教学材料《液压传动》-第十二章

12.1方向控制回路如同液压系统一样，气动执行元件的换向同样是利用方向控制阀来实现的。方向控制阀按照通路数也分为二通、三通、四通和五通阀，利用这些方向阀可以很方便地构成各种换向控制回路。下一页返回12.1方向控制回路12.1.1单作用气缸换向回路如图12-3(a)所示为用二位三通换向阀控制单作用气缸伸、缩回路。电磁铁通电时，气缸杆向上。反之，气缸杆向下。如图12-3(b)所示为三位五通电磁阀控制的单作用气缸回路，除了能控制气缸上下运动外，还能控制气缸在任意位置停止。但这种方式的定位精度不高，定位时间也有限。上一页下一页返回12.1方向控制回路12.1.2双作用气缸换向回路如图12-4所示为各种双作用气缸的换向回路，其工作过程比较简单就不一一赘述了。在实际工作中，可以根据执行元件的工作与操作方式对这些回路进行灵活选用和组合。上一页返回12.2压力和力控制回路12.2.1压力控制回路对系统压力进行调节和控制的回路称为压力控制回路。压力控制回路是使气动系统中有关回路的压力保持在一定范围内，或者根据需要使回路得到高、低不同的空气气体压力的基本回路。(1)一次压力控制回路。如图12-5所示为一次压力控制回路，也称气源压力控制回路。如图12-6(a)所示为用安全阀1保持供气压力基本恒定，用电触式压力表3来控制空气压缩机的转、停，使储气罐内压力保持在规定的范围内。一旦储气罐压力超过一定值时，溢流阀起安全保护作用。如图12-6(b)中用压力继电器替代了电接触式压力表，其他部分工作原理都是一样的。下一页返回12.2压力和力控制回路(2)二次压力控制回路。如图12-7所示为二次压力控制回路，利用溢流式减压阀来实现定压控制。二次压力控制回路的主要作用是控制气动控制系统的气源压力。(3)高低压切换回路。如图12-8所示为利用换向阀和减压阀实现高低压切换输出的回路。图12-8(a)在回路中利用两个减压阀分别输出不同的气体压力。图12-8(b)则利用换向阀输出气动装置所需要的压力，适用于负载差别较大的场合。

(4)过载保护回路。如图12-9所示为过载保护回路。正常工作时，阀1中通电，使阀2换向，气缸活塞杆外伸。如果活塞杆受压的方向发生过载，则顺序阀动作，阀3切换，阀2的控制气体排出，在弹簧力作用下换至图示位置，使活塞杆缩回。上一页下一页返回12.2压力和力控制回路12.2.2力控制回路(1)串联气缸回路。如图12-10所示，该回路通过控制电磁阀的通电个数，实现对分段式活塞缸的活塞杆输出推力的控制。(2)冲击气缸回路。冲击回路是利用气缸的高速运动给工件以冲击的回路，如图12-11所示。此回路由压缩空气的储气罐、快速排气阀及操纵气缸的换向阀组成。置缸在初始状态时，由于机械式换向阀处于压下状态，气缸活塞杆一侧通大气。二位五通电磁阀通电后，三通气控阀换向，气罐内的压缩空气快速流入冲击气缸，气缸启动，快速排气阀快速排气，活塞以极高的速度运动，该活塞具有的动能给出很大的冲击力。使用该回路时，应尽量缩短各元件与气缸之间的距离。上一页下一页返回12.2压力和力控制回路12.2.2力控制回路(1)串联气缸回路。如图12-10所示，该回路通过控制电磁阀的通电个数，实现对分段式活塞缸的活塞杆输出推力的控制。(2)冲击气缸回路。冲击回路是利用气缸的高速运动给工件以冲击的回路，如图12-11所示。此回路由压缩空气的储气罐、快速排气阀及操纵气缸的换向阀组成。置缸在初始状态时，由于机械式换向阀处于压下状态，气缸活塞杆一侧通大气。二位五通电磁阀通电后，三通气控阀换向，气罐内的压缩空气快速流入冲击气缸，气缸启动，快速排气阀快速排气，活塞以极高的速度运动，该活塞具有的动能给出很大的冲击力。使用该回路时，应尽量缩短各元件与气缸之间的距离。上一页返回12.3速度控制回路控制气动执行元件运动速度一般通过控制进入或排出执行元件的气流量来实现。因此，利用流量控制阀来改变进气管、排气管的有效截面积，就可以实现速度的控制。常用的速度控制回路有以下几种。下一页返回12.3速度控制回路12.3.1气阀调速回路1.单作用气缸调速回路(1)节流阀调速。