氣動(dòng)回路與氣動(dòng)系統(tǒng)

1、第11章 氣動(dòng)回路與氣動(dòng)系統(tǒng)氣動(dòng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化、自動(dòng)化的方式之一。氣動(dòng)系統(tǒng)使用安全、可靠，可以在高溫、振動(dòng)、腐蝕、易燃、易爆、多塵、強(qiáng)磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作，因而應(yīng)用日益廣泛。氣動(dòng)系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)一樣，都是由一個(gè)或多個(gè)最簡(jiǎn)單的基本回路組成的。氣動(dòng)基本回路和常用回路是為了實(shí)現(xiàn)特定功能而把某些氣動(dòng)元件和管道按一定的方式組合起來的結(jié)構(gòu)，是分析、設(shè)計(jì)和使用氣動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)。11.1 氣動(dòng)基本回路氣動(dòng)基本回路是氣動(dòng)系統(tǒng)的基本組成部分，按照功能可分為壓力和力控制回路、換向控制回路、速度控制回路、位置控制回路等。11.1.1 壓力和力控制回路（一）壓力控制回路在氣動(dòng)系統(tǒng)中，壓力控制不僅是維持系統(tǒng)正常工

2、作所必需的，而且也是關(guān)系到系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、安全性及可靠性的重要因素。為調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)的壓力，可以采用壓力控制回路。（1）一次壓力控制回路一次壓力控制回路用于控制壓縮空氣站的貯氣罐的輸出壓力，使之穩(wěn)定在一定的壓力范圍內(nèi)，常用外控式溢流閥（作安全閥）和電觸點(diǎn)壓力表（或壓力繼電器）使貯氣罐內(nèi)的壓力保持在規(guī)定范圍內(nèi)。(a) (b)圖11-1 一次壓力控制回路1安全閥；2貯氣罐；3電觸點(diǎn)壓力表；4壓力繼電器如圖11-1(a)所示，空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)后將壓縮空氣經(jīng)單向閥向貯氣罐2內(nèi)送氣，當(dāng)罐內(nèi)壓力上升到最大值時(shí)，電觸點(diǎn)壓力表3發(fā)出控制信號(hào)，使壓縮機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)罐內(nèi)壓力下降到最小值時(shí)，電觸點(diǎn)壓力表3再次發(fā)出控制信

3、號(hào)，使壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，并向貯氣罐供氣。圖11-1(b)所示的回路中，用壓力繼電器4 代替了圖11-1(a)中的電觸點(diǎn)壓力表3。壓力繼電器同樣可調(diào)節(jié)壓力的上限值和下限值，這種方法常用于小容量壓縮機(jī)的控制?；芈分械陌踩y1的作用是當(dāng)電觸點(diǎn)壓力表、壓力繼電器或電路發(fā)生故障，導(dǎo)致壓縮機(jī)不能停止運(yùn)轉(zhuǎn)，貯氣罐內(nèi)壓力不斷上升，當(dāng)壓力達(dá)到調(diào)定值時(shí)，該安全閥會(huì)打開溢流，使罐內(nèi)壓力穩(wěn)定在調(diào)定壓力值的范圍內(nèi)。（2）二次壓力控制回路為了使系統(tǒng)正常工作，保持穩(wěn)定的性能，以達(dá)到安全、可靠、節(jié)能等目的，需要對(duì)系統(tǒng)的工作壓力進(jìn)行控制。在如圖11-2 所示的壓力控制回路中，從壓縮空氣站一次回路過來的壓縮空氣，經(jīng)空氣過濾器1、減壓閥

4、2、油霧器3供給氣動(dòng)設(shè)備使用。在此過程中，調(diào)節(jié)減壓閥就能得到氣動(dòng)設(shè)備所需的工作壓力。應(yīng)該指出，這里的油霧器3主要用于對(duì)氣動(dòng)換向閥和執(zhí)行元件進(jìn)行潤(rùn)滑。如果采用無給油潤(rùn)滑的氣動(dòng)元件，則不需要油霧器。圖11-2 二次壓力控制回路 1空氣過濾器；2減壓閥；3油霧器（3）高低壓控制回路如果有些氣動(dòng)設(shè)備時(shí)而需要高壓，時(shí)而需要低壓，就可采用圖11-3所示的高低壓轉(zhuǎn)換回路。其原理是先用減壓閥1和2將氣源壓力調(diào)至兩種不同的壓力和，再由二位三通閥3 轉(zhuǎn)換成或。圖11-3 高低壓控制回路1、2減壓閥；3電磁換向閥（二）力控制回路氣缸等執(zhí)行元件和液壓執(zhí)行元件一樣，輸出力的大小與輸入壓力和元件的受力面積有關(guān)。因?yàn)闅鈩?dòng)系

5、統(tǒng)的輸入壓力一般不太高，可以通過改變有效作用面積來實(shí)現(xiàn)提高輸出力的目的。圖11-4(a) 所示為利用串聯(lián)氣缸實(shí)現(xiàn)增力的回路。串聯(lián)氣缸的活塞桿上聯(lián)接有數(shù)個(gè)活塞，每個(gè)活塞的兩側(cè)可分別供給壓力。通過對(duì)電磁換向閥1、2、3 的通電個(gè)數(shù)進(jìn)行組合，可實(shí)現(xiàn)氣缸的增力輸出。氣缸增力的倍數(shù)與氣缸的串聯(lián)段數(shù)成正比。圖11-4(b)所示為氣液增壓缸增力回路。該回路利用氣液增壓缸把較低的氣壓變成較高的液壓，提高了氣液缸的輸出力。電磁閥左側(cè)通電，對(duì)增壓器低壓側(cè)施加壓力，增壓器動(dòng)作，其高壓側(cè)產(chǎn)生高壓油并提供給工作缸。電磁閥右側(cè)通電可實(shí)現(xiàn)工作缸及增壓器回程。使用該增壓回路時(shí)，油、氣關(guān)聯(lián)處密封要好，油路中不得混入空氣。(a)

