气动系统的设计计算 气动系统的设计一般应包括: 1)回路设计; 2)元件、辅件选用; 3)管道选择设计; 4)系统压降验算; 5)空压机选用; 6)经济性与可靠性分析. 以上各项中,回路设计是一个"骨架"基础,本章着重予以说明,然后结合实例对气对系统的设计计算进行综 合介绍. 1 气动回路 1.1 气动基本回路 气动基本回路是气动回路的基本组成部分,可分为:压力与力控制回路、方向控制(换向)回路、速度控制回 路、位置控制回路和基本逻辑回路. 表42.6-1 气动压力与力控制回路及特点说明 简图 说明 1.压力控制回路 一次压控制回路 主要控制气罐,使其压力不超过规定压力.常采用 外控式溢流阀 1 来控制,也可用带电触点的压力表 1′,代替溢流阀 1 来控制压缩机电动机的启、停,从 而使气罐内压力保持在规定压力范围内.采用溢流阀 结构简单、工作可靠,但无功耗气量大;后者对电动 机及其控制要求较高 二次压控制回路 二次压控制主要控制气动控制系统的气源压力,其 原理是利用溢流式减压阀 1 以实现定压控制 高低压控制回路 气源供给某一压力,经二个调压阀(减压阀)分别 调到要求的压力 图a利用换向阀进行高、低压切换 图b同时分别输出高低压的情况 差压回路 此回路适用于双作用缸单向受载荷的情况,可节省 耗气量 图a为一般差压回路 图b在活塞杆回程时,排气通过溢流阀 1,它与定 压减压阀 2 相配合,控制气缸保持一定推力 2.力控制回路 串联气缸增力回 路 三段活塞缸串联.工作行程(杆推出)时,操纵电 磁换向阀使活塞杆增力推出.复位时,右端的两位四 通阀进气,把杆拉回 增力倍数与串联的缸段数成正比 气液增压缸增力 回路 利用气液压缸 1,把压力较低的气压变为压力较高 的液压,以提高气液缸 2 的输出力.应注意活塞与缸 筒间的密封,以防空气混入油中 1.1.1 压力与力控制回路(见表 42.6-1) 1.1.2 换向回路(见表 42.6-2) 表42.6-2 气动换向回路及特点说明 简图 说明 1.单作用气缸换向回路 二位三通电磁阀控 制回路 图a为常断二位三通电磁阀控制回路. 通电时活 塞杆上升,断电时靠外力(如弹簧力等)返回 图b为常通二位三通电磁阀控制回路. 断电时常 通气流使活塞杆伸出,通电时靠外力返回 三位三通电磁阀控 制回路 控制气缸的换向阀带有全封闭形中间位置, 理论 上可使气缸活塞在任意位置停止; 但实际上由于漏 损(即使微量)而降低了定位精度 此三位三通阀可用三位五通阀代替 二位三通阀代用回 路 用两个二位二通电磁阀代替二位三通阀以控制 单作用缸工作.图示位置为活塞杆缩回位置;需要 活塞杆伸出时, 必须两个二位二通阀同时通电换向 2.双作用气缸换向回路 二位五通单电 (气) 控阀控制回路 图a为单电磁控制阀控制回路. 电磁阀通电时换 向,使活塞杆伸出.断电时,阀芯靠弹簧复位,使 活塞杆收回 图b为单气控换向阀控制回路. 切换二位三通阀 时相应切换主气控阀,使活塞杆伸出.二位三通阀 复位后主气控阀也复位,活塞杆缩回 二位五通阀代用回 路 用两个二位三通电磁阀代替上述二位五通阀的 控制回路中,两个阀一为常通,另一为常断,且两 阀应同时动作,才能使活塞杆换向 二位五通双电 (气) 控阀控制回路 图a为双电控双作用缸换向回路 图b为双气控双作用缸换向回路. 主控阀两则的 两个二位三通阀可作远距离控制用, 但两阀必须协 调动作,不能同时接通气源 三位五通双电控阀 控制回路 此回路除可控制双作用缸换向外, 气缸可以在中 间位置停留 1.1.3 速度控制回路(见表 42.6-3) 表42.6-3 气动速度控制回路及特点说明 简图 说明 1.单作用缸速度控制回路 调速回路 图a为采用节流阀的回路 图b为采用单向节流阀的回路.两单向节流阀 分别控制活塞杆进退速度 快速返回回路 活塞返回时,气缸无活塞杆腔由于经快速排气 阀直接排气,就使活塞杆快速返回 2.双作用气缸速度控制回路 调速回路 图a为采用单向节流阀的调速回路 图b为采用节流阀的调速回路 图a、b 都是排气节流调速回路.对于气动,采 用排气节流较进气节流效果好.