液壓與氣動技術液壓傳動系統(tǒng)與氣動系統(tǒng)設計

第8章液壓傳動系統(tǒng)與氣動系統(tǒng)設計8.1液壓傳動系統(tǒng)設計8.2氣動程序控制系統(tǒng)設計目前一頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計液壓傳動系統(tǒng)設計主要包含液壓傳動系統(tǒng)的機械設計和電氣控制設計。8.1.1液壓傳動系統(tǒng)的機械部分設計液壓系統(tǒng)設計的步驟大體如下:①明確設計要求;②進行工況分析與初步確定系統(tǒng)的主要參數;③擬定液壓系統(tǒng)原理圖;④計算和選擇液壓元件;⑤估算液壓系統(tǒng)性能;⑥繪制工作圖和編寫技術文件。下一頁返回目前二頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計1.明確液壓系統(tǒng)的設計要求在開始設計液壓系統(tǒng)時.首先要對機械設備主機的工作情況進行詳細的分析.明確主機對液壓系統(tǒng)提出的要求.具體包括以下幾方面。①主機的用途、主要結構、總體布局;主機對液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件在位置布置和空間尺寸上的限制。②主機的工作循環(huán).液壓執(zhí)行元件的運動方式(移動、轉動或擺動)及其工作范圍。③液壓執(zhí)行元件的負載和運動速度的大小及其變化范圍。上一頁下一頁返回目前三頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計④主機各液壓執(zhí)行元件的動作順序或互鎖要求。⑤對液壓系統(tǒng)工作性能(如工作平穩(wěn)性、轉換精度等)、工作效率、自動化程度等方面的要求。⑥液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境和工作條件.如周圍介質、環(huán)境溫度、濕度、塵埃情況、外界沖擊振動等。⑦其他方面的要求.如液壓裝置在重量、外形尺寸、經濟性等方面的規(guī)定或限制。上一頁下一頁返回目前四頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計2.分析系統(tǒng)工況及確定主要參數(1)工況分析工況分析就是分析主機在工作過程中各執(zhí)行元件的運動速度和負載的變化規(guī)律。對于動作較復雜的機械設備.根據工藝要求.將各執(zhí)行元件在各階段所需克服的負載用圖8-1(a)所示的負載一位移(F-l)曲線表示.稱為負載圖。將各執(zhí)行元件在各階段的速度用圖8-1(b)所示的速度一位移(v-l)曲線表示.稱為速度圖。設計簡單的液壓系統(tǒng)時.這兩種圖可省略不畫。上一頁下一頁返回目前五頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計(2)確定主要參數這里是指確定液壓執(zhí)行元件的工作壓力和最大流量。執(zhí)行元件的工作壓力.可以根據負載圖中的最大負載來選取(見表8-1).也可以根據主機的類型來選取(見表8-2);而最大流量則由執(zhí)行元件速度圖中的最大速度計算出來。這兩者都與執(zhí)行元件的結構參數(指液壓缸的有效工作面積八或液壓馬達的排量VM)有關。一般的做法是.先選定工作壓力p.再按最大負載和預估的執(zhí)行元件機械效率求出A或VM.經過各種必要的驗算、修正和圓整后定下這些結構參數.最后再算出最大流量qmax來。上一頁下一頁返回目前六頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計3.擬定液壓系統(tǒng)原理圖擬定液壓系統(tǒng)原理圖是整個設計工作中最主要的步驟.它對系統(tǒng)的性能以及設計方案的經濟性、合理性具有決定性的作用。其一般方法是.根據動作和性能的要求先分別選擇和擬定基本回路.然后將各個回路組合成一個完整的系統(tǒng)。選擇液壓回路是根據系統(tǒng)的設計要求和工況圖從眾多的成熟方案中(參見本書第7章和有關的設計手冊、資料)評比挑選出來的。選擇時.既要考慮調速、調壓、換向、順序動作、動作互鎖等要求.也要考慮節(jié)省能源、減少發(fā)熱、減少沖擊、保證動作精度等問題。