氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、第 十 四 章 氣 動(dòng) 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì)第 一 節(jié) 氣 動(dòng) 行 程 程 序 回 路 的 設(shè) 計(jì) 方 法第 二 節(jié) 氣 動(dòng) 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 的 主 要 內(nèi) 容 及 設(shè)計(jì) 程 序 第 十 四 章 氣 動(dòng) 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一個(gè)很重要的內(nèi)容是回路設(shè)計(jì)。在回路設(shè)計(jì)中，將著重介紹行程程序回路的設(shè)計(jì)方法，通過本章的學(xué)習(xí)要求我們能熟練地掌握這種方法進(jìn)行回路設(shè)計(jì)。 第一節(jié) 氣動(dòng)行程程序回路的設(shè)計(jì)方法 一、概述 程 序 控 制 (簡(jiǎn) 稱 程 控 )是 實(shí) 現(xiàn) 自 動(dòng) 化 廣 泛 采 用 的 一 種 控 制 方 法 。 程 序 控 制 可 分為 行 程 程 序 控 制 和 時(shí) 間 程 序 控 制 兩 類

2、 。簡(jiǎn) 單 行 程 程 控 與 時(shí) 間 程 控 的 一 般 組 成 方 式 如 圖 14-1和 圖 14-2所 示 。 外 部 輸入 信 號(hào) 邏 輯 控制 回 路 執(zhí) 行 元 件行 程 發(fā) 信 器圖 14-1 行 程 程 序 控 制 方 框 圖 時(shí) 間 程 序 信號(hào) 發(fā) 生 器 信 號(hào) （ 脈 沖 ）分 配 回 路 執(zhí) 行 元 件圖 14-2 時(shí) 間 程 序 控 執(zhí) 方 框 圖 3.右 上 角 帶 *號(hào) 的 信 號(hào) 稱 其 為 執(zhí) 行 信 如 、 、 、 、 、 .等 ； 而 把 不 帶 *號(hào) 的 信 號(hào) 叫做 原 始 信 號(hào) 如 a0、 b0等 A1 信 號(hào) 動(dòng) 作 線 圖 法 是 利 用

3、繪 制 信 號(hào) 動(dòng) 作 線 圖 的 辦 法 設(shè) 計(jì) 出 氣 動(dòng) 控 制 回 路 。 此 法 的 設(shè) 計(jì) 步 驟大 致 如 下 ： (一 )根 據(jù) 生 產(chǎn) 自 動(dòng) 化 的 工 藝 要 求 ， 寫 出 工 作 程 序 ； (二 )繪 制 信 號(hào) 動(dòng) 作 線 圖 ； (三 )分 析 并 排 除 控 制 障 礙 ； (四 )繪 制 邏 輯 原 理 圖 和 氣 動(dòng) 回 路 原 理 圖 。 1.用 大 寫 字 母 A、 B、 C等 表 示 氣 缸 ， 用 下 標(biāo)“ 1”與 “ 0”表 示 氣 缸 活 塞 桿 的 兩 種 不 同 的 狀 態(tài) 。(圖 14-3)。 2.用 帶 下 標(biāo) 的 小 寫 字 母 a1

4、 、 a0、 b1 、 b0 等 分 別 表 示 與 動(dòng) 作 A1、 A0、 B1、 B0等 相 對(duì) 應(yīng)的 行 程 閥 及 其 輸 出 信 號(hào) 。 圖 氣 缸 、 行 程 閥 符 號(hào)圖 14-4 氣 動(dòng) 機(jī) 械 手 示 意 圖立 柱 回 轉(zhuǎn) 缸 立 柱 升 降 缸 夾 緊 缸 長(zhǎng) 臂 伸 縮 缸 齒 輪齒 條 手 爪12 3二、氣動(dòng)行程程序回路的設(shè)計(jì) (一 )列 出 工 作 程 序下 面 舉 例 說 明 ： 例 某 專 用 氣 動(dòng) 機(jī) 械 手 的 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 如圖 14-4所 示 ， 它 由 四 個(gè) 氣 缸 所 組 成 ，能 在 三 個(gè) 坐 標(biāo) 內(nèi) 工 作 。 (二 )繪 制 信 號(hào)

