氣壓傳動(dòng)及控制

—典型氣動(dòng)回路一個(gè)完整的氣動(dòng)系統(tǒng)是由一個(gè)或多個(gè)氣動(dòng)回路組成，每個(gè)回路又是由多個(gè)氣動(dòng)元件構(gòu)成。構(gòu)成回路的方法多種多樣，在以往的經(jīng)驗(yàn)上總結(jié)出一些典型的回路，但這也只能完成一些典型的功能。而實(shí)際中為完成某些特殊的功能還要靠設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造性來(lái)設(shè)計(jì)相應(yīng)的回路。回路設(shè)計(jì)的好壞取決于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)、對(duì)氣動(dòng)元件和系統(tǒng)的理解程度和創(chuàng)造性。主要內(nèi)容本部分的主要內(nèi)容基本回路功能回路應(yīng)用回路氣動(dòng)回路常用的控制方法主要內(nèi)容單作用氣缸回路采用二位三通電磁閥控制的單作用氣缸回路，電磁閥通電時(shí)靠氣壓使活塞桿伸出，斷電時(shí)靠彈簧作用縮回。采用兩個(gè)二位二通電磁閥的控制回路，此時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題是兩個(gè)電磁閥不能同時(shí)通電?；净芈?-單作用氣缸回路基本回路--單作用氣缸回路雙作用氣缸回路雙作用氣缸回路是指通過(guò)控制氣缸兩腔的供氣和排氣來(lái)實(shí)現(xiàn)氣缸的伸出和縮回運(yùn)動(dòng)的回路。一般采用二位四通、二位五通或三位五通換向閥控制。用三位五通電磁閥控制，由于有中位機(jī)能可以滿足一些特殊要求。還可分為單電控?fù)Q向閥和雙電控電磁換向閥的控制回路。由于雙電控二位換向閥具有記憶功能，如果在氣缸伸出的途中突然失電，氣缸仍將保持原來(lái)的位置狀態(tài)。而單電控?fù)Q向閥則立即復(fù)位，氣缸自動(dòng)縮回。如氣缸用于夾緊機(jī)構(gòu)，考慮到失電保護(hù)控制，則選用雙電控閥為好?；净芈法C雙作用氣缸回路基本回路–雙作用氣缸回路排出回路氣動(dòng)系統(tǒng)中用過(guò)的壓縮空氣可直接排入大氣，這是氣動(dòng)控制的優(yōu)點(diǎn)。但是排氣時(shí)排出的霧化油份和噪聲對(duì)環(huán)境的污染，必須加以控制。氣動(dòng)回路產(chǎn)生噪聲的主要原因有壓縮機(jī)的噪聲和氣動(dòng)元件等的排氣噪聲。降低元件的排氣噪聲可采用安裝消聲器的方法來(lái)解決，可分為分散排氣消音回路，和集中排氣回路。集中排氣回路中常加有過(guò)濾裝置以除去油，減少排出的油份對(duì)周圍環(huán)境的污染。在食品、醫(yī)藥和半導(dǎo)體等應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)盡量采用不供油潤(rùn)滑的空氣壓縮機(jī)和不供油氣動(dòng)元件以盡量減少排氣對(duì)產(chǎn)品的不良影響?；净芈法C排出回路

分散排氣消音回路集中排氣回路基本回路–排出回路差動(dòng)回路差動(dòng)回路是指氣缸的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方向采用不同壓力供氣，從而利用差壓進(jìn)行工作的回路。當(dāng)雙作用缸僅在活塞的一個(gè)移動(dòng)方向上有負(fù)載時(shí)，采用該回路可減少空氣的消耗量。但是在氣缸速度比較低的時(shí)候，容易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。A圖所示為采用二位三通閥和減壓閥組成的差動(dòng)回路。氣缸有桿腔被減壓閥設(shè)定為較低的供氣壓力。電磁閥通電時(shí)高壓空氣流入氣缸無(wú)桿腔，活塞桿伸出。電磁閥斷電時(shí)氣缸無(wú)桿腔的高壓空氣經(jīng)排氣口排出，活塞在較低的供氣壓力作用下縮回。