液壓與氣壓傳動 第12-13章氣動回路的設(shè)計與應(yīng)用實例

第12章氣動控制回路的設(shè)計及應(yīng)用實例氣動技術(shù)是實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化、自動化的方式之一。由于氣壓傳動本身所具有的獨特優(yōu)點，所以應(yīng)用日益廣泛。前幾章已經(jīng)介紹了氣動元件、輔件、氣動基本回路等知識，本章將在前幾章的基礎(chǔ)上，對所學(xué)知識加以應(yīng)用，達(dá)到正確設(shè)計氣動系統(tǒng)并選用氣動元件、輔件的目的。氣動回路包括一般氣動回路、非時序邏輯系統(tǒng)、時序邏輯系統(tǒng)。非時序邏輯系統(tǒng)是指輸入變量取值是隨機(jī)的，沒有時間順序，系統(tǒng)輸出只與輸入變量的組合有關(guān)，與變量取值的先后順序無關(guān)。時序邏輯系統(tǒng)是指系統(tǒng)的輸入信號不是隨機(jī)的，而是有序的，整個系統(tǒng)按一定的順序進(jìn)行，具有時序的要求，也稱“順序控制系統(tǒng)”。思考題與習(xí)題13.2氣壓傳動系統(tǒng)實例13.1氣動系統(tǒng)的設(shè)計計算12.2氣動時序邏輯系統(tǒng)設(shè)計12.1氣動非時序邏輯系統(tǒng)設(shè)計1氣動回路的設(shè)計方法可以分為以下幾種：1.試湊法該方法是將選用的氣動基本回路、常用回路試湊在一起組成控制回路，然后分析是否能滿足設(shè)計要求。如不能滿足要求，則要修改或另選回路，直到滿足設(shè)計要求為止。此法是液壓回路常用的設(shè)計方法，設(shè)計氣動回路也可以參照使用。2.邏輯法邏輯運算法：該方法是根據(jù)控制要求，直接應(yīng)用邏輯代數(shù)進(jìn)行計算化簡。但計算過程較復(fù)雜，對于復(fù)雜的控制回路不易得到最佳結(jié)果。圖解法：該方法是利用邏輯代數(shù)的特性，把復(fù)雜的計算用圖解的方法表示出來，如信號—動作線圖法（X—D線圖）、卡諾圖法等。3.分組供氣法該方法是在控制回路中，增加若干個控制元件對行程閥采用分組供氣的方式。產(chǎn)生障礙時，可切斷障礙信號的氣源，防止障礙的產(chǎn)生。此法對單往復(fù)系統(tǒng)應(yīng)用比較方便。

回首頁212.1氣動非時序邏輯系統(tǒng)設(shè)計“邏輯”一詞英文中是Logic，表示思維的規(guī)律。這類問題常見的有對數(shù)個參數(shù)進(jìn)行控制的報警回路、根據(jù)檢測信號進(jìn)行分選的氣控回路等。氣動非時序邏輯系統(tǒng)的設(shè)計有兩種方法：邏輯代數(shù)法、卡諾圖法。

12.1.1邏輯代數(shù)法設(shè)計1.邏輯代數(shù)的基本運算及簡化規(guī)律邏輯代數(shù)中的變量只取“0”、“1”兩個值，它們表示相互獨立的兩個狀態(tài)。一般可用“1”表示輸出“有氣”，用“0”表示輸出“無氣”，也可以用“1”表示氣缸“前進(jìn)”，用“0”表示氣缸“后退”。表16-1是邏輯代數(shù)的幾種基本運算，表16-2是邏輯代數(shù)的基本運算規(guī)律。

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回首頁52.邏輯函數(shù)及其簡化控制系統(tǒng)的輸入與輸出之間的邏輯關(guān)系稱為邏輯函數(shù)。如a、b為輸入，s為輸出，則s=a+b表示的是a、b、s之間的邏輯關(guān)系，即為邏輯函數(shù)。反之，由已知的真值表得到邏輯函數(shù)稱為邏輯函數(shù)的表寫。邏輯函數(shù)的表寫有兩種方法：積和法、和積法。(1)積和法積和法是將真值表中s=1的變量組中的各變量先求積，再求所有s=1的積式的和。在s=1的積和式中，變量為“1”，則取該變量的本身；變量為“0”，則取該變量的非。(2)和積法和積法是將真值表中s=0變量組中的各變量先求和，再求所有s=0和式的積。在s=0和積式中，變量為“1”，則取該變量的本身；變量為“0”，則取該變量的非。

回首頁6例12-1已知邏輯函數(shù)的真值表如表12-3所示，用積和法求其邏輯函數(shù)。表12-3邏輯函數(shù)真值表解：（1）利用積和法求取表6-3中s=1的對應(yīng)項：、、、abc，求各積式的和：s==bc+ac+ab(2)利用和積法求取表6-3中s=0的對應(yīng)項：、、、，

求各積式的積：s=()()()()=ab+ac+bc

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12.1.2卡諾圖法卡諾圖法是一種簡化邏輯函數(shù)的圖解方法。這種方法用一些和變量有關(guān)的方格組成的矩陣來表示邏輯函數(shù)，每一個方格代表“橫”、“縱”變量的邏輯“與”函數(shù)?？ㄖZ圖法可以直接寫出簡化后的邏輯函數(shù)式，避免了復(fù)雜的邏輯運算。具體簡化方法可參見有關(guān)文獻(xiàn)。