5、-動(dòng) 作 狀 態(tài) 線 圖 (X-D線 圖 ) 1.多 缸 單 往 夏 系 統(tǒng) X-D線 圖 的 繪 (1)畫 方 格 圖 (如 圖 14-6) (2)畫 動(dòng) 作 狀 態(tài) 線 (D線 ) 下 面 以 氣 動(dòng) 機(jī) 械 手 動(dòng) 作 為 例 說 明 動(dòng) 作 線 圖 的 畫 法 。如 圖 10-7所 示 ， 用 橫 粗 實(shí) 線 畫 出 了 各 執(zhí) 行 元 件 的 動(dòng)作 狀 態(tài) 線 。 畫 法 如 下 ： 動(dòng) 作 狀 態(tài) 線 的 起 點(diǎn) 是 該 動(dòng) 作 程 序 的 開 始 處 。 動(dòng) 作 狀 態(tài) 線 的 終 點(diǎn) 是 該 動(dòng) 作 狀 態(tài) 變 化 的 開 始 處 組 程 序 執(zhí) 行 信 號(hào)表 達(dá) 式1 2 3

6、 4 5 6 71234567備用格 1 11 1111 111 11111 11 1 （ ）（ ）（ ）（ ） 0 0 0 0000 0 00 0000 001 （ ）圖 14-6 氣 動(dòng) 機(jī) 械 手 線 圖 的 方 格 圖0立 柱 正 轉(zhuǎn) 立 柱 下 降夾 緊 工 件 立 柱 升 起 立 柱 反 轉(zhuǎn)長(zhǎng) 臂 縮 回 松 開 工 件 長(zhǎng) 臂 伸 出（ ） 氣 動(dòng) 機(jī) 械 手 工 作 程 序 圖 之 一1 2 3 4 5 6 71 1 11 1 1 0 0 0 0 1 0 0（ ） 氣 動(dòng) 機(jī) 械 手 工 作 程 序 圖 之 二圖 14-5 其 工 作 程 序 如 圖 14-5所 示 。 (3)

7、畫 信 號(hào) 線 (X線 ) 用 橫 的 細(xì) 實(shí) 線 在 圖 10-7上 畫 出 了 程 信 號(hào) 線 。 信 號(hào) 線 的 畫 法 如 下 ： 信 號(hào) 線 的 起 點(diǎn) 與 同 一組 中 動(dòng) 作 狀 態(tài) 線 的 起 點(diǎn)相 同 。 信 號(hào) 線 的 終 點(diǎn) 是 和 上一 組 中 產(chǎn) 生 該 信 號(hào) 的 動(dòng)作 線 終 點(diǎn) 相 同 。 123456 7 1 11 1111 111 11 1111（ ）（ ）（ ）（ ） 0 0 0 0000 000 0000001（ ） 圖 14-7 氣 動(dòng) 機(jī) 械 手 線 圖 程 序組 執(zhí) 行 信 號(hào) 表 達(dá) 式0 備用格 ） 10（ 1） = 1= 0 011（ 1）

8、1= 10（ 0） 0 10（ 1） = 1 0(三 )確 定 并 排 除 障 礙 信 號(hào) ，找 出 執(zhí) 行 信 號(hào) 1.障 礙 信 號(hào) 的 確 定 2. I型 障 礙 信 號(hào) 的 排 除 排 除 障 礙 的 實(shí) 質(zhì) 就 是 縮 短 控 制 信 號(hào) 存 在 的時(shí) 間 ， 使 長(zhǎng) 信 號(hào) 變 為 短 信 號(hào) (信 號(hào) 線 最 長(zhǎng) 等 于 它 所 控 制 的 動(dòng) 作 線 )。 (1)脈 沖 信 號(hào) 法 將 有 障 礙 的 原 始 信 號(hào) 變 成 脈 沖 信 號(hào) 。 1.采 用 機(jī) 械 活 絡(luò) 擋 鐵 或 可 通 過 式 行 程 閥 。（ 圖 14-18） 2.采 用 脈 沖 閥 或 脈 沖 形 成

9、 回 路 排 除 I型 障 礙 。（ 圖 14-19） 前 進(jìn) 返 回） 由 活 烙 擋 鐵 發(fā) 脈 沖 信 號(hào)） 由 可 通 過 式 行 程 閥 發(fā) 脈 沖 信 號(hào)圖 14-8 單 方 向 發(fā) 脈 沖 信 號(hào)前 進(jìn) 返 回 脈沖閥用 脈 沖 閥 的 回 路 用 差 壓 閥 的 回 路 有 啟 動(dòng) 保 護(hù) 的 脈 沖 控 制 回 路圖 脈 沖 閥 與 脈 沖 形 成 回 路 (2)邏 輯 回 路 法 排 除 I型 障 礙 1 由 “ 與 門 ” 邏 輯 元 件 排 除 障 礙 (圖 14-10) 如 圖 14-11所 示 ， 制 約 信 號(hào) x的 起 始 點(diǎn) 應(yīng) 選 在 障 礙 信 號(hào)m開 始