6、 (b)圖11-4 力控制回路11.1.2 換向回路氣動(dòng)執(zhí)行元件的換向主要是利用方向控制閥來實(shí)現(xiàn)的。方向控制閥按其通路數(shù)來分，有二通閥、三通閥以及四通閥、五通閥等，利用這些方向控制閥可以構(gòu)成單作用執(zhí)行元件和雙作用執(zhí)行元件的各種換向控制回路。（一）單作用氣缸的換向回路單作用氣缸依靠氣壓使活塞桿朝單方向伸出，反向復(fù)位則要依靠彈簧力或其他外力返回。單作用氣缸的換向通常采用二位三通閥、三位三通閥來實(shí)現(xiàn)。圖11-5所示為采用電控二位三通換向閥的控制回路。圖11-5(a)為采用單電控?fù)Q向閥的控制回路，當(dāng)換向閥電磁鐵得電時(shí)，換向閥切向左位，向氣缸左腔供氣，活塞桿伸出；當(dāng)電磁鐵斷電時(shí)，換向閥由彈簧切到右位，氣

7、缸左腔排氣，活塞桿依靠彈簧力復(fù)位。此回路如果氣缸在伸出時(shí)突然斷電，則單電控閥將立即復(fù)位，氣缸得以返回。圖11-5(b)為采用雙電控?fù)Q向閥的控制回路。雙電控閥為雙穩(wěn)態(tài)閥，具有記憶功能，當(dāng)氣缸在伸出時(shí)突然斷電，換向閥不切換，氣缸仍將保持原來的狀態(tài)。如果回路需要考慮失電保護(hù)控制，則選用雙電控閥為好，雙電控閥應(yīng)水平安裝。(a) (b)圖11-5 二位三通電控?fù)Q向回路圖11-6所示為采用三位三通閥的換向控制回路，該閥具有自動(dòng)對(duì)中功能，故能實(shí)現(xiàn)活塞桿在行程中途的任意位置停留。該回路由于空氣的可壓縮性原因，定位精度較差，并要求系統(tǒng)有較好的密封性。圖11-6 三位三通電控?fù)Q向回路（二）雙作用氣缸的換向回路雙作

8、用氣缸的換向回路是通過控制氣缸兩腔的供氣和排氣來實(shí)現(xiàn)氣缸的伸出和縮回運(yùn)動(dòng)，一般采用二位五通閥和三位五通閥控制。圖11-7所示為采用了二位五通閥控制的換向回路，圖11-7(a)為單電控方式，圖111-7(b)為雙電控方式。(a) (b)圖11-7 二位五通電控?fù)Q向回路當(dāng)需要中間定位時(shí)，可采用三位五通閥構(gòu)成的換向回路，如圖11-8所示。圖11-8(a)所示為雙氣控三位五通閥換向回路。當(dāng)m信號(hào)輸入時(shí)換向閥切換至左位，氣缸活塞桿伸出；當(dāng)n信號(hào)輸入時(shí)換向閥切換至右位，氣缸活塞桿縮回；當(dāng)m、n均排氣時(shí)換向閥回到中位，活塞桿在中途停止運(yùn)動(dòng)。由于空氣的可壓縮性以及氣缸活塞、活塞桿及其帶動(dòng)的運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的慣性力

9、，僅用三位五通閥使活塞桿在中途停下來，定位精度不高。圖11-8(b)是用雙電控三位五通閥組成的換向回路?；钊稍谥型就Ｖ惯\(yùn)動(dòng)，可以用電氣控制線路來進(jìn)行控制。(a) (b)圖11-8 三位五通電控?fù)Q向回路圖11-9所示為采用氣控二位五通換向閥控制的換向回路。當(dāng)缸徑很大時(shí)，手控閥的流通能力過小將影響氣缸運(yùn)動(dòng)速度。因此，直接控制氣缸換向的主控閥需采用通徑較大的氣控閥，圖中閥1為手動(dòng)操作閥，閥1也可用機(jī)控閥代替。圖11-9 氣動(dòng)二位五通閥換向回路11.1.3 速度控制回路控制氣動(dòng)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度的一般方法是改變氣缸進(jìn)排氣管路的阻力。因此，利用流量控制閥來改變進(jìn)排氣管路的有效截面積，即可實(shí)現(xiàn)速度控制。由