回首頁812.2氣動時序邏輯系統(tǒng)設(shè)計

12.2.1概述邏輯控制回路放大器轉(zhuǎn)換器執(zhí)行元件被控對象外部指令或信號行程發(fā)信器氣動時序邏輯系統(tǒng)是實現(xiàn)自動化廣泛采用的一種控制方法，常見的行程程序控制就屬于時序邏輯系統(tǒng)問題。其控制框圖如圖16-1所示。

回首頁91.符號規(guī)定為了準(zhǔn)確表達(dá)和描述氣動程序動作、信號及它們之間的關(guān)系，必須用規(guī)定的符號和數(shù)字表示。(1)符號規(guī)定1）用大寫字母A、B、C、D表示氣缸，用下標(biāo)“1”、“0”表示氣缸活塞桿的-兩種不同的狀態(tài)，例如A0表示氣缸A活塞桿的收回狀態(tài)，A1表示氣缸A活塞桿的伸出狀態(tài)。參見圖16-2。2）A氣缸的主控閥也用A表示。3）主控閥兩側(cè)的氣控信號稱為執(zhí)行信號。用A1*、A0*表示，如A1*表示控制缸A伸出時的執(zhí)行信號，A0*表示控制缸A收回時的執(zhí)行信號。執(zhí)行信號必須是排除障礙的信號。4）用帶下標(biāo)的小寫字母a1、a0、b1、b0等分別表示與動作A1、A0、B1、B0等相對應(yīng)的行程閥及其輸出信號。如a1表示氣缸A活塞桿的伸出到終端位置時所壓下的行程閥及其輸出的信號，b0表示氣缸B活塞桿的收回到終端位置時所壓下的行程閥及其輸出的信號。

回首頁105）行程閥的輸出信號稱為原始信號。圖16-2氣缸、行程閥、信號的符號及程序動作、相位、信號示意圖

回首頁11(2)列出工作程序根據(jù)以上的符號規(guī)定，可以用程序式來表示行程程序氣缸的動作順序。如氣缸的動作順序為：A缸伸出——B缸伸出——B缸退回——A缸退回，用程序式表示則為：其中，q表示手動啟動信號，a1、a0、b0、b1分別為氣缸到位后由行程閥發(fā)出的原始信號。上述程序可以簡化為：[A1B1B0A0]。

回首頁122.行程程序的相位與狀態(tài)（1）相位與狀態(tài)程序式[A1B1B0A0]中有四個動作，這四個動作將整個程序分為四段，每一段稱為一個相位。A1動作占程序的相位1，B1動作占程序的相位2，B0動作占程序的相位3，A0動作占程序的相位4。狀態(tài)是指行程程序在氣缸不同動作時行程閥輸出信號的組合。如圖16-2所示，在程序[A1B1B0A0]中，A1動作之前，A、B兩缸處于A0、B0狀態(tài)，即A、B缸均處于退回狀態(tài)。兩缸壓下行程閥a0、b0，并輸出信號a0、b0，則稱行程程序處于a0b0狀態(tài)。A1動作后，壓下行程閥a1，輸出信號a1、b0，行程程序處于a1b0狀態(tài)；B1動作后，壓下行程閥b1，輸出信號a1、b1，行程程序處于a1b1狀態(tài)；B0動作后，壓下行程閥b0，輸出信號a1、b0，行程程序處于a1b0狀態(tài)；A0動作后，壓下行程閥a0，輸出信號a0、b0，行程程序又回到a0b0狀態(tài)。（2）程序、信號、狀態(tài)表

回首頁13根據(jù)上述分析，[A1B1B0A0]程序可以得到程序、信號、相位狀態(tài)表，如表16-4所示。由于動作是循環(huán)的，所以A0

動作后的輸出信號與A1動作前的信號相同，均為a0b0，故A1動作前的信號用括號括起，為（a0b0）。

回首頁143.程序的校核及校正一個行程程序，其執(zhí)行元件的動作應(yīng)由該動作在程序中的相位唯一確定，或者說由程序狀態(tài)（又稱信號組合）來控制。如果程序中不同動作由同一個控制信號組合來控制，這樣的系統(tǒng)會出現(xiàn)誤動作或卡死現(xiàn)象。這就需要我們在設(shè)計行程程序控制回路之初先進(jìn)行程序的校核及校正設(shè)計，以保證程序中每一個動作都有不同的控制信號組合。（1）程序的校核行程程序中存在用同一信號組合控制不同動作的現(xiàn)象，稱該程序為非標(biāo)準(zhǔn)程序。行程程序中每一個動作都由不同信號組合控制，稱該程序為標(biāo)準(zhǔn)程序。判斷行程程序是否標(biāo)準(zhǔn)，只需判斷其程序、信號、相位狀態(tài)表中的信號組合是否有重復(fù)項，有重復(fù)項則是非標(biāo)準(zhǔn)程序，無重復(fù)項則是標(biāo)準(zhǔn)程序。

回首頁15例12-2校核程序[A1B1C1A0C0B0]解：列程序、信號、相位狀態(tài)表，如表16-5所示。從表12-5可見，信號組合無重復(fù)項，說明該行程程序中每一個動作都由不同信號組合控制，該程序為標(biāo)準(zhǔn)程序。

