第12章

氣動(dòng)基本回路和氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)例Examplesofpneumaticbasiccircuitandpneumaticdrivesystem目錄/CONTENTS換向控制回路01壓力控制回路02氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)例04速度控制回路03換向控制回路12.1Reversecontrolloop氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)與液壓傳動(dòng)系統(tǒng)一樣，都是由各種不同基本功能的回路組成的，而且可以相互參考和借鑒。了解氣動(dòng)系統(tǒng)常用回路的類型和功能，合理選擇各種氣動(dòng)元件并根據(jù)其功能組合成氣動(dòng)回路，可實(shí)現(xiàn)預(yù)定的方向控制、壓力控制、速度控制等功能。第12章氣動(dòng)基本回路和氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)例氣動(dòng)執(zhí)行元件的換向主要是利用方向控制閥來實(shí)現(xiàn)的。如同液壓系統(tǒng)一樣，方向控制閥按照通路數(shù)也分為二通閥、三通閥、四通閥、五通閥等，利用這些方向控制閥可以構(gòu)成單作用執(zhí)行元件和雙作用執(zhí)行元件的各種換向控制回路。12.1換向控制回路圖12-1（a）所示為二位三通電磁閥控制的單作用氣缸上行、下行回路。電磁鐵通電時(shí)，氣缸桿向上；反之，氣缸桿向下。圖12-1（b）所示為三位四通電磁閥控制的單作用氣缸回路，可以控制氣缸上、下、停止。該閥在兩磁鐵都斷電時(shí)自動(dòng)對(duì)中，能使氣缸停止在任何位置，但定位精度不高，并且定位時(shí)間不長。12.1換向控制回路1.單作用氣缸換向回路圖12-2所示為雙作用氣缸換向回路，在實(shí)際中可以根據(jù)執(zhí)行元件的動(dòng)作與操作方式等，對(duì)這些回路進(jìn)行靈活選用和組合。圖12-2（a）、圖12-2（b）所示為簡單換向回路。圖12-2（c）所示為雙穩(wěn)回路，雙穩(wěn)回路的作用在于其“記憶”機(jī)能。在有置位（或復(fù)位）信號(hào)作用后，系統(tǒng)輸出對(duì)應(yīng)的某一工作狀態(tài)。在該信號(hào)取消后，其他復(fù)位（或置位）信號(hào)作用前，原輸出狀態(tài)保持不變。圖12-2雙作用氣缸換向回路12.1換向控制回路2.雙作用氣缸換向回路壓力控制回路12.2pressurecontrolloop對(duì)系統(tǒng)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制的回路稱為壓力控制回路。壓力控制回路是使氣動(dòng)系統(tǒng)中有關(guān)回路的壓力保持在一定的范圍內(nèi)，或者根據(jù)需要使回路得到高低不同的空氣壓力的基本回路。12.2壓力控制回路一次壓力控制是指把空氣壓縮機(jī)的輸出壓力控制在一定值以下。在一般情況下，空氣壓縮機(jī)的出口壓力為0.8MPa左右，并設(shè)置儲(chǔ)氣罐，儲(chǔ)氣罐上裝有壓力表、安全閥等。氣源的選取可根據(jù)使用單位的具體條件，采用壓縮空氣站集中供氣或小型空氣壓縮機(jī)單獨(dú)供氣，只要它們的儲(chǔ)量能夠與用氣系統(tǒng)壓縮空氣的消耗量相匹配即可。在空氣壓縮機(jī)的容量選定以后，在正常向系統(tǒng)供氣時(shí)，儲(chǔ)氣罐中的壓縮空氣壓力由壓力表顯示出來，其值一般低于安全閥的調(diào)定值，因而安全閥通常處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)用氣量明顯減少，儲(chǔ)氣罐中的壓縮空氣過量而使壓力升高到超過安全閥的調(diào)定值時(shí)，安全閥自動(dòng)開啟溢流，使罐中壓力迅速下降；當(dāng)罐中壓力降至安全閥的調(diào)定值以下時(shí)，安全閥自動(dòng)關(guān)閉，使罐中壓力保持在規(guī)定范圍內(nèi)?？梢?，安全閥的調(diào)定值要適當(dāng)。若該值調(diào)得過高，則系統(tǒng)不夠安全，壓力損失和泄漏也會(huì)增加；若該值調(diào)得過低，則會(huì)使安全閥頻繁開啟溢流而消耗能量。安全閥壓力的調(diào)定值一般可根據(jù)氣動(dòng)系統(tǒng)工作壓力范圍，調(diào)整在0.7MPa左右。安全閥用于控制空壓站氣罐，使其壓力不超過規(guī)定壓力，如圖12-3所示,常采用外控式溢流閥1來控制，也可用電觸點(diǎn)壓力表2代替溢流閥1來控制空壓機(jī)電機(jī)的啟、停。