气动系统的设计计算

气动系统的设计计算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 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 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 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 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 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 气液传送器 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 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 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 时 孔 2 3 进气 右活塞杆伸出 阀处于位置 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 或 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 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 继续前进到 因缸 B 行程长为 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 简图 说明 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 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 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 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 气动逻辑设计方法 本节主要介绍气动控制中应用较广的行程程控的回路设计方法 气动行程程控回路设计方法可归纳为两大类 直观组合法与逻辑设计法 直观组合法就是 利用前述的基本回路与常用回路 考虑起动 急停 复位 延时等要求 适当予以组合而 成为符合某一要求的程控回路 这种设计方法适用于较简单的回路设计 并常需辅以必要 的检验修正 对于较复杂或含有多往复动作的回路 则常需采用逻辑设计法 其中常用的 有 信号动作状态线图法 简称 X D 线图法 逻辑运算法 卡诺图法 列表法 Q M 法 以及计算机辅助简化法 CAS 法 等 这些方法都具有四个过程 行程程序输入 逻辑处 理 逻辑原理图绘制与气控回路图绘制 各种方法的区别主要在于逻辑处理的方式方法 其次是行程程序输入也稍有不同 其中 X D 线图法较直观 但处理过程较繁 逻辑运算 法比较抽象 卡诺图法较直观 且处理规则性较强 因此 当变量 取决于动作要求与变 化情况 不大于 8 个时 用得较多 否则逻辑处理相当庞杂而困难 多变量的情况可采用 Q M 法 但变量增多 列表也愈益繁难 这时可用 CAS 法来进行逻辑处理 下面主要介绍 常用的 X D 线图法与卡诺图法 2 1 X D 线图设计法 内容与步骤 1 绘工作行程顺序图 2 缓 X D 线图 3 消除控制障碍 确定执行信号 4 绘气控逻辑原理图 5 绘气动回路原理图 绘制 X D 线图所使用的符号 除应符合 GB T7861 1993 的规定外 特殊符号及其说明见表 42 6 10 表 42 6 10 X D 线圈所用规定符号说明 符号 说明 A B C 表示气缸 A B C a b c 表示与气缸 A B C 相对应的行程阀及其发出的信号 a b c A0 A1 表示气缸 A 的两个不同动作状态 带下标 0 