《流体力学》-项目15

任务1认识压力控制、速度控制和方向控制回路

一、压力控制回路压力控制回路的作用是控制调节系统的压力。常用的压力控制回路类型有一次压力控制回路、二次压力控制回路和高低压转换控制回路。1.一次压力控制回路用于控制空压站储气罐使其压力不超过规定压力的回路称一次压力控制回路,如图15-1所示。若储气罐4内的压力值超过规定压力值,则溢流阀1溢流稳压,气压源2输出的压缩空气经溢流阀排入大气中,使储气罐内的压力保持在规定范围内。也可用带电触点的压力表5代替溢流阀1来控制空压机电动机的启、停,以保证储气罐内压力在规定范围内。此回路结构简单,工作可靠。下一页返回任务1认识压力控制、速度控制和方向控制回路

2.二次压力控制回路二次压力控制回路是指每台气动设备气源进口处的压力调节回路,如图15-2所示,主要采用溢流式减压阀2来调整压力。通常把分水滤气器1、溢流式减压阀2和油雾器3称为气动三大件(可做成联件形式)。若气动系统中不需要润滑,则可不用油雾器。3.高低压转换回路图15-3所示为采用减压阀1和减压阀2分别调出p1、p2

两个不同压力的回路,由换向阀3控制输出气动设备所需要的压力。图15-3中的换向阀为气控阀,根据系统的情况,也可选用其他控制方式的阀。上一页下一页返回任务1认识压力控制、速度控制和方向控制回路

二、速度控制回路由于气压传动的速度控制所传递的功率不大,故一般采用节流调速,但因气体的可压缩性和膨胀性远比液体大,故气压传动中气缸的节流调速在速度平稳性上的控制远比在液压传动中的困难,速度负载特性差,动态响应慢。特别是在有较大变负载同时又有比较高的速度控制要求的情况下,单纯的气压传动难以满足要求,此时可采用气液联动的方法。1.单作用气缸速度控制回路图15-4所示为单作用气缸速度控制回路,在图15-4(a)中,升、降均通过节流阀调速,两个相反安装的单向节流阀1和单向节流阀2可分别控制活塞杆的伸出及缩回速度。在图15-4(b)所示的回路中,气缸上升时可调速,下降时则通过快速排气阀3排气,使气缸快速返回。上一页下一页返回任务1认识压力控制、速度控制和方向控制回路

2.双作用气缸速度控制回路1)单向调速回路双作用气缸有节流供气和节流排气两种调速方式。图15-5(a)所示为节流供气调速回路,在图示位置,当气控换向阀不换向时,进入气缸A腔的气流流经节流阀,B腔排出的气体直接经换向阀快排。当节流阀开度较小时,由于进入A腔的流量较小,压力上升缓慢,当气压达到能克服负载时,活塞前进,此时A腔容积增大,使压缩空气膨胀,压力下降,作用在活塞上的力小于负载,因而活塞就停止前进。待压力再次上升时,活塞才再次前进。这种由于负载及供气的原因使活塞忽走忽停的现象,叫气缸的“爬行”。上一页下一页返回任务1认识压力控制、速度控制和方向控制回路

节流供气的不足之处主要表现为:(1)当负载方向与活塞运动方向相反时,活塞运动易出现不平稳现象,即“爬行”现象。(2)当负载方向与活塞运动方向一致时,由于排气经换向阀快排,几乎没有阻尼,负载易产生“跑空”现象,使气缸失去控制。所以节流供气多用于垂直安装的气缸的供气回路中。在水平安装的气缸供气回路中一般采用如图15-5(b)所示的节流排气的回路,由图示位置可知,当气控换向阀不换向时,从气源来的压缩空气,经气控换向阀直接进入气缸的A腔,而B腔排出的气体必须经节流阀到气控换向阀而排入大气,因而B腔中的气体就具有一定的压力。此时活塞在A腔与B腔压力差的作用下前进,从而减少了“爬行”发生的可能性,调节节流阀的开度,就可控制不同的排气速度,从而也就控制了活塞的运动速度。上一页下一页返回任务1认识压力控制、速度控制和方向控制回路