此回路結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。12.2壓力控制回路1.一次壓力控制回路二次壓力控制回路是指每臺(tái)氣動(dòng)設(shè)備的氣源進(jìn)口處的壓力調(diào)節(jié)回路。二次壓力控制是指把空氣壓縮機(jī)輸送出來的壓縮空氣，經(jīng)一次壓力控制后作為減壓閥的輸入壓力P1，再將經(jīng)減壓閥減壓、穩(wěn)壓后所得到的輸出壓力P2（稱為二次壓力）作為氣動(dòng)控制系統(tǒng)的工作氣壓使用。可見，氣源的供氣壓力P1應(yīng)高于二次壓力P2所必需的調(diào)定值。在選用圖12-4所示的回路時(shí)，可以用三個(gè)分離元件（空氣過濾器、減壓閥和油霧器）組合而成，也可以采用氣動(dòng)三聯(lián)件的組合件。在組合時(shí)，三個(gè)元件的相對(duì)位置不能改變。由于空氣過濾器的過濾精度較高，因此，在它的前面還要加一級(jí)粗過濾裝置。若控制系統(tǒng)不需要加油霧器，則可省去油霧器或在油霧器之前用三通接頭引出支路即可。12.2壓力控制回路2.二次壓力控制回路圖12-5所示為利用減壓閥控制高、低壓力輸出的回路。在實(shí)際應(yīng)用中，某些氣動(dòng)控制系統(tǒng)需要有高、低壓力的選擇。例如，在加工塑料門窗的三點(diǎn)焊機(jī)的氣動(dòng)控制系統(tǒng)中，用于控制工作臺(tái)移動(dòng)的回路的工作壓力為0.25～0.3MPa，而用于控制其他執(zhí)行元件的回路的工作壓力為0.5～0.6MPa。對(duì)于這種情況，若采用調(diào)節(jié)減壓閥的辦法來解決，會(huì)感到十分煩瑣。因此，可采用圖12-5所示的高低壓轉(zhuǎn)換回路，該回路只要分別調(diào)節(jié)兩個(gè)減壓閥，就能得到所需的高壓和低壓的輸出，該回路適用于負(fù)載差別較大的場合。12.2壓力控制回路3.高低壓轉(zhuǎn)換回路圖12-6所示為壓力控制順序回路。手控?fù)Q向閥1動(dòng)作后，氣控?fù)Q向閥2換向，A缸活塞桿伸出從而完成A1動(dòng)作；A缸左腔中壓力升高，順序閥3動(dòng)作推動(dòng)閥4換向，B缸活塞桿伸出從而完成B1動(dòng)作，同時(shí)使閥2換向從而完成A0動(dòng)作。最后A缸右腔壓力升高，順序閥5動(dòng)作，使閥4換向完成B0動(dòng)作。此處的閥3和5調(diào)整至一定壓力后動(dòng)作。12.2壓力控制回路4.壓力控制順序回路圖12-6所示為壓力控制順序回路。手控?fù)Q向閥1動(dòng)作后，氣控?fù)Q向閥2換向，A缸活塞桿伸出從而完成A1動(dòng)作；A缸左腔中壓力升高，順序閥3動(dòng)作推動(dòng)閥4換向，B缸活塞桿伸出從而完成B1動(dòng)作，同時(shí)使閥2換向從而完成A0動(dòng)作。最后A缸右腔壓力升高，順序閥5動(dòng)作，使閥4換向完成B0動(dòng)作。此處的閥3和5調(diào)整至一定壓力后動(dòng)作。12.2壓力控制回路5.過載保護(hù)回路速度控制回路12.3Speedcontrolloop控制氣動(dòng)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度的一般方法是控制進(jìn)入或排出執(zhí)行元件的氣流量。因此，利用流量控制閥來改變進(jìn)氣管和排氣管的有效截面積，就可以實(shí)現(xiàn)速度控制。氣動(dòng)執(zhí)行元件12.3速度控制回路運(yùn)動(dòng)速度氣流量實(shí)現(xiàn)速度控制（1）節(jié)流閥調(diào)速。圖12-8（a）所示為兩只反向安裝的單向節(jié)流閥，通過調(diào)節(jié)各單向節(jié)流閥的開度大小，調(diào)節(jié)氣體流量，可以分別控制活塞桿伸出和退回的運(yùn)動(dòng)速度。該回路的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和速度剛度都較差，易受外負(fù)載變化的影響，用于對(duì)速度穩(wěn)定性要求不高的場合。（2）快速排氣閥節(jié)流調(diào)速。圖12-8（b）所示為氣缸的活塞桿上升時(shí)通過節(jié)流閥調(diào)速，活塞桿下降時(shí)通過快速排氣閥排氣，實(shí)現(xiàn)快速退回。12.3速度控制回路1.單作用氣缸的速度控制回路在氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中采用排氣節(jié)流調(diào)速的方法來控制氣缸運(yùn)動(dòng)的速度，活塞的運(yùn)動(dòng)速度比較平穩(wěn)，振動(dòng)小，比進(jìn)氣節(jié)流調(diào)速效果要好。