《气液传动回路与元件安装》-第3章

3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计3.1.1项目引入模块二的项目3已经为气动冲床选择了合适的气缸，本项目要求完成下列项目任务:①设计一气动回路，采用手动控制方式。手指按下，气缸驱动冲头下降实现冲裁工作，当气缸到达行程终点时，自动缩回。②选择合适的控制阀、型号和技术参数。下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计3.1.2项目分析边程一、换向阀的种类(按操纵方式分)

当使用方向控制阀时，用么方式对阀进行控制，如何复位，这是选择阀的一个重要依据，称为阀的操纵方式。按操纵方式分，换向阀主要有以下几种:1.人力换向阀靠手或脚使阀芯换向的阀称为人力控制换向阀。靠手使阀芯换向的阀称为手动换向阀，靠脚使阀芯换向的阀称为脚踏阀。

图1-3-1所示为按钮阀的结构示意图和工作过程:如图1-3-1(a)所示，当手没有按下按钮时，阀芯在弹簧作用下复位，处于原始位置(常态位),1口通压缩空气，是堵死(关闭)的，2口通3口;当按下按钮，如图1-3-1(b)所示，驱动阀芯下移，1口压缩空气通2口，则1口与2口接通。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计图1-3-2为常见手动阀的驱动形式和符号。图1-3-3为人力操纵方式的符号旋钮式、锁式、推拉式等操作方式都具有定位性能，即操作力除去后仍能保持阀的工作状态不变。按钮式操作方式是无记忆功能的，通常采用弹簧复位。手动阀(图1-3-4(a))操作较缓慢，且操纵力不能太大，所以阀的通径较小，但操作比较灵活。对于脚踏阀(图1-3-4(b))来说，要求踏板位置不能太高，行程不能太长，与手动阀相比，操作力可大一些。脚踏阀的优点是在用脚操纵阀的同时，双手还可以工作。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计2.机械控制换向阀依靠机械外力使阀芯切换实现换向的阀为机械控制换向阀，简称机控阀。利用执行机构或者其他机构的机械运动，借助阀上的凸轮、滚轮、杠杆或拨杆等机构来操作阀杆，驱使阀芯移动实现换向。机控阀除阀杆的控制头部外，其主阀部分主要结构及工作原理与其他换向阀基本相同。机控阀头部结构形式常用的有直动圆头式、滚轮式、杠杆滚轮式、可通过式等，如图1-3-5所示。机动阀的符号和图片分别如图1-3-6和图1-3-7所示。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计3.气控阀采用气压力来操纵阀芯切换以改变气流方向的阀称为气压控制换向阀，简称气控阀。如图1-3-8所示，三位五通换向阀具有9个气接口和3个工作位置，气信号从控制口(14)或控制口(12)输入，以驱动三位五通换向阀换向。图1-3-8所示为中封式(即中位时，所有的气路封闭堵死)、弹簧对中的三位五通换向阀。当气控阀左路控制口14有气压信号时，阀芯移动，1口与4口通，2与3口通。当气控阀左路控制口12有气压信号时，阀芯移动，1口与2口通，4与5口通。当控制口12或14上的气信号消失时，双气控三位五通阀在弹簧作用下复位，此时，1口、2口和4口被关闭。如图1-3-9所示。图1-3-10气控阀图片。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计气压控制可分成加压控制、卸(泄)压控制、差压控制和延时控制等。①加压控制。指加在阀芯上的控制信号的压力值是渐升的。当压力升至某压力值时，阀被换。这是常用的气压控制方式。②泄压控制。指加住阀芯上的控制信号的压力值是渐降的。当压力降至某压力值时，阀被换。用于三位阀中，可省去复位弹簧，但泄压控制阀的切换性不如加压控制阀。③差压控制。利用阀芯两端受气压作用的有效面积不等，在气压作用力的差值作用下，使阀芯动作而换向。差压控制的阀芯，靠气压复位，可以不需要复位弹簧。④延时控制。利用气流经过小孔或缝隙被节流后，再向气室内充气，经过一定的时间，当气室内压力升至一定值后，再推动换向阀阀芯动作而换向，从而达到信号延迟的目的。常用于延时阀和脉冲阀上。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计4.电磁换向阀电磁换向阀是利用电磁铁的通电吸合与断电释放而推动阀芯来实现换向的。它是电气控制系统与气动系统之间的信号转换元件，它的电信号由气动设备中的按钮开关、限位开关、行程开关等电气元件发生的，使电气控制气动系统成为可能，是目前自动化系统中一个非常重要的元器件。

(1)电磁铁电磁铁按使用电源的不同，可分为交流和直流两种。交流电磁铁启动力较大，不需要专门的电源，吸合、释放快，动作时间为0.01-0.03s，其缺点是若电源电压下降15%以上，则电磁铁吸力明显减小，若衔铁不动作，交流电磁铁会在10-15min后烧坏线圈，且冲击及噪声较大，寿命低，因而在实际使用中交流电磁铁允许的切换频率一般为10次/min，不得超过30次/minx。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计

(2)直动式电磁阀由电磁铁的衔铁直接推动换向阀阀芯换向的阀称为直动式电磁阀，直动式电磁阀分为单电磁铁和双电磁铁两种，图1-3-11为某电磁铁换向阀的结构图，其工作原理如图1-3-12示。图1-3-12(a)为原始状态，尸口被堵死，A口压缩空气通。口排向大气;图1-3-12(b)为通电时的状态，当线圈得电，电磁铁推动阀芯向相反的方向(下位)移动，尸口压缩空气通A口，O口没有空气。当电磁铁又断电，则阀芯靠弹簧复位。图1-3-12(c)为该阀的图形符号。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计如果把图1-3-12中的复位弹簧改成电磁铁，就成为双电磁铁直动式电磁阀，图1-3-13和图1-3-14分别为三位五通电磁换向阀工作示意图和实物图。图1-3-13(a)为1通电、2断电时的状态，图1-3-13(b)为2通电、1断电时的状态，图1-3-13(c)为其图形符号。由此可见，这种阀的两个电磁铁只能交替得电工作，不能同时得电，否则会产生误动作。因而这种阀有记忆功能。直动式电磁换向阀结构简单，切换速度快、动作频率高，但连接口径不宜大，通径大，则所需电磁力大，体积电耗都要大。另外，当阀芯砧住而动作不良时，如果是交流电磁铁，容易烧坏线圈。为克服这些缺点，应采用先导式结构。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计

(3)先导式电磁阀由电磁铁首先控制从主阀气源节流出来的一部分气体，产生先导压力，去推动主阀阀芯换向的阀类，称为先导式电磁阀。该电磁控制部分，实际上是一个电磁阀，称为电磁先导阀。由电磁先导阀所控制用以改变气流方向的阀，称为主阀，主阀一般是一个气控阀。由此可见，先导式电磁阀由电磁先导阀和主阀两部分组成。一般电磁先导阀都单独制成通用件，既可用于先导控制，也可用于气流量较小的直接控制。按电磁铁线圈数，先导式电磁阀有单电控和双电控之分。按先导压力来源，有内部先导式和外部先导式。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计图1-3-15是双电控内部先导式电磁阀的动作原理图。当先导阀1通电和先导阀2断电时(图1-3-15(a))，由于主阀的A1腔进气，A2腔排气，使主阀阀芯移到右边。此时，P,A口接通，A口有输出;B,R2口接通，R1口排气。当先导阀2通电和先导阀1断电时(图1-3-15(b)，主阀A2腔进气,A1腔排气，主阀阀芯移到左边。此时，B,P口接通，P口有输出;A,R1口接通，R2口排气。双电控二位换向阀具有记忆性，即通电时阀芯换向，断电时能保持原阀芯位置不变。双电控二位换向阀可用脉冲信号控制。为保证主阀正常工作，两个先导阀不能同时通电，以防主芯切换不到位。电路中应设互锁保护。先导式电磁阀(图1-3-16)的最大动作频度比直动式的低，大型阀尤为显著，但主阀芯卜住，不会烧毁线圈，且耗电少。内部先导式电磁阀的响应时间受使用压力大小的影响，使用压力太低时(0.1-0.2MPa)，换向不稳定。对响应时间要求稳定的使用场合，应特别注意。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计二、气动冲床气动回路的设计