在氣缸伸出的過(guò)程中，如果氣缸有桿腔的配管容積小，有桿腔的壓力上升使氣缸兩腔壓力達(dá)到平衡狀態(tài)，氣缸將停止運(yùn)動(dòng)。為防止此現(xiàn)象的產(chǎn)生，可以設(shè)置氣罐。B圖所示為采用減壓閥帶止回閥的差動(dòng)回路，電磁閥斷電后，氣缸以較低供氣壓力縮回。基本回路–差動(dòng)回路AB基本回路–差動(dòng)回路功能回路是控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力、速度、加速度、運(yùn)動(dòng)方向和位置的回路。包括：速度控制回路力控制回路轉(zhuǎn)矩控制回路位置控制回路等?；净芈法C功能回路速度控制回路控制氣缸速度的一般方法是改變氣缸進(jìn)排氣管路的阻力。因此，利用調(diào)速閥等流量控制閥來(lái)改變進(jìn)排氣管路的有效斷面積，即可實(shí)現(xiàn)速度控制?？梢苑譃檫M(jìn)氣節(jié)流、排氣節(jié)流調(diào)速回路。常用的為排氣節(jié)流調(diào)速回路。但是這種方式能夠調(diào)節(jié)平均速度的大小，卻不能很好地控制速度的平穩(wěn)性。由于空氣的可壓縮性，在低速及傳動(dòng)負(fù)載變化大的場(chǎng)合普通的節(jié)流調(diào)速回路速度平穩(wěn)性較差。這時(shí)可采用氣液轉(zhuǎn)換回路。這種控制方式不需要液壓動(dòng)力而實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)平穩(wěn)、定位精度高、速度控制容易等目的，同時(shí)也克服了氣動(dòng)難以實(shí)現(xiàn)低速控制的缺點(diǎn)?；净芈法C速度控制回路進(jìn)氣節(jié)流、排氣節(jié)流調(diào)速回路為控制氣缸的速度而進(jìn)行流量控制時(shí)，在氣缸的進(jìn)氣側(cè)進(jìn)行流量控制時(shí)稱為進(jìn)氣節(jié)流，在排氣側(cè)稱為排氣節(jié)流。A圖所示為雙作用氣缸的進(jìn)氣節(jié)流調(diào)速回路。在進(jìn)氣節(jié)流時(shí)，氣缸排氣腔壓力很快降至大氣壓，而進(jìn)氣腔壓力的升高比排氣腔壓力的降低緩慢。當(dāng)進(jìn)氣腔壓力之合力大于活塞靜摩擦力時(shí)，活塞開始運(yùn)動(dòng)。由于動(dòng)摩擦力小于靜摩擦力，所以活塞運(yùn)動(dòng)速度較快，由此使得進(jìn)氣腔急劇增大，而由于進(jìn)氣節(jié)流限制了供氣速度，使得進(jìn)氣腔壓力降低，從而容易造成氣缸的“爬行”現(xiàn)象。一般來(lái)說(shuō)，進(jìn)氣節(jié)流多用于垂直安裝的氣缸支撐腔的供氣回路?；净芈法C速度控制回路B圖所示為雙作用氣缸的排氣節(jié)流調(diào)速回路，在排氣節(jié)流時(shí)，排氣腔內(nèi)可以建立與負(fù)載相適應(yīng)的背壓，在負(fù)載保持不變或微小變動(dòng)的條件下，運(yùn)動(dòng)比較平穩(wěn)，調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度即可調(diào)節(jié)氣缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度。從節(jié)流閥的開度和速度的比例性、初始加速度、緩沖能力等特性來(lái)看，雙作用氣缸的速度控制一般采用排氣節(jié)流控制。但是，對(duì)于單作用氣缸和氣馬達(dá)等，根據(jù)使用目的和條件，也采用進(jìn)氣節(jié)流控制。除用單向節(jié)流閥構(gòu)成的調(diào)速回路外，采用其它流量控制閥也可構(gòu)成調(diào)速回路。C圖為采用排氣節(jié)流閥的調(diào)速回路。但在管路比較長(zhǎng)時(shí)，較大的內(nèi)容積會(huì)對(duì)氣缸的運(yùn)行速度產(chǎn)生影響，此時(shí)不宜采用排氣節(jié)流閥控制。