上一頁下一頁返回目前七頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計組合液壓系統(tǒng)是把挑選出來的各種液壓回路綜合在一起.進行歸并整理.增添必要的元件或輔助油路.使之成為完整的系統(tǒng)。4.液壓元件的計算液壓泵的最大工作壓力必須不小于液壓執(zhí)行元件最大工作壓力及進油路上總壓力損失這兩者之和。液壓執(zhí)行元件的最大工作壓力可以從工況圖中找到;進油路上的總壓力損失可以通過估算求得.也可以按經驗資料估計(見表8-3)。上一頁下一頁返回目前八頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計液壓泵的流量必須不小于幾個同時工作的液壓執(zhí)行元件總流量的最大值以及回路中泄漏量這兩者之和。液壓執(zhí)行元件總流量的最大值可以從工況圖中找到(當系統(tǒng)中備有蓄能器時此值應為一個工作循環(huán)中液壓執(zhí)行元件的平均流量);而回路中的泄漏量則可按總流量最大值的10%~30%估算。在參照產品樣本選取液壓泵時，泵的額定壓力應選得比上述最大工作壓力高20%~60%.以便留有壓力儲備;額定流量則只須選得能滿足上述最大流量需要即可。液壓泵在額定壓力和額定流量下工作時.其驅動電機的功率一般可以直接從產品樣本上查到電機功率也可以根據具體工況計算出來.有關的算式和數據見液壓工程手冊。上一頁下一頁返回目前九頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計閥類元件的規(guī)格按液壓系統(tǒng)的最大壓力和通過該閥的實際流量從產品樣本上選定。選擇節(jié)流閥和調速閥時.還要考慮它的最小穩(wěn)定流量是否符合設計要求。各類閥都須選得使其實際通過流量最多不超過其公稱流量的120%.以免引起發(fā)熱、噪聲和過大的壓力損失。對于可靠性要求特別高的系統(tǒng)來說.閥類元件的額定壓力應高出其工作壓力較多。油管規(guī)格的選定和油箱容量的估算見本書6.1.5小節(jié)。上一頁下一頁返回目前十頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計5.液壓系統(tǒng)的性能驗算液壓系統(tǒng)性能驗算的項目很多，常見的有回路壓力損失驗算和發(fā)熱溫升驗算。(1)回路壓力損失驗算壓力損失包括管道內的沿程損失和局部損失以及閥類元件處的局部損失3項。管道內的這兩種損失可用第2章中的有關公式估算;閥類元件處的局部損失則須從產品樣本中查出。當通過閥類元件的實際流量q不是其公稱流量qn時.它的實際壓力損失△p與其額定壓力損失△pn間將呈如下的近似關系:計算液壓系統(tǒng)的回路壓力損失時.不同的工作階段要分開來計算。上一頁下一頁返回（8.2）目前十一頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計(2)發(fā)熱溫升驗算這項驗算是用熱平衡原理來對油液的溫升值進行估計。單位時間內進入液壓系統(tǒng)的熱量Q(以W計)是液壓泵輸入功率P1和液壓執(zhí)行元件有效功率P0之差。假如這些熱量全部由油箱散發(fā)出去.不考慮系統(tǒng)其他部分的散熱效能.則油液溫升的估算公式可以根據不同的條件分別從有關的手冊中找出來。例如.當油箱3個邊的尺寸比例在1:1:1~1:2:3之間、油面高度是油箱高度的80%且油箱通風情況良好時.油液溫升△T的計算式可以用單位時間內輸入熱量Q(W)和油箱有效容積V2(m3)近似地表示成當驗算出來的油液溫升值超過允許數值時.系統(tǒng)中必須考慮設置適當的冷卻器。上一頁下一頁返回（8.3）目前十二頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計例8-1如圖8-3所示的工件.需要大批量生產.本工序鉆削工件上有一φ15偏心孔.工件材料為鑄鐵.材料硬度為220HB.為此設計一全自動專用鉆床.只要將工件堆積在料斗里.一按開關就可重復自動完成從送料、加工到結束這一全部過程.設計該鉆床的液壓系統(tǒng)及電氣控制回路設計的該專用鉆床的加工工位結構簡圖如圖8-4所示.