第四章 气动自动化设备及生产线

第四章气动自动化设备及生产线气动技术概况气动执行元件气动控制元件气动检测元件电气控制系统PLC控制系统常用气动自动化设备及生产线实例气动系统组成气动系统由下面几种元件及装置组成气源装置压缩空气的发生装置以及压缩空气的存贮、净化的辅助装置。它为系统提供合乎质量要求的压缩空气。执行元件将气体压力能转换成机械能并完成做功动作的元件，如气缸、气马达。控制元件控制气体压力、流量及运动方向的元件，如各种阀类；能完成一定逻辑功能的元件，即气动逻辑元件；感测、转换、处理气动信号的元器件，如气动传感器及信号处理装置。气动辅件气动系统中的辅助元件，如消声器、管道、接头等。气源装置气源装置为气动系统提供满足一定质量要求的压缩空气，是气动系统的重要组成部分。气动系统对压缩空气的主要要求：具有一定压力和流量，并具有一定的净化程度。气源装置由以下四部分组成气压发生装置——空气压缩机；净化、贮存压缩空气的装置和设备；管道系统；气动三大件。气压发生装置空气压缩机将机械能转化为气体的压力能，供气动机械使用。空气压缩机的分类分容积型和速度型。空气压缩机的选用原则依据是气动系统所需要的工作压力和流量两个参数。压缩空气的净化装置和设备气动系统对压缩空气质量的要求：压缩空气要具有一定压力和足够的流量，具有一定的净化程度。不同的气动元件对杂质颗粒的大小有具体的要求。混入压缩空气中的油分、水分、灰尘等杂质会产生不良影响，必须要设置除油、除水、除尘，并使压缩空气干燥的提高压缩空气质量、进行气源净化处理的辅助设备。一般包括后冷却器、油水分离器、贮气罐、干燥器管道系统和气动三大件管道系统的布置原则。气动三大件：分水过滤器作用是除去空气中的灰尘、杂质，并将空气中的水分分离出来。原理：回转离心、撞击，性能指标：过滤度、水分离率、滤灰效率、流量特性油雾器特殊的注油装置。原理当压缩空气流过时，它将润滑油喷射成雾状，随压缩空气流入需要的润滑部件，达到润滑的目的。性能指标：流量特性、起雾油量减压阀起减压和稳压作用。气动辅件消声器气缸、气阀等工作时排气速度较高，气体体积急剧膨胀，会产生刺耳的噪声。消声器是通过阻尼或增加排气面积来降低排气的速度和功率，从而降低噪声的。消声器的类型：吸收型；膨胀干涉型；膨胀干涉吸收性。气动执行元件气动执行元件是将压缩空气的压力能转换为机械能的装置。包括气缸和气马达。实现直线运动和做功的是气缸；实现旋转运动和做功的是气马达。气缸的分类：活塞式和膜片式活塞式又分单活塞式和双活塞式单活塞式又分有活塞杆和无活塞杆无活塞杆气缸原理铝制缸筒2沿轴向方向开槽，为防止内部压缩空气泄漏和外部杂物侵入，槽被内部抗压密封件4和外部防尘密封件7密封，塑料的内外密封件互相夹持固定着。无杆活塞3两端带有唇型密封圈，活塞两端分别进、排气，活塞将在缸筒内往复移动。通过缸筒槽的传动舌片5，该运动被传递到承受负载的导架6上。此时，传动舌片将密封件4、7挤开，但它们在缸筒的两端仍然是互相夹持的。因此传动舌片与导架组件在气缸上移动时无压缩空气泄漏。无活塞杆气缸的结构图气动马达气动马达的特点和应用可无级调速；可双向旋转；有过载保护作用，过载时转速降低或停转；具有较高的启动转矩，可直接带负载启动；输出功率相对较小，转速范围较宽；耗气量大，效率低，噪声大；工作可靠，操作方便。气动马达在使用中必须得到良好的润滑气动控制阀压力控制阀减压阀—气动三大件之一，用于稳定用气压力。溢流阀—只作安全阀用。顺序阀—由于气缸（马达）的软特性，很难用顺序阀实现两个执行元件的顺序动作流量控制阀流量控制阀用于控制执行元件运动速度。节流阀单向节流阀排气节流阀方向控制阀：方向控制阀：换向阀气压控制换向阀（加压控制、泄压控制、差压控制）电磁控制换向阀，电、气控制换向阀机械控制换向阀人力控制换向阀单向阀梭阀两个单向阀的组合，相当于“或门”。快速排气阀气动逻辑元件它是通过元件内部的可动部件的动作改变气流方向来实现一定逻辑功能的气动控制元件。按结构形式可分高压截止式逻辑元件、膜片式逻辑元件、滑阀式逻辑元件和射流元件。气动逻辑元件的特点元件流道孔道较大，抗污染能力较强（射流元件除外）；元件无功耗气量低；带负载能力强；连接、匹配方便简单，调试容易，抗恶劣工作环境能力强；运算速度较慢，在强烈冲击和振动条件下，可能出现误动作。高压截止式逻辑元件与门当a、b同时有信号，S口有信号输出；当a、b口只有一个有气信号时，S口均无信号输出。