液壓及氣壓傳動 第12-13章氣動回路的設(shè)計及應用實例

1、1第第12章章 氣動控制回路的設(shè)計及應氣動控制回路的設(shè)計及應用實例用實例 氣動技術(shù)是實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化、自動化的方式之一。由于氣壓傳動本身所具有的獨特優(yōu)點，所以應用日益廣泛。前幾章已經(jīng)介紹了氣動元件、輔件、氣動基本回路等知識，本章將在前幾章的基礎(chǔ)上，對所學知識加以應用，達到正確設(shè)計氣動系統(tǒng)并選用氣動元件、輔件的目的。 氣動回路包括一般氣動回路、非時序邏輯系統(tǒng)、時序邏輯系統(tǒng)。非時序邏輯系統(tǒng)是指輸入變量取值是隨機的，沒有時間順序，系統(tǒng)輸出只與輸入變量的組合有關(guān)，與變量取值的先后順序無關(guān)。時序邏輯系統(tǒng)是指系統(tǒng)的輸入信號不是隨機的，而是有序的，整個系統(tǒng)按一定的順序進行，具有時序的要求，也稱“順序控制系

2、統(tǒng)”。思考題思考題與習題與習題13.2 氣壓氣壓傳動傳動系統(tǒng)實例系統(tǒng)實例13.1 氣動氣動系統(tǒng)的系統(tǒng)的設(shè)計計算設(shè)計計算12.2 氣動氣動時序邏輯時序邏輯系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計12.1 氣動氣動非時序非時序邏輯系統(tǒng)邏輯系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計2 氣動回路的設(shè)計方法可以分為以下幾種： 1. 試湊法 該方法是將選用的氣動基本回路、常用回路試湊在一起組成控制回路，然后分析是否能滿足設(shè)計要求。如不能滿足要求，則要修改或另選回路，直到滿足設(shè)計要求為止。此法是液壓回路常用的設(shè)計方法，設(shè)計氣動回路也可以參照使用。 2. 邏輯法 邏輯運算法：該方法是根據(jù)控制要求，直接應用邏輯代數(shù)進行計算化簡。但計算過程較復雜，對于復雜的控制回路

3、不易得到最佳結(jié)果。 圖解法：該方法是利用邏輯代數(shù)的特性，把復雜的計算用圖解的方法表示出來，如信號動作線圖法（XD線圖）、卡諾圖法等。 3. 分組供氣法 該方法是在控制回路中，增加若干個控制元件對行程閥采用分組供氣的方式。產(chǎn)生障礙時，可切斷障礙信號的氣源，防止障礙的產(chǎn)生。此法對單往復系統(tǒng)應用比較方便。 回首頁3 12.1 氣動非時序邏輯系統(tǒng)設(shè)計氣動非時序邏輯系統(tǒng)設(shè)計 “邏輯”一詞英文中是Logic，表示思維的規(guī)律。這類問題常見的有對數(shù)個參數(shù)進行控制的報警回路、根據(jù)檢測信號進行分選的氣控回路等。氣動非時序邏輯系統(tǒng)的設(shè)計有兩種方法：邏輯代數(shù)法、卡諾圖法。 12.1.1 邏輯代數(shù)法設(shè)計邏輯代數(shù)法設(shè)計

4、1. 邏輯代數(shù)的基本運算及簡化規(guī)律 邏輯代數(shù)中的變量只取“0”、“1”兩個值，它們表示相互獨立的兩個狀態(tài)。一般可用“1”表示輸出“有氣”，用“0”表示輸出“無氣”，也可以用“1”表示氣缸“前進”，用“0”表示氣缸“后退”。表16-1是邏輯代數(shù)的幾種基本運算，表16-2是邏輯代數(shù)的基本運算規(guī)律。 回首頁4 回首頁5 回首頁6 2. 邏輯函數(shù)及其簡化 控制系統(tǒng)的輸入與輸出之間的邏輯關(guān)系稱為邏輯函數(shù)。如a、b為輸入，s為輸出，則s=a+b表示的是 a、b、s之間的邏輯關(guān)系，即為邏輯函數(shù)。反之，由已知的真值表得到邏輯函數(shù)稱為邏輯函數(shù)的表寫。邏輯函數(shù)的表寫有兩種方法：積和法、和積法。 (1) 積和法 積

5、和法是將真值表中s=1的變量組中的各變量先求積，再求所有s=1的積式的和。在s=1的積和式中，變量為“1”，則取該變量的本身；變量為“0”，則取該變量的非。 (2) 和積法 和積法是將真值表中s=0變量組中的各變量先求和，再求所有s=0和式的積。在s=0和積式中，變量為“1”，則取該變量的本身；變量為“0”，則取該變量的非。 回首頁7 例12-1 已知邏輯函數(shù)的真值表如表12-3所示，用積和法求其邏輯函數(shù)。表表12-3 邏輯函數(shù)真值表邏輯函數(shù)真值表 解：（1）利用積和法求 取表6-3中s=1的對應項： 、 、 、abc， 求各積式的和： s= =bc+ac+ab (2) 利用和積法求 取表6-