因为,前者可使 进气阻力小;且活塞在有背压情况下向前运动, 运动较平稳,受外载变化的影响较小 缓冲回路 缓冲回路即为行程末端变速回路 图a当活塞返回到行程末端时,其左腔压力已 下降到打不开溢流阀 2,因此残气只能通过节流 阀1缓冲排出,节流阀 3 开度较大,不影响末端 行程前的正常排气.它常用于行程长、速度快的 场合 图b当活塞杆伸出至撞块切换二通阀时开始缓 冲.根据缓冲要求,可改变二通阀的安装位置, 达到良好的缓冲效果.此回路适用于气缸惯性力 大的场合 3.气液联动速度控制回路 调速回路 此回路通过改变油路中节流开度来达到两个运动 方向的无级调速.它要求气液传送器 T 的油量大于 液压缸的容积,并有一定余量,同时须注意气、油 间的密封、以防气体混入油中 气液 传送 器 变速回路(快进-慢进-快退) 当活塞杆伸出至撞块切换二通行程阀后,活塞运 动开始从快进变为慢进. 改变单向节流阀节流开度, 可获任意低速 气液 传动 缸 调速回路 该回路通过调节两只速度控制阀 2 的节流开度来 分别获得二个运动方向的无级调速.油杯 3 起补充 漏油的作用 图中 1 为气液传动缸 变速回路之一 (快进-慢进- 快退) 图a回路为液压缸结构变速回路:当活塞右行至 封住 s 孔开始,液压缸右腔油液只能被迫从 t 孔经 节流阀至其左腔,这时快进变为慢进.此回路变速 位置不能改变 图b回路为用行程阀变速的回路:当活塞右行至 撞块 1 碰到行程阀后开始作慢速进给.此回路只要 改变撞块安装位置即可改变开始变速的位置 变速回路之二 (快进-慢进- 慢退-快退) 图a回路为液压缸结构变速回路:当活塞右行至 超过 s 孔时,开始从快进变为慢进.而当活塞左行 时,由于其左腔油液只能被迫从 s′孔经节流阀至 其右腔,故为慢退,直至活塞左行到超过 s 孔时, 才开始从慢退变为快退 图b回路为采用行程阀的回路.慢退的实现是由 于它比采用行程阀的快进→慢进→快退回路少了一 只单向阀,活塞开始左行时其左腔的油液只能经节 流阀流至其右腔 变速回路之三 (中间位置停 止) 回路中,阻尼缸与气缸并联,液压缸流量由单向 节流阀来控制,可得平稳而一定的速度.弹簧式蓄 能器 2 能调节阻尼缸中油量变化,且有补偿少量漏 油作用.借助阻尼缸活塞杆上的调节螺母 1,可使 气缸开始时快速动作,当碰到螺母后,就由阻尼缸 来控制,变为慢速前进.同时,由于主控阀采用了 中间泄压式三位五通阀,所以当主控阀在中间位置 时,油阻尼缸回路被二位二通阀 3 切断,活塞就停 止在该位置上;当主阀被切换到任何一侧,压缩空 气就输入气缸,同时经梭阀使阀 3 换向,使液压回 路接通阻尼缸起调速作用.并联活塞杆工作时由于 产生附加弯矩,故应考虑设导向装置 1.1.4 位置控制回路(见表 42.6-4) 表42.6-4 气动位置控制回路及特点说明 简图 说明 1.有限(选定)位置控制回路 缓冲挡块 定位控制 当执行元件 (如气缸活塞杆) 把工件推到缓冲器 1 上时, 使活塞杆缓冲行进一小段后, 小车碰到定位块上, 使小车 强迫停止 气控机械 定位机构 水平缸活塞杆前端联接齿轮齿条机构. 当活塞杆及其上 齿条 1 往复动作时, 推动齿轮 3 往复摆动以带动齿轮上棘 爪摆动, 推动棘轮作单向间歇转动, 从而带动与棘轮同轴 的工作转台作间歇转动. 工作台下带有凹槽缸口, 当水平 缸活塞杆回程时, 即齿条脱开行程开关 2 时, 使垂直缸电 磁阀 4 切换,垂直缸活塞杆伸出,进入该凹槽缺口,使工 作转台正确定位 多位缸位置控制回路的特点是控制多位缸的活塞杆按 设计要求,部分或全部伸出或缩回,以获得多个位置 图a利用三位六通阀的回路: 当阀处于位置 I 时, 气缸 处于图示位置(两端活塞杆处于收缩状态);阀处于位置 Ⅱ时,孔2、3 进气,右活塞杆伸出;阀处于位置Ⅲ时, 两端活塞杆全部伸出 图b由二位三通阀 1、2、3 控制两个换向阀 4、5,使 气缸两活塞杆处于所要求位置: 阀1动作时, 两活塞杆均 收进;阀2动作时,两杆一伸一缩;阀3动作时,两杆全 部伸出 图c四位置定位控制回路.图示位置为按动手控阀 1 时,压缩空气通过手控阀 1,分两路分别由梭阀 1′、4′ 控制两个二位五通阀使主气源进入多位缸而得到位置 I. 当推动手控阀 2、3 或4时,可相应得到位置Ⅱ、Ⅲ或Ⅳ 多位缸位置 控制 图d为A、B 两缸串列实现三位定位控制的回路.