其工作循環(huán)步驟為:上一頁下一頁返回目前十三頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計(1)負載分析根據工件材料查閱機械加工工藝手冊.得出鉆孔的較合適的表面切削速度為從而計算出主軸的轉速為由加工直徑查閱工藝手冊.得出加工每轉進給量為上一頁下一頁返回目前十四頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計根據切削原理得出鉆削力計算公式為查閱機械設計手冊得上一頁下一頁返回目前十五頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計故計算出在本工藝條件下的最大鉆削扭矩及最大鉆削軸向力為①計算鉆削缸受力。鉆削缸所受軸向力等于鉆削軸向力減去動力頭的重量.應小于2946N。②計算夾緊缸受力。根據夾具結構畫出受力簡圖，如圖8-5所示，由理論力學分析進行計算得夾緊力為上一頁下一頁返回目前十六頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計其中.f表示摩擦系數.本例取0.2;α表示V形塊夾角.本結構為90°;D表示被夾工件直徑.本工件直徑為80mm。故計算出夾緊力為W=1219(N)查閱液壓傳動設計手冊.安全系數為2.5~3.取其為3.所以夾緊缸應承受負載為W缸=1219X3=3657(N)上一頁下一頁返回目前十七頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計③計算送料缸的受力。送料缸在推進工件時.工件受料斗上面所堆積工件重量的壓力而在所推進工件的上、下兩面產生摩擦阻力.每個工件的重量為0.6kg.最多堆積20個.故摩擦阻力為故送料缸所受最大軸向力為摩擦阻力加工件重量.即為由于力很小.因此將送料缸的運動近似認為是空載運動上一頁下一頁返回目前十八頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計(2)液壓缸的選擇本例工藝要求送料缸送料速度大于50mm/s.鉆削缸快進速度大于50mm/s查閱液壓傳動設計手冊得出:選內徑X活塞桿徑=40X20(mm)的液壓缸作為夾緊缸.則當液壓缸內油的壓力達到p=W缸/A=4X3657/(3.14X402)=2.91(MPa)時.就可夾緊工件;選該液壓缸行程不小于40mm上一頁下一頁返回目前十九頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計(3)液壓泵選擇根據液壓缸的最大工作壓力和最大流量，再考慮相關損失，計算泵的額定流量和額定壓力泵的額定流量泵的額定壓力查閱產品目錄.該泵的型號為YB1-2.5.額定壓力為6.3MPa.排量為2.5Ml/r.轉速為450r/min的定量葉片泵。該泵的輸出流量為上一頁下一頁返回目前二十頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計(4)選擇電動機參數因為液壓泵的轉速為1450r/min,所以選電機的轉速為1450r/min.功率大于0.34Kw.(5)選擇油箱油箱容量通常取泵的額定流量的2~4倍.故設計油箱的容量為7~14L。因為鉆削缸要支撐動力頭.又雙向受力.所以選直徑大一點的液壓缸。另外由于有差動連接.因此使得快進和退回的速度較接近.因而選活塞桿直徑較粗的液壓缸。上一頁下一頁返回目前二十一頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計綜上應選內徑活塞桿徑d=50X32(mm)的液壓缸作為鉆削缸.則當液壓缸內油的壓力大于p=F/A=4X2946/(3.14X502)=1.55(MPa)時.就可鉆削工件;由于鉆削快進采用差動連接.因此當輸入流量達到就能滿足鉆削缸快速進給的要求;選該液壓缸的行程不小于35mm選內徑X活塞桿徑=32X16mm的液壓缸作為送料缸，當輸入流量達到就能滿足送料速度要求;液壓缸的行程根據具體結構確定。上一頁下一頁返回目前二十二頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計(6)選擇閥送料缸換向選用二位四通電磁閥.能滿足送料要求;夾緊缸換向選用二位四通電磁閥.在夾緊工件時.能一直保持一定的壓力;鉆削缸換向選用三位四通電磁閥。由于鉆削缸的壓力小于夾緊缸的壓力.