《液壓與氣壓傳動控制技術(shù)》第6章 典型氣動系統(tǒng)的分析與維護

第6章典型氣動系統(tǒng)的分析與維護6.1認識氣動回路中的符號及行程程序控制6.2客車車門氣動系統(tǒng)的分析與運行調(diào)試6.3臥式加工中心氣動換刀系統(tǒng)的分析與故障排除6.4氣-液動力滑臺氣壓傳動系統(tǒng)的分析與故障排除6.5認識氣動系統(tǒng)常見故障及其排除方法返回6.1認識氣動回路中的符號及行程程序控制6.1.1氣動回路中的符號一、定位回路圖與不定位回路圖工程上，以圖形符號所繪制的回路圖可分為定位和不定位兩種表示法。定位回路圖以系統(tǒng)中元件實際的安裝位置繪制，如圖6-1(a)所示，這種方法使工程技術(shù)人員容易看出閥的安裝位置，便于維修保養(yǎng)。不定位回路圖不按元件的實際位置繪制，而是根據(jù)信號流動方向，從下向上繪制，各元件按其功能分類排列，依次順序為氣源系統(tǒng)、信號輸入元件、信號處理元件、控制元件、執(zhí)行元件，如圖6-1(b)所示。前面所學(xué)的基本回路主要采用不定位回路表示法。下一頁返回為了便于分析和設(shè)計氣動程序控制系統(tǒng)，必須明確氣動元件與氣動回路的對應(yīng)關(guān)系，圖6-2給出了全氣動系統(tǒng)的控制鏈中信號流和元件之間的對應(yīng)關(guān)系。二、元件的編號在前面所學(xué)的基本回路中，為便于分析，元件上常加以編號。目前，在氣動技術(shù)中對元件的命名或編號的方法很多，沒有統(tǒng)一的標準。其中有一些企業(yè)用數(shù)字或字母對元件進行編號，下面我們結(jié)合不定位圖(如圖6-3所示)了解其中編號的方法。上一頁下一頁返回6.1認識氣動回路中的符號及行程程序控制元件按控制鏈分組，每一個執(zhí)行元件連同相關(guān)的閥稱為一個控制鏈，0組表示能源供給元件，用數(shù)字進行分組表示獨立的控制鏈數(shù)。每組執(zhí)行元件用A表示，控制元件用V表示，輸入元件用S表示，氣源系統(tǒng)用Z表示。如圖6-3所示，兩個氣缸分別用1A和2A命名，在第一條控制鏈中，控制氣缸運動速度的單向節(jié)流閥用1V1命名，控制氣缸運動方向的主換向閥用1V2命名，用于處理信號的三個二位三通換向閥分別用1S1、1S2、1S3命名。閥已安裝在系統(tǒng)中并已通氣供壓后，閥芯所處的位置應(yīng)標明。如圖6-3所示的回路中2S1、152行程閥(信號元件)，閥芯未操縱時的正常位置為關(guān)閉閥位。1S3、2S2所示的行程閥，表示在系統(tǒng)中已被活塞桿上的擋塊壓下，其起始位置為開啟閥位。上一頁下一頁返回6.1認識氣動回路中的符號及行程程序控制在圖6-1(b)所示回路中，氣缸的右側(cè)有一個小寫的字母al，它代表執(zhí)行元件在伸出位置時的行程閥編號。在設(shè)計氣動系統(tǒng)時，如果用大寫字母A、B、C表示執(zhí)行元件，小寫字母則表示對應(yīng)的信號元件。對于單向滾輪杠桿控制的閥，因其只能在單方向發(fā)出控制信號，因此在回路圖中必須以箭頭表示出對元件發(fā)生作用的方向，逆向箭頭表示無作用，如圖6-4所示。有些企業(yè)用數(shù)字對元件進行編號，表6-1為系統(tǒng)回路中元件的數(shù)字編號規(guī)定，從中不但能清楚地表示各個元件，而且能表示出各個元件在系統(tǒng)中的作用及對應(yīng)關(guān)系。上一頁下一頁返回6.1認識氣動回路中的符號及行程程序控制6.1.2行程程序控制根據(jù)控制方式的不同，程序控制可分為時間程序控制、行程程序控制和混合程序控制。