逻辑表达式S=a·b逻辑符号是门当a口有信号输入，气源气流（图示b口改为气源p）就从S口输出。逻辑表达式S=a逻辑符号或门或门当a、b口有一个有气信号，S口就有信号输出。若a、b两个口均有输入，则信号强者将关闭信号弱者的阀口，S口仍然有气信号输出。逻辑表达式S=a+b逻辑符号非门非门当a口有信号输入，S口无信号输出；当a口无信号输入，S口有信号输出。逻辑表达式S=a逻辑符号禁门a信号禁止b信号输出；无a信号则有b信号输出（将图示气源口p改为信号口b）。逻辑表达式S=a．b逻辑符号或非元件或非元件该元件有三个输入口，一个输出口，一个气源口。三个输入口中任一个有气信号，S口就无输出。逻辑表达式S=a+b+c逻辑符号气动基本回路气动基本回路压力和力控制回路换向回路速度控制回路位置控制回路基本逻辑回路一次压力控制回路一次压力控制回路电接触式压力表根据贮气罐压力控制空压机的起、停，一旦贮气罐压力超过一定值时，溢流阀起安全保护作用。简单压力控制回路采用溢流式减压阀对气源实行定压控制。过载保护回路过载保护回路正常工作时，阀1得电，使阀2换向，气缸活塞杆外伸。如果活塞杆受压的方向发生过载，则顺序阀动作，阀3切换，阀2的控制气体排出，在弹簧力作用下换至图示位置，使活塞杆缩回。力控制回路气动系统一般压力较低，所以往往是通过改变执行元件的受力面积来增加输出力。换向回路单作用气缸换向回路用三位五通换向阀可控制单作用气缸伸、缩、任意位置停止。换向回路双作用气缸换向回路用三位五通换向阀除控制双作用缸伸、缩换向外，还可实现任意位置停止。速度控制回路气阀调速回路单作用气缸调速回路用两个单向节流阀分别控制活塞杆的升降速度。速度控制回路单作用气缸快速返回回路活塞返回时，气缸下腔通过快速排气阀排气。气液联动速度控制回路串联调速回路通过两个单向节流阀，利用液压油不可压缩的特点，实现两个方向的无级调速，油杯为补充漏油而设。信号输出。逻辑表达式S=a+b逻辑符号气液缸串联变速回路当活塞杆右行到撞块A碰到机动换向阀后开始作慢速运动。改变撞块的安装位置，即可改变开始变速的位置。气液联动速度控制回路气液缸并联且有中间位置停止的变速回路气缸活塞杆端滑块空套在液压阻尼缸活塞杆上，当气缸运动到调节螺母6处时，气缸由快进转为慢进。液压阻尼缸流量由单向节流阀2控制，蓄能器能调节阻尼缸中油量的变化。位置控制回路串联气缸定位气缸由多个不同行程的气缸串联而成。换向阀1、2、3依次得电和同时失电，可得到四个定位位置。位置控制回路任意位置停止回路当气缸负载较小时，可选择图a所示回路，当气缸负载较大时，应选择图b所示回路。常用基本回路安全保护回路同步动作回路往复动作回路安全保护回路双手操作回路只有同时按下两个启动用手动换向阀，气缸才动作，对操作人员的手起到安全保护作用。应用在冲床、锻压机床上。互锁回路互锁回路该回路利用梭阀1、2、3和换向阀4、5、6实现互锁，防止各缸活塞同时动作，保证只有一个活塞动作。同步动作回路简单的同步回路采用刚性零件把两尺寸相同的气缸的活塞杆连接起来。往复动作回路单往复动作回路按下手动阀，二位五通换向阀处于左位，气缸外伸；当活塞杆挡块压下机动阀后，二位五通换至右位，气缸缩回，完成一次往复运动。连续往复动作回路连续往复动作回路手动阀1换向，高压气体经阀3使阀2换向，气缸活塞杆外伸，阀3复位，活塞杆挡块压下行程阀4时，阀2换至左位，活塞杆缩回，阀4复位，当活塞杆缩回压下行程阀3时，阀2再次换向，如此循环往复。气动程序控制回路：工业应用实例问题提出：工业应用装置中的送料机构：用A、B两个气缸将工件从料仓中传递到滑槽。按下按钮，气缸A伸出，将工件从料仓推出，等待气缸B将其推入输送滑槽。工件传递到位后，A缸回缩，接着B缸回缩。要求：两个气缸的运动速度可以调节，同时需要检测伸出或回缩是否已经到位。工业应用实例分析与设计设备分析此工作站由几个执行元件组成：推料气缸——A推料气缸——B工业应用实例分析与设计设备分析初始状态分析：推料气缸——A，处于缩回，为A－推料气缸——B，处于缩回，为B－工业应用实例设计与分析设备分析工作过程分析，画出位移－步骤图：A＋，B＋，A－，B－总结：气动程序控制回路的设计步骤问题提出分析：确定气动控制系统目标确定：气动控制系统特殊要求设计：设计一个气动系统方案方案实现：构造、组装和检查评价：核实气动系统性能