【乐高机械组教程】乐高气动系统介绍

一、什么是气动系统

气压系统是以压缩空气为工作介质来进行能量和信号的传递的系统。最早的气动系统甚至可以追溯到2000多年前著名的希腊发明家Alexandria发明的一种包含气动弹射器的气动装置。

二、为什么要使用气动系统

如果您曾经看过牙医，您可能已经在不知不觉中与气动机构近距离接触。气动牙科器械往往是牙医的首选，因为器械动力强劲，运行平稳。
使用气动系统的一些好处是：
• 气动机器可以做的非常轻便小巧，响应迅速，动力强劲。
• 与液压油相比，空气没有成本，且非常轻。
• 压缩空气易于存储。
• 潮湿环境下，气动机器也是安全的。
• 气动机器在过载情况下，机器可以停止、继续压缩或通过压力释放阀释放空气。
气动系统的一些缺点是：
• 如果液压机中的软管泄漏，流体会导致周围区域变得危险。
• 请注意，任何流体，甚至是空气，在高压下都有潜在危险。

三、气动机构工作原理

气压机构的工作原理是利用外部做功将机械能转变为空气的压力能，然后在控制元件的控制和辅助元件的配合下，通过执行元件把空气的压力能转变为机械能，从而完成直线或回转运动并对外做功。

将机械能转变为空气的压力能，是通过将空气压缩进行实现的。我们知道空气虽然看不见，但是是由很多分子构成的，这些分子具有重量和质量，当空气被置于密闭容器中并被进行压缩时，被压缩的空气分子将含有势能。当压缩空气的外力消失时，压缩空气将持续膨胀直到与容器外压力相同。

四、乐高气动元件介绍

泵、气缸和阀门是构成气动系统的三大基本组件。

1·、气泵

泵用于压缩空气，为了控制泵内的气流，泵内使用了一种专门设计的活塞和柔性隔膜。在下压过程中，泵活塞的密封件将成密闭特性；而在回程时，活塞的密封件则允许空气流过活塞，同时柔性隔膜将卡回原位并组织压缩空气流回泵筒。

2、气缸

气缸的工作原理是将膨胀空气的力（势能）转换为机械运动（动能）。当空气进入气缸时，膨胀空气的力向上或向下推动活塞，具体取决于空气的来向。所有乐高®气缸元件都是双向作用气缸，即压缩空气可以通过气缸的两个进气口进气。

3、三位阀

三位阀具有一个进气口和两个排气口，通过不同阀位来引导气流通任意一出口，或者直接停止气流流动。橡胶阀密封件有一个专门设计的腔室，用于将空气从进气口引导至其中一个排气口。未用于压缩空气的出口会自动打开，允许空气排出。

4、气压计

气压计是测量气压的仪器。乐高气压计元件目前只在2008年的乐高教育气动套装9641中出现过。

5、管子、T形件和储气罐

软管有不同的长度和颜色，用于输送压缩空气。不同的颜色有助于区分和排查连接错误。T形件可以让空气同时流向多个管道。储气罐用于存储压缩空气。

6、气动元件连接

上图是利用一个气泵，一个三位阀和一个气缸组成的典型气动元件连接方式，通过三位阀的不同阀位可以控制气缸的运动方向。在实际搭建过程中，也可以利用多个三位阀来进行扩展，以实现一个气泵控制多个气缸的目的。

五、乐高气动套装介绍

最近上市的乐高气动套装是2021年刚刚上市的42128重型拖车。该套装内包含1台气泵元件，3个气缸元件和3个三位阀，以及若干长短不一的管子。

在42128之前，比较著名的气动套装包括：

2018年的42080森林采伐机，该套装内包含1个气泵，3个气缸及2个三位阀。此外套装内还有电动组件。

2016年的42053沃尔沃EW 160E挖掘机，该套装内包含2个气泵，3个气缸和3个三位阀。

2015年的42043梅赛德斯奔驰卡车，该套装包含1个气泵，4个气缸和4个三位阀，以及配有电动组件。该套装内的气动元件是乐高的气动系统2.0版本，对此前的气动元件进行了改进。

乐高首次推出气动系统是1984年的8851套装挖掘机。

此外1992年推出的8868 机械组气动抓斗车也包含有气动系统。