图示 位置为 A、B 两缸的活塞杆均处于收进状态.当左阀 2 如 图示状态而右阀 1 通电换向时,由于 A 缸活塞面积较 B 缸为大, 故A缸活塞杆向左推动 B 缸活塞杆, 其行程长为 Ⅰ-Ⅱ.反之,当阀 1 如图示状态而阀 2 通电切换时,缸B活塞杆杆端由位置Ⅱ继续前进到Ⅲ(因缸 B 行程长为 Ⅰ-Ⅲ).此外,可在两缸端盖上 ? 处与活塞杆平行安装 调节螺钉,可微调行程位置 1.有限选定控制回路 多位缸位置 控制 图e不三柱塞数字缸位置控制回路.A、B、C、D 为气 缸的四个通口:A、B、C 供正常工作压力 p1,通口 D 供低 压,以控制各柱塞复位或停于某个需要位置.1、2、3 为 三个柱塞. 当控制不同换向阀工作时, 可得到包括原始位 置在内的活塞杆的八个位置:1、2、3 三个柱塞各自分别 伸出时可相应得到三个不同位置;1、2 同时伸出,2、3 同时伸出或 1、3 同时伸出时又可得三个不同位置;1、2、 3 全部伸出为此数字缸最大行程位置;1、2、3 均收进为 图示原始位置 2.任意位置停止控制回路 三位阀位置 控制回路 用三位三通阀或三位、五通阀控 制普通气缸位置 (参阅表 42.6-2 中 的有关回路) 三位三通阀控制普通单作用气缸, 三位五通阀控制普通 双作用气缸 这类位置控制回路由于要求气动系统, 主要是缸与阀元 件的密封性很严, 否则不易正确控制位置, 对于要求保持 一定时间的中停位置更为困难. 所以这类回路可用于不严 格要求位置精度的场合 气液联动控 制位置回路 图a由于采用了气液传送器 2、3,所以与上述普通气 缸的位置控制回路的精度要高得多. 缸的活塞杆伸出端装 有单向节流阀 4 以控制回程速度; 缸的另一端装有两位两 通换向阀 6,需要在中间位置停止时,将液压回路切断, 迅速地使活塞停留在所要求的位置上 图b为采用气液阻尼缸的气液联动位置控制回路. 换向 阀1为中泄式三位五通阀. 图示位置时, 气液缸的气缸部 分排空;而液压缸部分由于两位两通阀 3 处于封闭位置, 回路断开,故可保持活塞杆停在该位置.当阀 1 切换时, 由于压缩空气除进入气缸外,还可经梭阀 2 而切换阀 3, 使气液阻尼缸的阻尼油路通, 即可由气缸推动液压缸工作 1.1.5 基本逻辑回路(见表 42.6-5) 表42.6-5 气动基本逻辑回路及特点说明 说明 简图 逻辑符号及表示式 真值表、其他信号动作关系 是回路 a s 0 0 1 1 非回路 a s 0 1 1 0 或回路 a b s 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 与回路 a b s 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 或非回路 a b s 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 与非回路 a b s 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 禁回路 a b s 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 独或回路 a b s 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 同或回路 a b s 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 记忆回路 a b s1 s2 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 延时回路 当有控制信号 a 时,需经 一定时间延迟后才有输出 s 延时 τ 的长短可由节流 元件调节.回路要求信号 a 的持续时间大于 τ 脉冲信号 形成回路 回路可把一长信号 a 变为 一定宽度的脉冲信号 s,脉 冲宽度可由回路中节流元件 进行调节 回路要求输入信号 a 的持 续时间大于脉冲宽度 1.2 常用回路 实际应用中经常遇到的典型回路简称常用回路. 