1.直接控制方案和间接控制方案

(幼直接控制双作用气缸最简单的控制方式是采用直接使用控制信号控制。这种方法是通过手动或机械驱动的阀来驱动气缸，而不使用额外的换向阀来做中间转换。采用直接控制方案的气动冲床气动回路设计如图1-3-17所示。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计初始位置，打开截止阀，接通气源，压缩空气经二位五通人力换向阀的气口1和气口2流入双作用气缸的右腔，双作用气缸左腔空气经二位五通阀的气口4和气口5排往大气中，双作用气缸活塞杆保持缩回状态。按下人力阀按钮，压缩空气经二位五通人力阀的气口1和气口4流入双作用气缸的左腔，双作用气缸右腔空气经二位五通阀的气口2和气口3排往大气中，双作用气缸活塞杆伸出，完成冲头冲压工件动作。当双作用气缸活塞杆伸出到位后，活塞杆安装的撞头压下行程阀滚轮和阀杆，行程阀到上位，压缩空气经行程阀流入人力阀右腔，人力阀阀芯左移，到右位。压缩空气经气口1和气口2流入双作用气缸的右腔，双作用气缸右腔空气经二位五通阀的气口4和气口5排往大气中，双作用气缸活塞杆缩回。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计当气缸活塞杆缩回后，再按下人力阀按钮，气缸又重新伸出，进行下一个冲压循环……

直接控制所用元件少，回路简单，主要应用于单作用气缸或双作用气缸的简单控制，但无法满足换向条件比较复杂的控制要求;而且由于直接控制是有人力机械外力直接操控换向阀换向的，操作力较小，只适用于所需气流量和控制阀的尺寸相对较小的场合。一般来说采用直接控制的气缸活塞直径小于40mm，阀的连接尺寸小于1/4’’。

本冲压机的气缸内径为200mm，远远超过了40mm，因此采用直接控制不合适，应该采用间接控制方式。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计

(2)间接控制方案活塞直径较大的气缸对气体的需求也较大。驱动这些气缸需要使用标称流量高的控制元件。如果驱动阀的理沦压力太高，不适宜手动操作，就需要采用间接控制方式。间接控制方式利用小一些的阀产生控制信号，以提供驱动控制元件的驱动力。间接控制方案设计如图1-3-18所示。初始位置，打开截止阀，接通气源，压缩空气经二位五通气控阀的气口1和气口2流入双作用气缸的右腔，双作用气缸左腔空气经二位五通气控阀的气口4和气口5排往大气中，双作用气缸活塞杆保持缩回状态。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计按下人力阀按钮，压缩空气经人力阀气口1和气口2流入二位五通气控阀的左控口，气控阀阀芯右移，到左位。压缩空气随后经气控阀的气口1和气口4流入双作用气缸的左腔，双作用气缸右腔空气经二位五通气控阀的气口2和气口3排往大气中，双作用气缸活塞杆伸出，完成冲头冲压工件动作。当双作用气缸活塞杆伸出到位后，活塞杆安装的撞头压下行程阀滚轮和阀杆，行程阀到左位(实际为上位)，压缩空气经行程阀流入二位五通气控阀右腔(注意:此时人力阀已经释放，二位五通气控阀左腔无压缩空气)，气控阀阀芯左移，到右位。压缩空气经气口1和气口2流入双作用气缸的右腔，双作用气缸右腔空气经气控阀的气口4和气口5排往大气中，双作用气缸活塞杆缩回。当气缸活塞杆缩回后，再按下人力阀按钮，气缸又重新伸出，进行下一个冲压循环……上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计三、换向阀的选择

1.主换向阀主换向阀采用两位五通气控换向阀，根据公司产品目录选择，可采用FeSto公司双气控阀，型号为:J-5/2-1/B-P-B-173173，其参数如下:

阀功能:5/2双稳标准额定流量:650L/min

工作压力:一0.9一10bar

先导压力:1.5-8bar

工作介质:干燥压缩空气，经润滑或未经润滑真空先导气口:M5

连接气口:G1/8

安装方式:底板安装上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计

2.行程阀行程阀采用滚轮杠杆式行程阀，常闭型，如可采用FeSto公司行程阀，型号为:RS-3-1/8，具体参数如下:

额定流量,120L/min

阀类型:二位三通，常闭3.人力阀人力阀采用二位五通按钮式人力阀，常闭型，弹簧复位，如:可采用FeSto公司人力阀，型号为:F-3-M5型，其具体参数如下:

阀功能:二位五通，常闭，单电控复位类型:机械弹簧先导类型:直接连接气口:M5上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计4.回路气管回路气管采用塑料软管，主回路气管采用尺寸Φ8mm/Φ6mm(外径/内径)，控制气路气管采用尺寸Φ6mm/Φ4mm,所有阀主气口采用螺纹连接快速接头，接头尺寸Φ8mm;控制气口也采用螺纹连接快速接头，接头尺寸Φ6mm.图1-3-19为以上所选用阀的图片。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计3.1.3拓展知识一、单向型方向控制阀单向型方向控制阀包括单向阀、或门型梭阀、与门型梭阀和快速排气阀等。

1.单向阀单向阀的典型结构如图1-3-20(a)所示。压缩空气只能由右向左流动，反之时，单向阀内的通路会被阀芯堵住。图1-3-20(c)为其符号。一般单向阀有一个最小的开启压力，一般为0.005-0.03MPa。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计2.或门型梭阀

图1-3-21所示为或门型梭阀结构，它有两个输入口P1、P2，一个输出口A，阀芯在两个方向上起单向阀的作用。当P1进气时，阀芯将P2切断，P1与A相通，A有输出。当P2进气时，阀芯将P1切断，P2与A相通，A也有输出。如P1和P2都有进气时，阀芯移向低压侧，使高压侧进气口与A相通。如两侧压力相等，先加入压力一侧与A相通，后加入一侧关闭。图1-3-22所示是或门型梭阀应用回路该回路应用或门型梭阀实现手动和自动换向。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计

3.与门型梭阀与门型梭阀又称双压阀。图1-3-23所示为与门型梭阀结构。它有P1和P2两个输入口和一个输出口A。只有当P1、P2同时有输入时，A才有输出，否则A无输出;当P1和P2压力不等时，则关闭高压侧，低压侧与A相通。图1-3-24所示是与门型梭阀应用回路。或门型梭阀和与门型梭阀的区别要从输入和输出关系来判断。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计二、换向型方向控制阀的结构换向型控制阀的结构是多种多样的，但在所有控制阀结构中都设置有阀芯、阀体(包括阀套及阀孔)和操作控制机构三部分，通过操作或调节机构带动阀芯在阀体内运动，改变阀芯对阀体上孔口的覆盖面积(即开口大小)，从而控制孔口的气体的通断或压力、流量的大小。根据阀芯、阀体的相对位置，控制阀又分为常通型和常闭型两种。阀体的孔口平时被阀芯覆盖，工作时阀芯从孔口上移开，空气通过孔口产生流动，这是常闭型阀。反之，是常通型阀。控制阀的主要结构可分为截止式、滑柱式和滑板式三大类，这里主要介绍截止式和滑滑柱式。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计