回首頁16例12-3校核程序[A1B1B0A0]解：列程序、信號、相位狀態(tài)表，如表16-6所示。從表12-6可見，2相位的B1動作和4相位的A0動作由同一個信號組合a1b0控制，信號組合有重復(fù)項，該程序為非標(biāo)準(zhǔn)程序。

回首頁17（1）記憶元件插入的位置應(yīng)在信號組合兩個重復(fù)點之間，以消除重復(fù)的組合信號。這里應(yīng)注意程序中動作的循環(huán)性。（2）記憶元件插入的方案不是唯一的，應(yīng)使插入的記憶元件盡量少。（3）記憶元件應(yīng)按“X1X0”、“X1Y1X0Y0”、“X1Y1Z1X0Y0Z0”的順序插入，以防止因插入記憶元件產(chǎn)生新的重復(fù)信號組合。（2）程序的校正對非標(biāo)準(zhǔn)程序，必須進(jìn)行程序校正，否則，程序?qū)⒉荒苷＿M(jìn)行。校正的方法是在程序的適當(dāng)位置插入記憶元件。程序校正應(yīng)遵循以下原則：

回首頁18例12-4校正程序[A1B1B0A0]解：程序、信號、相位狀態(tài)表，如表12-6所示。可見，該程序為非標(biāo)準(zhǔn)程序，校正后的新程序為[A1B1X1B0A0X0]。校正后的程序、信號、相位狀態(tài)表，如表12-7所示?？梢姡Ｕ笮盘柦M合無重復(fù)項，該程序為標(biāo)準(zhǔn)程序。

回首頁194.氣動行程程序系統(tǒng)的分類及設(shè)計步驟、方法(1）分類氣動行程程序可以分為：標(biāo)準(zhǔn)程序、非標(biāo)準(zhǔn)程序。其中非標(biāo)準(zhǔn)程序必須插入記憶元件，才能使程序正常進(jìn)行。標(biāo)準(zhǔn)程序又分為：無障礙標(biāo)準(zhǔn)程序、有障礙標(biāo)準(zhǔn)程序。其中有障礙標(biāo)準(zhǔn)程序可以用邏輯“與”消除障礙，而不必插入記憶元件，可參見后面的例子。（2）設(shè)計步驟氣動行程程序的設(shè)計方法有：信號—動作線圖法（X—D線圖）、擴(kuò)大卡諾圖法等。本章僅介紹信號—動作線圖法。整個設(shè)計過程如圖16-3所示。

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12.2.2信號—動作線圖設(shè)計法本節(jié)主要介紹多缸單往復(fù)系統(tǒng)X—D線圖的繪制方法。所謂多缸單往復(fù)系統(tǒng)是指在行程程序的一個循環(huán)中，每個氣缸只作一次往復(fù)運動的系統(tǒng)，即程序中A1A0、B1B0只出現(xiàn)一次。在此系統(tǒng)中每個行程閥在一次循環(huán)中只發(fā)出一次信號，該信號所控制的動作是固定不變的。（一）繪制X—D線圖1.畫X—D線圖方格圖以程序[A1B1B0A0]為例，根據(jù)校正后工作程序，由左至右畫出方格，在頂端依次寫入程序的相位及對應(yīng)的名稱，在左側(cè)由上至下寫入控制信號及對應(yīng)的被控動作，控制信號在上，被控動作在下，在最右側(cè)為“雙控執(zhí)行信號表達(dá)式”，其中雙控是指主控閥為雙氣控氣動閥。如圖16-4所示。

回首頁21圖12-4X-D線圖

回首頁222.畫動作線（D線）動作線是指按程序動作從起點到終點的橫線。動作線的起點是在該動作的開始處，用“Ο”表示，動作線的終點是在該動作的結(jié)束處，即其對立動作的開始處（對立動作是指A1與A0、B1與B0等不能同時存在的動作），用“×”表示。如第一個動作A1，動作線的起點是在該動作的開始處，即A1左側(cè)，用“Ο”表示；動作線的終點是在A1動作的對立動作A0的開始處，即A0左側(cè)，用“×”表示。畫動作線時應(yīng)注意：最后一個程序與第一個程序閉合的特點，即B1之后就是A1。3.畫信號線（X線）信號線是指按程序順序其信號從起點到終點的橫線。信號線的起點是在該信號所控制動作的開始處開始，用“Ο”表示，信號線的終點是在產(chǎn)生該控制信號的動作的對立動作開始處結(jié)束，用“×”表示。如控制第一個動作A1的信號b1，信號線的起點是在該信號所控制動作A1的開始處開始，即A1左側(cè)，用“Ο”表示；信號線的終點是在產(chǎn)生該信號b1的動作B1的對立動作B0開始處結(jié)束，即B0左側(cè)，用“×”表示。畫信號線時應(yīng)注意：信號線的起點就是同組中動作線的起點，信號線的終點就是上一組中動作線的終點。

回首頁23（二）確定障礙信號1.利用X—D線圖確定障礙信號行程閥所發(fā)出的信號都是長信號，即氣缸動作到位后，相應(yīng)的行程閥一直有信號，并保持到氣缸相反動作的開始。在X-D線圖的每一組動作—信號線中，如果有信號線比其所控制的動作線長的情況，說明當(dāng)動作狀態(tài)要改變時，其控制信號不允許它改變，這種阻礙動作改變的信號就稱為障礙信號。信號線長于動作線的部分稱為障礙段，用“