因此在鉆削支路上接一個減壓閥.以保證夾緊力在切削過程中不下降。由于鉆削缸垂直安裝，因此，為使運動平穩(wěn)，采用液壓缸出口節(jié)流調速回路。上一頁下一頁返回目前二十三頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計以泵的額定壓力為6.3MPa.流量為3.6L/min為基準.選擇各種電磁換向閥、溢流閥、減壓閥、調速閥等元件.元件的性能參數可參考液壓傳動設計手冊有關資料.在此不再一一敘述。為節(jié)約能源.鉆削缸快進采用差動回路。(7)液壓回路設計根據以上計算參數.結合液壓傳動的基本回路.設計本系統(tǒng)的液壓回路如圖8-6所示。上一頁下一頁返回目前二十四頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計8.1.2液壓傳動系統(tǒng)的電氣控制部分設計1.液壓回路的電氣控制設計步驟在電氣控制液壓回路中.液壓缸的位置是由微動開關來控制的.方向閥則采用電磁閥.常用的電磁閥如圖8-7所示。液壓回路電氣控制設計步驟如下:①畫出動作順序圖。②根據動作順序圖設計液壓回路。③根據液壓回路設計電氣控制回路。下面通過介紹從單缸回路到多缸回路電氣控制設計.說明液壓回路電氣控制設計方法。上一頁下一頁返回目前二十五頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計2.單缸液壓傳動電氣控制回路設計例8-2有一液壓缸A.其動作為伸出一縮回.試設計其電氣液壓回路。①根據動作順序畫出動作順序圖.如圖8-8所示。②設計液壓回路。本例中采用圖8-7所示的兩種電磁閥各設計一液壓回路.如圖8-9所示。在圖8-9中.通電后使A缸前進的線圈稱為YA1;通電后使A缸后退的線圈稱為YA0。上一頁下一頁返回目前二十六頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計(3)設計電氣回路若采用目視操作.則可得如圖8-10所示的電路。因為圖8-10(a)所示的電磁閥一端有彈簧.如不加繼電器.當手放開前進按鈕時.A缸就會立即后退，所以需用K1繼電器自保持回路來確保A缸的繼續(xù)前進。圖8-10(b)所示的情況與圖8-10(a)所示的類似.分別作YA1,YA0線圈的自保持繼電器。當前進、后退按鈕同時按下時.YA1,YA0線圈會同時通電而使電磁閥無法控制.所以特別在電路中加上K1,K2的b接點.以防止其發(fā)生。若要使按鈕按下后A缸能自動前進、后退一次.此時就要用裝在液壓缸A進到底和退到底位置上的行程開關a1,YA1來通知電路.A缸是否有進到底或退到底.依此設計出圖8-11所示的電路。因為在電路設計中.當所有的動作完成時.需將電全部切斷.所以.圖8-11(b)中需用YA1來切掉YA0的電。上一頁下一頁返回目前二十七頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計若要使A缸能連續(xù)地自動前進、后退.則用如圖8-12所示的電路即可，但在使用這種電路時.若要使A缸停止就得切斷電源.若要使A缸動作就得再把電源接上.因此操作非常不便.此時就需用主控繼電器來作電源控制.圖8-13所示就是依此設計的電路圖.或僅用繼電器來作第一步動作的電源控制.其電路如圖8-14所示。上一頁下一頁返回目前二十八頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計3.多缸液壓傳動的電氣控制回路設計例8-4一液壓系統(tǒng)兩個氣缸的動作順序為A+B+A+B-(“+”表示伸出.“-”表示縮回).設計其電氣、液壓回路。(1)畫出兩缸的動作順序圖.(2)根據兩缸的動作順序圖設計液壓回路.(3)設計電氣控制回路。具體步驟如下。第一步.由動作順序圖(見圖8-20(a))和液壓回路決定各線圈應在何時通、斷電.如圖8-20(b)所示。上一頁下一頁返回目前二十九頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計第二步.每當一動作完成時.必會引起液壓缸位置的改變.因而產生不同的微動開關信號.下面就根據動作順序圖和液壓回路來研究微動開關信號.在研究之前先對微動開關信號加以定義:0表示開關末被觸動的狀態(tài);1表示開關被觸動的狀態(tài)。