1.2.1 安全保护回路(见表 42.6-6) 1.2.2 往复动作回路(见表 42.6-7、8) 表42.6-6 气动安全保护回路及特点说明 简图 说明 1.过载保护回路 气缸活塞在右行途中, 若遇障碍或其它原因而使气 缸过载时, 气缸左腔压力急剧升高, 当超过预定值时, 顺序阀 1 打开,二通阀 2 打开,主控阀控制气由阀 2 排空而复位,从而使气缸左腔排气,活塞杆收回.因 此本回路实质为限压回路 2.互锁及供气选择回路 互锁回 路 互锁回路可保证同时只有一个缸动作. 回路主要利 用梭阀 1、2、3 及换向阀 4、5、6 进行互锁.如气控 阀7动作,换向阀 4 换向使 A 缸动作;但同时缸 A 进气腔管路使梭阀 1、2 动作,把换向阀 5、6 锁住; 这样,此时即使有气控阀 8、9 的动作信号,B、C 缸 也不会动作. 如需换缸动作, 必须把前面动作缸的气 控阀复位才行. 供气选 择回路 此回路为四个空气供应站 A、B、C、D 的选择回路: 同时只允许有一个站供气(输出).其动作原理与上 述互锁回路相似 3.双手"同时"操作回路 此回路为需双手"同时"操作才能使活塞运动的 回路. 若双手不是"同时"按下, 则气容 3 都将首先 与阀 1 的排气口接通而排空,使无 K 信号.若阀 1 或2未能复位, 则气容 3 都将得不到充气, 亦就不可 能有 K 气信号.故此回路能确保手的安全 表42.6-7 气动往复动作回路及特点说明 简图 说明 1.单往复动作回路 行程阀 控制回 路 这是利用右端行程阀控制的单 (一次) 往复动作回 路.其结构较简单、操作方便(按一下左端按钮阀, 气缸活塞进行一次往复动作) 延时返 回回路 此回路与上述回路比较多了一个气容 c. 活塞右行 达到所定行程, 压下行程阀后, 气源对 c 充气后主控 阀才换向,使活塞返回 2.连续往复动作回路 图a为较简单的利用行程阀实现连续自动往复的 回路, 其可靠性常取决于行程阀的密封性与弹簧的质 量图b为时间控制式回路. 利用气容元件 c 充气达一 定值时切换主控阀,从而实现活塞行程连续自动往 复.回路较 a 复杂,但是可不用行程阀,且外接管路 也较少 图c为压力控制式回路. 它适用于行程短、 不便安 装行程阀的场合. 当载荷变化较大时, 为使缸正常工 作, 应使缸径选择有较大余量. 当要求行程位置较准 确时,主控阀应选为差压阀(如图 c 中之 1),两侧 两个阀 2、3 也要选择合适 表42.6-8 气动程序动作控制回路举例及特点说明 简图 说明 A1-B1-B0-A0 双缸程序动作回路 两缸 A、B 按A1-B1-B0-A0 程序进行工作 回路中行程阀 b1 为气控复位式的, 它与 a1、 b0 采用 可通过式行程阀的回路比较, 能在速度较快的情况下 正常工作 图中 Q 为起动阀. 当按下 Q 阀时, 缸A的主控阀将 气源与缸 A 左侧联通,使缸 A 处于 A1 状态,以下即 按程序 A1-B1-B0-A0 工作 1.2.3 程序动作控制回路 程序动作控制回路(表42.6-8)在实际中应用广、类型多.下面仅举一个双缸程序动作(A1-B1-B0-A0)为例(表42.6-8)说明.而不同执行缸以及各种不同程序动作的回路,将在本章第 2 节中介绍其基本设计方法. 1.2.4 同步动作控制回路(见表 42.6-9) 表42.6-9 气动同步动作控制回路及特点说明 简图 说明 1) 为较简单的同步回路.使A、B 两缸同步的主要 措施是采用刚性零件 G 连接两缸的活塞杆 2) 是通过把油封入回路中来达到两缸正确地同步 的. 由于两缸为单活塞杆缸故要求气液缸 B 的内径大 于缸 A 的内径, 以使气液缸 B 上腔的有效截面积与缸 A 的下腔截面积完全相等.若两缸为双活塞杆缸,则 要求两缸内径与活塞杆直径均相等 3) 是使加有不等载荷 F1、F2 的工作台作水平上下 运动的同步动作回路.当三位主控阀处于中间位置 时, 蓄能器自动地通过补给回路对缸补充漏油. 若主 控阀处于另两位置, 则蓄能器的补给回路被切断, 回 路中还安装了空气塞 1、2,可将混入油中的空气放 掉并由蓄能器补油