10、 之 前 及 m障 礙 段 之 后 范 圍 中 (圖 中 3區(qū) 域 )。 x的 終 點(diǎn)應(yīng) 選 在 障 礙 信 號(hào) m的 無(wú) 障 礙 段 中 。圖 14-10 與 門 排 除 障 礙 1 23 3圖 14-11 制 約 信 號(hào) 的 選 擇1.無(wú) 障 礙 段 2.障 礙 段 3.制 約 信 號(hào) 起 點(diǎn) 區(qū) 域 2. 用 中 間 記 憶 元 件 排 除 I型 障 礙如 圖 14-12b所 示 ， 常 為 雙 氣 控 二 位 三 通 (或 二 位 五 通 )閥 ， 當(dāng) x 1有 氣 時(shí) 使 K閥 有 輸 出 ， 而當(dāng) x0有 氣 時(shí) K閥 無(wú) 輸 出 。 很 明 顯 x1與 x0不 能 同 時(shí) 存 在

11、 ， 只 能 一 先 一 后 存 在 ， x1或 x0可 用 脈 沖閥 得 到 。 選 擇 K閥 的 原 則 是 (見 圖 14-13)： 圖 14-12 采 用 中 間 記 憶 元 件 排 障） 邏 輯 原 理 圖01 12 01 ） 有 記 憶 元 件 的 回 路 圖1 10 100 圖 14-13 記 憶 元 件 的 選 擇 (四 )氣 動(dòng) 回 路 的 簡(jiǎn) 化 及 對(duì) 操 作 要 求 等 的 考 慮 (1)用 彈 簧 及 單 向 控 制 閥 (或 單 作 用 缸 )代 替 雙 向 控 制 閥 (如 圖 10-14b ) (2)用 “ 禁 門 ” 回 路 及 差 壓 閥 (如 圖 10-1

12、5所 示 ) 圖 14-14 用 彈 簧 復(fù) 位 閥 或 缸 簡(jiǎn) 化 回 路簡(jiǎn) 化 后 的 回 路原 回 路 信 號(hào) 動(dòng) 作 狀 態(tài) 用 “ 禁 門 ” 回 路 用 差 壓 閥圖 14-15 用 禁 門 回 路 及 差 壓 閥 對(duì) 回 路 的 簡(jiǎn) 化(3)用 閥 的 合 并 法 （ 如 圖 14-16所 示 ） 圖 14-16 用 一 個(gè) 二 位 五 通 閥 代 替 兩 個(gè) 二 位 三 通 閥 (五 )對(duì) 回 路 其 它 要 求 的 設(shè) 計(jì) 1.回 路 的 復(fù) 位 及 啟 動(dòng) （ 圖 14-17） 2.手 動(dòng) 及 自 動(dòng) 操 作 （ 圖 14-18） 3.聯(lián) 鎖 保 護(hù) (六 )繪 制 氣 控

13、 邏 輯 原 理 圖 與 氣 控 回 路 原 理 圖 1.氣 控 邏 輯 原 理 圖 的 繪 制 (1)氣 動(dòng) 邏 輯 原 理 圖 的 基 本 組 成 及 符 號(hào) (2) 氣 動(dòng) 邏 輯 原 理 圖 的 畫 法 （ 圖 14-19） 2. 氣 控 回 路 原 理 圖 的 繪 制 圖 回 路 的 啟 動(dòng) 及 停 車12圖 14-18 手 動(dòng) 及 自 動(dòng) 操 作1-按 鈕 行 程 閥1001 0101圖 氣 動(dòng) 機(jī) 械 手 邏 輯 元 理 圖 第二節(jié) 氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及設(shè)計(jì)程序一、明確工作要求 （ 一 ） 運(yùn) 動(dòng) 和 操 作 力 的 要 求 （ 二 ） 工 作 環(huán) 境 條 件 （ 三 ） 和

14、 機(jī) 、 電 、 液 控 制 相 配 合 的 情 況 ， 以 及 對(duì) 氣 動(dòng) 系 統(tǒng) 的 要 求 。二、設(shè)計(jì)氣控回路 （ 一 ） 列 出 氣 動(dòng) 執(zhí) 行 元 件 的 工 作 程 序 圖 （ 并 用 字 母 表 示 ） 。 （ 二 ） 畫 信 號(hào) 動(dòng) 作 狀 態(tài) 線 圖 。 （ 三 ） 應(yīng) 用 邏 輯 符 號(hào) 按 行 程 程 序 畫 出 邏 輯 的 原 理 圖 。 （ 四 ） 根 據(jù) 邏 輯 原 理 圖 并 參 考 各 種 氣 動(dòng) 基 本 回 路 （ 和 常 用 回 路 ） 繪 制 氣 動(dòng) 回 路 原 理 圖 。 （ 五 ） 為 得 到 最 合 理 的 氣 動(dòng) 回 路 ， 設(shè) 計(jì) 時(shí) ， 可 根