1.截止式阀

图1-3-25(a)所示为二通截止式(常闭型)阀的基本结构。在阀的P口输入工作气压后，阀芯在弹簧和气体压力作用下紧压在阀座上，压缩空气不能从A口流出;当阀杆受到向下的作用力后，阀芯向下移动，脱离阀座，压缩空气从P口流向A口输出。图1-3-25(b)所示的阀为二通截止式阀(常通型)结构。

图1-3-26(a)(b)为平面密封，图1-3-26(c)为锥面密封，图1-3-26(d)为球面密封，图1-3-26(e)为膜片截止密封。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计截止阀的特点:·用很小的移动量就可以使阀完全开启。

·截止阀多采用软质材料(如橡胶等)密封、阀门关闭后阀芯始终存在背压，因此，密封性好。

·由于背压的存在，截止式阀的操纵力及冲击力较大，当该类阀用于手动操作时，多为小口径规格的阀。通径大的截止阀，宜采用气控或先导控制方式。

.对气源过滤精度要求不高。

·在阀切换时存在各气口瞬时相通的现象(串气现象)，在缓慢切换阀的场合，可能会引起阀的动作不良，并对系统气压造成较大波动。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计

2.滑柱式阀滑柱式阀是利用带有环形槽的圆柱阀芯在阀套内(构成一对圆柱配合副)做轴向移动来改变气流的通路，从而切换气路。阀的初始状态如图1-3-27(a)所示。此时，压缩空气从输入口P流向输出口A,A口有气压输出，召口无气压输出。当圆柱阀芯在操纵力作用下克服弹簧力左移时，切断P口和A口的通路切断，接通尸口和召口接通，于是，召口有输出，A口无输出，如图1-3-27(b)所示。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计滑阀的密封方式有两类:一类是采用金属对金属的间隙密封;另一类是采用弹性密封件来进行密封。滑柱式阀的特点:①阀芯行程长，即阀门达到完全开启所需的时间长。可动部分重量大、惯性大。②一般大口径的阀不宜采用滑柱式结构或直接操作。③由于结构的对称性，静止时用气压保持轴向力平衡，容易做到有记忆功能。④切换时，由于没有背压，所以换向操纵力小，动作灵敏。⑤滑柱式阀对介质比较敏感，对气动系统的空气过滤净化、润滑、维护要求较高。⑥通用性强，易设计成多位、多通路阀。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计三、换向型方向阀(也叫换向阀)的“通”路和“位”数

1.换向阀的“通”路换向阀结构主体上分布的主油口称为“通”。换向阀结构主体的主油口包括入口、出口和排气口，但不包括控制口。按切换通口数目分，有二通阀、三通阀、四通阀和五通阀等。①二通阀。二通阀有两个通口，一个入口(用尸表示)和一个出口(用A表示)，只能控制流道的接通和断开。气开关和许多流体通、断控制阀为二通阀。②三通阀。三通阀有三个通口，一个入口一个出口和一个排气口(用，T表示)，也可以握一个入口和两个出口，用作分配阀，或两个入口(用P1和P2表示)和一个出口，作为选择阀。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计③四通阀。四通阀有一个入口、两个出口(用A和P表示)和一个排气口，T。通路为P-A,B-T‘或P-B,A-T。④五通阀。五通阀有五个通口，除P,A,B外，还有两个排气口(T1和T2)。通路为P-A,B-T2或P-B,A-T1。2.换向型方向阀的“位”数阀芯的每个稳定的工作位置表明了阀芯在阀体(套)内的切换状态，实现了换向阀各通口之间的通路连接，该稳定的工作位置称为“位”。当阀芯在阀体中从一个“位”切换到另一个“位”时，阀体上各主油口的连通形式发生了变化。有几个工作位置就是几位阀(如二位阀、三位阀等)。阀的静止位置(未加控制信号或未被操作的位置)称为零位(也叫初始位)。如电磁阀的零位是指其断电时的工作位置或通路状态。

上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计“通”和“位”是换向阀的重要概念，不同的“通”和“位”构成了不同类型的换向阀。有两个通口的二位阀，称为二位二通阀。它可实现气路的通或断。有三个通口的二位阀，称为二位三通阀，在不同的工作位置可实现P,A相通，或A,T相通。这种阀常用来推动单作用气缸或用做行程阀、手动阀等控制系统的气信号。常用的还有二位四通和二位五通阀，它可用于推动双作用气缸，分别供给气缸的两个气口，驱动气缸往复运动。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计三位阀有三个工作位置。根据三位阀零位时各通口的连通状态，构成不同零位机能的阀。当阀芯处于中间位置时(也称零位)，各通口呈关断状态则称为中位封闭式阀;若出口与排气口相通，称为中位卸压式阀;若出口都与入口相通，则称为中位加压式阀;若在中位卸压式阀的两个出口都装上单向阀，则称为中位止回式阀。换向阀处于各切换状态时，将其各通口之间的通断状态分别表示在一个长方形的各个方框中，就构成了换向阀的图形符号。常见的符号见表1-3-1。表1-3-1中换向阀气口标注采用国内常用的字母表示法，也可以按照nmIso5599-3标准，用数字来标注。两种标注方式之间的关系见表1-3-2。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计四、换向阀的主要技术参数

1.压力范围这是指气阀能正常工作所允许使用的压力范围。主要指最低使用压力和最高使用压力。最低使用压力决定了气缸最小输出力，常见最高使用压力为1.0Mpa。2.流量特性流量特性是指气阀在一定进口压力下，出口压力与出口流量之间的特性曲线。用有效截面积S或流通能力Cv来表示气阀的流通能力。已知S或Cv值，则可按一算通过气阀的流量。也可通过设手册查询。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计3.响应时间响应时间应当是从加入输入信号的时间起，到输出达到规定值为止的时间。先导式电磁阀一般比直动式电磁阀的响应时间长。单电控阀比双电控阀的响应时间长。直流电磁阀比交流电磁阀的响应时间长。三位阀比二位阀的响应时间长。通径大的电磁阀比通径小的响应时间长。弹性密封比间隙密封的响应时间长。4.最大动作频度在保证正常换向的条件下，单位时间内气阀能连续往复切换的极限次数，称为最大动作频度，其单位为Hz。

通径小的电磁阀的频度比通径大的高，直动式电磁阀的频度比先导式电磁阀的高，间隙密封阀的频度比弹性密封阀的高，双电控阀的频度比单电控阀的高，二位阀的频度比三位阀的高，交流的频度比直流电磁阀的高。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计

5.介质和环境温度流入气动元件内的气体温度称为介质温度。气动元件工作场所的温度称为环境温度。通常，环境和介质温度可在5℃-60℃若使用干燥空气，可降至一5℃一一10℃。