6、3中s=0的對應項： 、 、 、 ， 求各積式的積： s=( )( )( )( ) =ab+ac+bcabcabcabcabcabcabcabccbacbacbacbacbacbacbacba 回首頁8 12.1.2 卡諾圖法卡諾圖法 卡諾圖法是一種簡化邏輯函數(shù)的圖解方法。這種方法用一些和變量有關(guān)的方格組成的矩陣來表示邏輯函數(shù)，每一個方格代表“橫”、“縱”變量的邏輯“與”函數(shù)?？ㄖZ圖法可以直接寫出簡化后的邏輯函數(shù)式，避免了復雜的邏輯運算。具體簡化方法可參見有關(guān)文獻。 回首頁9 12.2 氣動時序邏輯系統(tǒng)設(shè)計氣動時序邏輯系統(tǒng)設(shè)計 12.2.1 概述邏輯控制回路放大器轉(zhuǎn)換器執(zhí)行元概述邏輯控制回路放

7、大器轉(zhuǎn)換器執(zhí)行元件被控對象外部指令或信號行程發(fā)信器件被控對象外部指令或信號行程發(fā)信器 氣動時序邏輯系統(tǒng)是實現(xiàn)自動化廣泛采用的一種控制方法，常見的行程程序控制就屬于時序邏輯系統(tǒng)問題。其控制框圖如圖16-1所示。 回首頁10 1. 符號規(guī)定 為了準確表達和描述氣動程序動作、信號及它們之間的關(guān)系，必須用規(guī)定的符號和數(shù)字表示。 (1) 符號規(guī)定 1）用大寫字母A、B、C、D表示氣缸，用下標“1”、“0”表示氣缸活塞桿的-兩種不同的狀態(tài)，例如A0表示氣缸A活塞桿的收回狀態(tài)，A1表示氣缸A活塞桿的伸出狀態(tài)。參見圖16-2。 2）A氣缸的主控閥也用A表示。 3）主控閥兩側(cè)的氣控信號稱為執(zhí)行信號。用A1*、A

8、0*表示，如A1*表示控制缸A伸出時的執(zhí)行信號，A0*表示控制缸A收回時的執(zhí)行信號。執(zhí)行信號必須是排除障礙的信號。 4）用帶下標的小寫字母a1、a0、b1、b0等分別表示與動作A1、A0、B1、B0等相對應的行程閥及其輸出信號。如a1表示氣缸A活塞桿的伸出到終端位置時所壓下的行程閥及其輸出的信號，b0表示氣缸B活塞桿的收回到終端位置時所壓下的行程閥及其輸出的信號。 回首頁11 5）行程閥的輸出信號稱為原始信號。圖16-2 氣缸、行程閥、信號的符號及程序動作、相位、信號示意圖 回首頁12 (2) 列出工作程序 根據(jù)以上的符號規(guī)定，可以用程序式來表示行程程序氣缸的動作順序。如氣缸的動作順序為：A缸

9、伸出B缸伸出B缸退回A缸退回，用程序式表示則為：其中，q表示手動啟動信號，a1、a0 、b0、b1分別為氣缸到位后由行程閥發(fā)出的原始信號。上述程序可以簡化為：A1 B1 B0 A0。 回首頁13 2. 行程程序的相位與狀態(tài) （1）相位與狀態(tài) 程序式A1B1 B0 A0中有四個動作，這四個動作將整個程序分為四段，每一段稱為一個相位。A1 動作占程序的相位1，B1動作占程序的相位2，B0動作占程序的相位3，A0動作占程序的相位4。 狀態(tài)是指行程程序在氣缸不同動作時行程閥輸出信號的組合。如圖16-2所示，在程序A1 B1 B0 A0 中，A1動作之前，A、B兩缸處于A0 、B0狀態(tài)，即A、B缸均處于

10、退回狀態(tài)。兩缸壓下行程閥a0、b0，并輸出信號a0、b0，則稱行程程序處于a0b0狀態(tài)。A1動作后，壓下行程閥a1，輸出信號a1、b0，行程程序處于a1b0狀態(tài)；B1動作后，壓下行程閥b1，輸出信號a1、b1，行程程序處于a1b1狀態(tài)；B0動作后，壓下行程閥b0，輸出信號a1、b0，行程程序處于a1b0狀態(tài)；A0動作后，壓下行程閥a0，輸出信號a0、b0，行程程序又回到a0b0狀態(tài)。 （2）程序、信號、狀態(tài)表 回首頁14 根據(jù)上述分析，A1 B1 B0 A0 程序可以得到程序、信號、相位狀態(tài)表，如表16-4所示。由于動作是循環(huán)的，所以A0 動作后的輸出信號與A1動作前的信號相同，均為a0 b0

11、，故A1動作前的信號用括號括起，為（a0 b0）。 回首頁15 3. 程序的校核及校正 一個行程程序，其執(zhí)行元件的動作應由該動作在程序中的相位唯一確定，或者說由程序狀態(tài)（又稱信號組合）來控制。如果程序中不同動作由同一個控制信號組合來控制，這樣的系統(tǒng)會出現(xiàn)誤動作或卡死現(xiàn)象。這就需要我們在設(shè)計行程程序控制回路之初先進行程序的校核及校正設(shè)計，以保證程序中每一個動作都有不同的控制信號組合。 （1） 程序的校核 行程程序中存在用同一信號組合控制不同動作的現(xiàn)象，稱該程序為非標準程序。行程程序中每一個動作都由不同信號組合控制，稱該程序為標準程序。判斷行程程序是否標準，只需判斷其程序、信號、相位狀態(tài)表中的信號