如图12-12(a)所示，两个反向安装的单向节流阀分别控制活塞杆的升、降速度。(2)快排气阀节流调速。如图12-12(b)所示，回路气缸的活塞杆上升时可以通过节流阀调速，活塞返回时，气缸下腔通过快速排气阀排气，实现快速回退。2.双作用气缸的速度控制回路如图12-13所示的两个控制回路图均通过两个排气节流阀控制气缸伸缩的速度。其活塞的运动速度比较平稳、振动小，比进气节流调速效果好。上一页下一页返回12.3速度控制回路3.缓冲回路气缸驱动较大负载高速移动时，会产生很大的动能。将此动能从某一位置开始逐渐减少，最终使负载在指定位置平稳停止的回路称为缓冲回路。如图12-14所示为基本缓冲回路。驱动负载的气缸运动时具有很大的动能，到达停止前的某个位置时，触动吸振缸的活塞杆，使吸振缸的压力上升，缸内空气经节流阀和换向阀排出。当主动缸返回时，吸振缸也同时被供气，从而使活塞杆伸出。由于空气具有可压缩性，使用这种回路时，节流阀开度必须调节适当，否则会导致能量吸收不足、发生撞击或能量吸收过大发生反弹现象。上一页下一页返回12.3速度控制回路12.3.2气液联动速度控制回路由于空气的可压缩性，在低速及传动负载变化大的场合可采用气液转换回路。这种控制方式不需要液压动力即可达到传动平稳、定位精度高和速度控制容易等目的，从而克服了难以实现气动低速控制的缺点。如图12-15(a)所示为采用气液转换器的速度控制回路。它利用气液转换器将气压变成液压，利用液压油驱动液压缸，从而得到平稳且容易控制的活塞运动速度。通过调节两个节流阀的开度实现气缸两个运动方向的速度控制。采用此回路时应注意气液转换器的容积应大于液压缸的容积，气、液间的密封要好，避免气体混入油中。上一页下一页返回12.3速度控制回路如图12-15(b)所示为采用气液阻尼缸的速度控制回路。此回路采用两缸并联形式，调节连接液压缸两腔回路中设置的可变节流阀即可实现速度控制。其优点是比串联形式结构紧凑，气、液不易相混。不足之处是如果安装时两缸轴线不平行，会由于机械摩擦导致运动速度不平稳。上一页返回12.4位置控制回路12.4.1缓冲挡铁位置控制如图12-16所示为利用缓冲挡铁实现的位置控制回路。靠缓冲器1使活塞在预定位置之前缓冲，最后由定位块2强迫小车停止。该回路结构简单，但有冲击振动，且气缸顶处突出部分经常与挡铁碰撞、磨损，对定位精度有影响，适用于惯性负载较小且运动速度不高的场合。下一页返回12.4位置控制回路12.4.2多位缸的位置控制回路如图12-17所示为用二位阀和多位缸的位置控制回路。人工控制手动阀1、2、3，经过梭阀6、7控制两个换向阀4和5。如当阀2动作时，两活塞杆都缩回。阀1或阀3动作时，两活塞杆一伸一缩。这类回路多用于自动生产线上对物品进行检测、分选。上一页下一页返回12.4位置控制回路12.4.3气液转换器的位置控制回路如图12-18所示为用气液转换器实现的位置控制回路。利用二位二通阀可使液压缸活塞杆停留在任意位置。该回路适用于定位精度要求较高的场合。上一页返回12.5其他气动常用回路12.5.1安全保护回路1.双手操作回路如图12-19所示的回路，只有同时按下两个启动用手动换向阀，气缸才动作，对操作人员的手起到安全保护作用。主要应用在冲床、锻压机床上。2.互锁回路如图12-20所示的回路利用梭阀1、2、3和换向阀4、5、6实现互锁，防止各缸活塞同时动作，保证只有一个活塞动作。下一页返回12.5其他气动常用回路12.5.2同步动作回路1.简单的同步回路如图12-21所示，采用机械刚性零件把两尺寸相同的气缸的活塞杆连接起来。这种方法从理论上讲是可以实现的最可靠的同步动作，但其对机械精度要求较高，否则会因为机械误差影响同步精度。2.采用气液组合缸的同步回路对于负载运动过程中有变化且要求运动平稳的场合，使用气液组合缸可取得较好的效果。如图12-22所示，利用两液压缸油路串联来保证在负载F1、F2不相等时也能使工作台上下运动同步。蓄能器主要用于换向阀处于中位时为液压缸补充泄漏。上一页下一页返回12.5其他气动常用回路12.5.3往复动作回路1.