圖8-20(c)所示給出了在整個動作過程中.微動開關變化的情形.每一步完成時必會產生一組新的開關信號。上一頁下一頁返回目前三十頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計從此圖中可發(fā)現有3種信號變化的情形:0→0或1→1表示液壓缸靜止不動;1→0表示液壓缸剛剛離開原位.正在繼續(xù)移動中;0→1表示液壓缸剛好到達某一定位。真正有意義的是0→1這一個信號.因為只有它才能說明某一動作已完成.可進行下一動作了。第三步.根據下列法則畫電路圖:①接點使線圈通電。②b接點使線圈斷電。③因為微動開關所有的a,b接點均不獨立.所以若其接點需用兩次以上時.則得用一繼電器作接點擴充。上一頁下一頁返回目前三十一頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計④若線圈另一側有彈簧.則需用自保持電路.但若接點接通時間大于線圈通電時間.則不必用之。首先.根據法則①.線圈通、斷電圖及開關動作圖畫出如圖8-21(a)所示的線圈通電圖。其次.根據開關信號圖及線圈通、斷電圖在圖8-21(a)上標出接點接通時間、線圈通電時間.若接點接通時間不少于線圈通電時間.就不用自保持線路.反之則需要使用繼電器產生自保持線路。根據法則②.線圈通、斷電圖及開關動作圖來設計如何斷電.若接點接通時間等于線圈通電時間.就不用考慮斷電了.最后就可得到完整的電路圖.如圖8-21(b)所示。上一頁下一頁返回目前三十二頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計4.液壓傳動系統(tǒng)的電氣控制設計下面以實例分析液壓傳動系統(tǒng)的電氣控制設計。例8-6以例8-1的設計數據.設計它的電氣控制部分。1.電氣控制回路設計。該自動鉆床送料桿和夾緊桿同時伸出到位時會產生干涉.因此要等送料缸退回才能夾緊.但為了節(jié)約時間.在送料缸剛好退出干涉位置時.夾緊缸就動作.使得夾緊缸與送料缸后退同步。①繪制各液壓缸動作順序圖.如圖8-27(a)所示.其中A為送料缸.B為夾緊缸.C為鉆削缸。②以行程開關壓下為1.彈起為0.繪制開關信號圖.如圖8-27(b)所示。③由于在第4步和第7步有兩組相同的信號.因此將所有信號分成兩級.如圖8-27(b)所示。上一頁下一頁返回目前三十三頁\總數八十九頁\編于十五點8.1液壓傳動系統(tǒng)設計①以0→1為觸發(fā)信號.繪制開關動作圖.如圖8-27(c)所示。在第7步.因為和第4步信號相同.所以在該組加一個繼電器K常開觸點。⑤繪制線圈(電磁鐵、繼電器)通、斷電圖(注意:在工級和11級交界處增加一個繼電器通電.以便進行分級的轉換.在11級結束時繼電器斷電).如圖8-27(d)所示⑥根據圖8-27(c)、圖8-27(d)所示繪制電氣控制回路圖.如圖8-28所示。圖中繼電器K5為圖8-27(d)所示的分級轉換繼電器K工作時按一下帶自鎖的按鈕SB1使YA通電.即可連續(xù)地重復本例所要求的工作循環(huán)過程.如要短暫停機.則按S川使其斷電.再按SB32使液壓泵卸荷。也可采用PLC控制.可將圖8-28所示的電氣控制回路圖轉換為梯形圖.在此本書不再贅述.讀者可以把它完成。上一頁返回目前三十四頁\總數八十九頁\編于十五點8.2氣動程序控制系統(tǒng)設計8.2.1行程程序控制系統(tǒng)的設計步驟行程程序控制系統(tǒng)在氣壓傳動中被廣泛采用.其設計步驟如下。1.明確工作任務與環(huán)境的要求①工作環(huán)境的要求.如溫度、粉塵、易燃、易爆、沖擊、及振動情況。②動力要求輸出力和轉矩的情況。③運動狀態(tài)要求.執(zhí)行元件的運動速度、行程和l回轉角速度等。④工作要求.即完成工藝或生產過程的具體程序。⑤控制方式為手動、自動等控制方式。下一頁返回目前三十五頁\總數八十九頁\編于十五點8.2氣動程序控制系統(tǒng)設計2.回路設計回路的設計是整個氣動控制系統(tǒng)的核心.其設計步驟如下。①根據工作任務要求列出工作程序.包括用幾個執(zhí)行元件及動作順序.以及執(zhí)行元件的形式。②根據程序畫出信號一動作(X-D)狀態(tài)圖或卡諾圖等。③找出障礙并消除障礙。④畫出邏輯原理圖和氣動回路圖。上一頁下一頁返回目前三十六頁\總數八十九頁\編于十五點8.2氣動程序控制系統(tǒng)設計3.