12、組合是否有重復項，有重復項則是非標準程序，無重復項則是標準程序。 回首頁16 例12-2 校核程序A1 B1 C1 A0 C0 B0 解：列程序、信號、相位狀態(tài)表，如表16-5所示。從表12-5可見，信號組合無重復項，說明該行程程序中每一個動作都由不同信號組合控制，該程序為標準程序。 回首頁17 例12-3校核程序A1 B1 B0 A0 解：列程序、信號、相位狀態(tài)表，如表16-6所示。 從表12-6可見，2相位的B1動作和4相位的A0動作由同一個信號組合a1 b0控制，信號組合有重復項，該程序為非標準程序。 回首頁18 （1）記憶元件插入的位置應在信號組合兩個重復點之間，以消除重復的組合信號。

13、這里應注意程序中動作的循環(huán)性。 （2）記憶元件插入的方案不是唯一的，應使插入的記憶元件盡量少。 （3）記憶元件應按“X1X0”、“X1Y1X0Y0”、“X1Y1Z1X0Y0Z0”的順序插入，以防止因插入記憶元件產(chǎn)生新的重復信號組合。 （2） 程序的校正 對非標準程序，必須進行程序校正，否則，程序?qū)⒉荒苷＿M行。校正的方法是在程序的適當位置插入記憶元件。程序校正應遵循以下原則： 回首頁19 例12-4 校正程序A1 B1 B0 A0 解：程序、信號、相位狀態(tài)表，如表12-6所示?？梢?，該程序為非標準程序，校正后的新程序為A1 B1 X1 B0A0 X0。校正后的程序、信號、相位狀態(tài)表，如表12-

14、7所示?？梢姡Ｕ笮盘柦M合無重復項，該程序為標準程序。 回首頁20 4. 氣動行程程序系統(tǒng)的分類及設(shè)計步驟、方法 (1）分類 氣動行程程序可以分為：標準程序、非標準程序。其中非標準程序必須插入記憶元件，才能使程序正常進行。標準程序又分為：無障礙標準程序、有障礙標準程序。其中有障礙標準程序可以用邏輯“與”消除障礙，而不必插入記憶元件，可參見后面的例子。 （2） 設(shè)計步驟 氣動行程程序的設(shè)計方法有：信號動作線圖法（XD線圖）、擴大卡諾圖法等。本章僅介紹信號動作線圖法。整個設(shè)計過程如圖16-3所示。 回首頁21 12.2.2 信號信號動作線圖設(shè)計法動作線圖設(shè)計法 本節(jié)主要介紹多缸單往復系統(tǒng)XD線圖

15、的繪制方法。所謂多缸單往復系統(tǒng)是指在行程程序的一個循環(huán)中，每個氣缸只作一次往復運動的系統(tǒng)，即程序中A1 A0、B1 B0 只出現(xiàn)一次。在此系統(tǒng)中每個行程閥在一次循環(huán)中只發(fā)出一次信號，該信號所控制的動作是固定不變的。 （一） 繪制XD線圖 1. 畫XD線圖方格圖 以程序A1B1 B0 A0為例，根據(jù)校正后工作程序，由左至右畫出方格，在頂端依次寫入程序的相位及對應的名稱，在左側(cè)由上至下寫入控制信號及對應的被控動作，控制信號在上，被控動作在下，在最右側(cè)為“雙控執(zhí)行信號表達式”，其中雙控是指主控閥為雙氣控氣動閥。如圖16-4所示。 回首頁22圖12-4 X-D線圖 回首頁23 2. 畫動作線（D線）

16、動作線是指按程序動作從起點到終點的橫線。動作線的起點是在該動作的開始處，用“”表示，動作線的終點是在該動作的結(jié)束處，即其對立動作的開始處（對立動作是指A1與 A0、B1與 B0等不能同時存在的動作），用“”表示。如第一個動作A1，動作線的起點是在該動作的開始處，即A1左側(cè)，用“”表示；動作線的終點是在A1動作的對立動作A0的開始處，即A0左側(cè)，用“”表示。畫動作線時應注意：最后一個程序與第一個程序閉合的特點，即B1之后就是A1。 3. 畫信號線（X線） 信號線是指按程序順序其信號從起點到終點的橫線。信號線的起點是在該信號所控制動作的開始處開始，用“”表示，信號線的終點是在產(chǎn)生該控制信號的動作的

17、對立動作開始處結(jié)束，用“”表示。如控制第一個動作A1的信號b1，信號線的起點是在該信號所控制動作A1的開始處開始，即A1左側(cè)，用“”表示；信號線的終點是在產(chǎn)生該信號b1的動作B1的對立動作B0開始處結(jié)束，即B0左側(cè)，用“”表示。畫信號線時應注意：信號線的起點就是同組中動作線的起點，信號線的終點就是上一組中動作線的終點。 回首頁24 （二）確定障礙信號 1.利用XD線圖確定障礙信號 行程閥所發(fā)出的信號都是長信號，即氣缸動作到位后，相應的行程閥一直有信號，并保持到氣缸相反動作的開始。在X-D線圖的每一組動作信號線中，如果有信號線比其所控制的動作線長的情況，說明當動作狀態(tài)要改變時，其控制信號不允許它

