氣動力學

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用壓縮空氣作為能源的火車頭
氣動設備一覽,在1728年的《百科全書;或藝術與科學通用字典》中

氣動力學(Pneumatics)是物理的一個分支,將空氣或壓縮空氣應用在科技上。

工業常用的氣動系統一般是用壓縮空氣或壓縮惰性氣體來驅動。一般是有中央式,用電力驅動的压缩机產生壓縮氣體,再驅動气压缸英语Pneumatic cylinder气动马达或其他氣動設備。相較於馬達致動器,氣動系統的好處是低價、可變性高,而且又比較安全。

牙醫學建築工地采矿业等都有用到氣動系統。

和液壓系統的比較[编辑]

氣壓系統和液壓系統都是流体动力英语fluid power的應用。氣動力學用容易壓縮的空氣或是氣體做為動力來源,而液壓系統用不容易壓縮的液體(如液壓油)為動力來源。大部份工業氣壓系統的壓力約在80至100磅力每平方英寸(550至690千帕斯卡),而液壓系統的壓力約在1,000至5,000 psi(6.9至34.5 MPa),特殊應用可以超過10,000 psi(69 MPa)。[來源請求]

氣壓系統的優點[编辑]

  • 可簡化設計及控制:用標準的气缸及元件即可設計,用簡單的開關控制即可操作。
  • 可靠度:氣動系統的壽命長,且不太需要維護,因為氣體可壓縮,設備較不會因為衝擊而損壞。氣體可以吸收過大的受力,而液壓系統會直接將力傳送出去。氣動系統在電力中斷後,因為壓縮氣體的壓力,仍可以運作一小段時間。
  • 安全:相較於使用液壓油的液壓系統,氣壓系統失火的可能性小很多,新型的機器多半允許一定程度過載,而且在過載時機器處於安全狀態。

液壓系統的優點[编辑]

  • 液體不會吸收傳送的能量。
  • 由於液體難以壓縮,液壓系統可以產生的力及可推動的負載都比氣壓系統大很多。

氣動系統中用的氣體[编辑]

若是氣動系統安裝在固定非移動的設備上(例如工廠),因此空氣很容易取得,會用壓縮空氣作為氣體來源。壓縮空氣中的濕氣會先去除,在壓縮機中也會加入一些油,以避免腐蝕及幫助潤滑。

工廠氣動系統的氣體是壓縮空氣,因此不需擔心有毒氣體泄漏的問題。較小或是獨立的系統可能會用其他的壓縮氣體,例如氮氣,一般會稱為無氧氮氣(oxygen-free nitrogen),不過若壓縮氮氣大量釋放,可能會有窒息的風險。

除了壓縮空氣外,其他氣動系統中用壓縮氣體都有造成窒息的風險,包括佔空氣中78%的氮氣。壓縮氧氣不會造成窒息、但因為容易著火、價格昂貴,效能沒有比壓縮空氣要好,也不適合用在氣動系統中。

可攜式的氣動工具及小型的車輛、機器可能會用壓縮的二氧化碳作為壓縮氣體,儲存二氧化碳的容器(如滅火器)很容易取得,而且由於二氧化碳液態和氣態之間的相變,儲存二氧化碳的容器可以比儲存壓縮空氣的容器要輕。不過二氧化碳也會造成窒息,且若二氧化碳泄出,人員可能會因其揮發吸熱而凍傷。

氣動邏輯[编辑]

一個氣動元件

氣動邏輯系統常用在工業控制系統中,是包括以下邏輯單元的气动回路英语Pneumatic circuit

在工業程序上,氣動邏輯是可靠及有機能性的控制方式。近年來,許多新的應用已經用電控系統取代氣動邏輯,好處是數位系統的體積小、低價、高精準度及強大的功能性。不過若考慮升級的成本或是安全性,氣動邏輯仍有其優勢[1]

常見的氣動系統及模組[编辑]

相關條目[编辑]

腳註[编辑]

參考資料[编辑]

  • Brian S. Elliott, Compressed Air Operations Manual, McGraw Hill Book Company, 2006, ISBN 0-07-147526-5.
  • Heeresh Mistry, Fundamentals of Pneumatic Engineering, Create Space e-Publication, 2013, ISBN 1-49-372758-3.

外部連結[编辑]