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气动系统的设计计算 气动系统的设计一般应包括: 1)回路设计; 2)元件、辅件选用; 3)管道选择设计; 4)系统压降验算; 5)空压机选用; 6)经济性与可靠性分析. 以上各项中,回路设计是一个"骨架"基础,本章着重予以说明,然后结合实例对气对系统的设计计算进行综 合介绍. 1 气动回路 1.1 气动基本回路 气动基本回路是气动回路的基本组成部分,可分为:压力与力控制回路、方向控制(换向)回路、速度控制回 路、位置控制回路和基本逻辑回路. 表42.6-1 气动压力与力控制回路及特点说明 简图 说明 1.压力控制回路 一次压控制回路 主要控制气罐,使其压力不超过规定压力.常采用 外控式溢流阀 1 来控制,也可用带电触点的压力表 1′,代替溢流阀 1 来控制压缩机电动机的启、停,从 而使气罐内压力保持在规定压力范围内.采用溢流阀 结构简单、工作可靠,但无功耗气量大;后者对电动 机及其控制要求较高 二次压控制回路 二次压控制主要控制气动控制系统的气源压力,其 原理是利用溢流式减压阀 1 以实现定压控制 高低压控制回路 气源供给某一压力,经二个调压阀(减压阀)分别 调到要求的压力 图a利用换向阀进行高、低压切换 图b同时分别输出高低压的情况 差压回路 此回路适用于双作用缸单向受载荷的情况,可节省 耗气量 图a为一般差压回路 图b在活塞杆回程时,排气通过溢流阀 1,它与定 压减压阀 2 相配合,控制气缸保持一定推力 2.力控制回路 串联气缸增力回 路 三段活塞缸串联.工作行程(杆推出)时,操纵电 磁换向阀使活塞杆增力推出.复位时,右端的两位四 通阀进气,把杆拉回 增力倍数与串联的缸段数成正比 气液增压缸增力 回路 利用气液压缸 1,把压力较低的气压变为压力较高 的液压,以提高气液缸 2 的输出力.应注意活塞与缸 筒间的密封,以防空气混入油中 1.1.1 压力与力控制回路(见表 42.6-1) 1.1.2 换向回路(见表 42.6-2) 表42.6-2 气动换向回路及特点说明 简图 说明 1.单作用气缸换向回路 二位三通电磁阀控 制回路 图a为常断二位三通电磁阀控制回路. 通电时活 塞杆上升,断电时靠外力(如弹簧力等)返回 图b为常通二位三通电磁阀控制回路. 断电时常 通气流使活塞杆伸出,通电时靠外力返回 三位三通电磁阀控 制回路 控制气缸的换向阀带有全封闭形中间位置, 理论 上可使气缸活塞在任意位置停止; 但实际上由于漏 损(即使微量)而降低了定位精度 此三位三通阀可用三位五通阀代替 二位三通阀代用回 路 用两个二位二通电磁阀代替二位三通阀以控制 单作用缸工作.图示位置为活塞杆缩回位置;需要 活塞杆伸出时, 必须两个二位二通阀同时通电换向 2.双作用气缸换向回路 二位五通单电 (气) 控阀控制回路 图a为单电磁控制阀控制回路. 电磁阀通电时换 向,使活塞杆伸出.断电时,阀芯靠弹簧复位,使 活塞杆收回 图b为单气控换向阀控制回路. 切换二位三通阀 时相应切换主气控阀,使活塞杆伸出.二位三通阀 复位后主气控阀也复位,活塞杆缩回 二位五通阀代用回 路 用两个二位三通电磁阀代替上述二位五通阀的 控制回路中,两个阀一为常通,另一为常断,且两 阀应同时动作,才能使活塞杆换向 二位五通双电 (气) 控阀控制回路 图a为双电控双作用缸换向回路 图b为双气控双作用缸换向回路. 主控阀两则的 两个二位三通阀可作远距离控制用, 但两阀必须协 调动作,不能同时接通气源 三位五通双电控阀 控制回路 此回路除可控制双作用缸换向外, 气缸可以在中 间位置停留 1.1.3 速度控制回路(见表 42.6-3) 表42.6-3 气动速度控制回路及特点说明 简图 说明 1.单作用缸速度控制回路 调速回路 图a为采用节流阀的回路 图b为采用单向节流阀的回路.两单向节流阀 分别控制活塞杆进退速度 快速返回回路 活塞返回时,气缸无活塞杆腔由于经快速排气 阀直接排气,就使活塞杆快速返回 2.双作用气缸速度控制回路 调速回路 图a为采用单向节流阀的调速回路 图b为采用节流阀的调速回路 图a、b 都是排气节流调速回路.对于气动,采 用排气节流较进气节流效果好.