气动系统设计

第 十 四 章 气 动 系 统 设 计第 一 节 气 动 行 程 程 序 回 路 的 设 计 方 法第 二 节 气 动 系 统 设 计 的 主 要 内 容 及 设计 程 序 第 十 四 章 气 动 系 统 设 计 气动系统设计中一个很重要的内容是回路设计。在回路设计中，将着重介绍行程程序回路的设计方法，通过本章的学习要求我们能熟练地掌握这种方法进行回路设计。 第一节 气动行程程序回路的设计方法 一、概述 程 序 控 制 (简 称 程 控 )是 实 现 自 动 化 广 泛 采 用 的 一 种 控 制 方 法 。 程 序 控 制 可 分为 行 程 程 序 控 制 和 时 间 程 序 控 制 两 类 。简 单 行 程 程 控 与 时 间 程 控 的 一 般 组 成 方 式 如 图 14-1和 图 14-2所 示 。 外 部 输入 信 号 逻 辑 控制 回 路 执 行 元 件行 程 发 信 器图 14-1 行 程 程 序 控 制 方 框 图 时 间 程 序 信号 发 生 器 信 号 （ 脉 冲 ）分 配 回 路 执 行 元 件图 14-2 时 间 程 序 控 执 方 框 图 3.右 上 角 带 *号 的 信 号 称 其 为 执 行 信 如 、 、 、 、 、 .等 ； 而 把 不 带 *号 的 信 号 叫做 原 始 信 号 如 a0、 b0等 A1 信 号 动 作 线 图 法 是 利 用 绘 制 信 号 动 作 线 图 的 办 法 设 计 出 气 动 控 制 回 路 。 此 法 的 设 计 步 骤大 致 如 下 ： (一 )根 据 生 产 自 动 化 的 工 艺 要 求 ， 写 出 工 作 程 序 ； (二 )绘 制 信 号 动 作 线 图 ； (三 )分 析 并 排 除 控 制 障 碍 ； (四 )绘 制 逻 辑 原 理 图 和 气 动 回 路 原 理 图 。 1.用 大 写 字 母 A、 B、 C等 表 示 气 缸 ， 用 下 标“ 1”与 “ 0”表 示 气 缸 活 塞 杆 的 两 种 不 同 的 状 态 。(图 14-3)。 2.用 带 下 标 的 小 写 字 母 a1 、 a0、 b1 、 b0 等 分 别 表 示 与 动 作 A1、 A0、 B1、 B0等 相 对 应的 行 程 阀 及 其 输 出 信 号 。 图 气 缸 、 行 程 阀 符 号图 14-4 气 动 机 械 手 示 意 图立 柱 回 转 缸 立 柱 升 降 缸 夹 紧 缸 长 臂 伸 缩 缸 齿 轮齿 条 手 爪12 3二、气动行程程序回路的设计 (一 )列 出 工 作 程 序下 面 举 例 说 明 ： 例 某 专 用 气 动 机 械 手 的 结 构 示 意 图 如图 14-4所 示 ， 它 由 四 个 气 缸 所 组 成 ，能 在 三 个 坐 标 内 工 作 。 (二 )绘 制 信 号 -动 作 状 态 线 图 (X-D线 图 ) 1.多 缸 单 往 夏 系 统 X-D线 图 的 绘 (1)画 方 格 图 (如 图 14-6) (2)画 动 作 状 态 线 (D线 ) 下 面 以 气 动 机 械 手 动 作 为 例 说 明 动 作 线 图 的 画 法 。如 图 10-7所 示 ， 用 横 粗 实 线 画 出 了 各 执 行 元 件 的 动作 状 态 线 。 画 法 如 下 ： 动 作 状 态 线 的 起 点 是 该 动 作 程 序 的 开 始 处 。 动 作 状 态 线 的 终 点 是 该 动 作 状 态 变 化 的 开 始 处 组 程 序 执 行 信 号表 达 式1 2 3 4 5 6 71234567备用格 1 11 1111 111 11111 11 1 （ ）（ ）（ ）（ ） 0 0 0 0000 0 00 0000 001 （ ）图 14-6 气 动 机 械 手 线 图 的 方 格 图0立 柱 正 转 立 柱 下 降夹 紧 工 件 立 柱 升 起 立 柱 反 转长 臂 缩 回 松 开 工 件 长 臂 伸 出（ ） 气 动 机 械 手 工 作 程 序 图 之 一1 2 3 4 5 6 71 1 11 1 1 0 0 0 0 1 0 0（ ） 气 动 机 械 手 工 作 程 序 图 之 二图 14-5 其 工 作 程 序 如 图 14-5所 示 。 (3)画 信 号 线 (X线 ) 用 横 的 细 实 线 在 图 10-7上 画 出 了 程 信 号 线 。 