18、改變，這種阻礙動作改變的信號就稱為障礙信號。信號線長于動作線的部分稱為障礙段，用“ ”表示，在多缸單往復氣控系統(tǒng)中這種障礙稱為型障礙。如圖16-4所示。 每個控制信號的第一段是控制動作執(zhí)行的，是不可缺少的，稱為執(zhí)行段。除去執(zhí)行段和障礙段的信號稱為自由段。 2.區(qū)間直觀法快速判斷型障礙法 這是一種不用畫X-D線圖，直接從給定程序就可快速判別障礙信號的方法。在給定的行程程序中，若某個發(fā)令缸的一次往復動作（或復、往）過程中。出現(xiàn)了直接受令缸的往復動作，則發(fā)令缸所發(fā)出的信號將產(chǎn)生型障礙 回首頁25 例如程序A1 B1 B0 A0，在發(fā)令缸A1的一次往復動作中A1A0，出現(xiàn)了直接受令缸B1 的往復動作B

19、1B0，則發(fā)令動作A1所發(fā)出的信號a1有型障礙；在發(fā)令缸B1的一次往復動作中B1B0，沒有出現(xiàn)直接受令缸及其往復動作，則發(fā)令動作B1所發(fā)出的信號b1無型障礙；在發(fā)令缸B0的一次往復動作中B0B1，出現(xiàn)了直接受令缸A0 的往復動作A0A1，則發(fā)令動作B0所發(fā)出的信號b0有型障礙；在發(fā)令缸A0的一次往復動作中A0A1，沒有出現(xiàn)了直接受令缸及其往復動作，則發(fā)令動作A0所發(fā)出的信號a0無型障礙。該分析方法與利用XD線圖確定障礙信號的方法一致，參見圖12-4。 （三）型障礙信號的排除 型障礙信號的產(chǎn)生是因為控制信號線比其所控制的動作線長，所以排除型障礙的實質(zhì)就是縮短控制信號存在的時間，使長信號變成短信號

20、。排除障礙信號的原則是保留控制信號的執(zhí)行段，去掉其障礙段，自由段可以保留也可以去掉。排除型障礙信號的方法有脈沖信號法、邏輯回路法、機械法、順序與法等。這里僅介紹采用“邏輯與” 排除型障礙信號的方法。 回首頁26 為了排除某個有障礙信號m的障礙信號，需要另外一個信號（又稱為制約信號）n，將信號m與信號n相“與”，去除m信號中的障礙段。選擇制約信號n的原則是：使信號n在信號m的障礙段不存在，而在m的執(zhí)行段存在。例如，在圖16-4中，控制動作B1的信號a1是有障礙信號，選擇信號x0作為制約信號，這是因為x0在障礙信號a1的障礙段沒有信號，而在a1的執(zhí)行段有信號。信號a1和x0的“與”，恰好去除了a1

21、的障礙段，保留了a1的執(zhí)行段。 （四） 確定執(zhí)行信號 按照上述方法將主控信號排除障礙信號后填入X-D線圖“雙控執(zhí)行信號表達式”一欄，另外應考慮程序啟動信號q共同成為第一個動作的執(zhí)行信號。 應該注意的是，標準程序可以直接做XD線圖，并用“邏輯與”排除障礙；非標準程序則必須先進行程序的校核與校正，插入記憶元件后，才可以做XD線圖，并用“邏輯與”排除障礙。 回首頁2712.2.3 繪制氣動控制系統(tǒng)邏輯原理圖繪制氣動控制系統(tǒng)邏輯原理圖 氣動控制系統(tǒng)邏輯原理圖是根據(jù)XD線圖的執(zhí)行信號表達式，并考慮啟動、復位等其它要求畫出的邏輯圖，它是由XD線圖設(shè)計出氣動控制系統(tǒng)回路圖的橋梁。邏輯原理圖中的各類元件可由氣

22、動閥類元件、氣動邏輯元件組成。 （一） 氣動邏輯原理圖的基本組成 邏輯控制回路主要是用“或”、“與”、“非”、“記憶”等邏輯符號來表示。應注意，其中任意符號為邏輯運算符號，不一定總代表某一確定的元件，因為同一邏輯符號在氣動原理圖上可由多種方案表示出來，如：“與”的邏輯符號可以是一種邏輯元件，也可以由兩個氣閥串接而成。 形成發(fā)信裝置主要是行程閥，也包括啟動閥、復位閥等。在各個控制信號上加上小方框表示各種原始信號（如圖16-5中a1加上小方框表示壓下行程閥a1后，行程閥a1發(fā)出的信號a1），而畫在小方框上方的符號表示閥的操縱方式。（如手動）。 回首頁28 執(zhí)行元件（如氣缸）的操縱由主控閥的輸出表示

23、。主控閥常采用雙氣控閥，可以用邏輯元件中的記憶符號表示。 （二） 氣動邏輯原理圖的畫法 氣動邏輯原理圖主要是根據(jù)X-D線圖中“雙控執(zhí)行信號表達式”欄中的邏輯表達式，用上述符號畫出。具體步驟如下： 把系統(tǒng)中每個執(zhí)行元件的兩種狀態(tài)與主控閥相連后，自上而下一個個畫在圖的右側(cè)。把發(fā)信器（如行程閥）大致對應其所控制的執(zhí)行元件，一個個畫在圖的左側(cè)。在圖上要反映出執(zhí)行信號的邏輯表達式與邏輯符號之間的關(guān)系，并畫出操作必須增加的閥（如啟動閥） 回首頁29 12.2.4 繪制氣動控制系統(tǒng)回路原理圖繪制氣動控制系統(tǒng)回路原理圖 氣動控制系統(tǒng)回路原理圖是根據(jù)邏輯原理圖繪制的。繪制時應注意以下幾點： 1. 要根據(jù)具體情況