”表示，在多缸單往復(fù)氣控系統(tǒng)中這種障礙稱為Ⅰ型障礙。如圖16-4所示。每個控制信號的第一段是控制動作執(zhí)行的，是不可缺少的，稱為執(zhí)行段。除去執(zhí)行段和障礙段的信號稱為自由段。2.區(qū)間直觀法快速判斷Ⅰ型障礙法這是一種不用畫X-D線圖，直接從給定程序就可快速判別障礙信號的方法。在給定的行程程序中，若某個發(fā)令缸的一次往復(fù)動作（或復(fù)、往）過程中。出現(xiàn)了直接受令缸的往復(fù)動作，則發(fā)令缸所發(fā)出的信號將產(chǎn)生Ⅰ型障礙

回首頁24例如程序[A1B1B0A0]，在發(fā)令缸A1的一次往復(fù)動作中A1—A0，出現(xiàn)了直接受令缸B1的往復(fù)動作B1—B0，則發(fā)令動作A1所發(fā)出的信號a1有Ⅰ型障礙；在發(fā)令缸B1的一次往復(fù)動作中B1—B0，沒有出現(xiàn)直接受令缸及其往復(fù)動作，則發(fā)令動作B1所發(fā)出的信號b1無Ⅰ型障礙；在發(fā)令缸B0的一次往復(fù)動作中B0—B1，出現(xiàn)了直接受令缸A0的往復(fù)動作A0—A1，則發(fā)令動作B0所發(fā)出的信號b0有Ⅰ型障礙；在發(fā)令缸A0的一次往復(fù)動作中A0—A1，沒有出現(xiàn)了直接受令缸及其往復(fù)動作，則發(fā)令動作A0所發(fā)出的信號a0無Ⅰ型障礙。該分析方法與利用X—D線圖確定障礙信號的方法一致，參見圖12-4。（三）Ⅰ型障礙信號的排除Ⅰ型障礙信號的產(chǎn)生是因為控制信號線比其所控制的動作線長，所以排除Ⅰ型障礙的實質(zhì)就是縮短控制信號存在的時間，使長信號變成短信號。排除障礙信號的原則是保留控制信號的執(zhí)行段，去掉其障礙段，自由段可以保留也可以去掉。排除Ⅰ型障礙信號的方法有脈沖信號法、邏輯回路法、機(jī)械法、順序與法等。這里僅介紹采用“邏輯與”排除Ⅰ型障礙信號的方法。

回首頁25為了排除某個有障礙信號m的障礙信號，需要另外一個信號（又稱為制約信號）n，將信號m與信號n相“與”，去除m信號中的障礙段。選擇制約信號n的原則是：使信號n在信號m的障礙段不存在，而在m的執(zhí)行段存在。例如，在圖16-4中，控制動作B1的信號a1是有障礙信號，選擇信號x0作為制約信號，這是因為x0在障礙信號a1的障礙段沒有信號，而在a1的執(zhí)行段有信號。信號a1和x0的“與”，恰好去除了a1的障礙段，保留了a1的執(zhí)行段。（四）確定執(zhí)行信號按照上述方法將主控信號排除障礙信號后填入X-D線圖“雙控執(zhí)行信號表達(dá)式”一欄，另外應(yīng)考慮程序啟動信號q共同成為第一個動作的執(zhí)行信號。應(yīng)該注意的是，標(biāo)準(zhǔn)程序可以直接做X—D線圖，并用“邏輯與”排除障礙；非標(biāo)準(zhǔn)程序則必須先進(jìn)行程序的校核與校正，插入記憶元件后，才可以做X—D線圖，并用“邏輯與”排除障礙。

回首頁2612.2.3繪制氣動控制系統(tǒng)邏輯原理圖氣動控制系統(tǒng)邏輯原理圖是根據(jù)X—D線圖的執(zhí)行信號表達(dá)式，并考慮啟動、復(fù)位等其它要求畫出的邏輯圖，它是由X—D線圖設(shè)計出氣動控制系統(tǒng)回路圖的橋梁。邏輯原理圖中的各類元件可由氣動閥類元件、氣動邏輯元件組成。（一）氣動邏輯原理圖的基本組成邏輯控制回路主要是用“或”、“與”、“非”、“記憶”等邏輯符號來表示。應(yīng)注意，其中任意符號為邏輯運算符號，不一定總代表某一確定的元件，因為同一邏輯符號在氣動原理圖上可由多種方案表示出來，如：“與”的邏輯符號可以是一種邏輯元件，也可以由兩個氣閥串接而成。形成發(fā)信裝置主要是行程閥，也包括啟動閥、復(fù)位閥等。在各個控制信號上加上小方框表示各種原始信號（如圖16-5中a1加上小方框表示壓下行程閥a1后，行程閥a1發(fā)出的信號a1），而畫在小方框上方的符號表示閥的操縱方式。（如手動）。