单向往复动作回路如图12-23所示为单向往复动作回路。按下手动阀，二位五通换向阀处于左位，气缸外伸；当活塞杆挡块压下机动阀后，二位五通换向阀换至右位，气缸缩回，完成一次往复运动。2.连续往复动作回路如图12-24所示为连续往复动作回路。手动阀1换向，高压气体经阀3使阀2换向，气缸活塞杆外伸，阀3复位；活塞杆挡块压下行程阀4时，阀2换至左位，活塞杆缩回，阀4复位；当活塞杆缩回压下行程阀3时，阀2再次换向，如此循环往复。上一页返回12.6气压系统应用与分析如今工业生产飞速发展，气压传动技术已成为实现工业自动化主要方式之一。本节选取几个气压传动技术的实例以学会分析气压传动系统。下一页返回12.6气压系统应用与分析12.6.1工件夹紧气压传动系统如图12-25所示为机械加工自动线、组合机床中常用的工件夹紧气压传动系统原理图。其工作原理是：当工件运行到指定位置后，垂直缸A的活塞杆首先伸出(向下)将工件定位锁紧，然后两侧气缸B和C的活塞杆再同时伸出，对工件进行夹紧，最后进行机械加工，加工完成后各夹紧缸退回，将工件松开。其具体工作步骤如下：踏下脚踏换向阀1，压缩空气进入缸A的上腔，使夹紧头下降夹紧工件的同时，压下行程阀2，压缩空气经单向节流阀6进入二位三通气控换向阀4的右侧，使阀4换向(调节节流阀开口可以控制阀4的延时接通时间)，压缩空气通过换向阀3进入两侧气缸B和C的无杆腔，使气缸B和C活塞杆伸出而夹紧工件。此时即可以进行加工，同时流过上一页下一页返回12.6气压系统应用与分析主阀3的一部分压缩空气经过单向节流阀5进入换向阀3右端。经过一段时间(由节流阀控制)后，机械加工完成，换向阀3右位接通，两侧气缸退回到原来位置。与此同时，一部分压缩空气作为信号进入脚踏阀1的右端，使阀1右位接通，压缩空气进入缸A的下腔，使夹紧头退回原位。夹紧头上升的同时使机动行程阀2复位，气控换向阀4也复位(此时换向阀3仍为右位接通)，由于气缸B、C的无杆腔通大气，换向阀3自动复位到左位，最终完成一个工作循环。再次踏下脚踏阀1即可进入下一个工作循环。上一页下一页返回12.6气压系统应用与分析12.6.2气动拉门自动、手动开闭系统如图12-26所示，利用超低气动阀来检测人的踏板动作。在拉门内、外分别装有踏板6和11，踏板下方装有完全封闭的橡胶管，管的一端与超低压气动阀7和12的控制口连接。当人站在踏板上时，橡胶管内压力上升，超低压气动阀产生动作。具体工作过程如下：首先使手动换向阀1上位接入工作状态，空气通过气动换向阀2、单向节流阀3进入气缸4的无杆腔，将活塞杆推出(门关闭)。当人由内向外时，踏在内踏板6上，气动控制阀7动作，使梭阀8下面的通口关闭，上面的通口接通，压缩空气通过梭阀8、单向节流阀9和气罐10使气动换向阀2换向，从而进入气缸4的有杆腔，活塞左退，门打开。人离开踏板6、11后，经过一段时间的延时后，气罐10内的空气经单向节流阀9、梭阀8和阀7、12放气，阀2换向，气缸4的无杆腔进气，活塞杆伸出，门关闭。上一页下一页返回12.6气压系统应用与分析该回路利用逻辑元件“或”功能进行控制，回路简单且可靠。人不论从门的哪一边进出均可。减压阀13可使关门的力度自由调节，十分便利。同时若将手动阀复位，则可变为手动门。上一页下一页返回12.6气压系统应用与分析12.6.3数控加工中心气动换刀系统如图12-27所示为某数控加工中心气动换刀系统原理图。通过该系统能实现主轴定位、主轴松刀、拔刀、向主轴锥孔吹起和装刀动作。具体控制过程如下：当数控系统发出换刀指令后，主轴停止旋转，同时4ＹA通电，压缩空气经气动三联件1、换向阀4、单向节流阀5进入主轴定位缸A的2ＹEＹAＹＵＱＩDＯＮＧＪＩＳＨＵ右腔，从而推动缸A的活塞左移使主轴自动定位。定位后压下开关使6ＹA通电，压缩空气经换向阀6、快速排气阀8进入气液增压缸B的上腔，增压腔的高压使活塞杆伸出，实现主轴松刀，同时使8ＹA通电，压缩空气经换向阀9、单向节流阀11进入缸C的上腔，缸C下腔排气，活塞下移实现拔刀。由回转刀库交换刀具，同时1ＹA通电，压缩空气上一页下一页返回12.6气压系统应用与分析经换向阀2、单向节流阀3向主轴锥孔吹气。