時間程序控制是指各執(zhí)行元件的動作順序按時間順序進行的一種自動控制方式。行程程序控制是指前一個執(zhí)行元件動作完成并發(fā)出信號后，才允許下一個動作進行的一種自動控制方式?；旌铣绦蚩刂仆ǔＪ窃谛谐坛绦蚩刂葡到y(tǒng)中包含了一些時間信號，實質(zhì)上是把時間信號看做行程信號處理的一種行程程序控制。行程程序控制的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、維護容易、動作穩(wěn)定，特別是當程序運行中某節(jié)拍出現(xiàn)故障時，整個程序動作就停止而實現(xiàn)自動保護。因此，行程程序控制方式在氣動系統(tǒng)中被廣泛采用。上一頁下一頁返回6.1認識氣動回路中的符號及行程程序控制如何表示執(zhí)行元件的動作順序和發(fā)信裝置的作用狀態(tài)呢?可借助運動圖來表示執(zhí)行元件的動作順序及狀態(tài)。運動圖按其坐標的表示不同可分為位移一步驟圖和位移一時間圖。一、運動圖1.位移一步驟圖位移一步驟圖描述了控制系統(tǒng)中執(zhí)行元件的狀態(tài)隨控制步驟的變化規(guī)律。圖中的橫坐標表示步驟，縱坐標表示位移(氣缸的動作)。如圖6-5所示的位移一步驟圖，表示A,B兩個氣缸的動作順序為A+B+B-A-(“A+”表示A氣缸伸出，“A-”表示A氣缸退回，“B+”表示B氣缸伸出，“B-”表示B氣缸退回)。上一頁下一頁返回6.1認識氣動回路中的符號及行程程序控制2.位移-時間圖位移一步驟圖僅表示執(zhí)行元件的動作順序，而執(zhí)行元件動作的快慢，則無法表示出來。位移一時間圖描述了控制系統(tǒng)中執(zhí)行元件的狀態(tài)隨時間的變化規(guī)律。如圖6-6所示的位移-時間圖，圖中的橫坐標表示動作時間，縱坐標表示位移(氣缸的動作)，從該圖中可清楚地看出執(zhí)行元件動作的快慢。上一頁下一頁返回6.1認識氣動回路中的符號及行程程序控制二、控制圖控制圖用于表示信號元件及控制元件在各步驟中的接轉(zhuǎn)狀態(tài)，接轉(zhuǎn)時間不計。如圖6-7所示的控制圖，表示控制元件在步驟2開啟，在步驟4關(guān)閉。三、全功能圖通?？稍谝粋€圖上同時表示出運動圖和控制圖，這種圖稱為全功能圖，如圖6-8所示。借助于全功能圖，按照直覺法將很容易地設(shè)計出氣動回路圖，如圖6-9所示。上一頁返回6.1認識氣動回路中的符號及行程程序控制6.2客車車門氣動系統(tǒng)的分析與運行調(diào)試本任務(wù)要求能讀圖6-10所示的客車車門氣動系統(tǒng)，會分析客車車門氣動系統(tǒng)的功能，并能完成相關(guān)的運行調(diào)試。6.2.1客車車門氣動系統(tǒng)的介析客車車門氣動系統(tǒng)原理圖如圖6-10所示。它能控制汽車車門的開和關(guān)，而且當車門在關(guān)閉過程中遇到故障時，能使車門再自動開啟，起安全保護作用。該系統(tǒng)中，車門的開和關(guān)靠氣缸12來實現(xiàn)，氣缸由氣控換向閥9來控制，而氣控換向閥又由1、2、3、4四個按鈕式換向閥操縱，氣缸運動速度的快慢由單向節(jié)流閥10或11來調(diào)節(jié)。起安全保護作用的機動控制換向閥5安裝在車門上。下一頁返回1.車門的開啟操縱手動閥1或閥3時，壓縮空氣便經(jīng)閥1或閥3到梭閥7和梭閥8，把控制信號送到閥9的a端，閥9處于左位，壓縮空氣便經(jīng)閥9和閥10中的單向閥到氣缸有桿腔，推動活塞而使車門開啟。2.車門的關(guān)閉操縱閥2或閥4時，壓縮空氣則經(jīng)閥6把控制信號送到閥9的h端，閥9處于右位，此時壓縮空氣便經(jīng)閥9右位和閥11的單向閥到氣缸的無桿腔，使車門關(guān)閉。