信 号 线 的 画 法 如 下 ： 信 号 线 的 起 点 与 同 一组 中 动 作 状 态 线 的 起 点相 同 。 信 号 线 的 终 点 是 和 上一 组 中 产 生 该 信 号 的 动作 线 终 点 相 同 。 123456 7 1 11 1111 111 11 1111（ ）（ ）（ ）（ ） 0 0 0 0000 000 0000001（ ） 图 14-7 气 动 机 械 手 线 图 程 序组 执 行 信 号 表 达 式0 备用格 ） 10（ 1） = 1= 0 011（ 1） 1= 10（ 0） 0 10（ 1） = 1 0(三 )确 定 并 排 除 障 碍 信 号 ，找 出 执 行 信 号 1.障 碍 信 号 的 确 定 2. I型 障 碍 信 号 的 排 除 排 除 障 碍 的 实 质 就 是 缩 短 控 制 信 号 存 在 的时 间 ， 使 长 信 号 变 为 短 信 号 (信 号 线 最 长 等 于 它 所 控 制 的 动 作 线 )。 (1)脉 冲 信 号 法 将 有 障 碍 的 原 始 信 号 变 成 脉 冲 信 号 。 1.采 用 机 械 活 络 挡 铁 或 可 通 过 式 行 程 阀 。（ 图 14-18） 2.采 用 脉 冲 阀 或 脉 冲 形 成 回 路 排 除 I型 障 碍 。（ 图 14-19） 前 进 返 回） 由 活 烙 挡 铁 发 脉 冲 信 号） 由 可 通 过 式 行 程 阀 发 脉 冲 信 号图 14-8 单 方 向 发 脉 冲 信 号前 进 返 回 脉冲阀用 脉 冲 阀 的 回 路 用 差 压 阀 的 回 路 有 启 动 保 护 的 脉 冲 控 制 回 路图 脉 冲 阀 与 脉 冲 形 成 回 路 (2)逻 辑 回 路 法 排 除 I型 障 碍 1 由 “ 与 门 ” 逻 辑 元 件 排 除 障 碍 (图 14-10) 如 图 14-11所 示 ， 制 约 信 号 x的 起 始 点 应 选 在 障 碍 信 号m开 始 之 前 及 m障 碍 段 之 后 范 围 中 (图 中 3区 域 )。 x的 终 点应 选 在 障 碍 信 号 m的 无 障 碍 段 中 。图 14-10 与 门 排 除 障 碍 1 23 3图 14-11 制 约 信 号 的 选 择1.无 障 碍 段 2.障 碍 段 3.制 约 信 号 起 点 区 域 2. 用 中 间 记 忆 元 件 排 除 I型 障 碍如 图 14-12b所 示 ， 常 为 双 气 控 二 位 三 通 (或 二 位 五 通 )阀 ， 当 x 1有 气 时 使 K阀 有 输 出 ， 而当 x0有 气 时 K阀 无 输 出 。 很 明 显 x1与 x0不 能 同 时 存 在 ， 只 能 一 先 一 后 存 在 ， x1或 x0可 用 脉 冲阀 得 到 。 选 择 K阀 的 原 则 是 (见 图 14-13)： 图 14-12 采 用 中 间 记 忆 元 件 排 障） 逻 辑 原 理 图01 12 01 ） 有 记 忆 元 件 的 回 路 图1 10 100 图 14-13 记 忆 元 件 的 选 择 (四 )气 动 回 路 的 简 化 及 对 操 作 要 求 等 的 考 虑 (1)用 弹 簧 及 单 向 控 制 阀 (或 单 作 用 缸 )代 替 双 向 控 制 阀 (如 图 10-14b ) (2)用 “ 禁 门 ” 回 路 及 差 压 阀 (如 图 10-15所 示 ) 图 14-14 用 弹 簧 复 位 阀 或 缸 简 化 回 路简 化 后 的 回 路原 回 路 信 号 动 作 状 态 用 “ 禁 门 ” 回 路 用 差 压 阀图 14-15 用 禁 门 回 路 及 差 压 阀 对 回 路 的 简 化(3)用 阀 的 合 并 法 （ 如 图 14-16所 示 ） 图 14-16 用 一 个 二 位 五 通 阀 代 替 两 个 二 位 三 通 阀 (五 )对 回 路 其 它 要 求 的 设 计 1.回 路 的 复 位 及 启 动 （ 图 14-17） 2.手 动 及 自 动 操 作 （ 图 14-18） 3.联 锁 保 护 (六 )绘 制 气 控 逻 辑 原 理 图 与 气 控 回 路 原 理 图 1.气 控 逻 辑 原 理 图 的 绘 制 (1)气 动 逻 辑 原 理 图 的 基 本 组 成 及 符 号 (2) 气 动 逻 辑 原 理 图 的 画 法 （ 图 14-19） 2. 