10、于氣動(dòng)系統(tǒng)的功率都不太大，故氣動(dòng)系統(tǒng)調(diào)速的方法主要是節(jié)流調(diào)速。（一）單作用氣缸的速度控制回路（1）進(jìn)氣節(jié)流調(diào)速回路圖11-10(a)、圖11-10(b)所示的回路分別采用了節(jié)流閥和單向節(jié)流閥，通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的不同開度，可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣節(jié)流調(diào)速。氣缸活塞桿返回時(shí)，由于沒有節(jié)流，可以快速返回。（2）排氣節(jié)流調(diào)速回路圖11-10(c)、圖11-10(d)所示的回路均是通過排氣節(jié)流來實(shí)現(xiàn)快進(jìn)和慢退的。圖11-10(c)中的回路是在排氣口設(shè)置排氣節(jié)流閥來實(shí)現(xiàn)調(diào)速的，其優(yōu)點(diǎn)是安裝簡(jiǎn)單，維修方便。但在管路比較長(zhǎng)時(shí)，較大的管內(nèi)容積會(huì)對(duì)氣缸的運(yùn)行速度產(chǎn)生影響，此時(shí)就不宜采用排氣節(jié)流閥控制。圖11-10(d)中的回路

11、是換向閥與氣缸之間安裝了單向節(jié)流閥?；芈吩谶M(jìn)氣時(shí)不節(jié)流，活塞桿快速前進(jìn)。換向閥復(fù)位時(shí)，由節(jié)流閥控制活塞桿的返回速度。這種安裝形式不會(huì)影響換向閥的性能，故工程中多數(shù)采用這種回路。 (a) (b) (c) (d)圖11-10 單作用氣缸速度控制回路（二）雙作用氣缸的速度控制回路（1）進(jìn)氣節(jié)流調(diào)速回路圖11-11(a)所示為雙作用氣缸的進(jìn)氣節(jié)流調(diào)速回路。在進(jìn)氣節(jié)流時(shí)，氣缸排氣腔壓力很快降至大氣壓，而進(jìn)氣腔壓力的升高比排氣腔壓力的降低緩慢。當(dāng)進(jìn)氣腔壓力產(chǎn)生的合力大于活塞靜摩擦力時(shí)，活塞開始運(yùn)動(dòng)。由于動(dòng)摩擦力小于靜摩擦力，所以活塞啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)速度較快，進(jìn)氣腔容積急劇增大。由于進(jìn)氣節(jié)流限制了供氣速度，使得進(jìn)

12、氣腔壓力降低，從而容易造成氣缸的“爬行”現(xiàn)象。一般來說，進(jìn)氣節(jié)流多用于垂直安裝的氣缸支撐腔的供氣回路。（2）排氣節(jié)流調(diào)速回路圖11-11(b)所示為雙作用氣缸的排氣節(jié)流調(diào)速回路，圖11-11(c)所示為采用排氣節(jié)流閥的調(diào)速回路。在排氣節(jié)流時(shí)，排氣腔內(nèi)可以建立與負(fù)載相適應(yīng)的背壓，在負(fù)載保持不變或微小變動(dòng)的條件下，運(yùn)動(dòng)比較平穩(wěn)，調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度即可調(diào)節(jié)氣缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度。排氣節(jié)流調(diào)速時(shí)，進(jìn)氣阻力小，受外載變化影響小，調(diào)速效果好于進(jìn)氣節(jié)流調(diào)速。因此，雙作用氣缸一般采用排氣節(jié)流控制。(a) (b) (c)圖11-11 雙作用氣缸速度控制回路（3）緩沖回路氣缸驅(qū)動(dòng)較大負(fù)載高速移動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的動(dòng)能。將

13、此動(dòng)能從某一位置開始逐漸減小，使活塞逐漸減慢速度，最終使執(zhí)行元件在指定位置平穩(wěn)停止的回路稱為緩沖回路。如圖11-12所示，緩沖的方法大多是利用空氣的可壓縮性，在氣缸內(nèi)設(shè)置氣壓緩沖裝置。對(duì)于行程短、速度高的情況，氣缸內(nèi)設(shè)氣壓緩沖吸收動(dòng)能比較困難，一般采用液壓吸振器，如圖11-12(a)。對(duì)于運(yùn)動(dòng)速度較高、慣性力較大、行程較長(zhǎng)的氣缸，可采用兩個(gè)節(jié)流閥并聯(lián)使用的方法，如圖11-12(b)。(a) (b)圖11-12 緩沖回路在圖11-11(b)所示的回路中，節(jié)流閥3的開度大于節(jié)流閥2。當(dāng)閥1通電時(shí)，A腔進(jìn)氣，B腔的氣流經(jīng)節(jié)流閥3、換向閥4從閥1排出。調(diào)節(jié)閥3的節(jié)流閥開度，可改變活塞桿的前進(jìn)速度。當(dāng)活

14、塞桿擋塊壓下行程終端的行程閥4后，行程閥4換向，通路切斷，這時(shí)B腔的余氣只能從閥2的節(jié)流閥排出。如果把閥2的節(jié)流開度調(diào)得很小，則B腔內(nèi)壓力猛升，對(duì)活塞產(chǎn)生反向作用力，阻止和減小活塞的高速運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到在行程末端減速和緩沖的目的。根據(jù)負(fù)載大小調(diào)整行程閥4的位置，即調(diào)整B腔的緩沖容積，就可獲得較好的緩沖效果。（三）氣液聯(lián)動(dòng)的速度控制回路由于空氣的可壓縮性，氣缸活塞的速度很難平穩(wěn)，尤其在負(fù)載變化時(shí)其速度波動(dòng)更大。在有些場(chǎng)合，例如機(jī)械切削加工中的進(jìn)給氣缸要求速度平穩(wěn)、加工精確，普通氣缸難以滿足此要求。為此可使用氣液轉(zhuǎn)換器或氣液阻尼缸，通過調(diào)節(jié)油路中的節(jié)流閥開度來控制活塞的運(yùn)動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)低速和平穩(wěn)的進(jìn)給