回首頁27執(zhí)行元件（如氣缸）的操縱由主控閥的輸出表示。主控閥常采用雙氣控閥，可以用邏輯元件中的記憶符號表示。（二）氣動邏輯原理圖的畫法氣動邏輯原理圖主要是根據(jù)X-D線圖中“雙控執(zhí)行信號表達(dá)式”欄中的邏輯表達(dá)式，用上述符號畫出。具體步驟如下：把系統(tǒng)中每個執(zhí)行元件的兩種狀態(tài)與主控閥相連后，自上而下一個個畫在圖的右側(cè)。把發(fā)信器（如行程閥）大致對應(yīng)其所控制的執(zhí)行元件，一個個畫在圖的左側(cè)。在圖上要反映出執(zhí)行信號的邏輯表達(dá)式與邏輯符號之間的關(guān)系，并畫出操作必須增加的閥（如啟動閥）

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12.2.4繪制氣動控制系統(tǒng)回路原理圖氣動控制系統(tǒng)回路原理圖是根據(jù)邏輯原理圖繪制的。繪制時應(yīng)注意以下幾點：1.要根據(jù)具體情況選用氣閥、邏輯元件或射流元件來實現(xiàn)。通常氣閥及執(zhí)行元件圖形符號要按液壓、氣動國標(biāo)表示，射流元件按通用符號表示。2.一般規(guī)定工作程序圖的最后程序終了時刻作為氣動回路的初始位置（即靜止位置），因此，回路原理圖上行程閥等的供氣及進(jìn)出口連接位置，應(yīng)按回路初始靜止位置的狀態(tài)連接。3.控制回路的連接一般用虛線表示，對較復(fù)雜的氣控系統(tǒng)為防止連線過亂，建議用細(xì)實線代替虛線。4.“與”、“或”、“非”、“記憶”等邏輯關(guān)系的連接，可按第十四章有關(guān)內(nèi)容選用。5.繪制回路原理圖時，應(yīng)在圖上寫明工作程序?qū)Σ僮饕蟮恼f明。6.氣控回路繪制時，習(xí)慣將系統(tǒng)全部執(zhí)行元件都水平或垂直排列，執(zhí)行元件下面畫出相應(yīng)的主控閥及控制閥，行程閥直觀地畫在氣缸的活塞桿伸出、縮回對應(yīng)的位置上。返回首頁2913.1氣動系統(tǒng)的設(shè)計計算氣動系統(tǒng)的設(shè)計與計算是氣動系統(tǒng)總體設(shè)計的一部分。設(shè)計時應(yīng)首先明確主機(jī)對氣動系統(tǒng)在動作、操作力、工作環(huán)境等方面的要求；在此基礎(chǔ)上進(jìn)行必要的設(shè)計計算，正確合理地選擇動力元件、控制元件、執(zhí)行元件、輔助元件；此外還應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)簡單、工作安全可靠、經(jīng)濟(jì)性好、使用維修方便等設(shè)計原則。

13.1.1氣動系統(tǒng)的設(shè)計步驟（一）明確工作要求設(shè)計前一定要弄清楚主機(jī)對氣動控制系統(tǒng)的要求，包括以下幾個方面：1.運動和操作力的要求：主機(jī)的動作順序、動作時間、運動速度及其可調(diào)范圍、運動的平穩(wěn)性、定位精度、操作力及聯(lián)鎖和自動化程度等。2.工作環(huán)境條件：溫度、防塵、防爆、防腐蝕要求及工作場地的空間等情況必須調(diào)查清楚。3.系統(tǒng)和機(jī)、電、液控制相配合的情況，及對氣動系統(tǒng)的要求。

回首頁30（二）設(shè)計氣控回路1.列出氣動執(zhí)行元件的工作程序2.對程序進(jìn)行校核及校正，寫出校正后的程序3.作X-D線圖，寫出執(zhí)行信號的邏輯表達(dá)式4.畫出系統(tǒng)的邏輯原理圖5.畫出系統(tǒng)的氣動回路原理圖

注意：為了得到最佳的氣動系統(tǒng)回路，設(shè)計時可以根據(jù)邏輯原理圖作出幾種方案進(jìn)行比較，最后合理選擇。選擇設(shè)計執(zhí)行元件選擇設(shè)計執(zhí)行元件包括確定氣缸或氣馬達(dá)的類型、安裝方式、具體的結(jié)構(gòu)尺寸、行程、密封形式、耗氣量等。設(shè)計中要優(yōu)先考慮選用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的氣缸。

回首頁31注意：進(jìn)行氣缸的設(shè)計計算時，應(yīng)考慮氣缸的效率，一般可按0.8計算。當(dāng)選用某廠產(chǎn)品時，應(yīng)查看產(chǎn)品樣本中氣缸的理論作用力與氣缸內(nèi)徑之間的關(guān)系表或曲線，來確定氣缸內(nèi)徑，選擇氣缸（一般壓力是按0.4MPa計算）。參見表16-8。（三）選擇設(shè)計執(zhí)行元件選擇設(shè)計執(zhí)行元件包括確定氣缸或氣馬達(dá)的類型、安裝方式、具體的結(jié)構(gòu)尺寸、行程、密封形式、耗氣量等。設(shè)計中要優(yōu)先考慮選用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的氣缸

回首頁32（四）選擇控制元件

1.確定控制元件的類型：元件有以下類型，電控氣閥、氣控氣閥、氣控邏輯元件等，可根據(jù)具體要求選用。

2.確定控制元件的通徑：一般控制閥的通徑可按閥的工作壓力與最大流量確定，所選閥通徑應(yīng)盡量一致，以便于配管。對于減壓閥或定值器還必須考慮壓力調(diào)整范圍來確定不同的規(guī)格。壓力調(diào)節(jié)范圍通常為：微壓0-0.01MPa；低壓0-0.03MPa；標(biāo)準(zhǔn)0.4-0.8MPa；高壓0.8-1.6MPa?？刂圃耐髂芰υ瓌t上可參閱表16-9。