6.最低工作频度气动元件长时间停放不用，润滑剂会变砧，密封材料与金属件间有亲和作用，使滑动阻力增大，动作不灵敏。所以要求气动元件必须30天以内至少动作一次，称为最低工作频度。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计7.特殊要求工作能力有些使用场合，要求气阀具有一定的抗冲击、抗振动的能力、防尘能力、防滴能力、防燃、防爆能力等。对于这种要求，应从设计和材料上加以保证。8.电源条件电磁阀的电源类别(交流或直流)、电源频率(50Hz或60Hz)、电压大小和功率大小应符合工作要求。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计9.最低先导压力在允许的泄漏量范围内，能使气控阀正常换向的控制口的最低压力称为最低先导压力或最低控制压力。双气控滑阀和三位式滑阀的最低先导压力通常为0.1-0.15MPa。但滑柱座阀式弹簧复位的气阀的最低先导压力0.1-0.2Mpa。10.泄漏量泄漏量是衡量阀的密封性好坏的标志。它的大小将影响整个气动装置的工作可靠和气源能量的损失。11.耐久性气阀经过若干次切换后，在不更换零部件的条件下，阀的主要性能参数(如灵敏度、泄漏量)都在允许范围内，该切换次数即为阀的耐久性。单位为:万次。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计五、换向阀的选型1.选择阀的结构(表1-3-3)2.选择控制方式(表1-3-4)3.选择阀功能根据执行元件动作要求，选择阀的功能，见表1-3-5。4.选择阀通径根据执行元件速度等要求，选择阀的通径(流量特性)。5.选择阀的安装方式(表1-3-6)

6.确定阀型号综合阀的整体工作要求，及标准化、通用化、系列化(三化)的成本控制要求，最终确定阀的型号。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计六、行程程序控制

1.程序控制概述气动回路的程序控制一般称为顺序控制。它是按预先确定的顺序或条件，逐步进行各个工步的控制。就是说，程序控制中存在着预定的若干个动作工步。在有些情况下，前一工步的动作结束后，或者从结束起经过一定时间之后转入后面的工步;在有些情况下，同时还要满足某种条件才能转入后面的工步;有时还要根据前一工步的控制结果选择后面的动作，再转入后面的工步。但最后这种情况可供选择的也只限于预定的若干个动作。程序控制的控制信号是开关信号(ON-OFF信号)，故有时也称为开关控制或断续控制。一个典型的气动程序控制系统如图1-3-28所示。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计

(1)指令部程序控制系统的人机接口部分。该部分使用各种按钮开关、选择开关来进行气动装置的启动，运行模式的选择等操作。

(2)控制器这是程序控制系统的核心部分。它接受输入控制信号后，进行逻辑运算、记忆、放大、延时等各种处理，产生出完成各种控制作用的输出控制信号。气动控制可分为气控气动和电控气动两大类。对气控气动，控制器部分主要由各种气动方向控制阀、气动逻辑元件等组成;对电控气动，控制器使用可编程序控制器(PLC)及由继电器、定时器,数器等构成的继电器控制回路居多。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计

(3)操作部对电控气动，接受控制器的微小信号，将其转换成具有一定压力和流量的气动信号，驱动后面的执行机构动作。常用的元件是各种压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。(4)执行机构将操作部的输出转换成各种机械动作。执行机构是由气动执行元件及由相关联动的机构所构成。常用的气动执行元件是气缸、摆动气缸、气液联动缸、气爪、气马达、真空吸盘等。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计

(5)检测机构检测执行机构、控制对象的实际工作情况，并将检测出的信号送回控制器，检测机构中的行程发信器是一种发出位置(行程)信号的传感器(转换器)，用得最多是磁性开关(通过磁力转换为电信号)、行程开关(将机控信号转换为电信号)、行程阀(将机控信号转换为气信号)、喷嘴挡板机构等。此外，液位、压力、流量、温度等各种传感器也可以当做广义的行程发信器，在控制系统中运用。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计(6)显示与报警用于监控系统的运行情况，出现故障时发出故障报警。常用的元件有压力表、报警灯、显示屏等。气动程序控制过程为:指令部发出启动信号后，经控制器进行逻辑运算，通过操作部发出第一个执行信号，推动一个执行元件动作。动作完成后，执行元件在其行程终端触发第一个行程发信器，发出新的信号，再经控制器进行逻辑运算后发出第二个执行信号，指挥第二个执行元件动作。……依次不断地循环运行，直至控制任务完成切断启动指令为止。这是一个闭环控制系统。只有前一工步动作完成后，才能进行后一工步动作。这种控制方法具有连锁作用，能使执机构按预定的程序动作，故非常安全可靠，是气动自动化设备上使用最广的一种方法。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计2.行程程序表示方法行程程序是根据生产工艺流程的要求，确定应使用的执行元件数量以及完成任务的动作次序的要求，可用程序框图来表示。每一个方框表示一个动作或一个行程。根据和本项目类似的一个单气缸往复动作气动回路为例来说明行程程序的表示方法，其气缸动作次序可用图1-3-29所示的程序框图表示。如果用文字符号表示，则程序框图及回路图将大大简化。因此，对气缸、主控阀、行程发信器的文字符号作如下规定:①用大写字母A,B,C…表示气缸(执行元件)。用下标“1”表示气缸活塞杆的伸出状态，用下标“0”表示气缸活塞杆的缩回状态。如A1表示A缸活塞杆伸出，A0、表示A缸活塞杆缩回。②用带下标的小写字母a1,a0,b1,b0,等分别表示由A1、A0、B1、B0等动作触发的相对应的行程发信器及其输出信号。如a1是A缸活塞杆伸出至终端位置所触发的行程发信器及其输出信号。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计③主控阀用F表示，其下标为其控制的气缸号。如FA是控制A缸的主控阀。主控阀的输出信号与气缸的动作是一致的。如主控阀FA的输出信号A1有气，气缸伸出;A0有气，即活塞杆缩回。气缸与主控制、行程发信器之间的关系及有关代号如图1-3-30所示。图中行程发信器是行程阀a0和a1，并采用了一个手动两位三通截止阀，作为气源开关。开始，按下按钮，气源开始供气，按下人力二位三通换向阀，发出启动信号，此时A缸活塞杆缩回到位，活塞杆上挡块压下行程阀a0杆，a0到左位(其实在工作位置，应该是在上位，为了气路表示方便，全部横画)，发出信号a0主阀FA左边控制气路有气压，则主阀到左位，输出信号A1气缸伸出;A缸活塞杆伸出到位，活塞杆上挡块压下行程阀a1阀杆，a1到左位，发出信号a1，主阀FA右边控制气路有气压，则主阀到右位，输出信号A0气缸缩回，然后循环往复。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计根据上述规定，程序框图可表示成图1-3-31所示的形式。确定工作程序是回路设计的依据。同一设备，确定的程序不同，设计出来的回路也不一样。3.位移步骤图位移步骤图是利用图表的形式来描述执行元件随步骤不同其状态的变化情况。利用位移步骤图能清晰地说明行程程序各步的动作状态，也能方便用户进行回路设计和回路分析。单气缸往复动作的位移步骤图如图1-3-32所示。以图1-3-32为例，可以看到位移步骤图在绘制时主要应注意以下几点:①图1-3-32左侧的A是执行元件的标号。②图1-3-32纵坐标上的。和1分别表示气缸活塞处于完全缩回和完全伸出状态。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计③图1-3-32横轴分段采用均匀分段，即每一段只表示一个动作步骤，数由该回路一个动作循环所含的步骤数决定，其中“1”表示第1步，"2”表示第2部，"3=1”表示第1步结束到第3步时又回到初始步第1步。如果有需要也可按时间进行分段。④图1-3-32横轴的分段不表示执行该步骤所用的时间。粗实线表示左侧标号所对应的执行元件的动作情况。例如A所对应的粗实线在第一段内出现从0到1的斜线，表明在本行程程序控制回路中第一步为A气缸活塞的伸出和伸出到位。⑤带箭头的细实线代表信号的传递，箭头表示信号的传递方向。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计图1-3-32表明了一下信息:⑥如果信号a0被触发(行程阀a0被压下)，且启动启动信号q(人力阀按下)后，气缸A伸出。⑦当气缸A活塞杆到达伸出最终点，触发信号a1(行程阀a1被压下)，气缸A缩回。⑧当气缸A活塞杆缩回到最重点，触发信号a0(行程阀a0被压下)，气缸A活塞杆又伸出，循环往复……