15、運(yùn)動(dòng)。（1）采用氣液轉(zhuǎn)換器的速度控制回路圖11-13所示為采用氣液轉(zhuǎn)換器的雙向調(diào)速回路。該回路中，原來的氣缸換成液壓缸，但原動(dòng)力還是壓縮空氣。由換向閥1輸出的壓縮空氣通過氣液轉(zhuǎn)換器2轉(zhuǎn)換成油壓，推動(dòng)液壓缸4作前進(jìn)與后退運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)節(jié)流閥3串聯(lián)在油路中，可控制液壓缸活塞進(jìn)退運(yùn)動(dòng)的速度。由于油是不易壓縮的介質(zhì)，因此其調(diào)節(jié)的速度容易控制，調(diào)速精度高，活塞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。需要注意的是：氣液轉(zhuǎn)換器的貯油容積應(yīng)大于液壓缸的容積，而且要避免氣體混入油中，否則就會(huì)影響調(diào)速精度與活塞運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。（2）采用氣液阻尼缸的速度控制回路在這種回路中，用氣缸傳遞動(dòng)力，由液壓缸進(jìn)行阻尼和穩(wěn)速，并由液壓缸和調(diào)速機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)速。由于調(diào)

16、速是在液壓缸和油路中進(jìn)行的，因而調(diào)速精度高、運(yùn)動(dòng)速度平穩(wěn)。因此這種調(diào)速回路應(yīng)用廣泛，尤其在金屬切削機(jī)床中用得最多。圖11-13 采用氣液轉(zhuǎn)換器的速度控制回路圖11-14(a)所示為串聯(lián)型氣液阻尼缸雙向調(diào)速回路。由換向閥1控制氣液阻尼缸2的活塞桿前進(jìn)與后退，閥3和閥4調(diào)節(jié)活塞桿的進(jìn)、退速度，油杯5起補(bǔ)充回路中少量漏油的作用。圖11-14(b)所示為并聯(lián)型氣液阻尼缸雙向調(diào)速回路。調(diào)節(jié)連接液壓缸兩腔回路中設(shè)置的節(jié)流閥6，即可實(shí)現(xiàn)速度控制，7為儲(chǔ)存液壓油的蓄能器。這種回路的優(yōu)點(diǎn)是比串聯(lián)型結(jié)構(gòu)緊湊，氣液不宜相混。不足之處是如果兩缸安裝軸線不平行，會(huì)由于機(jī)械摩擦導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)速度不平穩(wěn)。(a) (b)圖11-1

17、4 采用氣液阻尼缸的速度控制回路11.1.4 位置控制回路如果要求氣動(dòng)執(zhí)行元件在運(yùn)動(dòng)過程中的某個(gè)中間位置停下來，則要求氣動(dòng)系統(tǒng)具有位置控制功能。常采用的位置控制方式有采用三位閥方式、采用機(jī)械擋塊方式和采用制動(dòng)氣缸控制方式等。（一）采用三位閥的位置控制回路圖11-15(a)所示為采用三位五通閥中位封閉式的位置控制回路。當(dāng)閥處于中位時(shí)，氣缸兩腔的壓縮空氣被封閉，活塞可以停留在行程中的某一位置。這種回路不允許系統(tǒng)有內(nèi)泄漏，否則氣缸將偏離原停止位置。另外，由于氣缸活塞兩端作用面積不同，閥處于中位后活塞仍將移動(dòng)一段距離。圖11-15(b)所示的回路可以克服上述缺點(diǎn)，因?yàn)樗诨钊娣e較大的一側(cè)和控制閥之間

18、增設(shè)了調(diào)壓閥，調(diào)節(jié)調(diào)壓閥的壓力，可以使作用在活塞上的合力為零。圖11-15(c)所示的回路采用了中位加壓式三位五通換向閥，適用于活塞兩側(cè)作用面積相等的氣缸。(a) (b) (c)圖11-15 采用三位閥的位置控制回路（二）采用機(jī)械擋塊的位置控制回路圖11-16所示為采用機(jī)械擋塊輔助定位的控制回路。該回路簡(jiǎn)單可靠，其定位精度取決于擋塊的機(jī)械精度。必須注意的問題是：為防止系統(tǒng)壓力過高，應(yīng)設(shè)置有安全閥；為了保證高的定位精度，擋塊的設(shè)置既要考慮有較高的剛度，又要考慮具有吸收沖擊的緩沖能力。圖11-16 采用機(jī)械擋塊的位置控制回路（三）利用制動(dòng)氣缸的位置控制回路圖11-17所示為利用制動(dòng)氣缸實(shí)現(xiàn)中間定位

19、控制的回路。該回路中，三位五通換向閥1的中位機(jī)能為中位加壓型，二位五通閥2用來控制制動(dòng)活塞的動(dòng)作，利用帶單向閥的減壓閥3來進(jìn)行負(fù)載的壓力補(bǔ)償。當(dāng)閥1、2斷電時(shí)，氣缸在行程中間制動(dòng)并定位；當(dāng)閥2通電時(shí)，制動(dòng)解除。圖11-17 采用制動(dòng)氣缸的位置控制回路11.2 其他常用回路其他常用回路是生產(chǎn)或?qū)嵺`中經(jīng)常用到的一些典型回路，主要有安全保護(hù)回路、同步控制回路、往復(fù)動(dòng)作回路等。11.2.1 安全保護(hù)回路由于氣動(dòng)執(zhí)行元件的過載、氣壓的突然降低以及氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的快速動(dòng)作等情況都可能危及操作人員或設(shè)備的安全，因此在氣動(dòng)回路中，常常要加入安全保護(hù)回路。（一）雙手操作安全保護(hù)回路鍛壓、沖壓設(shè)備中必須設(shè)置有安全保