排气节流调速回路具有下述特点:(1)气缸速度随负载变化较小,运动较平稳。(2)能承受与活塞运动方向相同的负载(反向负载)。以上的讨论,适用于负载变化不大的情况。当负载突然增大时,由于气体的可压缩性,就将迫使气缸内的气体压缩,使活塞运动速度减慢;反之,当负载突然减小时,气缸内被压缩的空气必然膨胀,使活塞运动加快,这称为气缸的“自走”现象。因此在要求气缸具有准确而平稳的速度时(尤其在负载变化较大的场合),就要采用气液相结合的调速方式了。上一页下一页返回任务1认识压力控制、速度控制和方向控制回路

2.双向调速回路在气缸的进、排气口装设节流阀,就组成了双向调速回路,在如图15-6

所示的双向节流调速回路中,图15-6(a)所示为采用单向节流阀式的双向节流调速回路,图15-6(b)所示为采用排气节流阀式的双向节流调速回路。3.快速往复运动回路若将图15-6(a)中两只单向节流阀换成快速排气阀就构成了快速往复回路,若欲实现气缸单向快速运动,可只采用一只快速排气阀。4.速度换接回路如图15-7所示的速度换接回路是利用两个二位二通阀与单向节流阀并联,当撞块压下行程开关时,发出电信号,使二位二通阀换向,改变排气通路,从而使气缸速度改变。行程开关的位置可根据需要选定。图15-7中的二位二通阀也可改用行程阀。上一页下一页返回任务1认识压力控制、速度控制和方向控制回路

5.缓冲回路要获得气缸行程末端的缓冲,除采用带缓冲的气缸外,特别是在行程长、速度快、惯性大的情况下,往往需要采用缓冲回路来满足气缸运动速度的要求,常用的方法如图15-8所示。如图15-8(a)所示的回路能实现快进—慢进缓冲—停止快退的循环,行程阀1可根据需要来调整缓冲开始位置,这种回路常用于惯性力大的场合。如图15-8(b)所示回路的特点:当活塞返回到行程末端时,其压力已降至打不开顺序阀2的程度,余气只能经节流阀3排出,因此活塞得到缓冲,这种回路常用于行程长、速度快的场合。如图15-8所示的回路都只能实现一个运动方向上的缓冲,若两侧均安装此回路,则可达到双向缓冲的目的。上一页下一页返回任务1认识压力控制、速度控制和方向控制回路

三、方向控制回路方向控制回路是用换向阀控制压缩空气的流动方向,来实现控制执行机构运动方向的回路,简称换向回路。1.单作用气缸换向回路图15-9所示为单作用气缸换向回路,图15-9(a)所示为用二位三通电磁阀控制的单作用气缸上、下回路,在该回路中,当电磁铁得电时,气缸向上伸出,失电时气缸在弹簧作用下返回。图15-9(b)所示为三位四通电磁阀控制的单作用气缸上、下和停止的回路,该阀在两电磁铁均失电时能自动对中,使气缸停于任何位置,但定位精度不高,且定位时间不长。上一页下一页返回任务1认识压力控制、速度控制和方向控制回路

2.双作用气缸换向回路图15-10所示为各种双作用气缸的换向回路。图15-10(a)~图15-10(c)所示为比较简单的换向回路;图15-10(f)还有中停位置,但中停定位精度不高。如图15-10(d)~(f)所示回路的两端控制电磁铁线圈或按钮不能同时操作,否则将出现误动作,其具有相当于双稳的逻辑功能;对于图15-10(b)所示的回路,当A有压缩空气时气缸推出,反之,气缸退回。上一页返回任务2认识其他常用气动回路

一、气液联动回路气液联动是以气压为动力,利用气液转换器把气压传动变为液压传动,或采用气液阻尼缸来获得更为平稳及更为有效地控制运动速度的气压传动,或使用气液增压器来使传动力增大等。气液联动回路装置简单、经济可靠。1.气一液转换速度控制回路图15-11所示为气液转换速度控制回路,它利用气液转换器1、2将气压变成液压,利用液压油驱动液压缸3,从而得到平稳、易控制的活塞运动速度,调节节流阀的开度,即可改变活塞的运动速度。这种回路充分发挥了气动供气方便和液压速度容易控制的特点。下一页返回任务2认识其他常用气动回路