注:详细的位移步骤图的知识可参考相关气动手册。上一页下一页返回3.1方向控制阀的选用及行程程序控制回路设计3.1.4项目思考1.方向控制阀的气口及控制气口是如何表示的?2.简述先导式电磁换向阀的工作原理。3.什么是截止阀和滑柱式阀，它们在结构和应用上各有了什么特点?4.有人设计一个双手控制气缸往复运动回路，如图1-3-33所示。问此回路能否工作?为了什么?如不能工作应作何改进?上一页返回3.2流量和压力控制阀的选用及调速和压力控制回路的设计3.2.1项目引入项目要求设计一个气动冲床气动回路:①双作用气缸的双向运行速度可调。②仍然采用人力阀，人力按下按钮后，活塞杆带动模具伸出，在塑料上进行模压，这时松开脚，活塞杆不缩回，只有压力达到设定压力后，模具缩回，且要求模压压力可调。③选择合适的流量和压力控制阀、型号和技术参数。下一页返回3.2流量和压力控制阀的选用及调速和压力控制回路的设计3.2.2项目分析过程一、流量控制阀在气动系统中，对气缸运动速度、信号延迟时间、油雾器的滴油量、气缓冲气缸的缓冲能力的控制，都是依靠控制流量来实现的。控制压缩空气流量的阀称为流量控制阀。1.节流阀

图1-3-34所示为节流阀的结构原理图，通过旋动螺钉改变阀芯的位置，改变流过节流阀口的流通截面积，从而改变压缩空气的流量。必须注意节流阀不能完全关闭。上一页下一页返回3.2流量和压力控制阀的选用及调速和压力控制回路的设计2.单向节流阀单向节流阀是由单向阀和节流阀并联而成的流量控制阀，常用于控制气缸的运动速度，故常称为速度控制阀。在单向节流阀中，气体只能在一个方向上流动。气体从单向阀反向流动时被截断，气体只能通过节流阀截面流动。如图1-3-35所示，压缩空气从单向节流阀的左腔进入时，单向密封圈3被压在阀体上，空气只能从由调节螺母1调整大小的节流口2通过，再由右腔输出。此时单向节流阀对压缩空气起到调节流量的作用。当压缩空气从右腔进入时，单向密封圈在空气压力的作用下向上翘起，使得气体不必通过节流口可以直接流至左腔并输出。此时单向节流阀没有节流作用，压缩空气可以自由流动。在有些单向节流阀的调节螺母下方还装有一个锁紧螺母，用于流量调节后的锁定。其实物图如图1-3-36(a)所示。上一页下一页返回3.2流量和压力控制阀的选用及调速和压力控制回路的设计这种阀可以直接安装在气缸上，用来控制气缸运动速度。以festo公司的单项节流阀为例来说明单向节流阀的技术参数。型号:GRLn-1/B-QS-6-RS-B装配位置:任何调节元件:凸缘螺丝工作压力:0.2一10bar节流方向上的标准额定流量:720L/min单向节流方向上的标准额定流量,720L/min安装类型:螺纹连接连接气口:G1/8上一页下一页返回3.2流量和压力控制阀的选用及调速和压力控制回路的设计3.快速排气阀快速排气阀简称快排阀，是为了使气缸快速排气。图1-3-37所示为快速排气阀的结构。快速排气阀常安装在气缸排气口。当尸有压力时，膜片被压下，堵住排气口。，气流经膜片1四周孔流向A腔。当尸腔排空时，A腔压力将膜片顶起，接通A0通路，A腔气体可快速排出。使用快速排气阀实际上是在经过换向阀正常排气的通路上设置一个旁路，方便气缸排气腔迅速排气。其应用如图1-3-38所示。上一页下一页返回3.2流量和压力控制阀的选用及调速和压力控制回路的设计

4.延时阀延时阀是用于时间控制的阀。图1-3-39所示为是牛l一对带有两位三通常开换向阀的延时阀:压缩气体提供给换向阀的输入口1。另一端压缩气通过气口12进入单向节流阀，随后气体进入到储气罐中。当储气罐内的压力达到两位三通换向阀的先导口压力值时，两位三通换向阀切换。气口2和3之间断开，气口1和2间导通。延时阀的延时时间就是储气罐建立先导口压力的时间。如果延时阀切换到初始位置，压缩气体从储气罐中经单向节流阀的单向支路排出。换向阀弹簧复位，回到初始位置。输出口2和排气口3之间导通，气口1断开。常闭式延时阀(图1-3-40(b))包括一个常闭两位三通换向阀。初始状态下，气口1和2导通。当换向阀被激励后，气口2和3导通，气口1断开，即当延时时间达到后，输出信号关闭。延时阀实物图如图1-3-41所示。上一页下一页返回3.2流量和压力控制阀的选用及调速和压力控制回路的设计以festo公司的延时阀为例，来说明延时阀的技术参数型号:VZ-3-PK-3工作压力:2.5一8bar标准额定流量:90L/min可调延时:o.25-5s用以复位的停顿周期≥55ms重复精度，时间设定:士0.55安装类型:可选(前面板安装或安装框架上)上一页下一页返回3.2流量和压力控制阀的选用及调速和压力控制回路的设计二、气缸的速度调节对于气缸来说有两种节流调速方式:进气节流调速方式和排气节流调速方式。

1.进气节流调速采用进气节流方式，如图1-3-42(a)所示，进气侧单向阀关闭，排气侧单向阀开启。进气流量小，进气腔压力上升缓慢，排气迅速，排气腔压力很低。主要靠压缩空气的膨胀使活塞前进，故这种节流方式很难控制气缸的速度达到稳定。一般只用于单作用气缸、夹紧缸和低摩擦力气缸等的速度控制。上一页下一页返回3.2流量和压力控制阀的选用及调速和压力控制回路的设计

2.排气节流采用排气节流方式后，如图1-3-42(b)所示，换向阀换向后，气缸进气侧的单向阀开启，向气缸无杆腔快速充气，无杆腔的气体只能经排气侧的节流阀排气。调节节流阀的开度，便可改变气缸的运动速度。这种控制方式，活塞运行稳定，是最常用的回路。排气节流应该用于双作用气缸。上一页下一页返回3.2流量和压力控制阀的选用及调速和压力控制回路的设计三、压力控制阀气动系统压力调节的特点是将压力比使用压力高的压缩空气储于储气罐中，然后减压到适用于系统的压力。因此每台气动装置的供气压力都需要用调压阀(又称减压阀)来减压，并保持供气压力值稳定。对于低压控制系统(如气动测量)，除用调压阀降低压力外，还需要用精密减压阀(或定值器)以获得更稳定的供气压力。这类压力控制阀当输入压力在一定范围内改变时，能保持输出压力不变;当管路中压力超过允许压力时，为了保证系统的工作安全，往往用安全阀实现自动排气，以使系统的压力下降;有时，气动系统中不便安装行程阀而要依据气压的大小来控制两个以上的气动执行机构的顺序动作，能实现这种功能的压力控制阀称为顺序阀。因此气动系统压力控制阀可分为:上一页下一页返回3.2流量和压力控制阀的选用及调速和压力控制回路的设计①起降压稳压作用的调(减)压阀、定值器。②起限压安全保护作用的安全阀(溢流阀)、限压切断阀等。③根据气路压力不同，进行某种控制的顺序阀、平衡阀等。减压阀(调压阀)内容已在“模块一项目1气源装置的组成与选用”中的“拓展知识”中的“四、气源调节装置(气动三联件)”中进行了详述，故不再讲解。上一页下一页返回3.2流量和压力控制阀的选用及调速和压力控制回路的设计1.安全阀(又称溢流阀)