24、選用氣閥、邏輯元件或射流元件來實現(xiàn)。通常氣閥及執(zhí)行元件圖形符號要按液壓、氣動國標表示，射流元件按通用符號表示。 2. 一般規(guī)定工作程序圖的最后程序終了時刻作為氣動回路的初始位置（即靜止位置），因此，回路原理圖上行程閥等的供氣及進出口連接位置，應按回路初始靜止位置的狀態(tài)連接。 3. 控制回路的連接一般用虛線表示，對較復雜的氣控系統(tǒng)為防止連線過亂，建議用細實線代替虛線。 4. “與”、“或”、“非”、“記憶”等邏輯關(guān)系的連接，可按第十四章有關(guān)內(nèi)容選用。 5. 繪制回路原理圖時，應在圖上寫明工作程序?qū)Σ僮饕蟮恼f明。 6. 氣控回路繪制時，習慣將系統(tǒng)全部執(zhí)行元件都水平或垂直排列，執(zhí)行元件下面畫出相應

25、的主控閥及控制閥，行程閥直觀地畫在氣缸的活塞桿伸出、縮回對應的位置上。返回首頁3013.1 氣動系統(tǒng)的設(shè)計計算氣動系統(tǒng)的設(shè)計計算 氣動系統(tǒng)的設(shè)計與計算是氣動系統(tǒng)總體設(shè)計的一部分。設(shè)計時應首先明確主機對氣動系統(tǒng)在動作、操作力、工作環(huán)境等方面的要求；在此基礎(chǔ)上進行必要的設(shè)計計算，正確合理地選擇動力元件、控制元件、執(zhí)行元件、輔助元件；此外還應滿足結(jié)構(gòu)簡單、工作安全可靠、經(jīng)濟性好、使用維修方便等設(shè)計原則。 13.1.1 氣動系統(tǒng)的設(shè)計步驟氣動系統(tǒng)的設(shè)計步驟 （一）明確工作要求 設(shè)計前一定要弄清楚主機對氣動控制系統(tǒng)的要求，包括以下幾個方面： 1. 運動和操作力的要求：主機的動作順序、動作時間、運動速度及

26、其可調(diào)范圍、運動的平穩(wěn)性、定位精度、操作力及聯(lián)鎖和自動化程度等。 2. 工作環(huán)境條件：溫度、防塵、防爆、防腐蝕要求及工作場地的空間等情況必須調(diào)查清楚。 3. 系統(tǒng)和機、電、液控制相配合的情況，及對氣動系統(tǒng)的要求。 回首頁31 （二）設(shè)計氣控回路 1.列出氣動執(zhí)行元件的工作程序 2.對程序進行校核及校正，寫出校正后的程序 3.作X-D線圖，寫出執(zhí)行信號的邏輯表達式 4.畫出系統(tǒng)的邏輯原理圖 5.畫出系統(tǒng)的氣動回路原理圖 注意：為了得到最佳的氣動系統(tǒng)回路，設(shè)計時可以根據(jù)邏輯原理圖作出幾種方案進行比較，最后合理選擇。選擇設(shè)計執(zhí)行元件選擇設(shè)計執(zhí)行元件包括確定氣缸或氣馬達的類型、安裝方式、具體的結(jié)構(gòu)尺寸

27、、行程、密封形式、耗氣量等。設(shè)計中要優(yōu)先考慮選用標準規(guī)格的氣缸。 回首頁32 注意：進行氣缸的設(shè)計計算時，應考慮氣缸的效率，一般可按0.8計算。當選用某廠產(chǎn)品時，應查看產(chǎn)品樣本中氣缸的理論作用力與氣缸內(nèi)徑之間的關(guān)系表或曲線，來確定氣缸內(nèi)徑，選擇氣缸（一般壓力是按0.4MPa計算）。參見表16-8。 （三）選擇設(shè)計執(zhí)行元件 選擇設(shè)計執(zhí)行元件包括確定氣缸或氣馬達的類型、安裝方式、具體的結(jié)構(gòu)尺寸、行程、密封形式、耗氣量等。設(shè)計中要優(yōu)先考慮選用標準規(guī)格的氣缸 回首頁33 （四）選擇控制元件 1. 確定控制元件的類型確定控制元件的類型：元件有以下類型，電控氣閥、氣控氣閥、氣控邏輯元件等，可根據(jù)具體要求選

28、用。 2. 確定控制元件的通徑確定控制元件的通徑：一般控制閥的通徑可按閥的工作壓力與最大流量確定，所選閥通徑應盡量一致，以便于配管。對于減壓閥或定值器還必須考慮壓力調(diào)整范圍來確定不同的規(guī)格。壓力調(diào)節(jié)范圍通常為：微壓0-0.01MPa；低壓0-0.03 MPa；標準0.4-0.8 MPa；高壓0.8-1.6 MPa。控制元件的通流能力原則上可參閱表16-9。 回首頁34 （五）選擇氣動輔件 1. 分水濾氣器：其類型主要根據(jù)過濾精度和流量的要求確定。一般氣動回路、操縱氣缸、截止閥等要求過濾精度50-75m，操縱氣馬達等有相對運動情況的要求過濾精度25m，氣控滑閥、氣動射流元件、精密檢測等回路要求過