为气缸缩回状态 下标 1 为伸出状态 a0 a1 表示与气缸 A0 A1 相对应的不同动作状态的行程阀 a0 为对应于缸收回位置的行 程阀 a1 为对应于缸伸出位置的行程阀 在 X D 图上 还可表示与缸动作状态相对应的工作输出信号 a0 a1 b0 b1 a0 b0 在 X D 图上 右上角带 号的信号称为执行信号 如 a0 不带 的信号 如 a0 称为原始信号 原始信号是指来自发信器 如行程阀 的信 号 它分有障 碍 与无障两种 但执行信号必为无障信号 所以执行信号可以是无障信 号或是有障原始信号 但已经过逻辑处理而排除了障碍的信号 a1 a1 执行信号 a1 就是原始无障信号 a1 a1 b1 a1 a1 为原始有障信号时 则其执行信号 a1 必须把障碍排除后 如用逻辑 与 消 障 即 b1 a1 表示 控制 如 a0 B1 表示 a0 行程阀 a0 工作输出信号 控制 B 缸伸出动作 粗实线表示气缸的动作状态线 细实线为控制信号状态线 起始 终了 起始 终了时间很短的脉冲信号 信号线下的波浪线段表示该段信号使执行元件进退两难 即为有障碍信号段 粗虚线表示 多往复 系统中重复动作状态的补齐线 细虚线表示重复信号补齐线 2 1 1 双控主控阀控制回路的设计 1 绘工作行程顺序图 对生产对象 经过调查研究 明确所控制执行元件的数目 动作顺序关系以及其他控制 要求 如手动 自动控制等 列出工作行程程序 具体方法是 每个执行元件都有其各自的号码 如缸 A B 每个执行元件的每个 动作都作为一个工作程序写出来 如 A0 A1 程序之间 即每个动作的工作状态之 间用带 控制箭头 的连线连接 箭头指向即表示动作程序进行的方向 箭头线上对应 于执行元件的行程阀输出信号用小写字母表示 如 a0 a1 例 1 画出某专用气动机械手 图 42 6 1 的工作行程顺序图 其动作程序图和工作顺序 图分别为图 42 6 1b 和图 42 6 1c 该机械手的执行元件 缸或马达 数为 4 正 反转 下降 上升 伸出 缩回 夹紧 松开的相应编号为 A1 A0 B0 B1 D1 D0 C1 C0 两个相邻程序动作之间加上相应 的行程阀输出信号 如状态 A1 之后加上行程阀 a1 D1 之后加上 d1 等 并且 在每一动作 状态下标上程序号 画出工作行顺序图 见图 42 6 1c 程序中 指向表示控制顺 序的方向 如 表示 b0 控制 D 缸伸出动作 2 绘制信号 动作状态线图 X D 线图 1 画方格图 根据例 1 列出的工作程序数及顺序 由左至右画方格并填上动作状态程序 D 程序 序号 1 2 及相应的动作状态 如图 42 6 2 上面第一大横格所示 在最右边 留一栏作为 执行信号栏 在纵列最左边的宽纵格为控制信号及其控制的动作状态组 X D 组简称 组 的序号及其相应的 X D 组 每一 X D 组包括上下两部分 上面为 控制该动作状态的行程信号状态 如 c0 A1 a1 B0 下面为该信号控制的动作 状态 如 A1 B0 c0 A1 表示控制 A1 动作的信号 c0 a1 B0 表示控制 B0 动作的 信号 a1 最下一行是为消除障碍找出执行信号进行逻辑运算的备用格 图 42 6 2 所示为例 1 专用气动机械手回路设计过程中采用 X D 线法绘制的 X D 线图的方 格图 2 画动作状态线 用横粗实线把所有动作状态线画出 图 42 6 3 为例 1 气动机械手 X D 线图的动作状态线图 图 42 6 1 气动机械手 a 气动机械手示意图 b 动作程序图 c 工作顺序图 A 立柱回转缸 B 立柱升降缸 C 夹紧缸 D 长臂伸缩缸 1 齿轮 2 齿条 3 手爪 图 42 6 2 气动机械手 X D 线图的方格图 图 42 6 3 气动机械手 X D 线图 动作状态线的开始与终止点画法规律如下 起点 必然是该动作状态程序开始处 如 D1 D 缸伸出 位于第 3 组 第 3 程序 所 以 D1 的动作状态线开始处必在第 3 程序开始处 左端 终点 必然是该动作状态变换开始处 如 D 缸伸出状态 D1 变换为 D 缸缩回状态 D0 所以状态线的终点必在 D0 开始处 稍前 