安全阀的作用是当气动系统的压力上升到调定值时，与大气相通以保持系统压力的调定值。

图1-3-43(a)所示为直动式溢流阀的结构原理，气压作用在膜片的力小于调压弹簧的预压力时，阀处于关闭状态。当气压力升高，作用于膜片上的气压力超过了弹簧的预压力，溢流阀开启排气，系统的压力降到调定压力以下时，阀门重新关闭。阀的开启压力大小靠调压弹簧的预压缩量来实现。图1-3-43(c)为图形符号。上一页下一页返回3.2流量和压力控制阀的选用及调速和压力控制回路的设计

2.顺序阀(压力开关阀)

图1-3-44所示为顺序阀的结构示意图，图1-3-44(a)为未驱动状态，图1-3-44(b)为已驱动状态。可以看到，顺序阀由两部分组成:左侧主阀为一个单气控的二位三通换向阀;右侧为一个通过调节外部输入压力和弹簧力平衡来控制主阀是否换向的导阀。如图1-3-44(b)所示，当被检测的压力信号由导阀的12口输入，其气压力和调节弹簧的弹簧力相平衡。当压力达到一定值时，就能克服弹簧力使导阀的阀芯抬起。导阀阀芯抬起后，主阀输气口1的压缩空气就能进入主阀阀芯出的右侧，推动阀芯左移实现换向，使主阀输出口2与输入口1导通产生输出信号。由于调节弹簧的弹簧力可以通过调节旋钮进行预先调节设定，所以顺序阀只有在12口的输入气压达到设定压力时，才会产生输出信号。这样就可以利用顺序阀实现由压力大小控制的顺序动作。

图1-3-45所示为顺序阀实物图片和符号。上一页下一页返回3.2流量和压力控制阀的选用及调速和压力控制回路的设计以festo公司的压力开关阀为例，来说明其技术参数。型号:VD3-PK-3。功能:一旦施加于气口12的控制信号达到所选定的压力，与之相连的二位五通阀就会切换。相反，当气口12的控制信号低于所选定的压力阀会反向切换。流量:100L/minx

安装方式:通过螺丝固定在安装框架上。压力调节方式:用螺钉调节。顺序阀安装在控制系统中，尤其是要求有转换操作的系统。上一页下一页返回3.2流量和压力控制阀的选用及调速和压力控制回路的设计3.压力开关气压力达到预定设定值，电气触点便接通或断开的元件称为压力开关，也称为压力继电器。它可用于检测压力的大小和有无，并能发出电信号，反馈给控制电路。如用于空气压缩机的自动启停，用于压力控制回路等。流量、温度、液位等其他物理量，若能转化为压力信号，也可用压力开关对这些物理量的变化进行控制。压力开关由检测部(即压力感受部)和输出部(控制部)组成。按工作原理分，有机械式压力开关和电子式压力开关两大类。①机械式压力开关。以气压力推动机械动作，实现电触点的通断。②电子式压力开关。此开关压力检测部是压力传感器，压力传感器检出压力信号，经电子回路将信号放大后，进行开关输出、模拟量输出或数字量输出。

图1-3-46所示为压力开关的图片和符号。上一页下一页返回3.2流量和压力控制阀的选用及调速和压力控制回路的设计四、流量阀和压力控制阀选择及回路设计

1.调速方式选择采用两个单向节流阀控制气缸的双向运行速度，并可独立调节，为保持冲压的稳定性，所以采用排气节流控制。如图1-3-47所示。

2.换向阀选择换向阀仍然采用人力二位三通阀，项目要求:按住按钮后，人力阀到左位，活塞杆带动模具伸出，在塑料上进行模压，这时松开按钮，活塞杆不缩回，只有当气缸中的压力达到设定压力后，模具才缩回。因此，主换向阀必须具有记忆功能，二位五通阀可以完成需要的记忆功能。在接到反向换向信号前，阀保持在其最后换向的位置。这种性质不受时间长短的影响，只受换向信号的影响。如图1-3-48所示。上一页下一页返回3.2流量和压力控制阀的选用及调速和压力控制回路的设计3.压力控制阀选择项目要求，当活塞杆带动模具向下冲压，当压力达到设定压力后，模具缩回，且要求模压压力可调。因此采用一个常开式顺序阀实现此压力控制，如图1-3-49所示。按下按钮，使二位三通阀换向到导通位置，压力信号传到二位五通阀的控制端口14上。二位五通阀换向到左位，压缩空气流向气缸的无杆腔，气缸杆伸出。即使脚松开，二位五通阀的换向状态也保持不变。活塞杆到达工件后不再移动，无杆腔内压力开始增大。压力的增大使得模具给出的力增大。上一页下一页返回3.2流量和压力控制阀的选用及调速和压力控制回路的设计顺序阀的控制端口12连接到双作用气缸的无杆腔进气管线上。当气缸内的压力达到顺序阀设定的压力值时，二位三通阀换向。此时气信号传到二位五通阀的控制端口12上。二位五通阀换向到右位，压力流入气缸的有杆腔，气缸杆缩回。在缩回过程中，压力达不到压力顺序阀的设定响应值，压力顺序阀回复到初始状态。如果初始状态活塞杆不处于缩回状态，则通过手动启动二位五通阀来进行复位。初始状态时所有阀都未被驱动，压缩空气通人气缸的无杆腔，气缸保持在缩回状态。顺序阀设定的响应压力应小于系统压力，以保证阀换向的可靠性。如果正在伸出的气缸杆碰到障碍物，气缸杆会在到达模压位置前缩回。上一页下一页返回3.2流量和压力控制阀的选用及调速和压力控制回路的设计3.2.3拓展知识一、采用单向节流阀调速时注意事项①安装时，应事先将配管吹净，应确认阀的流动方向没有装反。②接头螺纹用手拧上后，用工具再旋2-3圈，安装力矩要适当。③管接头螺纹上，一般都已涂好密封剂，通常可使用2-3次。管螺纹如拧得过紧，密封剂会被挤出，应清除。若密封剂剥离，密封不良，可卷上密封带使用。④用手顺时旋转调节手轮，节流阀是逐渐关闭的。使用时，应从全闭状态逐渐打开，将气缸调至要求的速度。调节完毕，用锁紧螺母锁紧。⑤单向节流阀的调节圈数不得超过给定值，以免损坏牛一阀。⑥万向型速度控制阀，不宜用于经常回转的情况。上一页下一页返回3.2流量和压力控制阀的选用及调速和压力控制回路的设计⑦单向节流阀可能存在微漏，难以对气缸进行低速控制。不得把它当截止阀使用。⑧速度控制阀应保管在40%以下的环境中，避免阳光直射。密封剂含聚四氟乙烯，特殊环境下使用时要注意。⑨应尽量靠近气缸安装，以提高控制性能;否则，响应时间过长，气缸速度可能难以控制。当气缸至速度控制阀之间的配管容积远大于气缸容积时，就很难控制气缸速度。也说明气缸缸径越小，速度控制越难。上一页下一页返回3.2流量和压力控制阀的选用及调速和压力控制回路的设计二、消声器气压传动装置的噪声一般都比较大，尤其当压缩气体直接从气缸或阀中排向大气时，较高的压差使气体体积急剧膨胀，产生涡流，引起气体的振动，发出强烈的噪声。为消除这种噪声，应安装消声器。消声器是指能阻止声音传播而允许气流通过的一种气动元件，气动装置中的消声器主要有吸收型、膨胀干涉型及膨胀干涉吸收型三大类，气动系统中最常用的是吸收型消声器。