29、濾精度10m。分水濾氣器的通徑由流量確定，并要和減壓閥相同。 2. 油霧器：根據(jù)油霧顆粒直徑的大小和流量確定。當與減壓閥、分水濾氣器串聯(lián)使用時，三者通徑要一致。 3. 消聲器：可根據(jù)工作場合選擇不同形式的消聲器，通徑大小可根據(jù)通過的流量確定，一般與匯流板排氣孔通徑大小一致。 分水濾氣器等氣動輔件的通徑原則上也可以按表16-12來確定。 回首頁35 （六） 確定管道直徑、計算壓力損失 1. 確定管道直徑：管道直徑可根據(jù)通過的流量并考慮前面確定的控制元件通徑一致的原則初步確定，然后在驗算壓力損失后，加以修正，最終確定。根據(jù)下式計算管道內(nèi)徑d： （16-1） 式中 q 管道內(nèi)壓縮空氣的流量，m3/s

30、； v 管道內(nèi)壓縮空氣的流速，m/s。一般廠區(qū)管道內(nèi)流速為8-10m/s；車間10-15 m/s。為了避免壓力損失過大，通常限定流速為25-30 m/s。24qd v 回首頁36 2. 計算壓力損失： 為了保證執(zhí)行元件的正常工作，壓縮空氣通過各種控制元件、輔助元件及其連接管道的總的壓力損失必須滿足下式： （16-2）式中 總的壓力損失（包括沿程壓力損失之和及局部壓力損失之和），Pa； 沿程壓力損失之和，Pa； 局部壓力損失之和，Pa； 允許壓力損失，Pa。 實際計算時，可以采用下面的簡化公式計算壓力損失： （16-3）式中 流經(jīng)控制元件、輔助元件的總壓力損失之和，Pa。查表16-10進行計算。

31、 壓力損失修正系數(shù)。 =1.05-1.3，對于長管道、截面復雜管道，取大值。2p ppppl ppl p pppKpp2pKpK 回首頁37 如果算出的總壓力損失 ，則初步選定的管徑可確定為所需要的管徑。如果算出的總壓力損失 ，則必須加大管徑或改進管道布置，以降低總的壓力損失，直到 為止，從而得到最終的管道直徑。pppppp 回首頁38 回首頁39 (七) 選擇空壓機 選擇空壓機的依據(jù)是：空壓機的供氣壓力和供氣量。 1. 計算空壓機的供氣量 （16-4） 式中 空壓機的供氣量，m3/s； 利用系數(shù)，為了保證設(shè)備同時使用，適當增加供氣量，可查閱有關(guān)參考文獻； -漏損系數(shù)，主要是考慮系統(tǒng)的泄漏，供

32、氣量增加15%50% ，k1=1.151.5； 備用系數(shù)，為了保證一定的裕度，供氣量增加20%60%，k2=1.21.6； 一臺設(shè)備在一個周期內(nèi)的平均用氣量（自由空氣量），m3/s； 用氣設(shè)備臺數(shù)。niZqKKq121q1K2KZqn 回首頁40 2.計算空壓機的供氣壓力 (16-5) 式中 空壓機的供氣壓力，Pa； 系統(tǒng)壓力，Pa。pppsspp 回首頁4113.1.2 氣動系統(tǒng)的設(shè)計計算舉例氣動系統(tǒng)的設(shè)計計算舉例例16-5設(shè)計某廠鼓風爐鐘罩式加料裝置氣動系統(tǒng)。解：（一）明確工作要求 1. 工作要求；加料機構(gòu)如圖16-7所示。ZA、ZB分別為鼓風爐上、下兩個料鐘：頂料鐘、底料鐘。WA、WB分

33、別為頂、底料鐘的配重，料鐘平時處于關(guān)閉狀態(tài)。A、B分別為操縱頂、底料鐘的氣缸。該料鐘具有手動與自動加料兩種方式。自動加料：加料時，吊車把物料運來，頂鐘ZA開啟、卸料于兩鐘之間，然后延時發(fā)訊，使頂鐘關(guān)閉；之后底鐘開啟、卸料到爐內(nèi)，再延時關(guān)閉底鐘，循環(huán)結(jié)束。 2. 運動要求：料鐘開、閉一次的時間t =6 s，缸行程s=600mm，行程末端平緩些。 3. 動力要求：頂部料鐘打開的推力=5.10103N；底部料鐘打開的作用力FA=2.4104N。 4. 工作環(huán)境：環(huán)境溫度3040，灰塵較多。 回首頁42圖16-7 鼓風爐加料裝置氣動機構(gòu)示意圖 回首頁43 （二）設(shè)計氣控回路 1. 列出氣動執(zhí)行元件的工

34、作程序 根據(jù)爐體具體結(jié)構(gòu)的限制，料鐘中心線上下方不宜安裝氣缸，有故障時兩個料鐘應處于封閉狀態(tài)，所以采用重力封閉方案，即頂鐘ZA、底鐘ZB關(guān)閉時靠自重，如圖16-7所示。則頂鐘ZA開啟是其控制氣缸活塞桿外伸，關(guān)閉時是其控制氣缸活塞桿縮回；底鐘ZB開啟是其控制氣缸活塞桿縮回，關(guān)閉時是其控制氣缸活塞桿外伸。 設(shè)操縱頂料鐘的氣缸為A，氣缸活塞桿外伸為A1、氣缸活塞桿縮回為A0；操縱底料鐘的氣缸為B，氣缸活塞桿外伸為B1、氣缸活塞桿縮回為B0。則氣動執(zhí)行元件的工作程序為： 延時 延時 加料吊車放罐壓下閥頂鐘開頂鐘閉底鐘開底鐘閉 即工作程序為：A1 A0 B0 B1 回首頁44 2. 對程序進行校核及校正