2.气液阻尼缸的速度控制回路图15-12所示为气液阻尼缸的速度控制回路。图15-12(a)所示为慢进快退回路,改变单向节流阀的开度,即可控制活塞的前进速度;活塞返回时,气液阻尼缸中液压缸无杆腔的油液通过单向阀快速流入有杆腔,故返回速度较快,高位油箱起补充泄漏油液的作用。图15-12(b)所示为能实现机床工作循环中快进—工进—快退动作的回路,当有X2

信号时,五通阀换向,活塞向左运动,液压缸无杆腔中的油液通过a口进入有杆腔,气缸快速向左前进;当活塞将a口关闭时,液压缸无杆腔中的油液被迫从b口经节流阀进入有杆腔,活塞工作进给;当X2消失,有X1

输入信号时,五通阀换向,活塞向右快速返回。3.气液增压缸增力回路图15-13所示为利用气液增压缸1把较低的气压变为较高的液压力,以提高气液缸2的输出力的回路。上一页下一页返回任务2认识其他常用气动回路

4.气液缸同步动作回路如图15-14所示,该回路的特点是将油液密封在回路之中,油路和气路串接,同时驱动1、2两个缸,使二者运动速度相同,但这种回路要求缸1无杆腔的有效面积必须和缸2有杆腔的面积相等。在设计和制造中,要保证活塞与缸体之间的密封,回路中的截止阀3与放气口相接,用以放掉混入油液中的空气。上一页下一页返回任务2认识其他常用气动回路

二、计数回路计数回路可以组成二进制计数器。在图15-15(a)所示的回路中,按下阀1按钮,则气信号经阀2至阀4的左或右控制端使气缸推出或退回。阀4换向位置取决于阀2的位置,而阀2的换位又取决于阀3和阀5。如图15-15所示,设按下阀1时,气信号经阀2至阀4的左端使阀4换至左位,同时使阀5切断气路,此时气缸向外伸出;当阀1复位后,原通入阀4左控制端的气信号经阀1排空,阀5复位,于是气缸无杆腔的气信号经阀5至阀2左端,使阀2换至左位等待阀1的下一次信号输入。上一页下一页返回任务2认识其他常用气动回路

当阀1第二次按下后,气信号经阀2的左位至阀4右控制端使阀4换至右位,气缸退回,同时阀3将气路切断。待阀1复位后,阀4右控制端信号经阀2、阀1排空,阀3复位并将气信号导至阀2左端使其换至右位,又等待阀1下一次信号输入。这样,第1、3、5…(奇数)次按压阀1,则气缸伸出;第2、4、6…(偶数)次按压阀1,则使气缸退回。如图15-15(b)所示其计数原理同图15-15(a)。不同的是按压阀1的时间不能过长,只要使阀4切换后就放开,否则气信号将经阀5或阀3通至阀2左或右控制端,使阀2换位,气缸反行,从而使气缸来回振荡。上一页下一页返回任务2认识其他常用气动回路

三、延时回路图15-16所示为延时回路。图15-16(a)所示为延时输出回路,当控制信号切换阀4后,压缩空气经单向节流阀3向储气罐2充气。当充气压力经延时升高至使阀1换位时,阀1就有输出。在图15-16(b)所示的回路中,按下阀8,则气缸向外伸出,当气缸在伸出行程中压下阀5后,压缩空气经节流阀到储气罐6延时后才将阀7切换,气缸退回。上一页下一页返回任务2认识其他常用气动回路

四、安全保护回路由于气动机构负荷的过载、气压的突然降低以及气动执行机构的快速动作等都可能危及操作人员或设备的安全,因此在气动回路中,常常要加入安全回路。需要指出的是,在设计任何气动回路,特别是安全回路中,都不可缺少过滤装置和油雾器。因为,脏污空气中的杂物可能堵塞阀中的小孔与通路,使气路发生故障;缺乏润滑油,很可能使阀发生卡死或磨损,以致整个系统的安全都发生问题。下面介绍几种常用的安全保护回路。1.过载保护回路如图15-17所示的保护回路,是当活塞杆在伸出途中,若遇到偶然障碍或其他原因使气缸过载,活塞就立即缩回,实现过载保护。如图15-17