图1-3-50为其结构示意图，吸收型消声器主要利用吸声材料(玻璃纤维、毛毡、泡沫塑料、烧结金属、烧结陶瓷以及烧结塑料等)来降低噪声。在气体流动的管道内固定吸声材料，或按一定方式在管道中排列，这就构成了吸收型消声器。当气流流入时，一部分声音能被吸收材料吸收，起到消声作用。消声器一般装在气路和阀的排气口处。如图1-3-51所示。上一页下一页返回3.2流量和压力控制阀的选用及调速和压力控制回路的设计三、气缸的速度特性

1.使用速度通常所说的气缸使用速度都是指平均速度。平均速度是气缸的运动行程五除以气缸的动作时间(通常按到达时间计算)2.最大速度活塞速度的最大值称为最大速度。对非气缓冲气缸，最大速度通常在行程的末端;对气缓冲气缸，最大速度通常在进入缓冲前的行程位置。在粗略计算时，气缸的最大速度一般取平均速度的1.4倍。上一页下一页返回3.2流量和压力控制阀的选用及调速和压力控制回路的设计3.速度范围标准气缸的使用速度范围大多是50-500mm/s。4.'‘爬行”现象当速度小于5mm/s时，由于气缸摩擦阻力的影响增大，加上气体的可压缩性，不能保证活塞做平稳移动，会出现时走时停的现象，称为“爬行”。在气缸运动速度较低和工作压力也较低时，如果采用进气节流调速，也容易产生“爬行”现象，一般采用排气节流调速，气缸的运行要平稳得多。要想气缸在很低速度下工作，建议使用气一液阻尼缸，或通过气液转换器，利用气液联用缸进行低速控制。上一页下一页返回3.2流量和压力控制阀的选用及调速和压力控制回路的设计

5.‘自走”现象由于气体的可压缩性，气缸在运动过程中，当外负载变化较大时，气缸两腔的压力差随之变化，活塞受力平衡被破坏，为了达到新的平衡，只能靠两腔室中气体的膨胀或压缩来自行调节。当外负载突然变大时，活塞不但不前进，反而后退;而负载突然减小时，则能引起活塞向前冲，这种因外负载突然变化而引起气缸速度变化的现象称为“自走”。要克服或消除气缸的“自走”现象，可采用气一液阻尼缸来解决。上一页下一页返回3.2流量和压力控制阀的选用及调速和压力控制回路的设计3.2.4项目思考

1.简述进气节流调速与回气节流调速回路的优缺点。

2.图1-3-52所示压力控制回路用于需要同时提供两种不同压力来驱动一个执行元件的往返运动的场合，试说明回路的工作原理，两减压阀如何调定压力?3.试分析图1-3-53所示的气动回路的工作过程，并指出各元件的名称。上一页返回3.3电气动技术基础及时间控制回路设计3.3.1项目引入项目要求设计一个气动冲床气动回路:①按下启动按钮，气缸活塞杆带动模具伸出，当气缸到达完全伸出状态后，延时35，气缸缩回，然后循环往复;在气缸运行过程中，按下停止按钮，气缸活塞杆运动到位后停止动作;气缸活塞杆初始位置可手工复位。②选择合适的气动元件设计全气动回路。③选择合适的电气和气动元件设计电气动回路(包括气动回路和电气控制回路)。下一页返回3.3电气动技术基础及时间控制回路设计一、电气动技术概述全部利用气动控制元件实现的气动控制回路称为全气动回路。适用于需要耐水、高防爆、防水、不能有电磁噪声干扰及元件较少的工作场合。在实际工作装置中，气动系统往往只是其中一个组成部分，同时存在的还有电动机、液压缸及一些机械执行元件，工作过程也比较复杂。采用电气控制方式，不仅能对不同类型的执行元件进行统一集中控制，而且也能够通过电气控制系统实现比较复杂的控制逻辑要求，甚至是远程控制。与电气控制技术(特别是电子技术)的结合，使得气动技术的应用领域迅速拓宽，已成为实现现代传动与控制的关键技术之一，尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。上一页下一页返回3.3电气动技术基础及时间控制回路设计二、低压电器元件(部分)

低压电器通常是指在交流额定电压1200V、直流额定电压1500V及以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器产品。

1.按钮按钮是一种用人力(一般为手指或手掌)操作，并具有储能复位的开关电器。它主要用于电气控制线路中，用于发布命令及电气联锁。

图1-3-54所示为普通点动按钮的结构及工作示意图。操作时，将按钮帽往下按，桥式动触头就向下运动，常闭触头先分断，再常开触头接通。一旦操作人员的手指离开按钮帽，在复位弹簧的作用下，先是常开触头分断，然后是常闭触头闭合。各种按钮符号如图1-3-55所示。上一页下一页返回3.3电气动技术基础及时间控制回路设计

2.继电器继电器是一类用于监测各种电量或非电量的电器，广泛用于电动机或线路的保护以及生产过程自动化控制。一般来说，继电器通过测量环节输入外部信号(如电压、电流等电量或温度、压力、速度等非电量)并传递给中间机构。将它与设定值(即整定值)进行比较，当达到整定值时(过量或欠量)，中间机构就使执行机构产生输出动作，从而闭合或分断电路，达到控制电路的目的。常用的继电器有电压继电器、电流继电器、时间继电器、速度继电器、压力继电器、热与温度继电器等。这里只介绍中间继电器。

图1-3-56为普通电磁式中间继电器的结构和工作原理示意图。主要由电磁机构和触头系统组成，但没有灭弧装置，不分主副触头。上一页下一页返回3.3电气动技术基础及时间控制回路设计

3.时间继电器定时器在生产中经常需要按一定的时间间隔来对生产机械进行控制，时间控制通常是利用时间继电器来实现的。时间继电器是一种利用电磁或机械动作原理实现触头延时通或断的自动控制电器。