回首頁33（五）選擇氣動輔件1.分水濾氣器：其類型主要根據(jù)過濾精度和流量的要求確定。一般氣動回路、操縱氣缸、截止閥等要求過濾精度≤50-75μm，操縱氣馬達(dá)等有相對運動情況的要求過濾精度≤25μm，氣控滑閥、氣動射流元件、精密檢測等回路要求過濾精度≤10μm。分水濾氣器的通徑由流量確定，并要和減壓閥相同。2.油霧器：根據(jù)油霧顆粒直徑的大小和流量確定。當(dāng)與減壓閥、分水濾氣器串聯(lián)使用時，三者通徑要一致。3.消聲器：可根據(jù)工作場合選擇不同形式的消聲器，通徑大小可根據(jù)通過的流量確定，一般與匯流板排氣孔通徑大小一致。分水濾氣器等氣動輔件的通徑原則上也可以按表16-12來確定。

回首頁34（六）確定管道直徑、計算壓力損失1.確定管道直徑：管道直徑可根據(jù)通過的流量并考慮前面確定的控制元件通徑一致的原則初步確定，然后在驗算壓力損失后，加以修正，最終確定。根據(jù)下式計算管道內(nèi)徑d：（16-1）式中q——管道內(nèi)壓縮空氣的流量，m3/s；v——管道內(nèi)壓縮空氣的流速，m/s。一般廠區(qū)管道內(nèi)流速為8-10m/s；車間10-15m/s。為了避免壓力損失過大，通常限定流速為25-30m/s。

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2.計算壓力損失：為了保證執(zhí)行元件的正常工作，壓縮空氣通過各種控制元件、輔助元件及其連接管道的總的壓力損失必須滿足下式：

（16-2）式中——總的壓力損失（包括沿程壓力損失之和及局部壓力損失之和），Pa；——沿程壓力損失之和，Pa；——局部壓力損失之和，Pa；——允許壓力損失，Pa。

實際計算時，可以采用下面的簡化公式計算壓力損失：

（16-3）式中——流經(jīng)控制元件、輔助元件的總壓力損失之和，Pa。查表16-10進(jìn)行計算?！獕毫p失修正系數(shù)。=1.05-1.3，對于長管道、截面復(fù)雜管道，取大值。

回首頁36如果算出的總壓力損失，則初步選定的管徑可確定為所需要的管徑。如果算出的總壓力損失，則必須加大管徑或改進(jìn)管道布置，以降低總的壓力損失，直到為止，從而得到最終的管道直徑。

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回首頁38(七)選擇空壓機(jī)選擇空壓機(jī)的依據(jù)是：空壓機(jī)的供氣壓力和供氣量。1.計算空壓機(jī)的供氣量

（16-4）式中——空壓機(jī)的供氣量，m3/s；——利用系數(shù)，為了保證設(shè)備同時使用，適當(dāng)增加供氣量，可查閱有關(guān)參考文獻(xiàn)；-——漏損系數(shù)，主要是考慮系統(tǒng)的泄漏，供氣量增加15%—50%，k1=1.15—1.5；——備用系數(shù)，為了保證一定的裕度，供氣量增加20%—60%，k2=1.2—1.6；——一臺設(shè)備在一個周期內(nèi)的平均用氣量（自由空氣量），m3/s；——用氣設(shè)備臺數(shù)。

回首頁392.計算空壓機(jī)的供氣壓力(16-5)式中——空壓機(jī)的供氣壓力，Pa；——系統(tǒng)壓力，Pa。

回首頁4013.1.2氣動系統(tǒng)的設(shè)計計算舉例例16-5設(shè)計某廠鼓風(fēng)爐鐘罩式加料裝置氣動系統(tǒng)。解：（一）明確工作要求1.工作要求；加料機(jī)構(gòu)如圖16-7所示。ZA、ZB分別為鼓風(fēng)爐上、下兩個料鐘：頂料鐘、底料鐘。WA、WB分別為頂、底料鐘的配重，料鐘平時處于關(guān)閉狀態(tài)。A、B分別為操縱頂、底料鐘的氣缸。該料鐘具有手動與自動加料兩種方式。自動加料：加料時，吊車把物料運來，頂鐘ZA開啟、卸料于兩鐘之間，然后延時發(fā)訊，使頂鐘關(guān)閉；之后底鐘開啟、卸料到爐內(nèi)，再延時關(guān)閉底鐘，循環(huán)結(jié)束。2.運動要求：料鐘開、閉一次的時間t=6s，缸行程s=600mm，行程末端平緩些。3.動力要求：頂部料鐘打開的推力=5.10×103N；底部料鐘打開的作用力FA=2.4×104N。4.工作環(huán)境：環(huán)境溫度30—40℃，灰塵較多。