因为,前者可使 进气阻力小;且活塞在有背压情况下向前运动, 运动较平稳,受外载变化的影响较小 缓冲回路 缓冲回路即为行程末端变速回路 图a当活塞返回到行程末端时,其左腔压力已 下降到打不开溢流阀 2,因此残气只能通过节流 阀1缓冲排出,节流阀 3 开度较大,不影响末端 行程前的正常排气.它常用于行程长、速度快的 场合 图b当活塞杆伸出至撞块切换二通阀时开始缓 冲.根据缓冲要求,可改变二通阀的安装位置, 达到良好的缓冲效果.此回路适用于气缸惯性力 大的场合 3.气液联动速度控制回路 调速回路 此回路通过改变油路中节流开度来达到两个运动 方向的无级调速.它要求气液传送器 T 的油量大于 液压缸的容积,并有一定余量,同时须注意气、油 间的密封、以防气体混入油中 气液 传送 器 变速回路(快进-慢进-快退) 当活塞杆伸出至撞块切换二通行程阀后,活塞运 动开始从快进变为慢进. 改变单向节流阀节流开度, 可获任意低速 气液 传动 缸 调速回路 该回路通过调节两只速度控制阀 2 的节流开度来 分别获得二个运动方向的无级调速.油杯 3 起补充 漏油的作用 图中 1 为气液传动缸 变速回路之一 (快进-慢进- 快退) 图a回路为液压缸结构变速回路:当活塞右行至 封住 s 孔开始,液压缸右腔油液只能被迫从 t 孔经 节流阀至其左腔,这时快进变为慢进.此回路变速 位置不能改变 图b回路为用行程阀变速的回路:当活塞右行至 撞块 1 碰到行程阀后开始作慢速进给.此回路只要 改变撞块安装位置即可改变开始变速的位置 变速回路之二 (快进-慢进- 慢退-快退) 图a回路为液压缸结构变速回路:当活塞右行至 超过 s 孔时,开始从快进变为慢进.而当活塞左行 时,由于其左腔油液只能被迫从 s′孔经节流阀至 其右腔,故为慢退,直至活塞左行到超过 s 孔时, 才开始从慢退变为快退 图b回路为采用行程阀的回路.慢退的实现是由 于它比采用行程阀的快进→慢进→快退回路少了一 只单向阀,活塞开始左行时其左腔的油液只能经节 流阀流至其右腔 变速回路之三 (中间位置停 止) 回路中,阻尼缸与气缸并联,液压缸流量由单向 节流阀来控制,可得平稳而一定的速度.弹簧式蓄 能器 2 能调节阻尼缸中油量变化,且有补偿少量漏 油作用.借助阻尼缸活塞杆上的调节螺母 1,可使 气缸开始时快速动作,当碰到螺母后,就由阻尼缸 来控制,变为慢速前进.同时,由于主控阀采用了 中间泄压式三位五通阀,所以当主控阀在中间位置 时,油阻尼缸回路被二位二通阀 3 切断,活塞就停 止在该位置上;当主阀被切换到任何一侧,压缩空 气就输入气缸,同时经梭阀使阀 3 换向,使液压回 路接通阻尼缸起调速作用.并联活塞杆工作时由于 产生附加弯矩,故应考虑设导向装置 1.1.4 位置控制回路(见表 42.6-4) 表42.6-4 气动位置控制回路及特点说明 简图 说明 1.有限(选定)位置控制回路 缓冲挡块 定位控制 当执行元件 (如气缸活塞杆) 把工件推到缓冲器 1 上时, 使活塞杆缓冲行进一小段后, 小车碰到定位块上, 使小车 强迫停止 气控机械 定位机构 水平缸活塞杆前端联接齿轮齿条机构. 当活塞杆及其上 齿条 1 往复动作时, 推动齿轮 3 往复摆动以带动齿轮上棘 爪摆动, 推动棘轮作单向间歇转动, 从而带动与棘轮同轴 的工作转台作间歇转动. 工作台下带有凹槽缸口, 当水平 缸活塞杆回程时, 即齿条脱开行程开关 2 时, 使垂直缸电 磁阀 4 切换,垂直缸活塞杆伸出,进入该凹槽缺口,使工 作转台正确定位 多位缸位置控制回路的特点是控制多位缸的活塞杆按 设计要求,部分或全部伸出或缩回,以获得多个位置 图a利用三位六通阀的回路: 当阀处于位置 I 时, 气缸 处于图示位置(两端活塞杆处于收缩状态);阀处于位置 Ⅱ时,孔2、3 进气,右活塞杆伸出;阀处于位置Ⅲ时, 两端活塞杆全部伸出 图b由二位三通阀 1、2、3 控制两个换向阀 4、5,使 气缸两活塞杆处于所要求位置: 阀1动作时, 两活塞杆均 收进;阀2动作时,两杆一伸一缩;阀3动作时,两杆全 部伸出 图c四位置定位控制回路.图示位置为按动手控阀 1 时,压缩空气通过手控阀 1,分两路分别由梭阀 1′、4′ 控制两个二位五通阀使主气源进入多位缸而得到位置 I. 