位于第 5 组 第 5 程序 所以 D1 动作状态线 的终点应在第 5 程序开始 左端 稍前处 因此 D1 的动作状态线应从第 3 程序画到第 5 程 序开始前为止 同理 D0 的状态线应从第 5 程序开始画到 D1 开始前的第 3 程序为止 3 画信号状态线 简称信号线 见图 42 6 3 用横细实线表示信号线 画在该信号所 控制动作的状态线上方 同一格内 信号线的起点与终止点的画法规律如下 起点 显然与此信号所控制缸的动作开始点相同 如信号 c0 控制 A 缸伸出动作 A1 则 c0 的起点与 A1 相同 终点 应与控制或产生此信号的缸的动作状态变换 如控制或产生信号 c0 的缸动作状态 C0 变换为 c1 的开始点相一致 因此 c0 A1 的信号由 A1 第 1 组 1 程序 左端开始到 C1 第 4 程序 左端开始点为止 画信号线要注意以下问题 如果信号起 终点在同一条纵向分界线上而出现 图线时 即表示该信号为脉冲信号 在气动回路中 该脉冲信号的宽度相当于行程阀发信 气控阀换向 气缸启动以及信号传 输等时间的总和 对于多缸多往复系统情况 在一个工作循环中 执行元件要作多次往复动作 必须注 意由于 多往复 动作带来的多次动作状态与对应的信号各次互相间应该用虚线补齐不漏 这种系统的特点及由此决定的画法 补线 简述如下 由于同一行程信号 在不同程序组 重复发出以控制不同对象 如 b0 B1 b0 A0 或同一对象的不同动作状态 这样 重复信号 如 b0 的每一次发出信号必然对控制两种 状态 如 B1 A0 的主控阀都起作用 因此 应在重复信号 如两次 b0 的相应信号线上 相互对应用虚线补齐 见图 42 6 4 中第 4 组与第 6 组中的 i i 以及 h h 由于同一动作的多次往复 某些主控阀及其相应执行元件可能受不同信号所控制 如 B1 在第 2 程序受信号 a1 控制而在第 4 程序中则受信号 b0 控制 这就必然增多了动作状态 线 又见图 42 6 4 中的第 3 5 组之间重复动作 B0 相应地补上了 0 与 p 两条虚线以 表示重复动作状态 B0 的补齐线 对于 多往复 系统的动作关态线和信号线画法举例说明如下 例 2 有一双缸 多往复 系统 其动作程序为 其相应的 X D 图如图 42 6 4 所示 图中实线表示按 单往复 情况下动作状态线及相应 的信号线 而虚线则表示 多往复 情况所增多的动作状态线及相应的控制信号线 图 42 6 4 双缸 多往复 回路 X D 图图例 增多线的补齐应使动作与信号的相互关系如实反映 以便采取措施以保证协调动作 所 以 首先应分析清楚 多往复 的动作与信号哪些是重复的 在什么组 什么程序范围内 重复 如例 2 所示动作状态线 B1 在第 2 程序与第 4 程序重复 B0 在第 3 和第 5 程序重复 而相应的信号 b1 在第 3 组以及第 5 组时 b0 在第 4 组以及第 6 组时重复作用 补齐重复动作状态线的要点为 把重复的动作状态当作普通 非 多往复 情况画上 如 B1 在第 2 组的第 2 程序 第 4 组的第 4 程序处都分别用粗实线画上 m 段与 n 段 见 图 42 6 4 然后补上对应于相同程序而在不同组的动作线 如与 B1 在第 2 组第 2 程序 m 段相应的第 4 组第 2 程序的 m 段 同理 对应于 n 段补上 n 段 同理 对于动作状 态 B0 的重复状态线 先画上 o p 段 然后补上相应的 o p 段 补齐重复信号线的要点与补齐动作状态线的基本相同 但补齐信号线且虚细线来表示 如图 42 6 4 中所示 对于信号 b1 在第 2 程序对应于第 3 组的脉冲信号 f 在第 5 组补上 相应的脉冲信号 f 在第 5 程序对应于第 5 组的脉冲信号 g 在第 3 组补上相应的脉冲信 号 g 同理 对于信号 b0 在第 4 程序对应于 h 补上 h 在第 6 程序到下一循环的第 1 程序范围内对应于第 6 组的信号线 i 在第 4 组补上相应信号线 i 对于 X D 线图 在画出全部动作状态线及信号线后 还必须分析动作与信号之间是否协 调 如果动作与信号协调 即不存在障碍 