20、護(hù)回路用來避免誤動(dòng)作，以保證操作者雙手的安全及設(shè)備的正常工作。雙手操作回路就是使用了兩個(gè)啟動(dòng)用的手動(dòng)閥，只有同時(shí)按動(dòng)這兩個(gè)手動(dòng)閥時(shí)回路才能動(dòng)作。圖11-18(a)所示的回路需要雙手同時(shí)按下手動(dòng)閥才能切換主閥，氣缸活塞才能下落并鍛、沖工件。實(shí)際上給主閥的控制信號(hào)相當(dāng)于閥1、2相“與”的信號(hào)。如閥1（或2）的彈簧折斷不能復(fù)位，此時(shí)單獨(dú)按下一個(gè)手動(dòng)閥，氣缸活塞也可以下落，所以此回路并不十分安全。在圖11-18(b)所示的回路中，當(dāng)雙手同時(shí)按下手動(dòng)閥時(shí)，貯氣罐3中預(yù)先充滿的壓縮空氣經(jīng)節(jié)流閥4，延遲一定時(shí)間后切換閥5，活塞才能落下。如果雙手不同時(shí)按下手動(dòng)閥，或因其中任一個(gè)手動(dòng)閥彈簧折斷不能復(fù)位，貯氣罐3

21、中的壓縮空氣都將通過手動(dòng)閥1的排氣口排空，不足以建立起控制壓力，因此閥5不能被切換，活塞也不能下落。所以此回路比上述回路更為安全。(a) (b)圖11-18 雙手操作安全保護(hù)回路（二）過載保護(hù)回路當(dāng)活塞桿在伸出途中遇到故障或其他原因使氣缸過載時(shí)，活塞能自動(dòng)返回的回路，稱為過載保護(hù)回路。如圖11-19所示的過載保護(hù)回路，按下手動(dòng)換向閥1，使二位五通換向閥2處于左位，活塞向右前進(jìn)。正常運(yùn)行時(shí)，擋塊壓下行程閥5后，活塞自動(dòng)返回；當(dāng)活塞運(yùn)行中途遇到障礙物6時(shí)，氣缸左腔壓力升高超過預(yù)定值時(shí)，順序閥3打開，控制氣體可經(jīng)梭閥4將主控閥切換至右位（圖示位置），使活塞縮回，氣缸左腔壓縮空氣經(jīng)閥2排掉，可以防止系

22、統(tǒng)過載。圖11-19 過載保護(hù)回路1手動(dòng)換向閥；2氣動(dòng)換向閥；3順序閥；4梭閥；5行程閥；6擋鐵（三）互鎖回路圖11-20所示為互鎖回路。該回路能防止各氣缸的活塞同時(shí)動(dòng)作，而保證只有一個(gè)活塞動(dòng)作。該回路的技術(shù)要點(diǎn)是利用了梭閥1、2、3及換向閥4、5、6進(jìn)行互鎖。例如：當(dāng)換向閥7切換至左位，則換向閥4換至左位，使缸A活塞桿向上伸出。與此同時(shí)，氣缸進(jìn)氣管路的壓縮空氣使梭閥1、2動(dòng)作，把換向閥5、6鎖住，缸B和缸C活塞桿均處于下降狀態(tài)。此時(shí)換向閥8、9即使有信號(hào)，缸B和缸C也不會(huì)動(dòng)作。如要改變缸的動(dòng)作，必須把前一動(dòng)作缸的氣控閥復(fù)位。圖11-20 互鎖回路1、2、3梭閥；4、5、6、7、8、9氣動(dòng)換向

23、閥11.2.2 同步控制回路同步控制回路是指驅(qū)動(dòng)兩個(gè)或多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以相同的速度移動(dòng)或在預(yù)定的位置同時(shí)停止的回路。由于氣體的可壓縮性及負(fù)載的變化等因素，要使多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)保持同步并非易事。最簡(jiǎn)單的同步回路是采用剛性零件將多個(gè)缸固連在一起，并使多個(gè)缸的有效面積相同。圖11-21(a)所示的同步裝置是使用齒輪齒條將兩個(gè)氣缸的活塞桿連接起來，使其同步動(dòng)作。圖11-21(b)為使用連桿機(jī)構(gòu)的氣缸同步裝置。(a) (b)圖11-21 采用機(jī)械連接的同步動(dòng)作回路如果負(fù)載在運(yùn)動(dòng)過程中有變化，且要求運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的場(chǎng)合，使用氣液聯(lián)動(dòng)缸可取得較好的效果。圖11-22為使用兩個(gè)氣缸和液壓缸串聯(lián)而成的氣液缸的同步控制回路。圖