上一頁下一頁返回6.2客車車門氣動系統(tǒng)的分析與運行調(diào)試3.安全保護車門在關(guān)閉過程中若碰到障礙物，便推動機動換向閥5使壓縮空氣經(jīng)閥5把控制信號由閥8送到閥9的a端，使車門重新開啟。但若閥2或閥4仍然保持按下狀態(tài)，則閥5不起自動開啟車門的安全作用。上一頁返回6.2客車車門氣動系統(tǒng)的分析與運行調(diào)試6.3臥式加工中心氣動換刀系統(tǒng)的分析與故障排除氣動系統(tǒng)在數(shù)控機床及加工中心上均得到了廣泛的運用，如在XH754臥式加工中心(如圖6-11所示)的換刀裝置中，其換刀過程如下。(1)主軸定位。主軸2準確停轉(zhuǎn)，然后主軸箱上升，待卸刀具插入刀庫3的空擋位置，刀具即被刀庫中的定位卡爪鉗住。(2)主軸松刀。主軸內(nèi)刀桿自動夾緊裝置放松刀具。(3)拔刀。刀庫伸出，從主軸錐孔中將待卸刀具拔出。(4)刀庫轉(zhuǎn)位。將選好的刀具轉(zhuǎn)到最下面的位置。(5)主軸錐孔吹氣。壓縮空氣將主軸錐孔吹凈。(6)插刀。刀庫退回，將新刀插入主軸錐孔中。(7)刀具夾緊。主軸內(nèi)夾緊裝置將刀桿拉緊。(8)主軸復(fù)位。主軸下降到加工位置，開始下一步的加工。下一頁返回這種換刀機構(gòu)不需要機械手，結(jié)構(gòu)比較簡單。刀庫轉(zhuǎn)位由伺服電動機通過齒輪、蝸桿蝸輪的傳動來實現(xiàn)。氣壓傳動系統(tǒng)在換刀過程中實現(xiàn)主軸的定位、松刀、拔刀、向主軸錐孔吹氣和插刀等動作。本任務(wù)要求能對圖6-12所示數(shù)控加工中心氣動換刀系統(tǒng)進行全面分析，能正確選擇氣動元件組裝完整的系統(tǒng)，進行調(diào)試和維護，學(xué)會正確分析、判斷氣壓傳動系統(tǒng)中的常見故障，具有動手排除常見故障的能力。上一頁下一頁返回6.3臥式加工中心氣動換刀系統(tǒng)的分析與故障排除6.3.1數(shù)控加工中心氣動換刀系統(tǒng)的介析氣動換刀系統(tǒng)的工作原理是:當數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令，主軸停轉(zhuǎn)，同時4YA通電，壓縮空氣經(jīng)氣動三大件1一換向閥4一單向節(jié)流閥5一主軸定位缸A的右腔，缸A活塞左移，使主軸自動定位。定位后壓下無觸點開關(guān)，使6YA通電，壓縮空氣經(jīng)換向閥6一快速排氣閥8一氣液增壓缸B的上腔一增壓缸的活塞伸出，實現(xiàn)主軸松刀，同時使8YA通電，壓縮空氣經(jīng)換向閥9一單向節(jié)流閥11->缸C的上腔，活塞下移實現(xiàn)拔刀?；剞D(zhuǎn)刀庫轉(zhuǎn)位，同時1YA通電，壓縮空氣經(jīng)換向閥2通過單向節(jié)流閥3向主軸錐孔吹氣。上一頁下一頁返回6.3臥式加工中心氣動換刀系統(tǒng)的分析與故障排除稍后1YA斷電，2YA通電，停止吹氣。8YA斷電，7YA通電，壓縮空氣經(jīng)換向閥9一單向節(jié)流閥10->缸C的下腔，活塞上移，實現(xiàn)插刀。6YA斷電，SYA通電，壓縮空氣經(jīng)換向閥6一氣液增壓缸B的下腔，活塞上移，主軸的機械機構(gòu)使刀具夾緊。4YA斷電，3YA通電，缸A的活塞在彈簧力的作用下復(fù)位，恢復(fù)到開始狀態(tài)，換刀結(jié)束。表6-2為工作循環(huán)中各電磁閥的電磁鐵動作順序表。