当推动手控阀 2、3 或4时,可相应得到位置Ⅱ、Ⅲ或Ⅳ 多位缸位置 控制 图d为A、B 两缸串列实现三位定位控制的回路.图示 位置为 A、B 两缸的活塞杆均处于收进状态.当左阀 2 如 图示状态而右阀 1 通电换向时,由于 A 缸活塞面积较 B 缸为大, 故A缸活塞杆向左推动 B 缸活塞杆, 其行程长为 Ⅰ-Ⅱ.反之,当阀 1 如图示状态而阀 2 通电切换时,缸B活塞杆杆端由位置Ⅱ继续前进到Ⅲ(因缸 B 行程长为 Ⅰ-Ⅲ).此外,可在两缸端盖上 ? 处与活塞杆平行安装 调节螺钉,可微调行程位置 1.有限选定控制回路 多位缸位置 控制 图e不三柱塞数字缸位置控制回路.A、B、C、D 为气 缸的四个通口:A、B、C 供正常工作压力 p1,通口 D 供低 压,以控制各柱塞复位或停于某个需要位置.1、2、3 为 三个柱塞. 当控制不同换向阀工作时, 可得到包括原始位 置在内的活塞杆的八个位置:1、2、3 三个柱塞各自分别 伸出时可相应得到三个不同位置;1、2 同时伸出,2、3 同时伸出或 1、3 同时伸出时又可得三个不同位置;1、2、 3 全部伸出为此数字缸最大行程位置;1、2、3 均收进为 图示原始位置 2.任意位置停止控制回路 三位阀位置 控制回路 用三位三通阀或三位、五通阀控 制普通气缸位置 (参阅表 42.6-2 中 的有关回路) 三位三通阀控制普通单作用气缸, 三位五通阀控制普通 双作用气缸 这类位置控制回路由于要求气动系统, 主要是缸与阀元 件的密封性很严, 否则不易正确控制位置, 对于要求保持 一定时间的中停位置更为困难. 所以这类回路可用于不严 格要求位置精度的场合 气液联动控 制位置回路 图a由于采用了气液传送器 2、3,所以与上述普通气 缸的位置控制回路的精度要高得多. 缸的活塞杆伸出端装 有单向节流阀 4 以控制回程速度; 缸的另一端装有两位两 通换向阀 6,需要在中间位置停止时,将液压回路切断, 迅速地使活塞停留在所要求的位置上 图b为采用气液阻尼缸的气液联动位置控制回路. 换向 阀1为中泄式三位五通阀. 图示位置时, 气液缸的气缸部 分排空;而液压缸部分由于两位两通阀 3 处于封闭位置, 回路断开,故可保持活塞杆停在该位置.当阀 1 切换时, 由于压缩空气除进入气缸外,还可经梭阀 2 而切换阀 3, 使气液阻尼缸的阻尼油路通, 即可由气缸推动液压缸工作 1.1.5 基本逻辑回路(见表 42.6-5) 表42.6-5 气动基本逻辑回路及特点说明 说明 简图 逻辑符号及表示式 真值表、其他信号动作关系 是回路 a s 0 0 1 1 非回路 a s 0 1 1 0 或回路 a b s 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 与回路 a b s 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 或非回路 a b s 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 与非回路 a b s 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 禁回路 a b s 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 独或回路 a b s 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 同或回路 a b s 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 记忆回路 a b s1 s2 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 延时回路 当有控制信号 a 时,需经 一定时间延迟后才有输出 s 延时 τ 的长短可由节流 元件调节.回路要求信号 a 的持续时间大于 τ 脉冲信号 形成回路 回路可把一长信号 a 变为 一定宽度的脉冲信号 s,脉 冲宽度可由回路中节流元件 进行调节 回路要求输入信号 a 的持 续时间大于脉冲宽度 1.2 常用回路 实际应用中经常遇到的典型回路简称常用回路. 