24、中工作平臺(tái)上施加了兩個(gè)不相等的負(fù)載F1和F2，且要求水平升降。當(dāng)回路中的電磁閥7的1YA通電時(shí)，閥7左位工作，壓力氣體流入氣液缸1、2的下腔中，克服負(fù)載F1和F2推動(dòng)活塞上升。此時(shí)，在從梭閥6來的先導(dǎo)壓力的作用下，常開型兩通閥3、4關(guān)閉，使氣液缸1的油缸上腔的油被壓入氣液缸2的油缸下腔，氣液缸2的油缸上腔的油被壓入氣液缸1的油缸下腔，從而使它們保持同步上升。同樣，當(dāng)電磁閥7的2YA通電時(shí)，可使氣液聯(lián)動(dòng)缸向下的運(yùn)動(dòng)保持同步。這種上下運(yùn)動(dòng)中由于泄漏而造成的液壓油不足可在電磁閥不通電的圖示狀態(tài)下從油箱5自動(dòng)補(bǔ)充。為了排出液壓缸中的空氣，需設(shè)置放氣塞8和9。圖11-22 采用氣液聯(lián)動(dòng)缸的同步回路11.

25、2.3 往復(fù)動(dòng)作回路（一）單往復(fù)動(dòng)作回路圖11-23所示回路是行程控制的單往復(fù)動(dòng)作回路，由機(jī)控閥和手動(dòng)閥來控制活塞作往復(fù)動(dòng)作。按下手動(dòng)閥1，氣缸向右運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活塞桿上的撞塊碰下行程閥2時(shí)，主換向閥3切換，氣缸活塞自動(dòng)返回，完成一次工作循環(huán)。每按一次手動(dòng)閥，氣缸和活塞往復(fù)動(dòng)作一次。（二）連續(xù)往復(fù)動(dòng)作回路圖11-24所示為較簡(jiǎn)單的采用機(jī)控閥實(shí)現(xiàn)連續(xù)往復(fù)動(dòng)作的回路。拉動(dòng)帶定位機(jī)構(gòu)的手動(dòng)閥1使其處于右端供氣狀態(tài)，則閥2被切換至右位，活塞前進(jìn)。當(dāng)活塞達(dá)到行程終點(diǎn)時(shí)壓下行程閥4，使閥2切換至左位，活塞后退。當(dāng)活塞退回行程終點(diǎn)時(shí)壓下行程閥3，使閥2再次切換至右位，活塞再次前進(jìn)。只要手動(dòng)閥1不改變啟動(dòng)狀態(tài)，氣缸

26、將連續(xù)不斷運(yùn)動(dòng)，直至閥1復(fù)位，活塞會(huì)才停止于后退位置。圖11-23 單往復(fù)動(dòng)作回路圖11-24 連續(xù)往復(fù)動(dòng)作回路11.2.4 延時(shí)回路圖11-25所示為延時(shí)回路。圖11-25(a)是延時(shí)輸出回路，當(dāng)控制信號(hào)切換閥4后，壓縮空氣經(jīng)單向調(diào)速閥3向氣罐2充氣。當(dāng)充氣壓力經(jīng)延時(shí)升高致使閥1換位時(shí)，閥1就有輸出。在圖11-25(b)所示回路中，按下閥8，則氣缸向外伸出，當(dāng)氣缸在伸出行程中壓下閥5后，壓縮空氣經(jīng)節(jié)流閥到氣罐6延時(shí)后才將閥7切換，氣缸退回。(a) (b)圖11-25 延時(shí)回路11.3 典型氣動(dòng)系統(tǒng)11.3.1 組合機(jī)床動(dòng)力頭控制系統(tǒng)氣動(dòng)滑臺(tái)也是一種機(jī)床動(dòng)力部件，其用途與液壓動(dòng)力滑臺(tái)相同，圖1

27、1-26所示為氣液動(dòng)力滑臺(tái)的氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖。氣液動(dòng)力滑臺(tái)的氣動(dòng)系統(tǒng)采用氣液阻尼缸作為執(zhí)行元件，在機(jī)床設(shè)備中用來實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，可以完成“快進(jìn)慢進(jìn)（工進(jìn)）快退停止”和“快進(jìn)慢進(jìn)（工進(jìn)）慢退快退停止”兩種工作循環(huán)。下面分別對(duì)這兩種工作循環(huán)的實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。圖11-26 氣液動(dòng)力滑臺(tái)氣動(dòng)系統(tǒng)的原理圖1、3、4手動(dòng)閥；2、6、8行程閥；5節(jié)流閥；7、9單向閥；10補(bǔ)油箱（一）快進(jìn)慢進(jìn)（工進(jìn)）快退停止圖11-26中的手動(dòng)閥4處于右位狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)就可實(shí)現(xiàn)“快進(jìn)慢進(jìn)（工進(jìn)）快退停止”的工作循環(huán)，其動(dòng)作原理分述如下：1）快進(jìn)將手動(dòng)閥3切換到右位，此時(shí)氣壓信號(hào)的氣路為：氣源手動(dòng)閥1（左位）手動(dòng)閥3（右位）氣