回首頁41圖16-7鼓風(fēng)爐加料裝置氣動機(jī)構(gòu)示意圖

回首頁42（二）設(shè)計氣控回路1.列出氣動執(zhí)行元件的工作程序根據(jù)爐體具體結(jié)構(gòu)的限制，料鐘中心線上下方不宜安裝氣缸，有故障時兩個料鐘應(yīng)處于封閉狀態(tài)，所以采用重力封閉方案，即頂鐘ZA、底鐘ZB關(guān)閉時靠自重，如圖16-7所示。則頂鐘ZA開啟是其控制氣缸活塞桿外伸，關(guān)閉時是其控制氣缸活塞桿縮回；底鐘ZB開啟是其控制氣缸活塞桿縮回，關(guān)閉時是其控制氣缸活塞桿外伸。設(shè)操縱頂料鐘的氣缸為A，氣缸活塞桿外伸為A1、氣缸活塞桿縮回為A0；操縱底料鐘的氣缸為B，氣缸活塞桿外伸為B1、氣缸活塞桿縮回為B0。則氣動執(zhí)行元件的工作程序為：延時延時加料吊車放罐壓下閥——頂鐘開——頂鐘閉——底鐘開——底鐘閉即工作程序為：[A1A0B0B1]

回首頁432.對程序進(jìn)行校核及校正，寫出校正后的程序程序校核見表16-11，校正后的程序為：[A1X1A0B0X0B1]

回首頁443.作X-D線圖，寫出執(zhí)行信號的邏輯表達(dá)式X-D線圖見圖16-8。圖16-8X-D線圖

回首頁454.畫出系統(tǒng)的邏輯原理圖系統(tǒng)的邏輯原理圖見圖16-9。但信號a1、b0應(yīng)延時。圖16-9邏輯原理圖5.畫出系統(tǒng)的氣動回路原理圖

回首頁46（三）選擇、設(shè)計執(zhí)行元件——氣缸設(shè)計1.確定類型：根據(jù)題目要求，并考慮到氣缸的受力，可采用兩個單作用、緩沖型、中間擺軸式氣缸。2.氣缸內(nèi)徑計算：系統(tǒng)壓力=0.4MPa，氣缸活塞桿平均速度=600/6=100mm/s，效率=0.8。則頂部料鐘氣缸內(nèi)徑為：==0.142（m）=142（mm）若考慮=0.16～0.4，底部料鐘氣缸內(nèi)徑為：=（1.01—1.09）因爐體總體布置限制，底部料鐘氣缸的操作力為拉力，同時考慮缸徑較大，前面系數(shù)取1.03。故底部料鐘氣缸內(nèi)徑為：=1.03=0.318（m）=318（mm）。

回首頁47查《機(jī)械設(shè)計手冊》，取標(biāo)準(zhǔn)缸徑=160mm，=320mm，活塞桿直徑=80mm,=80mm,缸行程均為s=600mm。或者查表16-8，按0.4MPa時的作用力大小，查氣缸直徑，可得到同樣結(jié)果。3.選擇氣缸：氣缸型號為：頂部料鐘氣缸A：QGBⅡ160×600MT4,底部料鐘氣缸B：QGBⅡ320×600MT4。4.驗算氣缸力的大?。喉敳苛乡姎飧祝?/p>

（N）>5100（N）底部料鐘氣缸：

（N）>24000（N）

回首頁485.耗氣量計算：取氣缸的容積效率=0.9。氣缸B的供氣端是有桿腔。

回首頁49（四）選擇控制元件根據(jù)系統(tǒng)對控制元件工作壓力及流量的要求，選定下列各閥。行程閥、邏輯閥、手動換向閥、延時閥等均為控制氣路上的閥，所以可選通徑較小的閥，此處通徑選為6mm。1.主控?fù)Q向閥：缸A主控?fù)Q向閥：系統(tǒng)要求壓力=0.4MPa,=2.23×10-3m3/s，查表16-9，故通徑為15mm，主控?fù)Q向閥A型號為：23Q2-15TZ1。缸B主控?fù)Q向閥：系統(tǒng)要求壓力=0.4MPa，=8.37×10-3m3/s，查表16-9，故通徑為25mm，主控?fù)Q向閥B型號為：23Q2-25TZ1。2.減壓閥：根據(jù)系統(tǒng)要求的壓力、流量，同時考慮A、B缸不會同時工作的特點，減壓閥可按流量、壓力最大的缸（B缸）選取，選擇氣動三聯(lián)件型號為：Q3LJW-C25-F1。3.行程閥：a0、a1、b0、b1均為二位三通常閉杠桿滾輪式行程閥。型號為：23JC3-L6H-Z1。

回首頁503.行程閥：a0、a1、b0、b1均為二位三通常閉杠桿滾輪式行程閥。型號為：23JC3-L6H-Z1。4.邏輯閥：S選為二位五通雙氣控閥，型號為：25ZQ2-6G1。5.手動換向閥：q選為二位三通按鈕式換向閥，型號為：23JR1-L6-L1。6.延時閥：型號為：23MC-L6H-C1。（五）選擇輔助元件：輔助元件的選擇要與減壓閥相適應(yīng)。前面已選氣動三聯(lián)件，所以只選擇消聲器的型號。消聲器型號為：XS-L25。（六）確定管道直徑、計算壓力損失1.確定管道直徑：可按各管徑與氣動元件通徑一致的原則初定各段管徑，參見圖16-7c。oe段，管徑取d=25mm；

回首頁51yo段，考慮到有兩臺鼓風(fēng)爐同時工作，流量為供給兩臺鼓風(fēng)爐流量之和，所以可得=252+252，=35.4mm，取標(biāo)準(zhǔn)管徑=40mm。2.計算壓力損失如圖16-7c所示，因A缸的管路較B缸細(xì)，壓力損失較大，所以驗算供氣管從y處到A缸進(jìn)氣口x處的壓力損失是否在允許的范圍內(nèi)，即。