1.2.1 安全保护回路(见表 42.6-6) 1.2.2 往复动作回路(见表 42.6-7、8) 表42.6-6 气动安全保护回路及特点说明 简图 说明 1.过载保护回路 气缸活塞在右行途中, 若遇障碍或其它原因而使气 缸过载时, 气缸左腔压力急剧升高, 当超过预定值时, 顺序阀 1 打开,二通阀 2 打开,主控阀控制气由阀 2 排空而复位,从而使气缸左腔排气,活塞杆收回.因 此本回路实质为限压回路 2.互锁及供气选择回路 互锁回 路 互锁回路可保证同时只有一个缸动作. 回路主要利 用梭阀 1、2、3 及换向阀 4、5、6 进行互锁.如气控 阀7动作,换向阀 4 换向使 A 缸动作;但同时缸 A 进气腔管路使梭阀 1、2 动作,把换向阀 5、6 锁住; 这样,此时即使有气控阀 8、9 的动作信号,B、C 缸 也不会动作. 如需换缸动作, 必须把前面动作缸的气 控阀复位才行. 供气选 择回路 此回路为四个空气供应站 A、B、C、D 的选择回路: 同时只允许有一个站供气(输出).其动作原理与上 述互锁回路相似 3.双手"同时"操作回路 此回路为需双手"同时"操作才能使活塞运动的 回路. 若双手不是"同时"按下, 则气容 3 都将首先 与阀 1 的排气口接通而排空,使无 K 信号.若阀 1 或2未能复位, 则气容 3 都将得不到充气, 亦就不可 能有 K 气信号.故此回路能确保手的安全 表42.6-7 气动往复动作回路及特点说明 简图 说明 1.单往复动作回路 行程阀 控制回 路 这是利用右端行程阀控制的单 (一次) 往复动作回 路.其结构较简单、操作方便(按一下左端按钮阀, 气缸活塞进行一次往复动作) 延时返 回回路 此回路与上述回路比较多了一个气容 c. 活塞右行 达到所定行程, 压下行程阀后, 气源对 c 充气后主控 阀才换向,使活塞返回 2.连续往复动作回路 图a为较简单的利用行程阀实现连续自动往复的 回路, 其可靠性常取决于行程阀的密封性与弹簧的质 量图b为时间控制式回路. 利用气容元件 c 充气达一 定值时切换主控阀,从而实现活塞行程连续自动往 复.回路较 a 复杂,但是可不用行程阀,且外接管路 也较少 图c为压力控制式回路. 它适用于行程短、 不便安 装行程阀的场合. 当载荷变化较大时, 为使缸正常工 作, 应使缸径选择有较大余量. 当要求行程位置较准 确时,主控阀应选为差压阀(如图 c 中之 1),两侧 两个阀 2、3 也要选择合适 表42.6-8 气动程序动作控制回路举例及特点说明 简图 说明 A1-B1-B0-A0 双缸程序动作回路 两缸 A、B 按A1-B1-B0-A0 程序进行工作 回路中行程阀 b1 为气控复位式的, 它与 a1、 b0 采用 可通过式行程阀的回路比较, 能在速度较快的情况下 正常工作 图中 Q 为起动阀. 当按下 Q 阀时, 缸A的主控阀将 气源与缸 A 左侧联通,使缸 A 处于 A1 状态,以下即 按程序 A1-B1-B0-A0 工作 1.2.3 程序动作控制回路 程序动作控制回路(表42.6-8)在实际中应用广、类型多.下面仅举一个双缸程序动作(A1-B1-B0-A0)为例(表42.6-8)说明.而不同执行缸以及各种不同程序动作的回路,将在本章第 2 节中介绍其基本设计方法. 1.2.4 同步动作控制回路(见表 42.6-9) 表42.6-9 气动同步动作控制回路及特点说明 简图 说明 1) 为较简单的同步回路.使A、B 两缸同步的主要 措施是采用刚性零件 G 连接两缸的活塞杆 2) 是通过把油封入回路中来达到两缸正确地同步 的. 由于两缸为单活塞杆缸故要求气液缸 B 的内径大 于缸 A 的内径, 以使气液缸 B 上腔的有效截面积与缸 A 的下腔截面积完全相等.若两缸为双活塞杆缸,则 要求两缸内径与活塞杆直径均相等 3) 是使加有不等载荷 F1、F2 的工作台作水平上下 运动的同步动作回路.当三位主控阀处于中间位置 时, 蓄能器自动地通过补给回路对缸补充漏油. 若主 控阀处于另两位置, 则蓄能器的补给回路被切断, 回 路中还安装了空气塞 1、2,可将混入油中的空气放 掉并由蓄能器补油