28、缸上腔，在氣壓作用下氣缸活塞開始向下運(yùn)動(dòng)。在氣缸活塞的帶動(dòng)下，液壓缸活塞同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)，其油路為：液壓缸下腔行程閥6（左位）單向閥7液壓缸上腔，滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)快進(jìn)；2）慢進(jìn)（工進(jìn)）當(dāng)快進(jìn)到液壓缸活塞桿上的擋塊B壓下行程閥6使其切換到右位后，液壓缸下腔的油液只能經(jīng)節(jié)流閥5進(jìn)入液壓缸上腔，從而實(shí)現(xiàn)工進(jìn)。調(diào)節(jié)節(jié)流閥5的開度，即可調(diào)節(jié)氣液阻尼缸的運(yùn)動(dòng)速度；3）快退當(dāng)工進(jìn)到擋鐵C壓下行程閥2使其切換至左位時(shí)，此時(shí)控制氣路為：氣源行程閥2（左位）手動(dòng)閥3（左腔），使手動(dòng)閥切換至左位，壓縮空氣經(jīng)手動(dòng)閥1和3進(jìn)入氣缸下腔，氣缸活塞開始向上運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)液壓缸活塞向上運(yùn)動(dòng)，其油路為：液壓缸上腔行程閥8（左位）手動(dòng)閥4（右位

29、中的單向閥）液壓缸下腔，實(shí)現(xiàn)快退；4）停止當(dāng)快退到擋鐵A壓下行程閥8使其切換至右位，油液通道被切斷時(shí)，活塞便停止運(yùn)動(dòng)。改變擋鐵A的位置，就可以改變“?！钡奈恢?。（二）快進(jìn)慢進(jìn)（工進(jìn)）慢退快退停止扳動(dòng)手動(dòng)閥4，使其左位接入系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)“快進(jìn)慢進(jìn)（工進(jìn)）慢退快退停止”的雙向進(jìn)給工作循環(huán)，其動(dòng)作原理分述如下：1）快進(jìn)工作原理與上述的快進(jìn)動(dòng)作原理相同；2）慢進(jìn)（工進(jìn)）工作原理與上述的慢進(jìn)（工進(jìn)）動(dòng)作原理相同；3）慢退當(dāng)慢進(jìn)至擋鐵C壓下行程閥2使其切換至左位時(shí)，壓縮空氣進(jìn)入手動(dòng)閥3左腔，使其左位接入系統(tǒng)，壓縮空氣進(jìn)入氣缸下腔，氣缸活塞開始向上運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)液壓缸活塞向上運(yùn)動(dòng)，其油路為：液壓缸上腔行程閥8（

30、左位）節(jié)流閥5液壓缸下腔，其流量大小由節(jié)流閥5調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)慢退（反向進(jìn)給）；4）快退當(dāng)慢退至到擋鐵B離開行程閥6時(shí)，使行程閥6復(fù)位至左位，液壓缸上腔的油液經(jīng)行程閥6左位進(jìn)入液壓缸下腔，開始快退；5）停止當(dāng)快退到擋鐵A壓下行程閥8時(shí)，油液通路被切斷，活塞就停止運(yùn)動(dòng)。氣液動(dòng)力滑臺(tái)氣動(dòng)系統(tǒng)中，帶定位機(jī)構(gòu)的手動(dòng)閥1、行程閥2和手動(dòng)閥3組合成為一只組合閥塊；手動(dòng)閥4、行程閥5和行程閥6組合成另一組合閥塊；補(bǔ)油箱10用以補(bǔ)償系統(tǒng)中的泄漏，一般可用油杯來代替。11.3.2 氣動(dòng)機(jī)械手在某些高溫、粉塵及噪聲等不適合人工操作的惡劣環(huán)境場(chǎng)合，用氣動(dòng)機(jī)械手替代手工作業(yè)是工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的一個(gè)重要方向。氣動(dòng)機(jī)械手可以根據(jù)

31、各種自動(dòng)化設(shè)備的工作需要，模擬人手的部分動(dòng)作，按照預(yù)定的控制程序?qū)崿F(xiàn)如自動(dòng)抓取和搬運(yùn)、自動(dòng)取料、上料、卸料和換刀等功能。氣動(dòng)機(jī)械手是機(jī)械手的一種，具有成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量小，動(dòng)作迅速平穩(wěn)可靠等優(yōu)點(diǎn)。本節(jié)所介紹的是用于某專用設(shè)備上的氣動(dòng)機(jī)械手，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖11-27所示。該氣動(dòng)機(jī)械手由四個(gè)氣缸組成，可在三個(gè)坐標(biāo)系內(nèi)工作。A缸為抓取機(jī)構(gòu)的松緊缸，A缸活塞后退時(shí)抓緊工件，活塞前進(jìn)時(shí)則松開工件。B缸為長(zhǎng)臂伸縮缸。C缸為機(jī)械手升降缸。D缸為立柱回轉(zhuǎn)缸，該氣缸為齒輪齒條缸，可以把活塞的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒅男D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)立柱的回轉(zhuǎn)。圖11-27 氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖圖11-28是氣動(dòng)機(jī)械手的系統(tǒng)

32、原理圖，圖中標(biāo)識(shí)的含義如下：大寫字母加下標(biāo)（如A0、A1）分別表示換向閥的左位或右位接入系統(tǒng)，小寫字母加下標(biāo)（如a0、a1）表示行程閥被壓下使相應(yīng)換向閥的左腔或右腔通氣。圖11-28 氣動(dòng)機(jī)械手的系統(tǒng)原理圖如果要求機(jī)械手的動(dòng)作順序?yàn)椋毫⒅陆礐0伸臂B1夾緊工件A0縮臂B0立柱順時(shí)針轉(zhuǎn)D1立柱上升C1放開工件A1立柱逆時(shí)針轉(zhuǎn)D0，則該氣動(dòng)系統(tǒng)的工作循環(huán)分析如下：1）扳動(dòng)啟動(dòng)閥q，主控閥C處于C0位，缸C活塞桿退回，得到C0；2）當(dāng)缸C活塞桿上的擋鐵碰到c0，則控制氣使主控閥B處于B1位，缸B活塞桿伸出，得到B1；3）當(dāng)缸B活塞桿上的擋鐵碰到b1，則控制氣使主控閥A處于A0位，缸A活塞桿退回，得