為了提高氣缸的速度，可以在氣缸出口安裝快速排氣閥，這樣氣缸內(nèi)氣體可通過(guò)快速排氣閥直接排放。D圖為采用快速排氣閥構(gòu)成的氣缸快速返回回路?；净芈法C速度控制回路ADCB基本回路–速度控制回路單作用氣缸速度控制回路a圖中，氣缸升降均通過(guò)節(jié)流閥調(diào)速，兩個(gè)反向安裝的單向節(jié)流閥，可分別控制活塞桿的伸出及縮回速度。B圖中，氣缸上升時(shí)可調(diào)速，下降時(shí)則通過(guò)快速排氣閥排氣，使氣缸快速返回。AB基本回路–速度控制回路氣液轉(zhuǎn)換回路由于空氣的可壓縮性，在低速及傳動(dòng)負(fù)載變化大的場(chǎng)合可采用氣液轉(zhuǎn)換回路。這種控制方式不需要液壓動(dòng)力而實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)平穩(wěn)、定位精度高、速度控制容易等目的，從而克服了氣動(dòng)難以實(shí)現(xiàn)低速控制的缺點(diǎn)。基本回路–速度控制回路A圖為采用氣液轉(zhuǎn)換器的速度控制回路。它利用氣液轉(zhuǎn)換器將氣壓變成液壓，利用液壓油驅(qū)動(dòng)液壓缸，從而得到平穩(wěn)且容易控制的活塞運(yùn)動(dòng)速度。通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)節(jié)流閥的開度實(shí)現(xiàn)缸的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方向的速度控制。采用此回路時(shí)應(yīng)注意氣液轉(zhuǎn)換器的容積應(yīng)大于液壓缸的容積，氣油間的密封要好，避免氣體混入油中。B圖為采用氣液阻尼缸的速度控制回路。此回路采用兩缸并聯(lián)形式，調(diào)節(jié)連接油缸兩腔的回路中設(shè)置的可變節(jié)流即可實(shí)現(xiàn)速度控制。其優(yōu)點(diǎn)是比串聯(lián)形式結(jié)構(gòu)緊湊，氣油不易相混。不足之處是如果安裝時(shí)兩缸軸線不平行，由于機(jī)械摩擦導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)速度不平穩(wěn)。基本回路–速度控制回路AB基本回路–速度控制回路力控制回路氣壓傳動(dòng)多數(shù)用氣缸作為執(zhí)行元件，把氣壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，氣缸輸出力是由供排氣壓力和活塞面積來(lái)決定的，因此，控制氣缸力可以通過(guò)改變壓力和受壓面積來(lái)實(shí)現(xiàn)，一般情況下，對(duì)于已選定的氣缸，是通過(guò)改變進(jìn)氣腔的壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)力控制的。A圖所示為由兩個(gè)減壓閥和換向閥構(gòu)成的高低壓轉(zhuǎn)換回路，可控制氣缸輸出大小不同的兩種力。近年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)與氣動(dòng)技術(shù)的結(jié)合，電/氣比例控制技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛。B圖所示為采用壓力比例閥構(gòu)成的力控制回路，氣缸有桿腔的壓力由減壓閥調(diào)為定值，由計(jì)算機(jī)輸出的控制信號(hào)控制比例閥的輸出壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)氣缸無(wú)桿腔壓力的連續(xù)控制。基本回路–力控制回路AB基本回路–力控制回路擺動(dòng)氣缸轉(zhuǎn)矩控制回路通過(guò)調(diào)節(jié)供氣壓力來(lái)改變輸出轉(zhuǎn)矩，如下圖所示。在轉(zhuǎn)矩控制回路中，擺動(dòng)氣缸的速度控制可參考前述速度控制回路。