35、，寫出校正后的程序 程序校核見表16-11，校正后的程序為：A1 X1 A0 B0 X0 B1 回首頁45 3. 作X-D線圖，寫出執(zhí)行信號的邏輯表達式 X-D線圖見圖16-8。圖16-8 X-D線圖 回首頁46 4. 畫出系統(tǒng)的邏輯原理圖系統(tǒng)的邏輯原理圖見圖16-9。但信號a1、b0應延時。圖16-9邏輯原理圖 5. 畫出系統(tǒng)的氣動回路原理圖 回首頁47 （三）選擇、設(shè)計執(zhí)行元件氣缸設(shè)計 1.確定類型： 根據(jù)題目要求，并考慮到氣缸的受力，可采用兩個單作用、緩沖型、中間擺軸式氣缸。 2.氣缸內(nèi)徑計算： 系統(tǒng)壓力 =0.4MPa，氣缸活塞桿平均速度 =600/6=100mm/s，效率 =0.8。

36、 則頂部料鐘氣缸內(nèi)徑為： = = 0.142（m） = 142（mm ） 若考慮 =0.160.4 ， 底部料鐘氣缸內(nèi)徑為： =（1.011.09） 因爐體總體布置限制，底部料鐘氣缸的操作力為拉力，同時考慮缸徑較大，前面系數(shù)取1.03。故底部料鐘氣缸內(nèi)徑為： =1.03 = 0.318（m） = 318（mm）。 tsv pA4F34 5.1 1053.14 4 100.8p ADBBDdBDB4FpBDB4F44 2.41053.14 410 0.8p 回首頁48 查機械設(shè)計手冊，取標準缸徑 =160mm， =320mm，活塞桿直徑 =80mm, =80mm,缸行程均為 s =600mm?；?/p>

37、者查表16-8，按0.4MPa時的作用力大小，查氣缸直徑，可得到同樣結(jié)果。 3. 選擇氣缸：氣缸型號為：頂部料鐘氣缸A：QGB160600MT4 , 底部料鐘氣缸B：QGB320600MT4。 4. 驗算氣缸力的大?。?頂部料鐘氣缸： （N）5100 （N） 底部料鐘氣缸： （N）24000 （N）ADBDAdBd643048 . 010416. 014. 34522pDFAA2411548 . 0104)08. 032. 0(14. 34)(52222pdDFBBB 回首頁49 5.耗氣量計算：取氣缸的容積效率 =0.9。氣缸B的供氣端是有桿腔。v 回首頁50 （四）選擇控制元件 根據(jù)系統(tǒng)對

38、控制元件工作壓力及流量的要求，選定下列各閥。行程閥、邏輯閥、手動換向閥、延時閥等均為控制氣路上的閥，所以可選通徑較小的閥，此處通徑選為6mm。 1.主控換向閥： 缸A主控換向閥：系統(tǒng)要求壓力 =0.4MPa, =2.2310 -3 m3/s，查表16-9，故通徑為15mm，主控換向閥A型號為：23Q2-15TZ1。 缸B主控換向閥：系統(tǒng)要求壓力 =0.4MPa， =8.3710 -3 m3/s，查表16-9，故通徑為25mm，主控換向閥B型號為：23Q2-25TZ1。 2.減壓閥：根據(jù)系統(tǒng)要求的壓力、流量，同時考慮A、B缸不會同時工作的特點，減壓閥可按流量、壓力最大的缸（B缸）選取，選擇氣動三

39、聯(lián)件型號為：Q3LJW-C25-F1。 3.行程閥： a0、a1、b0、b1均為二位三通常閉杠桿滾輪式行程閥。型號為：23JC3-L6H-Z1。pAqpBq 回首頁51 3. 行程閥： a0、a1、b0、b1均為二位三通常閉杠桿滾輪式行程閥。型號為：23JC3-L6H-Z1。 4. 邏輯閥：S選為二位五通雙氣控閥，型號為：25ZQ2-6G1。 5. 手動換向閥：q選為二位三通按鈕式換向閥，型號為：23JR1-L6-L1。 6. 延時閥：型號為：23MC-L6H-C1。 （五）選擇輔助元件： 輔助元件的選擇要與減壓閥相適應。前面已選氣動三聯(lián)件，所以只選擇消聲器的型號。 消聲器型號為：XS-L25

40、。 （六）確定管道直徑、計算壓力損失 1.確定管道直徑：可按各管徑與氣動元件通徑一致的原則初定各段管徑，參見圖16-7c。 oe段，管徑取d=25mm； 回首頁52 yo段，考慮到有兩臺鼓風爐同時工作，流量為供給兩臺鼓風爐流量之和，所以 可得 =252+252， =35.4mm，取標準管徑 =40mm。 2.計算壓力損失 如圖16-7c所示，因A缸的管路較B缸細，壓力損失較大，所以驗算供氣管從y處到A缸進氣口x處的壓力損失是否在允許的范圍內(nèi)，即 。44422212vdvdvdppppl 22212ddddd 回首頁53 （1）沿程壓力損失： (16-6) 式中 沿程阻力系數(shù)，值由雷諾數(shù)和管壁相