15、 據(jù) 邏 輯 原 理 圖 作 出 幾 種 方 案 進(jìn) 行 比 較 ，如 對(duì) 氣 控 制 、 電 -氣 控 制 和 射 流 控 制 方 案 進(jìn) 行 合 理 的 選 定 。 三、選擇、設(shè)計(jì)執(zhí)行元件 四、選擇控制元件 1. 確 定 控 制 元 件 類 型 ， 其 中 對(duì) 于 全 氣 閥 控 制 、 電 磁 氣 閥 控 制 、 邏 輯 元 件 或 射 流 元 件 控 制 要 根 據(jù) 表 14-1進(jìn) 行 比 較 而 定 。 表 14-1 幾 種 氣 控 元 件 選 用 比 較 表 控 制 方 式比 較 項(xiàng) 目 電 磁 氣 閥 控制 氣 控 氣 閥 控制 氣 控 邏 輯 元 件控 制 氣 控 射 流 元件

16、 控 制安 全 可 靠 性 較 好（ 交 流 的 易燒 線 圈 ） 較 好 較 好 一 般惡 劣 環(huán) 境 適 應(yīng) 性（ 易 燃 、 易 爆 、潮 濕 等 ） 較 差 較 好 較 好 好（ 抗 沖 擊 、抗 振 動(dòng) ）氣 源 凈 化 要 求 一 般 一 般 一 般 高遠(yuǎn) 距 離 控 制 性 速度 傳 遞 好 ， 快 一 般 ， 10幾 毫 秒 一 般 ， 幾 毫秒 10幾 毫 秒 較 好 ， 可 達(dá) 1毫 秒 控 制 元 件 體 積 一 般 大 較 小 小元 件 無(wú) 功 耗 氣 量 很 小 很 小 小 大元 件 帶 負(fù) 載 能 力 高 高 較 高 有 限價(jià) 格 稍 貴 一 般 便 宜 便 宜 2

17、. 確 定 控 制 元 件 的 通 徑表 10-2標(biāo) 準(zhǔn) 控 制 閥 各 種 通 徑 對(duì) 應(yīng) 的 額 定 流 量 公 稱通 徑毫 米 3 6 8 10 15 20 25 32 40 5010-3米 3 /秒 0.1944 0.6944 1.3889 1.9444 2.7778 5.5555 8.3333 13.889 19.444 27.778米 3 /小 時(shí) 0.7 2.5 5 7 10 20 30 50 70 100升 /分 11.66 41.67 83.34 116.67 166.68 213.36 500 833.4 11 66.7 1666.8注 ： 額 定 流 量 是 限 制 流

18、速 在 15 25米 /秒 范 圍 以 內(nèi) 所 測(cè) 得 閥 的 流 量 。 五、選擇氣動(dòng)輔件 （ 一 ） 分 水 濾 氣 器 其 類 型 主 要 根 據(jù) 過 濾 精 度 要 求 而 定 。（ 二 ） 油 霧 器 根 據(jù) 油 霧 顆 徑 大 小 和 流 量 來(lái) 選 取 。 （ 三 ） 消 聲 器 可 根 據(jù) 工 作 場(chǎng) 合 選 用 不 同 形 式 的 消 聲 器 ， 其 通 徑 大 小 根 據(jù) 通 過 的 流 量 而定 ， 可 查 有 關(guān) 手 冊(cè) 。 （ 四 ） 儲(chǔ) 氣 罐 其 理 論 容 積 可 按 第 五 章 經(jīng) 驗(yàn) 公 式 計(jì) 算 ， 具 體 結(jié) 構(gòu) 、 尺 寸 可 查 壓 縮 空 氣站 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) 。 六 、 確 定 管 道 直 徑 、 計(jì) 算 壓 力 損 失 七 、 選 擇 空 壓 機(jī) （ 一 ） 計(jì) 算 空 壓 機(jī) 的 供 氣 量 Qj， 以 選 擇 空 壓 機(jī) 的 額 定 排 氣 量 （ 二 ） 計(jì) 算 空 壓 機(jī) 的 供 氣 壓 力 ， 以 選 擇 空 壓 機(jī) 的 排 氣 壓 力