则可把 X D 线图上各组中控制信号定为执行信 号 并据此画出逻辑原理图与回路设计图 如果存在障碍 则必须采取排除障碍的措施 把有障原始信号变为已排除了障碍的执行信号 然后也可据此画出逻辑原理图与回路设计 图 3 消除障碍与确定执行信号 1 障碍类型 I 型 型在 X D 线图上的每一组中 都反映出某控制信号及其所控制执 行元件 气缸或气马达 的动作状态 信号与动作状态的节拍 时间与程位 必须按程序 要求正确配合 控制信号必须满足程序动作状态的变换要求 正动 逆动 停止等 如 果动作状态要变换而控制信号不允许其变换 系统即出现故障 障碍动作状态变换的控制 信号称为障碍信号 障碍信号延续的长度称为障碍段 它在 X D 线图上用波浪线来表示 即在原来有障碍信号的细线下画上波浪线 见图 42 6 3 对于气缸控制系统 一般不要求其具有任意位置中停的性能 这时 障碍信号常表现为 在同一组中控制信号线的长度大于所控制的动作状态线的长度 其超出长度即为障碍段 多缸单往复系统所产生的障碍称为 I 型障碍 如图 42 6 3 中所示 a1 B0 b0 D1 d0 B1 和 b1 A0 各信号的障碍信号均为 I 型障碍信号 多缸多往复系统由于多次重复 信号所造成的障碍称为 型障碍 如图 42 6 4 中所示 对于气马达控制系统 通常要求其具有任意位置中停的性能 这是由于气马达的结构与 工作原理特点所决定的 气缸只有活塞伸出和缩回两种工作状态 故选两位换向阀做主控 阀就可满足要求 气马达则有正转 反转及中停三种动作状态 因此必须选用三位换向阀 作主控阀 两位阀有记忆功能 故脉冲信号可用作控制信号 且无障碍 而三位阀无记忆 功能 故脉冲短信号要求用作控制信号时 必须设法使其与受控的动作同步 在 X D 线图 上即表示为信号线要求与动作线拉成等长 否则将出现动作失控的情况 气控系统中信号 线短于动作线的情况 虽然不能称作 障碍 但也是必须在系统设计过程中 确定执行 信号前 予以解决 2 障碍信号的排除方法 对于 I 型障碍 由于障碍信号段就是控制信号线多于 或 长于 其所控制动作状态线的部分 实际上也就是控制信号的存在时间长于其所控制的动 作状态存在时间 所以 常用的障碍信号排除方法实质上就在于缩短控制信号存在时间 使之短于或等于该信号所控制的动作状态时间 反映在回路设计过程的 X D 线图上就 是缩短控制信号线长度 使短于 或极限情况等于 此信号所控制的动作状态线的长度 常用的 I 型障碍与 型障碍排除方法分别见表 42 6 11 12 例 1 中相应的气控回路设计 X D 线图 图 42 6 3 中 信号线下画有波浪线的为障碍段 其右的执行信号即为障碍已 被排除的信号 对于气动控制系统中 信号线长度短于动作状态线长度的失控情况 其解 决方法一般是先用中间记忆元件 如记忆阀 将脉冲信号拉长 例如 x 为脉冲短信号借助记忆阀 K 而拉长 然后再用逻辑 与 运算使执行信号线成为与动 作状态线等长的正确信号 表 42 6 11 I 型障碍排除法 缩短控制信号障碍段排障法 原理 措施 备注 逻辑运算 常为与 法排障 系统中有直接可用作 X 的信号时 x 的开始点应选在障碍信号 m 开始之前或同时 包括 m 障碍段之后 x 的终止点应选在障碍 m 的无障段 x 尽量选用系统中某原始信号或主控阀输出信号 m 待排障的障碍信号 S 为无障碍段 2 为障碍段 x 制约信号 即用以排除障碍的辅助信号 m 执行信号 系统中无直接可用作制约信号的信号时 逻辑式 m m 逻辑原理图 常为双气控两位 三 四 通 阀 x1 有气时 K 阀有输出 和 m 相与得 m x0 有气时 K 阀无输出 因此 K 阀信号状态线应自 x1 的起点到 x0 的起点的连线 x1 K 阀 通 信号 其起点应选在 m 的无障段之前或与 m 同时开始 其终点应选在 m 的无障段 x0 K 阀 断 信号 其起点应选在 m 的起点之后 而到障碍段开始之前 其终点应选 在 x1 起点之前 并且应使 x0 的终端长于 x1 的终端 为一中间记忆元件 由于系统中无可用作和 m 相 与 的制约信号 故另加一个辅助阀 以便和 m 相 