基本回路–轉(zhuǎn)矩控制回路應(yīng)用回路是指在生產(chǎn)和實(shí)踐中經(jīng)常用到的回路，它一般由基本回路和功能回路組合或變形而成。包括：增壓回路同步回路緩沖回路平衡回路安全回路等。應(yīng)用回路同步控制回路是指控制多個(gè)氣缸以相同的速度移動(dòng)或在預(yù)定的位置同時(shí)停止的回路。由于氣體的可壓縮性及負(fù)載的變化等因素，單純利用調(diào)速閥來(lái)調(diào)節(jié)氣缸的速度以達(dá)到各缸同步的方法是很難實(shí)現(xiàn)的。實(shí)現(xiàn)同步控制的可靠方法是采用氣動(dòng)與機(jī)械并用的方法或氣液轉(zhuǎn)換方法。應(yīng)用回路--同步控制回路機(jī)械式同步控制回路下圖所示為采用同軸齒輪連接兩活塞桿上齒條而達(dá)到氣缸同步位移的機(jī)構(gòu)。雖然存在一定的機(jī)械誤差，但可以可靠地達(dá)到同步控制的目的。應(yīng)用回路--同步控制回路氣液轉(zhuǎn)換同步控制回路為了使承受不對(duì)稱負(fù)載（F1≠F2）的工作臺(tái)水平升降而使用兩個(gè)氣缸與液壓缸串聯(lián)而成的氣液缸的同步控制裝置。當(dāng)三位五通電磁閥A端電磁鐵通電后，壓縮空氣通過(guò)管路自下而上作用在兩個(gè)氣液缸的氣缸活塞的無(wú)桿腔，使之克服各自的負(fù)載向上運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，來(lái)自梭閥8的控制氣壓使常開式二通閥4和5關(guān)閉，所以氣液缸1和2的液壓缸部分的上側(cè)液壓油分別被壓送到2和1的液壓缸部分的下側(cè)，可以保證缸1和2向上移動(dòng)同步。同理電磁閥的B端電磁鐵通電時(shí)，可以保證缸向下移動(dòng)同步。這種上下運(yùn)動(dòng)中由于泄漏而造成的液壓油不足可在電磁閥不通電的圖示狀態(tài)下從油箱6自動(dòng)補(bǔ)充。為了排出液壓缸中的空氣，需設(shè)置放氣塞9和10。應(yīng)用回路--同步控制回路氣液轉(zhuǎn)換同步控制回路應(yīng)用回路--同步控制回路在實(shí)際的氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，不單單要完成所要求的動(dòng)作，還要考慮系統(tǒng)和操作人員的安全問(wèn)題。下面是在工程中常用的安全保護(hù)的回路。雙手操作回路過(guò)載保護(hù)回路互鎖回路殘壓排出回路氣缸的飛出防止回路防止下落回路應(yīng)用回路--安全回路雙手操作回路在鍛壓、沖壓設(shè)備中必須設(shè)置有安全保護(hù)回路，以保證操作者雙手的安全。A圖所示回路需要雙手同時(shí)按下手動(dòng)閥時(shí)，才能切換主閥，氣缸活塞才能進(jìn)行下落鍛、沖工件。實(shí)際上給主閥的控制信號(hào)是閥1、2相“與”的信號(hào)。此回路因閥1或2的彈簧折斷不能復(fù)位，單獨(dú)按下一個(gè)手動(dòng)閥時(shí)氣缸活塞也可下落，所以此回路并不十分安全。B圖所示回路需要雙手同時(shí)按下手動(dòng)閥時(shí)，氣罐3中預(yù)先充滿的壓縮空氣經(jīng)節(jié)流閥4及延遲一定時(shí)間后切換閥5，活塞才能落下。如果雙手不同時(shí)按下手動(dòng)閥，或因其中任一個(gè)手動(dòng)閥彈簧折斷不能復(fù)位，氣罐3中的壓縮空氣都將通過(guò)手動(dòng)閥1的排氣口排空，建立不起控制壓力，閥5不能被切換，活塞也不能下落。所以，此回路比上述回路更為安全。應(yīng)用回路--安全回路AB應(yīng)用回路--安全回路過(guò)載保護(hù)回路當(dāng)活塞桿伸出過(guò)程中遇到故障造成氣缸過(guò)載，而使活塞自動(dòng)返回的回路。操作手動(dòng)換向閥1使二位五通換向閥處于左端工作位置時(shí)活塞前進(jìn)，當(dāng)氣缸左腔壓力升高超過(guò)預(yù)定值時(shí)，順序閥3打開，控制氣體可經(jīng)梭閥4將主控閥2切換至右位（圖示位置），使活塞縮回，氣缸左腔的壓力經(jīng)閥2排掉，防止系統(tǒng)過(guò)載。