上一頁返回6.3臥式加工中心氣動換刀系統(tǒng)的分析與故障排除6.4氣一液動力滑臺氣壓傳動系統(tǒng)的分析與故障排除氣一液動力滑臺是采用氣一液阻尼缸作為執(zhí)行元件，由于在它的上面可安裝單軸頭、動力箱或工件，因而在機械設(shè)備中常用來作為實現(xiàn)進給運動的部件。本任務(wù)要求能對圖6-13所示氣一液動力滑臺氣壓傳動系統(tǒng)進行全面分析，能正確選擇氣動元件組裝完整的系統(tǒng)，進行調(diào)試和維護，學(xué)會正確分析、判斷氣壓傳動系統(tǒng)中的常見故障，具有動手排除常見故障的能力。下一頁返回6.4.1介析實現(xiàn)“快進―>慢進(工進)―>快退―>停止”工作循環(huán)的工作原理實現(xiàn)該工作循環(huán)時，圖6-13中手動閥4必須處于圖示狀態(tài)，其工作原理如下:當手動閥3切換到右位時，實際上就是給予進刀信號，在氣壓作用下，氣缸中活塞開始向下運動，液壓缸中活塞下腔的油液經(jīng)行程閥6的左位和單向閥7進入液壓缸活塞的上腔，實現(xiàn)了快進;當快進到活塞桿上的擋鐵B切換行程閥6(使它處于右位)后，油液只能經(jīng)節(jié)流閥5進入活塞上腔，調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度，即可調(diào)節(jié)氣一液阻尼缸運動速度，所以活塞開始慢進(工作進給);上一頁下一頁返回6.4氣一液動力滑臺氣壓傳動系統(tǒng)的分析與故障排除當慢進到擋鐵C使行程閥2復(fù)位時，輸出氣信號使閥3切換到左位，這時氣缸活塞開始向上運動。液壓缸活塞上腔的油液經(jīng)閥8的左位和手動閥4中的單向閥進入液壓缸下腔，實現(xiàn)了快退;當快退到擋鐵A切換閥8至圖示位置而使油液通道被切斷時，活塞便停止運動。所以改變擋鐵A的位置，就能改變“?！钡奈恢?。上一頁下一頁返回6.4氣一液動力滑臺氣壓傳動系統(tǒng)的分析與故障排除6.4.2介析實現(xiàn)“快進―>慢進―>慢退―>快退―>停止”工作循環(huán)的工作原理實現(xiàn)該工作循環(huán)時，圖6-13中手動閥4必須關(guān)閉(處于左側(cè))，其工作原理如下:該工作循環(huán)中的快進一慢進的動作原理與上述相同。當慢進至擋鐵C切換行程閥2至左位時，輸出氣信號使閥3切換到左位，氣缸活塞開始向上運動，這時液壓缸活塞上腔的油液經(jīng)行程閥8的左位和節(jié)流閥5進入活塞下腔，亦即實現(xiàn)了慢退(反向進給);慢退到擋鐵B離開閥6的頂桿而使其復(fù)位(處于左位)后，液壓缸活塞上腔的油液就經(jīng)閥8的左位、閥6的左位而進入活塞下腔，開始快退;快退到擋鐵A切換閥8至圖示位置時而使油液通路被切斷時，活塞就停止運動。上一頁下一頁返回6.4氣一液動力滑臺氣壓傳動系統(tǒng)的分析與故障排除圖6-13中帶定位機構(gòu)的手動閥1、行程閥2和手動閥3實際上被組合成一個組合閥塊，閥4,5和6也被組合為一個組合閥塊。圖6-13中補油箱10和單向閥9是為了補償系統(tǒng)中的漏油而設(shè)置的，因此可用油杯來代替。上一頁返回6.4氣一液動力滑臺氣壓傳動系統(tǒng)的分析與故障排除6.5認識氣動系統(tǒng)常見故障及其排除方法在氣動系統(tǒng)操作訓(xùn)練和實際應(yīng)用中，有時某些元件會出現(xiàn)故障，特別是換向閥出現(xiàn)故障的次數(shù)較多，這就需要了解換向閥發(fā)生故障的原因和排除方法，以便及時解決問題。氣動系統(tǒng)常見故障及其排除方法如表6-3、表6-4所示。返回圖6-1回路圖的兩種表示法返回(a)定位回路圖;(b)不定位回路圖圖6-2全氣動系統(tǒng)中信號流和氣動元件的關(guān)系返回圖6-3不定位回路圖返回圖6-4單向滾輪杠桿閥