41、對粗糙度確定； 管道的長度，m； d 管道直徑，m； v 氣體的運動速度，m/s； 氣體的密度，kg/m3，在基準狀態(tài)下， =1.293kg/m3。 溫度30、壓力0.4MPa時，查得運動粘度： =1.6610-5m2/s,氣體的密度為：22vdlpll 回首頁54 回首頁55 回首頁56 回首頁57 流經(jīng)元、輔件的壓力損失： 查表16-10得流經(jīng)分水濾氣器的壓力損失 =0.02MPa；流經(jīng)油霧器的壓力損失 =0.015MPa；流經(jīng)截止閥式換向閥的壓力損失 =0.015MPa。 則流經(jīng)元、輔件的局部壓力損失為 =0.02+0.015+0.015=0.05 （MPa）。 總的局部壓力損失： =0

42、.0077+0.05=0.0576（MPa） （3）總的壓力損失 =0.007+0.0576=0.065（MPa） 取安全系數(shù)Kp=1.1，則 1.1 =1.10.065=0.0715（ MPa） =0.1（MPa）bpdpgp2ppppbdg 12ppp pp pp 回首頁58 回首頁59 2.計算缸的理論用氣量 參見公式（12-1） (16-8) 一臺用氣設(shè)備上的氣缸總用氣量，m3/s； n 用氣設(shè)備的臺數(shù)，本題目左右有兩臺爐子有兩組同樣的氣缸，n = 2； m 一臺設(shè)備上用氣執(zhí)行元件的個數(shù)，本題目一臺爐子上有A、B兩個氣缸，m = 2； a 氣缸在一個周期內(nèi)單程作用次數(shù)，a =1； 一臺

43、設(shè)備中某一氣缸在一個周期內(nèi)的平均用氣量，m3/s； t 某一氣缸一個單行程的時間，s；本題目tA=tB=6s。 T 某設(shè)備的一次工作循環(huán)時間，s；本題目T=2tA+2tB=24s。nimjzjnizTtaqq111zqzjq 回首頁60 若考慮左右兩臺鼓風爐的氣缸都由一臺空壓機供氣，則氣缸的理論用氣量： =2(111.0410-36+14.1410-26)/24 =2.62210-2 （m3/s） 3.計算空壓機的理論用氣量 取設(shè)備利用率=0.95，漏損系數(shù)K1=1.2，備用系數(shù)K2=1.3。則空壓機的理論用氣量為： =0.951.21.32.62210-2=3.88510-2 m3/s=2.

44、33（m3/min）=0.0338（m3/h） 如無氣源系統(tǒng)而需單獨供氣時，可按供氣壓力0.5MPa、流量 =0.0338（m3/h）查有關(guān)手冊選用4S-2.4/7型空壓機，其額定排氣壓力為0.7MPa、額定排氣量為0.04m3/h。 2(11) / 241nqqtqtzB BA Ai 121nqKKqZjiqj 回首頁61元件的規(guī)格型號列于表16-12 回首頁62 13.2 氣壓傳動系統(tǒng)實例氣壓傳動系統(tǒng)實例 氣動技術(shù)是實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化、自動化的方式之一。因為氣壓傳動系統(tǒng)使用安全、可靠，可以在高溫、易燃、易爆、強磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作，所以其應用日益廣泛。本節(jié)簡要介紹幾種氣壓傳動及控制系統(tǒng)

45、在生產(chǎn)中的應用實例。13.2.1 氣動控制機械手氣動控制機械手 在某些高溫、粉塵及噪聲等環(huán)境惡劣的場合，用氣控機械手替代手工作業(yè)是工業(yè)自動化發(fā)展的一個方向。本例介紹的氣控機械手模擬人手的部分動作，按預先給定的程序、軌跡和工藝要求實現(xiàn)自動抓取、搬運，完成工件的上料或卸料。為了完成這些動作，系統(tǒng)共有四個氣缸，可在三個坐標內(nèi)工作，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖16-11所示。 回首頁63圖16-11 氣控機械手結(jié)構(gòu)示意圖 回首頁64 圖16-11中A 缸為抓取機構(gòu)的松緊缸，A 缸活塞后退時抓緊工件，A缸活塞前進時松開工件。B 缸為長臂伸縮缸。C 缸為機械手升降缸。D 缸為立柱回轉(zhuǎn)缸，該氣缸為齒輪齒條缸，把活塞的直線運動變?yōu)榱⒅男D(zhuǎn)能夠，從而實現(xiàn)立柱的回轉(zhuǎn)。對機械手的控制要求是：手動閥啟動后，程序控制從第一個節(jié)拍連續(xù)運轉(zhuǎn)到最后一個節(jié)拍，把機械手右下方的工件搬到左上方的位置上去。 上面的程序可以簡寫為： 立柱下降伸臂夾緊工件縮臂立柱左回轉(zhuǎn)立柱上升放開工件立柱右回轉(zhuǎn) 即為：C0 B1 A0 B0 D1 C1 A1 D0。 1. 經(jīng)校核該程序為標準程序 2. 作XD線圖，如圖16-12a所示。 3. 繪邏輯原理圖，如圖16-12b所示。 4. 繪氣動回路原理圖，如圖16-12c所示。 回