應(yīng)用回路--安全回路應(yīng)用回路--安全回路互鎖回路該回路主要是防止各缸的活塞同時(shí)動(dòng)作，而保證只有一個(gè)活塞動(dòng)作?；芈分饕抢盟箝y1、2、3及換向閥4、5、6進(jìn)行互鎖。如換向閥7被切換，則換向閥4也換向，使A缸活塞伸出。與此同時(shí)A缸的進(jìn)氣管路的氣體使梭閥1、3動(dòng)作，把換向閥5、6鎖住。所以此時(shí)即使有換向閥8、9的信號(hào)，B、C缸也不會(huì)動(dòng)作。如果改變缸的動(dòng)作，必須把前動(dòng)作缸的氣控閥復(fù)位。應(yīng)用回路--安全回路應(yīng)用回路--安全回路殘壓排出回路氣動(dòng)系統(tǒng)工作停止后，在系統(tǒng)內(nèi)殘留有一定量的壓縮空氣，這對(duì)于系統(tǒng)的維護(hù)將造成很多不方便，嚴(yán)重時(shí)可能發(fā)生傷亡事故。A圖采用三通殘壓排放閥的回路，在系統(tǒng)維修或氣缸動(dòng)作異常時(shí)，氣缸內(nèi)的壓縮空氣經(jīng)三通閥排出，氣缸在外力的作用下可以任意移動(dòng)。B圖所示為采用節(jié)流排放閥的回路。當(dāng)系統(tǒng)不工作時(shí)，三位五通閥處于中位。將節(jié)流閥打開，氣缸兩腔的壓縮空氣經(jīng)梭閥和節(jié)流閥排出。應(yīng)用回路--安全回路AB應(yīng)用回路--安全回路氣缸的飛出防止回路在進(jìn)行氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮氣缸起動(dòng)時(shí)的安全問(wèn)題。當(dāng)氣缸有桿腔的壓力為大氣壓時(shí)，氣缸在起動(dòng)時(shí)容易發(fā)生飛出現(xiàn)象，造成設(shè)備的損壞。采用復(fù)合速度控制閥的氣缸防止飛出回路。當(dāng)三位五通電磁閥左端電磁鐵通電后，復(fù)合速度控制閥中的二通閥處于位置1，壓縮空氣經(jīng)固定節(jié)流口向氣缸無(wú)桿腔供氣，氣缸活塞桿低速伸出，當(dāng)氣缸無(wú)桿腔壓力達(dá)到一定值時(shí)，二通閥切換到位置2，變?yōu)檎５某隹诠?jié)流速度控制。應(yīng)用回路--安全回路氣缸的飛出防止回路應(yīng)用回路--安全回路防止下落回路當(dāng)氣缸用于起吊重物的場(chǎng)合，如果突然停電或停氣，氣缸將在負(fù)載重力的作用下伸出，因此需采取安全措施防止氣缸下落，使氣缸能夠保持在原位置。防止氣缸下落可以在回路設(shè)計(jì)時(shí)采用二位二通閥或氣控單向閥封閉氣缸兩腔的壓縮空氣，或者采用內(nèi)部帶有鎖定機(jī)構(gòu)的氣缸。應(yīng)用回路--安全回路A圖為采用兩個(gè)二位二通氣控閥的回路。當(dāng)三位五通電磁閥左端電磁鐵通電后，壓縮空氣經(jīng)梭閥作用在兩個(gè)二通氣控閥上，使它們換向，氣缸向下運(yùn)動(dòng)。同理，當(dāng)電磁閥右端電磁鐵通電后，氣缸向上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電磁閥不通電時(shí)，加在二通氣控閥上的氣控信號(hào)消失，二通氣控閥復(fù)位，氣缸兩腔的氣體被封閉，氣缸保持在原位置。B圖所示為采用氣控單向閥的回路。當(dāng)三位五通電磁閥左端電磁鐵通電后，壓縮空氣一路進(jìn)入氣缸無(wú)桿腔，另一路將右側(cè)的氣控單向閥打開，使氣缸有桿腔的氣體經(jīng)由單向閥排出。當(dāng)電磁閥不通電時(shí)，加在氣控單向閥上的氣控信號(hào)消失，氣缸兩腔的氣體被封閉，氣缸保持在原位置。應(yīng)用回路--安全回路AB應(yīng)用回路--安全回路繼電器控制系統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)是采用繼電