与 排障后得 m x1 x0 为阀 K 的两个控制信号 脉冲信号法排障 机械方法 活络挡块 活塞杆伸出时 活络挡块压行程阀发出脉冲信 号 见图 a 活塞杆收回时 活络块转上而通过行程阀 不发信号 图 b 机械 法排障可简化回路 节省气动元件及管路 但不能用行程阀限位 只能用机械挡块或凸轮块大致控制气缸行程 这是因为用左图 方法时 不可把行程阀安装在行程的末端 而必须留一段行程 以便挡块或凸轮能通 过行程阀 通过式行程阀 活塞杆伸出时 杆端凸轮块压行程阀而发出脉冲信号 图 a 活塞 杆收回时 行程阀不发信号 图 b 机械法排障可简化回路 节省气动元件及管路 但不能用行程阀限位 只能用机械挡块或凸轮块大致控制气缸行程 这是因为用左图 方法时 不可把行程阀安装在行程的末端 而必须留一段行程 以便挡块或凸轮能通 过行程阀 采 用 脉 冲 阀 使用脉冲阀把长信号变为短信号 右图 a 为行程阀 与 脉冲阀气动回路 右图 b 为行程阀 与 差压控制脉冲阀气动回路右图 c 为图 a 情况加 启动保护 的 回路 回路简单 但要注意调节好脉冲阀 必须注意检查回路在气源刚接通时是否有假脉冲信号 即不必要的信号 以免产生 误动作 通常系统启动时如果脉冲行程阀被压 而输出的脉冲信号不是设计要求的 这时需加启动保护 即在输出阀控制端加延时回路 使假脉冲在启动时不产生障碍 如图 c 表 42 6 12 型障碍排除法 信号分配法 原理 措施 备注 某一多次重复信号先后控制各往复不同状态 系统中重复动作缸在两次往复之间存在 独立中间信号采用中间记忆元件和双与门分配重复信号 逻辑式 第一次 b0 产生 b0 b0 第二次 b0 产生 b0 b0 多次往复动作时 借助中间记忆元件 即两位双气控双稳阀 K 及双与门 进行逻辑运 算后 见上逻辑式 即进行信号分配 从而实现同一信号可先后控制不同状态工作 例如行程程序 中 B 缸有两次往复重复动作 B1B0 B1B0 一个工作循环中 其中同一 b0 信号先 后分别控制不同动作状态 C1 C0 故需引入中间记忆元件 并利用双与门 b0 C1 b0 b0 C0 b0 即得到 b0 先后控制 C1 与 C0 两种状态 双气控阀 K 的控制信号选取法 a0 c1 必须是 b0 的两次重复信号间隔内独立出现 即 无重复 的信号 如左例中两次 b0 重复信号的两次间隔内的 c1 及 a0 或 a1 信号 而且 b1 则不行 因有重复 会产生误动作 a0 c1 应为短信号 否则仍会误动作 其操作控制程序为 先输入置位信号 a0 接着输入第一次 b0 相 与 得 b0 得以控制 C1 而后输入 C1 使 K 复位 则输入的第二次 b0 即为状态 C0 的控制信号 b0 有障碍的多次重复信号 b0 经排障的执行信号 a0 记忆元件 K 的置 1 信号 c1 记忆元件 K 的置 0 信号 a0 c1 不能同时存在 否则 K 阀不能正常工作 独立中间信号一两次 b0 信号之间独立 出现的信号 a0 c1 a1 系统中重复动作缸在多次往复之间没有独立的中间信号采用信号分配回路分配重复信 号 控制二次往复的信号分配逻辑原理图 控制二次往复的信号分配回路图 b0 有障碍的多次重复信号 b0 信号分配后的执行信号 b1 连续往复中间信号 a0 置 0 信号 K1 K2 记忆元件 双稳 F1 F2 分别为二位三通和二位五通阀 Y1 Y2 Y3 逻辑 与 元件 a0 b0 信号应为脉冲信号 以防有障碍 B 缸两次重复动作 B1B0 B1B0 例 回路特点如下 a0 首先输入使 K1 K2 置 0 当 b1 第 1 次输入后 Y3 无输出 待 b0 第 1 次输入后 Y2 有 b0 B1 输出 即控制了 B1 的动作 B0 第 1 次输入另一作用使 K1 置 0 为下 一次 b0 输入做准备 当 b1 第 2 次输入后使 Y3 输出 并切换 K1 置 1 待 b0 第 2 次输入后 Y1 有 b0 A0 输出 控制了 A1 的动作 多次往复信号分配回路可采用一 个共用的二位三通换向阀 F2 而二位五通阀 或二位四通阀 F1 F2 的数量为 n n 1 2 x 2 x 为往复动作数目 