效行程： 1—2000 mm
· 活塞桿輸出力：2—50000 n
· 活塞速度： 0.02—1 m/s
三．氣動控制系統特點
氣動控制系統通常採用下列方法對氣動裝置進行控制：
1) 採用純氣動控制方式： 這種方式適用於那些不能採用電氣控制的場合。例如磁頭加工裝置、無靜電裝置等，其控制系統完全由氣動邏輯閥、氣動方向閥、手動控制閥組成。
這種純氣動控制系統，氣路複雜，維修困難，在可以用電控的場合，一般不採用這種方法。
2) 電－氣動控制系統： 這種方式適用於那些簡單的氣動系統控制。如裝置的氣動系統只由3～4個氣缸組成，相互動作之間的邏輯關係簡單，可採用這種控制方式。
由於控制系統採用的是常規的繼電－接觸摸制系統，因此，適用於控制系統複雜程度不高的場合。
3) plc控制系統：這是目前氣動裝置最常見的一種控制方式。由於plc能處理相當複雜的邏輯關係，因此，可對各種型別、各種複雜程度的氣動系統進行控制。
又由於控制系統採用採用軟體程式設計方法實現控制邏輯，因此，通過改變軟體就可改變氣系統的邏輯功能，從而使系統的柔性增加、可靠性增加。
4) 網路控制系統：當系統複雜程度不斷增加，各台裝置之間需相互通訊來協調動作時，需要採用網路控制系統。
5) 綜合控制系統: 當裝置的控制系統複雜，引數選擇性較多，需隨時了解工況時，可採用plc＋人機介面＋現場網路匯流排的綜合控制方式，使控制系統更靈活，控制能力更強，以滿足裝置的控制需求。
1.4 氣動系統的基本構成
1) 採用純氣動控制方式：
純氣動系統的訊號流圖如圖1.4所示。其水平箭頭代表主氣源的流動方向。
主氣源通過末級控制項驅動輸出執行機構。垂直箭頭代表的控制訊號的流動方向，逐級構成一條總控制路徑。其訊號流向是從訊號(輸入)端到末級控制(輸出)端。
可以用各種符號來表徵系統中的各個元件及其功能。採用圖1.5所示的迴路圖將這些符號組合起來可以構成對乙個實際控制問題的解決方案。
迴路圖的畫法形式同上述訊號流圖。不過，在執行機構部分中應加入必要的控制項。這些控制項接受處理器發出的訊號並控制執行機構的動作。
直接控制閥(dcv)具有檢測、訊號處理及實行控制的功能。如果直接控制閥(dcv)被用來控制氣缸運動，那麼，它是乙個執行機構的控制項。如果利用其處理訊號的功能，它就被定義為訊號處理元件。
如果用它來檢測運動，則稱其為感測器。這三種角色的顯著特徵通常取決於閥門的控制方式及其在迴路圖中的位置。
2）採用電－氣動控制方式：
電氣動系統的訊號流圖如圖1.6所示。其水平箭頭代表主氣源的流動方向。
主氣源通過末級控制項驅動輸出執行機構。垂直箭頭代表了電源的流動方向及控制訊號的流動方向，輸入元件通常包括電氣按鈕、各種感測器。處理元件可以是繼電－接觸摸制電路，或者是可程式設計序控制器（plc）、工控計算機等。
末級控制項主要是各種電控方向控制閥、電控壓力及流量控制閥。輸出執行機構的狀態通常通過電訊號反饋到輸入元件。
圖1.7a)為某推料機構的工作原理示意圖。對於乙個電－氣動控制系統，應畫出氣動迴路圖(圖1.7b))及電控迴路圖(圖1.7c或圖1.7d)。
液壓與氣動技術
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