圖12-9（a）、圖12-9（b）所示的雙作用氣缸的調(diào)速回路在原理上沒有區(qū)別，只是圖12-9（a）所示為換向閥前節(jié)流控制回路，采用單向節(jié)流閥。圖12-9（b）所示為換向閥后節(jié)流控制回路，采用排氣節(jié)流閥。這兩種調(diào)速回路的調(diào)速效果基本相同，都屬于排氣節(jié)流調(diào)速。從成本上考慮，圖12-9（b）所示的回路要經(jīng)濟(jì)一些。12.3速度控制回路2.雙作用氣缸的速度控制回路如圖12-10所示，快速往復(fù)動(dòng)作回路通過兩個(gè)快速排氣閥來控制氣缸伸縮的速度。若想實(shí)現(xiàn)氣缸單向快速運(yùn)動(dòng)，可去掉圖中的一個(gè)快速排氣閥。12.3速度控制回路3.快速往復(fù)動(dòng)作回路如圖12-11所示，速度換接回路主要由兩個(gè)二位二通閥和單向節(jié)流閥并聯(lián)組成，當(dāng)撞塊壓下行程開關(guān)時(shí)，發(fā)出電信號(hào)，使二位二通閥換向，改變排氣通路，從而改變氣缸速度。行程開關(guān)的位置可根據(jù)需要而定。12.3速度控制回路4.速度換接回路在圖12-12所示的緩沖回路中，活塞行至行程末端時(shí)，其左腔壓力已經(jīng)降低到打不開順序閥2的程度，余氣只能經(jīng)節(jié)流閥1排出，因此活塞得到緩沖。此回路適用于氣缸行程末端要求獲得緩沖的場合，如行程長、速度快、慣性大的場合。12.3速度控制回路5.緩沖回路氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)例12.4Exampleofpneumatictransmissionsystem由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)使用安全、可靠，可以在高溫、振動(dòng)、易燃易爆、多塵、強(qiáng)磁和多輻射等惡劣的環(huán)境下工作，因而應(yīng)用比較廣泛。12.4氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)例拉門自動(dòng)啟閉氣動(dòng)裝置通過連桿機(jī)構(gòu)將氣缸活塞桿的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成拉門的啟閉運(yùn)動(dòng)，利用超低壓氣動(dòng)換向閥來檢測行人的踏板動(dòng)作。其氣動(dòng)系統(tǒng)如圖12-13所示，在拉門內(nèi)、外裝踏板11和12，踏板下方裝有完全封閉的橡膠管，橡膠管的一端與超低壓氣動(dòng)換向閥10和13的控制口連接。當(dāng)人站在踏板上時(shí)，橡膠管里的壓力上升，超低壓氣動(dòng)換向閥動(dòng)作。其具體工作過程：首先使手動(dòng)閥2上位接入工作狀態(tài)，壓縮空氣通過氣動(dòng)換向閥3和單向節(jié)流閥4進(jìn)入氣缸5的無桿腔，將活塞桿推出（門關(guān)閉）。當(dāng)人站在踏板11上時(shí)，超低壓氣動(dòng)換向閥10動(dòng)作，壓縮空氣通過梭閥9、單向節(jié)流閥8和氣罐7，使閥3換向，壓縮空氣進(jìn)入氣缸5的有桿腔，活塞桿退回（門打開）。12.4氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)例1.拉門自動(dòng)啟閉氣動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械手是自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)線上的重要裝置之一，它可以根據(jù)各種自動(dòng)化設(shè)備的工作需要模擬人手的部分動(dòng)作，按照預(yù)定的控制程序、軌跡和工藝要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)，完成工件的上料、卸料和自動(dòng)換刀。因此，它在機(jī)械加工、沖壓、鍛造、鑄造、裝配和熱處理等生產(chǎn)過程中被廣泛應(yīng)用，以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。氣動(dòng)機(jī)械手是機(jī)械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，動(dòng)作迅速、平穩(wěn)、可靠，節(jié)能和不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。