33、到A0；4）當(dāng)缸A活塞桿上的擋鐵碰到a0，則控制氣使主控閥B處于B0位，缸B活塞桿退回，得到B0；5）當(dāng)缸B活塞桿上的擋鐵碰到b0，則控制氣使主控閥D處于D1位，缸D活塞桿向右運(yùn)動(dòng)，得到D1；6）當(dāng)缸D活塞桿上的擋鐵碰到d1，則控制氣使主控閥C處于C1位，缸C活塞桿伸出，得到C1；7）當(dāng)缸C活塞桿上的擋鐵碰到c1，則控制氣使主控閥A處于A1位，缸A活塞桿伸出，得到A1；8）當(dāng)缸A活塞桿上的擋鐵碰到a1，則控制氣使主控閥D處于D0位，缸D活塞桿向左運(yùn)動(dòng)，得到D0；9）當(dāng)缸D活塞桿上的擋鐵碰到d0，則控制氣經(jīng)啟動(dòng)閥q又使主控閥C處于C0位，于是又開始新一輪的工作循環(huán)。11.3.3 工件夾緊氣動(dòng)系統(tǒng)

34、工件夾緊氣動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)械加工自動(dòng)線和組合機(jī)床中常用的夾緊裝置的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。圖11-29所示為機(jī)床夾具的氣動(dòng)夾緊系統(tǒng)，其動(dòng)作循環(huán)是：當(dāng)工件運(yùn)動(dòng)到指定位置后，氣缸A的活塞桿伸出，將工件定位后兩側(cè)的氣缸B和氣缸C的活塞桿同時(shí)伸出，從兩側(cè)對(duì)工件夾緊，之后再進(jìn)行機(jī)械加工，加工完成后，各夾緊缸退回，將工件松開。圖11-29 工件夾緊氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖工件夾緊氣動(dòng)系統(tǒng)的具體工作原理如下：1）踏下腳踏閥1，壓縮空氣進(jìn)入缸A的無桿腔，使缸A的活塞桿下降定位工件；2）當(dāng)缸A活塞桿壓下行程閥2時(shí)，壓縮空氣經(jīng)行程閥2的左位和單向節(jié)流閥5進(jìn)入主控閥6的右腔，使主控閥6切換至右位，然后壓縮空氣經(jīng)主控閥6的右位和中繼閥4的左位同時(shí)

35、進(jìn)入缸B和缸C的無桿腔，使兩缸活塞桿伸出夾緊工件。同時(shí)壓縮空氣通過中繼閥4后有一部分經(jīng)單向節(jié)流閥3調(diào)定延時(shí)后進(jìn)入中繼閥4的右腔，經(jīng)過一段時(shí)間后（由節(jié)流閥控制）中繼閥4切換至右位，壓縮空氣進(jìn)入缸B和缸C的有桿腔，使缸B和缸C退回原來位置；3）在缸B和缸C退回的過程中有桿腔的壓縮空氣使腳踏閥1復(fù)位至右位，壓縮空氣進(jìn)入缸A的下腔使缸A返回原位。此時(shí)由于行程閥2的擋塊被放開，行程閥2復(fù)位至右位，中繼閥4也得以復(fù)位至左位。缸B和缸C的無桿腔接通大氣，主控閥6復(fù)位至左位，從而完成了一個(gè)工作循環(huán)，只有再踏下腳踏閥1才能開始下一個(gè)工作循環(huán)。11.3.4 氣動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常遇到要對(duì)傳送帶上連續(xù)供給的

36、粒狀物進(jìn)行計(jì)量，并按一定質(zhì)量分裝的問題。如圖11-30所示的一套氣動(dòng)計(jì)量裝置，當(dāng)計(jì)量箱中的物料質(zhì)量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，要求暫停傳送帶上物料的供給，然后把計(jì)量好的物料卸到包裝容器中。當(dāng)計(jì)量箱返回到圖示位置后，物料再次落入計(jì)量箱中，開始下一次計(jì)量。圖11-30 氣動(dòng)計(jì)量裝置示意圖計(jì)量裝置的動(dòng)作原理如下：氣動(dòng)裝置在停止工作一段時(shí)間后，因泄漏氣缸活塞會(huì)在計(jì)量箱的重力作用下縮回。因此，首先要有計(jì)量準(zhǔn)備動(dòng)作使計(jì)量箱到達(dá)圖示位置。隨著物料落入計(jì)量箱中，計(jì)量箱的質(zhì)量不斷增加，氣缸A慢慢被壓縮。計(jì)量的質(zhì)量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，氣缸B伸出，暫時(shí)停止物料的供給。計(jì)量缸換接高壓氣源后伸出，把物料卸掉。經(jīng)過一段時(shí)間的延時(shí)后，計(jì)量缸縮回，為下次計(jì)量做好準(zhǔn)備。圖11-31所示為氣動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的回路圖，其工作原理敘述如下：圖11-31 氣