(1)空气阻尼式时间继电器

图1-3-57为通电延时型时间继电器的结构示意图。线圈1通电后，吸下动铁芯2，活塞3因失去支撑，在释放弹簧4的作用下开始下降，带动伞形活塞5和固定在其上的橡皮膜6一起下移，在膜上面造成空气稀薄的空间。活塞由于受到下面空气的压力，只能缓慢下降。经过一定时间后，杠杆8才能碰触微动开关g，使常闭触点断开，常开触点闭合。可见，从电磁线圈通电时开始到触点动作时为止，中间经过一定的延时，这就是时间继电器的延时作用。延时长短可以通过螺钉10调节进气孔的大小来改变。空气阻尼式时间继电器的延时范围较大，可达0.4-180s。上一页下一页返回3.3电气动技术基础及时间控制回路设计空气阻尼式时间继电器(图1-3-58)具有结构简单、易构成通电延时和断电延时型、调整简便、价格较低等优点，被广泛使用于电动机控制电路中。但空气阻尼式时间继电器延时精度较低，定时时间短。(2)晶体管式时间继电器晶体管式时间继电器也称为半导体式时间继电器，它主要利用电容对电压变化的阻尼作用作为延时环节而构成。其特点是延时范围广、精度高、体积小、便调节、寿命长，是发展快、有前途的电子器件。晶体管式时间继电器在精度和定时时间长度上均优于空气阻尼式时间继电器，但也受到模拟电路本身的限制。随着微电子技术的发展，目前出现了很多高精度的电子式、数字式定时器产品，如各个系列的电子式超级时间继电器、数字式时间继电器、数显时间继电器。（3）定时器的符号表示方法(图1-3-59)上一页下一页返回3.3电气动技术基础及时间控制回路设计三、位置开关

1.行程开关行程开关是一种按工作机械的行程，发出操作命令的位置开关。主要用于机床、自动生产线和其他生产机械的限位及流程控制。

图1-3-60和图1-3-61分别为行程开关的结构及工作示意图和实物图。其动作原理与控制按钮类似，只是它用运动部件上的撞块来碰撞行程开关的推杆。

2.磁性开关磁性开关是用来检测气缸活塞位置的，即检测活塞的运动行程的。它可分成有触点式和无触点式两种，这里只介绍有触点的舌簧开关。上一页下一页返回3.3电气动技术基础及时间控制回路设计(1)舌簧开关工作原理(图1-3-62)

将舌簧开关成型于合成树脂块内，有的还将动作指示灯和过电压保护电路也塑封在内。带有磁环的气缸活塞移动到一定位置，舌簧开关进入磁场内，两簧片被磁化而相互吸引，角虫点闭合，发出电信号;活塞移开，舌簧开关离开磁场，簧片失磁，触点自动脱开。(2)舌簧开关特点

·角虫点密闭在惰性气体中，减少开闭时火花引起的氧化、碳化，避免灰尘污染，触点镀贵金属耐磨。

·用磁性开关来检测活塞的位置，从设计、加工、安装、调试等方面，都比使用其他限位开关方式简单、省时。内部阻抗小，无指示灯的情况下，一般为1Ω以下，若内置触点保护回路，在25Ω以下。吸合功率小，过载能力较差。上一页下一页返回3.3电气动技术基础及时间控制回路设计·磁性开关的安装位置的改变很方便。有动作指示灯显示，安装、维护、检查都非常方便。寿命107-108次，价廉，易冷焊粘接。

·响应快，动作时间为1.2ms，耐冲击，冲击加速度可达300m/s。无漏电流存在。(3)舌簧开关的内部电路如图1-3-63所示电路，有指示灯，但无触点保护电路，正向接线，当开关吸合时，指示灯(发光二极管)点亮;反向接线，开关仍可吸合，通过稳压二极管接通电路，但指示灯不亮。适合负载为继电器型PLC。(4)磁性开关的安装(图1-3-64)

由于磁性开关良好的可用性，广泛应用在气缸的位置检测，大部分的缸都留有磁性开关的安装位置，如沟槽，且安装位置可以调整。上一页下一页返回3.3电气动技术基础及时间控制回路设计四、全气动回路设计根据项目要求:按下人力阀按钮，气缸活塞杆带动模具伸出，当气缸到达完全伸出状态后，延时35，气缸缩回，当气缸缩回到位后，自动伸出，循环往复;在气缸运行过程中，按下停止按钮，气缸活塞杆运动到位后停止动作;活塞杆初始位置可人工复位。此项目要求和项目1要求类似的方面为:采用人力阀;气缸伸出到位后需要进行位置检测;自动控制气缸缩回。不同的地方为:当气缸回复到位后，气缸不需要人工再次驱动，直接伸出，循环往复。因此本项目的全气动回路在项目4气动回路的基础上进行了改进，特点如下:上一页下一页返回3.3电气动技术基础及时间控制回路设计①主换向阀采用三位五通气控换向阀，阀的左位和右位直接控制气缸活塞杆的伸出与缩回，如果活塞杆不在初始位置，必须通过手动驱动二位五通阀来使气路复位。②使用了两个二位五通行程阀，分别检测气缸活塞杆的缩回位和伸出位。③启动时，采用人力阀和一个行程阀(检测活塞杆的缩回位)通过双压阀并联的形式，以便气动信号和气缸活塞杆在缩回时才能够启动;④延时采用了延时阀，由另外一个行程阀触发(检测活塞杆的伸出位)。气动回路如图1-3-65所示。上一页下一页返回3.3电气动技术基础及时间控制回路设计五、电气控制回路设计

1.气动回路设计由于采用电气动控制回路，因此主气动回路设计比较简单，只使用了一个先导式二位五通电磁换向阀，气动回路如图1-3-66所示。

2.电气控制系统设计电气控制系统设计的特点如下:①活塞杆伸出和缩回位采用了磁性开关，即在活塞的缩回位和伸出位分别安装了舌簧开关，缩回位检测为a0伸出位检测为a1，如图1-3-67所示。上一页下一页返回3.3电气动技术基础及时间控制回路设计②采用了24V的继电器控制设计方案，即通过按钮控制继电器KA1和KA2来实现对电磁阀电磁铁YV1和YV2的控制，从而控制主气路的气流方向，实现气缸活塞杆的伸出与缩回。③考虑到电信号的传递比较快，电磁铁推动阀芯存在一个移动的过程，为保证电磁阀移动到位，在接通中间继电器KA1,KA2的线圈时采用了自锁的设计。④为减少继电器线圈长时间通电带来的能量损耗和发热，采用了互锁的设计。⑤设置了一个停止按钮，但由于气路设计上采用二位阀，按下停止按钮后，活塞杆不会立刻停止动作，而是会继续运动到位后停止。上一页下一页返回3.3电气动技术基础及时间控制回路设计具体工作过程如下。①第一步:按下启动按钮SB2且活塞杆在缩回位，磁性开关a0检测到，其常开触点接通，中间继电器KA1线圈接通，KA1常开触点闭合，接通电磁阀电磁铁YV1线圈，二位五通电磁阀到左位，气缸活塞杆伸出，同时KA1常开触点闭合自锁。②第二步:当气缸活塞杆伸出到位后，磁性开关a1检测到，a1常开触点闭合，时间继电器KT1线圈得电，开始计时。计时3s后，KT1延时断开触点断开，KA1线圈断电，KT1延时闭合触点闭合，中间继电器KA2线圈得电，同时KA2常开触点闭合，KA2线圈得电自锁，KA2线圈得电的同时，其另外一个常开触点闭合，接通电磁阀电磁铁线圈YV2，驱动二位五通电磁阀到右位，气缸活塞杆缩回。上一页下一页返回3.3电气动技术基础及时间控制回路设计③第三步:当气缸活塞杆缩回到位后，磁性开关a1检测到，同时接通KA1,KA1常闭触点断开，继电器KA2线圈断电，其他动作如第一步，气缸n活塞杆伸出，循环往复……④停止步:当按下停止按钮SB1后，所有线圈得电，气缸活塞杆运动到终点后停止。磁性开关在气缸活塞的位置检测方面应用较多，很多气缸在缸简外部专门加工有安装磁性开关的安装槽，其实，气缸活塞或活塞杆的位置检测还可以应用行程开关(限位开