圖12-14所示為氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)由A、B、C、D四個(gè)氣缸組成，能實(shí)現(xiàn)手指夾持、手臂伸縮、立柱升降和立柱回轉(zhuǎn)四個(gè)動(dòng)作。其中，A缸為抓取工件的松緊缸；B缸為可實(shí)現(xiàn)手臂伸出與縮回的長臂伸縮缸；C缸為立柱升降缸；D缸為立柱回轉(zhuǎn)缸，該缸為齒輪齒條缸，在帶有齒條的活塞桿兩端上有兩個(gè)活塞，齒條的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)立柱上的齒輪旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)立柱及手臂的回轉(zhuǎn)。12.4氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)例2.氣動(dòng)機(jī)械手氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)圖12-15所示為一種通用機(jī)械手的氣動(dòng)系統(tǒng)。此機(jī)械手手指部分為真空吸頭，即無松緊缸。其工作循環(huán)為：立柱上升—伸臂—立柱順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)—真空吸頭吸取工件—立柱逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)—縮臂—立柱下降。該氣動(dòng)回路由換向回路和調(diào)速回路組成。12.4氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)例2.氣動(dòng)機(jī)械手氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)該機(jī)械手電磁鐵的動(dòng)作順序見表12-1。氣動(dòng)機(jī)械手工作循環(huán)分析如下：（1）按下啟動(dòng)按鈕，4YA通電，閥7處于上位，壓縮空氣進(jìn)入垂直缸C下腔，活塞桿上升。（2）當(dāng)垂直缸C活塞桿上的擋塊碰到電氣行程開關(guān)c1時(shí)，4YA斷電，5YA通電，閥2處于左位，水平缸B活塞桿（手臂）伸出，帶動(dòng)真空吸頭進(jìn)入工作點(diǎn)來吸取工件。1，2，7—三位四通雙電控?fù)Q向閥；3，4，5，6—單向節(jié)流閥（3）當(dāng)水平缸B活塞上的擋塊碰到電氣行程開關(guān)b1時(shí)，5YA斷電，1YA通電，閥1處于左位，回轉(zhuǎn)缸D（立柱）順時(shí)針方向回轉(zhuǎn)，使真空吸頭進(jìn)入卸料點(diǎn)卸料。（4）當(dāng)回轉(zhuǎn)缸D活塞桿上的擋塊壓下電氣行程開關(guān)d1時(shí)，1YA斷電，2YA通電，閥1處于右位，回轉(zhuǎn)缸D復(fù)位。當(dāng)回轉(zhuǎn)缸活塞桿上的擋塊碰到電氣行程開關(guān)d0時(shí)，6YA通電，2YA斷電，閥2處于右位，水平缸B活塞桿（手臂）縮回。（5）水平缸B活塞桿（手臂）縮回時(shí)，擋塊碰到電氣行程開關(guān)b0，6YA斷電,3YA通電，閥7處于下位，垂直缸C活塞桿（立柱）下降，達(dá)到原位時(shí)，擋塊碰到電氣行程開關(guān)c0,使3YA斷電，此時(shí)完成一個(gè)工作循環(huán)。重新加載啟動(dòng)信號(hào)，可進(jìn)行重復(fù)的工作循環(huán)。通過調(diào)整電氣行程開關(guān)的位置和調(diào)節(jié)單向節(jié)流閥的開度，就可以改變各個(gè)氣缸的行程和運(yùn)行速度。12.4氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)例2.氣動(dòng)機(jī)械手氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)12.4氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)例表12-1機(jī)械手電磁鐵的動(dòng)作順序表常用的開關(guān)有磁性開關(guān)、壓力開關(guān)和流量開關(guān)等。（1）磁性開關(guān)。磁性開關(guān)是用來檢測氣缸活塞的位置，即檢測活塞的運(yùn)動(dòng)行程的，包括觸點(diǎn)式行程開關(guān)和無觸點(diǎn)式行程開關(guān)。（2）壓力開關(guān)。壓力開關(guān)用于檢測壓力大小