x 2 本例中 B1B0B1B0 两次往复 x 2 n 1 不同信号控制同一多次缸状态 S 梭阀 x1 x0 控制同一重复状态的不同信号 y1 y0 控制另一重复状态的不同信号 B1 B0 B 缸的两种状态 4 绘制气控逻辑原理图 气控逻辑原理图是用气动逻辑符号来表示的控制原理图 为了实现预定的程控动作要求 在 X D 线图上用逻辑原理式表达的执行信号有待于 发展为相应的控制原理图 也就是应该有一个由一定控制元件 并按照逻辑控制要求 连接起来 再配以必要的其他回路要求 如手动 复位等 的回路控制原理图 因为 由它可以方便地画出用阀类元件或逻辑元件组成的气控回路 以便对比选定较为合适 的控制方式 1 气控逻辑原理图的基本组成及其表示符号 行程发信装置主要是行程阀 也包括外部输入信号装置 如启动阀 复位阀等 这些信号符号加以方框 如 表示各种原始信号 而对其他手动阀及控钮阀等分别 在方框上加相应的符号来表示 见图 42 6 5 左上部方框内标有 q 的框外符号即为手动 启动阀 逻辑控制回路主要是 与 非 或 记忆 等逻辑功能 用相应符 号来表示 注意这些符号应理解为逻辑运算符号 它不一定就代表一个确定的元件 因此 由逻辑原理图具体化为气动原理图时可有多种方案 例如 与 逻辑符号在逻 辑元件控制时可为一种逻辑元件 而在气阀控制时可只表示一种串联连接 图 42 6 5 气动机械手双控主控阀逻辑原理图图例 执行机构的操纵阀 主要是主控阀 由于通常具有记忆能力 故常以记忆元件的 逻辑符号来表示 而执行机构 如气缸 气马达等 则通常只以其状态符号 如 A0 A1 表示与主控阀相连 如 2 气控逻辑原理图的画法 根据 X D 线图上执行信号栏的逻辑表达式 利用上述规 定符号 按下列步骤画出 把系统中每个执行元件的两种状态分别与各自的主控阀相连后 自上而下一个个 画在逻辑原理图的右边 如 把发信器 如行程阀等 大致对应于其所控制的执行元件一个个列于逻辑原理图 的最左边 见图 42 6 5 中左边的 q d0 等 按执行信号的逻辑表达式 并考虑必要的操作要求增加的控制元件 如启动阀 q 等 把相关元件按逻辑关系连接 逐项画出逻辑原理图 例 1 所示的气动机械手 其对应于信号状态线图 42 6 3 的气控逻辑原理图见图 42 6 5 图中右边列出 A B C D 四只气缸的八个动作状态及与其相连的四只主控阀 左侧列出全部行程阀 其上下次序无严格要求 但通常为减少画连接线时的交 点 尽 量使被控状态与相应信号放在相近行上 图的中段为控制段 要求正确地反映每个执 行信号的逻辑关系 一是正确选用规定的逻辑符号 二是按逻辑式正确连接 至于启 动信号阀 q 由于只起回路启动作用 所以与第一程序 c0 串联 即逻辑相 与 5 绘制气动回路原理图 气动回路原理图是气控系统备件及安装调试的依据 也是绘制生产用施工图的基础 反映系统基本组成元件及其连接 工作原理 下面介绍气动回路原理图的基本组 成 连接关系及表示方法 1 基本组成 与逻辑原理图相对应 气动回路原理图也有三个基本部分 执行元件及主控阀部分 各种行程发信装置 它可与执行元件 如气缸活塞杆 的被控位置相对应画出 也可集中画出 前者较直观 后者连接较清晰 控制部分 可根据具体情况而选用气阀元件 逻辑元件来实现 通常把执行元件与主控阀用国家标准规定的图形符号画出 而对某些尚无明确规定 符号的元件则可用习惯表示法来画 此外 气动回路原理图根据需要还可包括 行程程序框图 气源压力控制和分配装 置 与气控原理有关的速度控制 压力控制 时间控制等说明 与气控有关的电控回 路图 标准件零件表以及非标准件 非通用件的必要技术资料 包括图纸 等 2 回路连接 元件间连接的基本情况如下 回路原理图的原始 静止 位置 一般规定为行程程序图上最后行程终了时刻的位 置 因此 回路原理图上各元件 如气缸及其控制阀等 的状态及连接位置都是指在 回路初始静止时的状态及连接位置 主控换向阀的气源应接在使活塞杆复位位置 即活塞杆原始静止位置 缩回或伸 出 见图 42 6 6a 位置是指主控阀常用四通 或五通 阀 行程阀及启动阀的连接 根据回路初始静止位置的不同可有 