選擇和計算執(zhí)行元件①確定執(zhí)行元件的類型及數目。②計算和選定各運動和結構參數.即運動速度、行程、角速度、輸出力、轉矩及氣缸的缸徑等。③計算耗氣量。4.選擇控制元件①確定控制元件的類型及數目。②確定控制方式及安全保護回路。上一頁下一頁返回目前三十七頁\總數八十九頁\編于十五點8.2氣動程序控制系統(tǒng)設計5.選擇氣動輔助元件①選擇過濾器、油霧器、儲氣罐、干燥器等的形式及容量。②確定管徑、管長及管接頭的形式。③驗算各種阻力損失包括沿程損失和局部損失。6.根據執(zhí)行元件的耗氣量、定出壓縮機的容量及臺數按上述步驟進行.便可設計出比較完整的氣動控制系統(tǒng)。上一頁下一頁返回目前三十八頁\總數八十九頁\編于十五點8.2氣動程序控制系統(tǒng)設計8.2.2障礙信號的判斷和排除為了說明什么是障礙信號.現舉一簡單地按回路的控制程序要求、動作和信號之間的順序關系繪制出來的A1B1B0A0程序回路的例子.如圖8-29所示。由于該回路沒有考慮障礙信號的存在，所以它是不能正常工作的。如圖8-29所示的回路一旦供氣后.由于信號閥b0一直受壓.信號b0就一直供給閥A的右側(A0位).這樣.即使操作啟動閥q,向閥A左側(A1位)供氣.閥A也不能切換。由此可見.信號b0對q是個障礙信號。上一頁下一頁返回目前三十九頁\總數八十九頁\編于十五點8.2氣動程序控制系統(tǒng)設計若沒有b0信號.則啟動閥q后.氣流經a0閥通過q閥進入閥A的左側.使A1位工作.活塞A伸出.發(fā)出信號a1給閥B的左側(B1位).使閥B切換.活塞B伸出.再發(fā)出信號給閥B的右側(從位)。此時.由于活塞A仍在發(fā)出信號a1給閥B的左側B1位.使b1向閥B的從位信號輸送不進.也就是說.信號a1也妨礙了b1信號的送入。因此可見.在這個回路中.信號b0和a1都妨礙其他信號的輸入.形成了障礙.致使回路不正常工作.因而必須設法將其排除。上一頁下一頁返回目前四十頁\總數八十九頁\編于十五點8.2氣動程序控制系統(tǒng)設計這種一個信號妨礙另一個信號輸入.使程序不能正常進行的信號.稱之為Ⅰ型障礙信號.它經常發(fā)生在單往復程序回路中。而把由于信號多次出現而產生的障礙.稱之為Ⅱ型障礙信號.這種障礙通常發(fā)生在多往復往路中。行程程序控制往路設計的關鍵.就是要找出這種障礙信號和設法排除它們。8.2.3行程程序回路的設計方法行程程序往路設計的目的主要是為了解決信號和執(zhí)行元件動作之間的協調和連接問題。一般有以下幾種設計方法。上一頁下一頁返回目前四十一頁\總數八十九頁\編于十五點8.2氣動程序控制系統(tǒng)設計(1)試湊法選用氣動基本回路、常用回路試湊在一起組成控制回路.然后分析能否滿足要求。(2)邏輯設計法①邏輯運算法:此法根據控制要求.直接應用邏輯代數等進行計算簡化.但計算過程復雜.特別對于復雜的控制回路不易得到最佳結果。②圖解法:圖解法是利用邏輯代數的特性.把復雜的計算用圖解的方法表示出來.如信號一動作(X-D)線圖法和卡諾圖法等。③快速消障法:這是在圖解法的基礎上.找出了一些規(guī)律省去作圖過程的快速設計方法。上一頁下一頁返回目前四十二頁\總數八十九頁\編于十五點8.2氣動程序控制系統(tǒng)設計①計算機輔助邏輯綜合法:在變量多的情況下(如6個變量以上)采用卡諾圖法、快速消障法來簡化邏輯函數也很困難.因此可借助計算機簡化邏輯函數、設計氣控行程程序邏輯回路。③采用步進控制回路或程序器:此法當改變控制對象時.回路變換迅速、控制適應性好、機動性強.但成本較高。(3)分組供氣法在控制回路中增加若干個控制元件對行程閥采取分組供氣的。如產生障礙.可切斷障礙信號的氣源.防止障礙的產生此法在單往復系統(tǒng)中應用比較方便。上一頁下一頁返回目前四十三頁\總數八十九頁\編于十五點8.2氣動程序控制系統(tǒng)設計8.2.4多缸單往復行程程序控制回路X-D線圖法設計常用的行程程序控制回路設計方法主要是信號一動作(X-D)狀態(tài)圖法和卡諾圖圖解法;本書只介紹多缸單往復行程程序控制回路的X-D狀態(tài)圖法.用這種方法設計行程程序控制回路、故障診斷和排除比較簡單而又直觀.由此而設計出的氣動回路控制準確、回路簡單、使用和維護方便。多缸單往復行程程序控制回路.是指在一個循環(huán)中.所有的氣缸都只作一次往復運動的回路。