回首頁52（1）沿程壓力損失：(16-6)式中——沿程阻力系數(shù)，值由雷諾數(shù)和管壁相對粗糙度確定；——管道的長度，m；d——管道直徑，m；v——氣體的運動速度，m/s；——氣體的密度，kg/m3，在基準(zhǔn)狀態(tài)下，=1.293kg/m3。溫度30℃、壓力0.4MPa時，查得運動粘度：=1.66×10-5m2/s,氣體的密度為：

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回首頁56流經(jīng)元、輔件的壓力損失：查表16-10得流經(jīng)分水濾氣器的壓力損失=0.02MPa；流經(jīng)油霧器的壓力損失=0.015MPa；流經(jīng)截止閥式換向閥的壓力損失=0.015MPa。則流經(jīng)元、輔件的局部壓力損失為=0.02+0.015+0.015=0.05（MPa）?？偟木植繅毫p失：=0.0077+0.05=0.0576（MPa）（3）總的壓力損失=0.007+0.0576=0.065（MPa）取安全系數(shù)Kp=1.1，則1.1×=1.1×0.065=0.0715（MPa）<[]=0.1（MPa）

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回首頁582.計算缸的理論用氣量參見公式（12-1）(16-8)

——一臺用氣設(shè)備上的氣缸總用氣量，m3/s；

n——用氣設(shè)備的臺數(shù)，本題目左右有兩臺爐子有兩組同樣的氣缸，n=2；

m——一臺設(shè)備上用氣執(zhí)行元件的個數(shù)，本題目一臺爐子上有A、B兩個氣缸，m=2；

a——氣缸在一個周期內(nèi)單程作用次數(shù)，a=1；——一臺設(shè)備中某一氣缸在一個周期內(nèi)的平均用氣量，m3/s；

t——某一氣缸一個單行程的時間，s；本題目tA=tB=6s。

T——某設(shè)備的一次工作循環(huán)時間，s；本題目T=2tA+2tB=24s。

回首頁59若考慮左右兩臺鼓風(fēng)爐的氣缸都由一臺空壓機(jī)供氣，則氣缸的理論用氣量：

=2[(1×11.04×10-3×6+1×4.14×10-2×6)/24]=2.622×10-2（m3/s）3.計算空壓機(jī)的理論用氣量取設(shè)備利用率φ=0.95，漏損系數(shù)K1=1.2，備用系數(shù)K2=1.3。則空壓機(jī)的理論用氣量為：=0.95×1.2×1.3×2.622×10-2=3.885×10-2m3/s=2.33（m3/min）=0.0338（m3/h）如無氣源系統(tǒng)而需單獨供氣時，可按供氣壓力≥0.5MPa、流量=0.0338（m3/h）查有關(guān)手冊選用4S-2.4/7型空壓機(jī)，其額定排氣壓力為0.7MPa、額定排氣量為0.04m3/h。

回首頁60元件的規(guī)格型號列于表16-12

回首頁6113.2氣壓傳動系統(tǒng)實例

氣動技術(shù)是實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化、自動化的方式之一。因為氣壓傳動系統(tǒng)使用安全、可靠，可以在高溫、易燃、易爆、強(qiáng)磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作，所以其應(yīng)用日益廣泛。本節(jié)簡要介紹幾種氣壓傳動及控制系統(tǒng)在生產(chǎn)中的應(yīng)用實例。13.2.1氣動控制機(jī)械手

在某些高溫、粉塵及噪聲等環(huán)境惡劣的場合，用氣控機(jī)械手替代手工作業(yè)是工業(yè)自動化發(fā)展的一個方向。本例介紹的氣控機(jī)械手模擬人手的部分動作，按預(yù)先給定的程序、軌跡和工藝要求實現(xiàn)自動抓取、搬運，完成工件的上料或卸料。為了完成這些動作，系統(tǒng)共有四個氣缸，可在三個坐標(biāo)內(nèi)工作，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖16-11所示。

回首頁62圖16-11氣控機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖

回首頁63圖16-11中A缸為抓取機(jī)構(gòu)的松緊缸，A缸活塞后退時抓緊工件，A缸活塞前進(jìn)時松開工件。B缸為長臂伸縮缸。C缸為機(jī)械手升降缸。D缸為立柱回轉(zhuǎn)缸，該氣缸為齒輪齒條缸，把活塞的直線運動變?yōu)榱⒅男D(zhuǎn)能夠，從而實現(xiàn)立柱的回轉(zhuǎn)。對機(jī)械手的控制要求是：手動閥啟動后，程序控制從第一個節(jié)拍連續(xù)運轉(zhuǎn)到最后一個節(jié)拍，把機(jī)械手右下方的工件搬到左上方的位置上去。上面的程序可以簡寫為：立柱下降—伸臂—夾緊工件—縮臂—立柱左回轉(zhuǎn)—立柱上升—放開工件—立柱右回轉(zhuǎn)即為：[C0B1A0B0D1C1A1D0]。1.經(jīng)校核該程序為標(biāo)準(zhǔn)程序2.作X—D線圖，如圖16-12a所示。3.繪邏輯原理圖，如圖16