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气动技术

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如图,气动(压缩空气)机车头曾常被用来在矿井中进行运输,因为在矿井里蒸汽机有爆炸的危险。这列1923年的3290号机车头由H.K.波特公司(H.K. Porter, Inc)收藏。

气动(源自希腊语:πνεύμα·pneuma,意为生命的气息)是以气体或压缩气体为工作介质的工程技术之一。

工业中使用的气动系统通常是由压缩空气或压缩惰性气体来驱动的。位于中央的电动压缩机为气缸、气动马达和其他气动装置提供动力。气动系统通过手动或电磁阀自动控制,具有成本更低、灵活性和安全性更高的优点,从而可以替代电动机和制动器。

气动技术在牙科、建筑、采矿和其他领域也有应用。

1 气动系统和部件应用实例编辑

  • 公共汽车和卡车上的空气制动器
  • 火车上的空气制动器
  • 空气压缩机
  • 用于气动车辆的空气发动机
  • 应用于神经胃肠病学和电力研究的气压调节系统
  • 电缆喷射,一种在管道中安装电缆的方法
  • 牙钻
  • 气动马达和气动车辆
  • 气动装填
  • 霍尔曼投射炮,一种气动防空武器
  • 暖通空调控制系统
  • 充气式结构
  • 可以用来建立气动模型的乐高气动技术
  • 管风琴
    • 电子-空气作用式
    • 管道-空气作用式
  • 自动演奏钢琴
  • 气压传动装置
  • 气动气枪
  • 气囊
  • 气缸
  • 气动发射器,一种马铃薯枪
  • 气动邮递系统
  • 气动马达
  • 充气轮胎
  • 气动工具:
    • 道路工人使用的手提钻
    • 气动射钉枪
  • 调压器
  • 压力传感器
  • 压力继电器
  • 过山车
  • 真空泵

2 气动系统中使用的气体编辑

工厂等固定设备中的气动系统使用压缩空气,是因为压缩大气可以实现持续供应。空气中的水分通常会被去除,并且压缩机中会添加少量的油来防止腐蚀和润滑机械部件。

工厂的气动用户不必担心有毒气体泄漏,因为气体通常只是空气。一些小型的或独立的系统会使用其他有窒息危险的压缩气体,如氮气——通常称为OFN(无氧氮气),它是储存在气瓶中供给的。

除空气以外的任何压缩气体都有窒息的危险——包括空气中含量78%的氮气。压缩氧气(空气中含量大约21%)虽然不会窒息,但不用于气动设备,因为它有引发火灾的隐患,成本高且不具备空气的性能优势。

便携式气动工具和小型车辆,例如机器人大战中的机器和其他非专业的用途,通常由压缩二氧化碳提供动力,因为设计用来容纳它的容器(例如苏打水罐和灭火器)很容易获得,二氧化碳在液态和气态之间的相变,可以在更轻的容器中存储更多的压缩气体。另外,二氧化碳是一种窒息物,如果排放不当,可能会造成意外冻伤的危险。

3 历史编辑

气动技术的起源可以追溯到第一世纪,当时被称为“亚历山大的赫伦( Hero of Alexandria)”的古希腊数学家公布了他的发明是由蒸汽或风驱动的。

德国物理学家奥托·冯·格里克(Otto von Guericke ,1602—1686)更进一步。他发明了真空泵,这是一种可以从与之连接的容器中抽出空气或气体的装置。他演示了真空泵利用气压来分离成对铜半球的实验(马德堡半球实验)。多年来,气动技术领域发生了很大变化,气动技术的应用已经从小型手持设备发展到具有多个不同功能部件的大型机械设备。

4 与液压技术比较编辑

气动技术和液压技术都是流体动力的应用。气动技术使用容易压缩的气体介质,如空气或其他适合的单一气体,而液压使用相对不可压缩的液体介质,如液压油。大多数工业气动应用中使用约80至100磅/平方英寸(550kpa至690kpa)的压力。液压应用中通常使用1,000至5,000磅/平方英寸(6.9Mpa至34.5Mpa),但特殊应用可能超过10,000磅/平方英寸(69Mpa)。

4.1 气动技术的优势

  • 设计和控制简单——设备设计过程中可以方便地使用标准气缸和其他气动部件,并通过简单的开关控制进行操作。
  • 可靠性——气动系统通常具有较长的运行寿命,并且几乎不需要维护。因为气体是可压缩的,所以设备较少受到冲击损坏。气体可以吸收过多的力,而液压系统中的液体会直接将力传递给设备。压缩气体是可以储存的,所以如果停电,设备还会运转一段时间。
  • 安全性——与液压油相比,气体着火的几率非常低。新设备通常在一定限度内的过载运行也是安全的。

4.2 液压技术的优势

  • 液体不吸收任何供给的能量。
  • 由于不可压缩性,能够驱动更高的负载以及提供更高的力。
  • 液压工作流体基本上是不可压缩的,所以弹性作用极小。当液压流体停止流动时,负载的轻微运动就会释放掉作用在负载上的液压压力,而不需要“排出”压缩空气来释放负载压力。
  • 与气动技术相比,响应速度更快。
  • 提供比气动技术更大的动力。
  • 还可以同时达到多个目的:润滑、冷却和动力传输。

5 气动逻辑编辑

气动逻辑系统(有时称为气动逻辑控制)有时常用于控制工业过程,由以下主要逻辑单元组成:

  • 与门单元
  • 或门单元
  • 继电器或放大器单元
  • 截止单元
  • “计时器”单元
  • 射流放大单元,它除了气体本身外没有任何运动部件

气动逻辑是工业过程中一种可靠的功能控制方法。近年来,由于数字控制的尺寸更小、成本更低、精度更高和功能更强大,气动逻辑系统在新设备中已经很大程度上被电子控制系统所取代。但当需要优化成本或以安全为主要考虑因素时,仍然有必要使用气动设备。[1]

6 笔记编辑

  1. KMC Controls. "Pneumatic to Digital: Open System Conversions" (PDF). Retrieved 5 October 2015.

参考文献

  • [1]

    ^KMC Controls. "Pneumatic to Digital: Open System Conversions" (PDF). Retrieved 5 October 2015..

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