上一頁下一頁返回目前四十四頁\總數八十九頁\編于十五點8.2氣動程序控制系統(tǒng)設計1.常用的符號規(guī)定①把所用的氣缸依次用大寫字母A,B,C,D等表示;字母下標“1”或“0”表示氣缸活塞桿的伸縮狀態(tài).如A1表示氣缸A活塞桿的伸出狀態(tài).A0表示氣缸A活塞桿的縮回狀態(tài)。②用與各氣缸對應的小寫字母a,b,c,d等表示相應的行程閥發(fā)出的信號;其下標“1”表示活塞桿伸出時發(fā)出的信號.下標“0”表示活塞桿縮回時發(fā)出的信號。③控制氣缸換向的主控閥.也用與其控制的氣缸相應的文字符號表示。①經過邏輯處理而排除障礙后的執(zhí)行信號在右上角加“*”號.如a1*、a0*等.而不帶“*”號的信號則為原始信號.如a1,a0等。上一頁下一頁返回目前四十五頁\總數八十九頁\編于十五點8.2氣動程序控制系統(tǒng)設計2.X-D線圖法設計行程程序控制回路的步驟用X-D線圖法設計行程程序回路的步驟為:①根據生產自動化的工藝要求.列出工作程序或工作程序圖;②繪制X-D線圖;③尋找障礙信號并排除.列出所有執(zhí)行元件控制信號的邏輯表達式;④繪制邏輯原理圖;⑤繪制氣動回路圖。上一頁下一頁返回目前四十六頁\總數八十九頁\編于十五點8.2氣動程序控制系統(tǒng)設計3.X-D線圖法介紹下面以攻螺紋機為例.對X-D線圖設計法進行說明。(1)根據工藝要求列出工作程序攻螺紋機由A,B兩個氣缸組成.其中A為送料缸.B為攻螺紋缸.其自動循環(huán)動作要求為用字母簡化后的工作程序為略去箭頭和小寫字母.可進一步簡化工作程序為上一頁下一頁返回目前四十七頁\總數八十九頁\編于十五點8.2氣動程序控制系統(tǒng)設計(2)繪制X-D線圈①畫方格圖。如圖8-30所示.由左至右畫方格.并在方格的頂上依次填上序號1,2,3,4等。在序號下面填上相應的動作狀態(tài)A1、B1、B0、A0.在最右邊留一欄作為“‘執(zhí)行信號表達式”(簡寫為執(zhí)行信號)。在方格圖最左邊縱欄由上至下填上控制信號及控制動作狀態(tài)組的序號(簡稱X-D組)1,2,3。每個X-D組包括上、下兩行.上行為行程信號行.下行為該信號控制的動作狀態(tài)。上一頁下一頁返回目前四十八頁\總數八十九頁\編于十五點8.2氣動程序控制系統(tǒng)設計②畫動作狀態(tài)線(D線)。用橫向粗實線畫出各執(zhí)行元件的動作狀態(tài)線。動作狀態(tài)線的起點是該動作程序的開始處.用符號“O”問出;動作狀態(tài)線的終點處用符號“×”問出。動作狀態(tài)線的終點是該動作狀態(tài)變化的開始處.如缸A伸出狀態(tài)小A1,變換成縮回狀態(tài)A0,此時A1的動作線的終點必然是在A0的開始處。上一頁下一頁返回目前四十九頁\總數八十九頁\編于十五點8.2氣動程序控制系統(tǒng)設計③畫信號線(X線)。用細實線畫各行程信號線。信號線的起點與同一組中動作狀態(tài)線的起點相同.用符號“O”畫出;信號線的終點和上一組中產生該信號的動作線終點相同。需要指出的是.若考慮到閥的切換及氣缸啟動等的傳遞時間.信號線的起點應超前于它所控制動作的起點.而信號線的終點應滯后于產生該信號動作的終點。當在X-D圖上反映這種情況時.則要求信號線的起點與終點都應伸出分界線.但因為這個值很小.因而除特殊情況外一般不予考慮。上一頁下一頁返回目前五十頁\總數八十九頁\編于十五點8.2氣動程序控制系統(tǒng)設計(3)確定并排除障礙信號并找出執(zhí)行信號1)障礙信號的確定用X-D線圖設計氣動回路時.很重要的問題是確定障礙信號并排除障礙信號。為了找出障礙信號.就要對畫出的X-D圖進行分析.檢查每組中是否存在有信號線比其所控制的動作線長的情況。如存在這種情況.說明動作狀態(tài)要改變.而其控制信號不允許其改變(障礙動作狀態(tài)的改變).這種障礙其動作狀態(tài)改變的信號就稱為障礙信號。信號線比其所控制的動作線長的那部分線段就叫障礙段.即圖8-30中用“~~”線表示的線段。在多缸單子腹系統(tǒng)中.是一個信號妨礙另一個信號的輸入而造成的障礙.稱為下型障礙。上一頁下一頁返回目前五十一頁\總數八十九頁\編于十五點8.2氣動程序控制系統(tǒng)設計2)排除障礙段(消障)常用的消障方法有如下幾種。①脈沖信號法:這種方法的實質.是將所有的障礙信號變?yōu)槊}沖信號.使其在命令主控閥完全換向后立即消失.