稍后1YA断电、2YA通电，停止吹气，8YA断电、7YA通电，压缩空气经换向阀9、单向节流阀10进入缸C的下腔，活塞上移，实现装刀动作。6YA断电、5YA通电，压缩空气经阀6进入气液增压缸B的下腔，使活塞退回，主轴的机构使刀具夹紧。4YA断电、3YA通电，缸A的活塞靠弹簧力作用复位，换刀结束。上一页返回知识拓展1.汽车车门的安全操作系统如图12-28所示为汽车车门的安全操作系统原理图。它能够控制汽车车门的开关，且当车门在关闭中遇到障碍时，能使车门再自动开启，起到安全保护作用。其工作过程如下。当操纵手动换向阀1或3时，压缩空气便经阀1或阀3进入梭阀7和8，把控制信号送到阀9的a侧，使阀9向车门开启方向切换。压缩空气再经阀9左位和阀10中的单向阀到气缸有杆腔，推动活塞使车门开启。当操纵阀2或阀4时，压缩空气则经阀6到阀9的b侧，使阀9向车门关闭方向切换，压缩空气再经过阀9右位和阀11中的单向阀到气缸的无杆腔，使车门关闭。车门在关闭过程中若碰到障碍物，便推动机动阀5，使压缩空气经阀5把控制信号通过阀8送到阀9的a侧，使车门重新开启。下一页返回知识拓展2.气动计量系统如图12-29所示，对传送带上连续供给的粒状物料进行计量，并按一定质量分装。当计量箱中的物料质量达到设定值时，要求暂停传送带上物料的供给，然后把计量好的物料卸到包装容器中。当计量箱返回到图示位置后，物料再次落入计量箱中，开始下一次的计量。气动装置在停止工作一段时间后，因泄漏气缸活塞会在计量箱重力的作用下缩回。因此首先要有计量准备动作使计量箱到达图示位置。随着物料落入计量箱中，计量箱的质量不断增加，气缸A慢慢被压缩。计量的质量达到设定值时，气缸B伸出，暂时停止物料的供给。计量缸换接高压气源后伸出把物料卸掉。经过一段时间的延时后，计量缸缩回，为下次计量做好准备。上一页下一页返回知识拓展如图12-30所示，计量准备时，手动换向阀14左位，减压阀1高压气体使计量缸A外伸，当计量箱上凸块通过行程阀12时，阀14换至右位，缸A以排气节流阀17调节的速度下降。当计量箱凸块切换阀12后，阀6换至图示位置，使止动缸B缩回。然后把阀14换至中位。随着来自传送带的被计量物料落入计量箱，其质量逐渐增加，由于A缸主控换向阀4处于中位，缸内气体呈现等温压缩过程，即A缸活塞杆慢慢缩回。当质量达到设定值时，切换行程阀13，阀13发出信号切换阀6，使缸B外伸，暂停计量物供给，同时切换阀5至图示位置。缸B外伸至行程终点时无杆腔压力升高，顺序阀7打开，缸A主控阀4和高低压切换阀3被切换，高压气体使缸A外伸。当缸A行至终点，行程阀11动作，经过由单向节流阀10和气容C组成的延时回路延时后，切换阀5，其输出信号使阀3、4换向，低压气体使缸A以单向节流阀8调节的速度内缩。单方向作用的阀12动作后，发出信号切换阀6，使缸B内缩，来自传送带上的粒状物料再次落入计量箱中。上一页返回本章小结气动系统同样由最简单的基本回路组成。虽然基本回路相同，但由于其组合方式不同，所得到的系统的性能各有差异。因此，要想设计出高性能的气动系统，必须熟悉各种基本回路和经过长期生产实践总结出的常用回路。本章主要对一些具有代表性的回路作一简单介绍。返回图12-3单作用气缸换向回路返回图12-4双作用气缸换向回路返回(a)简单换向；(b)两个二位三通换向(气控A)；(c)两个二位三通换向(手控、气控)；(d)二位四通电磁换向；(e)两个二位三通控制二位四通换向；(f)三位四通电磁换向(有“中停”功能)图12-5一次压力控制回路返回1—溢流阀；2—电接点压力表图12-6一次压力控制回路返回图12-7二次压力控制回路返回(a)控制回路；(b)图形符号图12-8高低压转换回路(a)由减压阀控制高低压输出回路；(b)用换向阀选择高低压回路返回图12-9过载保护回路返回图12-10串联气缸回路返回图12-11冲击气缸回路返回图12-12单作用气缸调速回路返回(a)节流阀调速；(b)快排气阀节流调速图12-13双作用气缸的速度控制回路返回(a)换向阀前节流调速；(b)换向阀后节流调速图12-14缓冲回路返回图12-15(a)