所示,在活塞伸出的过程中,若遇到障碍物6,无杆腔压力升高,打开顺序阀3,使换向阀2换向,换向阀4随即复位,活塞立即退回。同样若无障碍物6,则气缸向前运动时压下阀5,活塞即刻返回。上一页下一页返回任务2认识其他常用气动回路

2.互锁回路图15-18所示为互锁回路,在该回路中,四通阀1的换向受三个串联的机动三通阀控制,只有三个都接通时主控阀才能换向。3.双手同时操作回路所谓双手操作回路就是使用两个启动用的手动阀,只有同时按动两个阀才动作的回路。这种回路主要是为了安全。这在锻造、冲压机械上常用来避免误动作,以保护操作者的安全。上一页下一页返回任务2认识其他常用气动回路

图15-19(a)所示为使用逻辑“与”回路的双手操作回路,为使主控阀换向,必须使压缩空气信号进入上方侧,为此必须使两只三通手动阀同时换向。另外这两个阀必须安装在单手不能同时操作的位置,即在操作时,如任何一只手离开,则控制信号消失,主控阀复位,活塞杆后退。图15-19(b)所示为使用三位主控阀的双手操作回路,把此主控阀1的信号A作为手动阀2和3的逻辑“与”回路,亦即只有手动阀2和3同时动作时,主控制阀1换向到上位,活塞杆前进;把信号B作为手动阀2和3的逻辑“或非”回路,即当手动阀2和3同时松开时(图示位置),主控制阀1换向到下位,活塞杆返回。若手动阀2或3任何一个动作,将使主控制阀复位到中位,活塞杆处于停止状态。上一页下一页返回任务2认识其他常用气动回路

五、顺序动作回路顺序动作回路是指在气动回路中,各个气缸按一定程序完成各自动作的回路。例如,单缸有单往复动作、二次往复动作和连续往复动作等;多缸按一定顺序进行单往复或多往复顺序动作等。上一页下一页返回任务2认识其他常用气动回路

1.单缸往复动作回路图15-20所示为三种单往复动作回路。图15-20(a)所示为行程阀控制的单往复回路,当按下阀1的手动按钮后压缩空气使阀3换向,活塞杆向前伸出,当活塞杆上的挡铁碰到行程阀2时,阀3复位,活塞杆返回。图15-20(b)所示为压力控制的单往复动作回路,当按下阀1的手动按钮后,阀3阀芯右移,气缸无杆腔进气使活塞杆伸出(右行),同时气压还作用在顺序阀4上。当活塞到达终点后,无杆腔压力升高并打开顺序阀,使阀3又切换至右位,活塞杆就缩回(左行)。图15-20(c)所示为利用延时回路形成的时间控制单往复动作回路,当按下阀1的手动按钮后,阀3换向,气缸活塞杆伸出,当压下行程阀2,延时一段时间后,阀3才能换向,然后活塞杆再缩回。由以上可知,在单往复动作回路中,每按下一次按钮,气缸就完成一次往复动作。上一页下一页返回任务2认识其他常用气动回路

2.连续往复动作回路图15-21所示为连续往复动作回路,它能完成连续的动作循环。当按下阀1的按钮后,阀4换向,活塞向前运动,这时由于阀3复位而将气路封闭,使阀4不能复位,活塞继续前进,到行程终点压下行程阀2,使阀4控制气路排气,在弹簧作用下阀4复位,气缸返回,在终点压下阀3,在控制压力下阀4又被切换到左位,活塞再次前进。就这样一直连续往复,只有在提起阀1的按钮后,阀4复位,活塞返回而停止运动。上一页返回图15-1一次压力控制回路

返回1—溢流阀;2—气压源;3—单向阀;4—储气罐;5—带电触点的压力表;6—输出回路图15-2二次压力控制回路

返回1—分水滤气器;2—溢流式减压阀;3—油雾器图15-3高、低压转换回路

返回1,2—减压阀;3—换向阀图15-4单作用气缸的速度控制回路

返回1,2—单向节流阀;3—快速排气阀图15-5双作用气缸