這就必然消除了任何Ⅰ型障礙。脈沖回路法排障.就是利用脈沖回路或脈沖閥的方法將有障信號變?yōu)槊}沖信號。圖8-32所示為脈沖回路原理。當有障信號a發(fā)出后.閥K立即有信號輸出。同時.a信號又經氣阻、氣容延時.當閥K控制端的壓力上升到切換壓力后.輸出信號即被切斷.從而使其變?yōu)槊}沖信號若將圖8-32所示的脈沖回路制成一個脈沖閥.就可使回路簡化。這時.只要將有障行程閥a1和b0換成脈沖閥就可設計成無障的A1B1B0A0回路了.但其成本相對較高。上一頁下一頁返回目前五十二頁\總數八十九頁\編于十五點8.2氣動程序控制系統(tǒng)設計②邏輯回路法:即利用邏輯門的性質.將長信號變成短信號.從而排除障礙信號。利用邏輯“‘與”排障法:如圖8-33所示.為了排除障礙信號m中的障礙段.可以引入一個輔助信號(制約信號)x.把x和m相“與”而得到消障后的無障信號m*.即m*=-mx。制約信號x的選用原則是.要盡量選用系統(tǒng)中某原始信號。這樣.可不增加氣動元件。但原始信號作為制約信號x時.其起點應在障礙信號m開始之前.其長短應包括障礙信號m的執(zhí)行段.但不包括它的障礙段。這種邏輯“與”的關系.可以用一個單獨的邏輯“與”元件來實現.也可用一個行程閥兩個信號的串聯或兩個行程閥的串聯來實現。上一頁下一頁返回目前五十三頁\總數八十九頁\編于十五點8.2氣動程序控制系統(tǒng)設計利用邏輯“非”排障法:用原始信號經邏輯非運算得到反相信號來排除障礙。原始信號做邏輯“非”(即制約信號X)的條件是.其起始點要在有障信號m的執(zhí)行段之后.m的障礙段之前;其終止點則要在m的障礙段之后.如圖8-34所示。③輔助閥法:若在X-D線圖中找不到可用來作為排除障礙的制約信號時.可采用增加一個輔助閥的方法來消除障礙上一頁下一頁返回目前五十四頁\總數八十九頁\編于十五點8.2氣動程序控制系統(tǒng)設計圖8-35(a)所示為輔助閥排除障礙的邏輯原理.圖8-35(b)所示為其回路原理。圖中K為雙氣控二位三通(亦可用二位五通)閥.當t有氣時K閥有輸出.而當d有氣時K閥無輸出。顯然.t與d不能同時存在.只能一先一后存在.從X-D線圖上看.t與d二者不能重合.用邏輯代數式表示.二者要滿足td=0的制約關系。在用輔助閥(中間記憶元件)排障中.輔助閥的控制信號t,d的選擇原則是:a.t是使K閥通的信號.其起點應選在m信號起點之前(或同時).其終點應在m的無障礙段中;b.d是使K閥斷的信號.其起點應在m信號的無障礙段中.其終點應在t起點之前圖8-36所示為記憶元件控制信號選擇的示意圖。上一頁下一頁返回目前五十五頁\總數八十九頁\編于十五點8.2氣動程序控制系統(tǒng)設計4.繪制邏輯原理圖氣控邏輯原理圖是根據X-D線圖的執(zhí)行信號表達式及考慮手動、啟動、復位等所畫出的邏輯方框圖。當畫出邏輯原理圖后.再按它就可以較快地畫出氣動回路原理圖示.因此它是由X-D線圖畫出回路原理圖的橋梁。1)氣動邏輯原理圖的基本組成及符號①在邏輯原理圖中.主要是由“是”、“或”、“與”、“非”、“記憶”等邏輯符號表示。其中任一符號可理解為邏輯運算符號.不一定總代表某一確定的元件.這是因為邏輯圖上的某邏輯符號.在氣動回路原理圖上可由多種方案表示.如“與”邏輯符號可以是一種邏輯元件.也可由兩個氣閥串聯而成.上一頁下一頁返回目前五十六頁\總數八十九頁\編于十五點8.2氣動程序控制系統(tǒng)設計②執(zhí)行元件的輸出.由主控閥的輸出表示.因為主控閥常具有記憶能力.因而可用邏輯記憶符號表示。③行程發(fā)信裝置主要是行程閥.也包括外部信號輸入裝置.如啟動閥、復位閥等。這些符號加上小方框表示各種原始信號(有時簡畫不加小方框).而在小方框上方畫相應的符號表示各種手動閥.如圖8-38左側所示。上一頁下一頁返回目前五十七頁\總數八十九頁\編于十五點8.2氣動程序控制系統(tǒng)設計2)氣動邏輯原理圖的畫法根據X-D圖中執(zhí)行信號欄的邏輯表達式.使用上述符號按下列步驟繪制。①把系統(tǒng)中每個執(zhí)行元件的兩種狀態(tài)與主控閥相聯后.自上而下一個個地畫在圖的右側。②把發(fā)信器(如行程閥)大致對應其所控制的元件一個個地列于圖的左側。③在圖上要反映出執(zhí)行信號邏輯表達式中的邏輯符號之間的關系.并畫出為操作需要而增加的閥(如啟動閥)。上一頁下一頁返回目前五十八頁\總數八十九頁