阀处于工作状态 如行程阀被压上 见图 42 6 6b 应使气源 包括直接与气源管 道相接的有源阀以及与气源间接连接的无源阀两类 与输出通道在阀内连通 也就是 使阀按 有输出 连接 并且应在 近按钮的方块内表示出气源与输出连通的状况 图 42 6 6 回路中阀的连接 a 主控阀 b 工作状态行程阀 c 非工作状态行程阀 阀处于非工作状态 见图 42 6 6c 应使阀按 无输出 状况连接 即气源与输出在 阀内不连通 并且应在 近复位弹簧的方块内表示 与 或 非 记忆 等逻辑关系的联接 可按表 42 6 5 基本回路 选取 相 与 的符号在回路上常用两个阀 串接 的方式 行程阀或启动阀常采用 二位三通阀 有时需要 非 的信号也可用二位五通阀 3 气动回路原理图的画法 气动回路原理图的表示方法常用的有以下三种 可根据 具体情况选用 直观习惯画法 图 42 6 7 其画法特点是 把系统中全部执行元件 如气缸 气 马达等 水平或垂直排列 相应地在执行元件的下面或左侧画上对应的主控阀 而把 行程阀较为直观地画在各气缸活塞杆伸 缩状态对应的水平位置上 图 42 6 7 即为对 应于图 42 6 5 的气动回路图 仿逻辑原理图法 图 42 6 8 其画法特点是执行元件 信号阀 控制部分的安排 仿照逻辑原理图的安排 执行元件放在最右边 各缸自上至下平行排列 主控阀放在 相应气缸的左下方 活塞杆伸缩两端点位置标注出相应行程阀的符号 如 a0 a1 b0 b1 等 但实际行程阀画在最左边 各阀接管位置是气源在左 输出口 在右 综上两种气动回路原理图的画法可以看出 直观习惯画法比较直观 但连接线规律 性较差 且交 点多 仿逻辑原理图法连接线交 点较少 逻辑原理图画时较为方便 但直观性差 此外 如图 42 6 7 例中所示 行程阀应区别为 有源行程阀 如例中 a0 c0 c1 等 与无源行程阀 有源行程阀的选用原则为 1 一组或一个信号 行程阀 控制某一状态的情况 一组中应有一个为有源 单一 的应为有源 包括相 或 的每个信号都应按单一信号算 2 一组相 与 信号 行程阀串接 中 通常按程序最先出现的选用有源行程阀 图 42 6 7 双控主控阀直观习惯画法回路原理图 图 42 6 8 气动机械手双控主控阀仿逻辑原理图画法气动回路图 2 1 2 单控主控阀控制回路的设计 气缸的往复动作采用单气 电 控主控阀 如弹簧复位阀 操纵 此类回路的主控 阀只需一个执行信号控制 比双气控主控阀操纵的回路可省去复位阀及连接管路 若 控制小直径的单作用气缸时 采用单控二位三通阀更为经济 TOP 图 42 6 9 单控两位阀的逻辑功能 1 单控执行信号应满足的条件 由图 42 6 9 可知 单控二位五通阀从逻辑上讲 相当于一个 是门 和一个 非门 若已知主控阀如控制信号是 m 输出信号是 A1 和 A0 则 m A1 输出信号 A1 A0 则单控执 行信号 m 必满足 m A1 该条件在 X D 线图上表现我为 单控执行信号的状态线必须和主控 阀的输出状态等长 2 在 X D 线图上确定执行信号的方法 下面以例 1 所示程序为例 说明确定单控执行信号的方法 1 任何双控主控阀的一对执行信号 都可当作单控执行信号 的通 断信号 t 和 d 虽 然 单控执行信号是记忆信号 需注意 t d 0 如图 42 6 3 中的 等分别是 A1 C1 等 的单控执行信号 2 对于有障碍的主令信号 如果能找到一个记忆元件 K 使得它的全部障碍段被消除 而执行段被保留 则消障后所得到的新信号 既是双控也是单控执行信号 如图 42 6 3 中 为 K 的关断信号是为消除 d0 与 c0 之间的障碍 3 若已知某动作的单控执行信号 则此信号的逻辑 非 就是其相反动作的单控执行信 号 如图 42 6 3 中 已知 A0 B0 的单控执行信号分别为则 A1 的单控执行信号 加入启动 信号 g 是 B1 的单控执行信号是 4 对于有障碍的主令信号 若能找到另一个主令信号的 非 信号 作为制约信号 使 得消除全部障碍段 而保留执行段和全部自由段 则消障后的信号既是双控也是单控执行 信号 图 42 6 3 中的 既