气 控 回 路 原 理 图 的 绘 制 图 回 路 的 启 动 及 停 车12图 14-18 手 动 及 自 动 操 作1-按 钮 行 程 阀1001 0101图 气 动 机 械 手 逻 辑 元 理 图 第二节 气动系统设计的主要内容及设计程序一、明确工作要求 （ 一 ） 运 动 和 操 作 力 的 要 求 （ 二 ） 工 作 环 境 条 件 （ 三 ） 和 机 、 电 、 液 控 制 相 配 合 的 情 况 ， 以 及 对 气 动 系 统 的 要 求 。二、设计气控回路 （ 一 ） 列 出 气 动 执 行 元 件 的 工 作 程 序 图 （ 并 用 字 母 表 示 ） 。 （ 二 ） 画 信 号 动 作 状 态 线 图 。 （ 三 ） 应 用 逻 辑 符 号 按 行 程 程 序 画 出 逻 辑 的 原 理 图 。 （ 四 ） 根 据 逻 辑 原 理 图 并 参 考 各 种 气 动 基 本 回 路 （ 和 常 用 回 路 ） 绘 制 气 动 回 路 原 理 图 。 （ 五 ） 为 得 到 最 合 理 的 气 动 回 路 ， 设 计 时 ， 可 根 据 逻 辑 原 理 图 作 出 几 种 方 案 进 行 比 较 ，如 对 气 控 制 、 电 -气 控 制 和 射 流 控 制 方 案 进 行 合 理 的 选 定 。 三、选择、设计执行元件 四、选择控制元件 1. 确 定 控 制 元 件 类 型 ， 其 中 对 于 全 气 阀 控 制 、 电 磁 气 阀 控 制 、 逻 辑 元 件 或 射 流 元 件 控 制 要 根 据 表 14-1进 行 比 较 而 定 。 表 14-1 几 种 气 控 元 件 选 用 比 较 表 控 制 方 式比 较 项 目 电 磁 气 阀 控制 气 控 气 阀 控制 气 控 逻 辑 元 件控 制 气 控 射 流 元件 控 制安 全 可 靠 性 较 好（ 交 流 的 易烧 线 圈 ） 较 好 较 好 一 般恶 劣 环 境 适 应 性（ 易 燃 、 易 爆 、潮 湿 等 ） 较 差 较 好 较 好 好（ 抗 冲 击 、抗 振 动 ）气 源 净 化 要 求 一 般 一 般 一 般 高远 距 离 控 制 性 速度 传 递 好 ， 快 一 般 ， 10几 毫 秒 一 般 ， 几 毫秒 10几 毫 秒 较 好 ， 可 达 1毫 秒 控 制 元 件 体 积 一 般 大 较 小 小元 件 无 功 耗 气 量 很 小 很 小 小 大元 件 带 负 载 能 力 高 高 较 高 有 限价 格 稍 贵 一 般 便 宜 便 宜 2. 确 定 控 制 元 件 的 通 径表 10-2标 准 控 制 阀 各 种 通 径 对 应 的 额 定 流 量 公 称通 径毫 米 3 6 8 10 15 20 25 32 40 5010-3米 3 /秒 0.1944 0.6944 1.3889 1.9444 2.7778 5.5555 8.3333 13.889 19.444 27.778米 3 /小 时 0.7 2.5 5 7 10 20 30 50 70 100升 /分 11.66 41.67 83.34 116.67 166.68 213.36 500 833.4 11 66.7 1666.8注 ： 额 定 流 量 是 限 制 流 速 在 15 25米 /秒 范 围 以 内 所 测 得 阀 的 流 量 。 五、选择气动辅件 （ 一 ） 分 水 滤 气 器 其 类 型 主 要 根 据 过 滤 精 度 要 求 而 定 。（ 二 ） 油 雾 器 根 据 油 雾 颗 径 大 小 和 流 量 来 选 取 。 （ 三 ） 消 声 器 可 根 据 工 作 场 合 选 用 不 同 形 式 的 消 声 器 ， 其 通 径 大 小 根 据 通 过 的 流 量 而定 ， 可 查 有 关 手 册 。 （ 四 ） 储 气 罐 其 理 论 容 积 可 按 第 五 章 经 验 公 式 计 算 ， 具 体 结 构 、 尺 寸 可 查 压 缩 空 气站 设 计 手 册 。 六 、 确 定 管 道 直 径 、 计 算 压 力 损 失 七 、 选 择 空 压 机 （ 一 ） 计 算 空 压 机 的 供 气 量 Qj， 以 选 择 空 压 机 的 额 定 排 气 量 （ 二 ） 计 算 空 压 机 的 供 气 压 力 ， 以 选 择 空 压 机 的 排 气 压 力