气压与液压传动控制技术第三章(1)

第3章气动传动基本控制回路在气压传动系统中工作部件之所以能按设计要求完成动作，是通过对气动执行元件运动方向、速度以及压力大小的控制和调节来实现的。在现代工业中，气压传动系统为了实现所需的功能有着各不相同的构成形式。但无论多么复杂的系统都是由一些基本的、常用的控制回路组成的，如气缸的直接、间接控制回路，逻辑控制回路，实现气缸顺序动作的行程程序控制回路，调节和控制执行元件运动速度的速度控制回路，调节和控制工作压力的压力控制回路。了解这些回路的功能，熟悉回路中相关元件的作用和结构，对我们更好的分析、使用、维护或设计各种气压传动系统有着根本性的作用。下一页第3章气动传动基本控制回路3．1气动回路图3．2方向控制阀3．3直接控制与间接控制3．4逻辑控制回路上一页3．1气动回路图用图形符号来表示气动系统中的各个元件及其功能，并按设计需要进行组合以构成对一个实际控制问题的解决方案，这就构成了气动系统的回路图。气动控制回路图的绘制是整个气动控制系统设计的核心部分。气动控制回路图的绘制应符合一定的规范。1．气动回路图中的元件应按照中华人民共和国标准《液压与气动图形符号》（GB786-93）进行绘制。2．气动回路图中应包括全部执行元件、主控阀和其它实现该控制回路的控制元件。回路图除特殊需要一般不画出具体控制对象及发信装置的实际位置布置情况。下一页返回3．1气动回路图4．气动回路图应表示整个控制回路处于工作程序最终节拍终了时的静止位置（初始位置）的状态。如气缸最后一个动作是气缸活塞杆的伸出，回路图中就应将该气缸按其活塞杆伸出的状态：画出。5．为方便阅读，气动回路图中元件的图形符号应按能源左下，按顺序各控制元件从下往上、从左到右，执行元件在回路图上部按从左到右的原则布置。6．管线在绘制时尽量用直线，避免交叉，连接处用黑点表示。7．为了便于气动回路的设计和对气动回路进行分析，可以对气动回路中的各元件进行编号，在编号时不同类型的元件所用的代表字母也应遵循一定的规则：泵和空压机P执行元件A原动机M传感器S阀V其它元件Z（或用除上面提到的其它字母）上一页返回F=03．2方向控制阀在气动基本回路中实现气动执行元件运动方向控制的回路是最基本的，只有在执行元件的运动方向符合要求的基础上我们才能进一步对速度和压力进行控制和调节。用于通断气路或改变气流方向，从而控制气动执行元件起动、停止和换向的元件称为方向控制阀。方向控制阀主要有单向阀和换向阀两种。3．2．1单向阀3．2．2换向阀返回3．2．1单向阀单向阀(图3-2)是用来控制气流方向，使之只能单向通过的方向控制阀。在图3-1所示的单向阀工作原理图中，可以看到气体只能从左向右流动，反向时单向阀内的通路会被阀芯封闭。在气压传动系统中单向阀一般和其他控制阀并联，使之只在某一特定方向上起控制作用。返回图3-1返回图形符号图3-1单向阀工作原理图图3-2返回图3-2单向阀实物图3．2．2换向阀用于改变气体通道，使气体流动方向发生变化从而改变气动执行元件的运动方向的元件称为换向阀。换向阀按操控方式分主要有人力操纵控制、机械操纵控制、气压操纵控制和电磁操纵控制四类。1．人力操纵换向阀依靠人力对阀芯位置进行切换的换向阀称为人力操纵控制换向阀，简称人控阀。人控阀又可分为手动阀和脚踏阀两大类。常用的按钮式换向阀的工作原理如图3-3所示。人力操纵换向阀与其它控制方式相比，使用频率较低，动作速度较慢。因操纵力不宜太大，所以阀的通径较小，操作也比较灵活。在直接控制回路中人力操纵换向阀用来直接操纵气动执行元件，用作信号阀。人控阀的常用操控机构如图3-4所示。下一页返回图3-3返回图3-3手动换向阀工作原理图（1）换向前（2）换向后图形符号213图3-4返回图3-4人控阀常用操控机构实物图（1）按钮式213（2）定位开关式213（3）脚踏式2133．2．2换向阀2．机械操纵换向阀机械操纵换向阀是利用安装在工作台上凸轮、撞块或其它机械外力来推动阀芯动作实现换向的换向阀。由于它主要用来控制和检测机械运动部件的行程，所以一般也称为行程阀。行程阀常见的操控方式有顶杆式、滚轮式、单向滚轮式等，其换向原理与手动换向阀类似。顶杆式是利用机械外力直接推动阀杆的头部使阀芯位置变化实现换向的。滚轮式头部安装滚轮可以减小阀杆所受的侧向力。单向滚轮式行程阀常用来排除回路中的障碍信号，其头部滚轮是可折回的。如图3-5、图3-6所示单向滚轮式行程阀只有在凸块从正方向通过滚轮时才能压下阀杆发生换向；反向通过时，滚轮式行程阀不换向。下一页上一页返回图3-5返回12345（1）正向通过（2）反向通过图3-5单向滚轮式行程阀工作原理图1-气缸2-凸块3-滚轮4-阀杆5-行程阀阀体图3-6返回滚轮式213单向滚轮式213顶杆式213图形符号图3-6行程阀实物图3．2．2换向阀3．气压操纵换向阀气压控制换向阀是利用气压力来实现换向的，简称气控阀。根据控制方式的不同可分为加压控制、卸压控制和差压控制三种。加压控制是指控制信号的压力上升到阀芯动作压力时，主阀换向，是最常用的气控阀；卸压控制是指所加的气压控制信号减小到某一压力值时阀芯动作，主阀换向；差压控制是利用换向阀两端气压有效作用面积的不等，使阀芯两侧产生压力差来使阀芯动作实现换向的。常用加压控制气控阀的工作原理如图3-7和图3-8所示。下一页上一页返回图3-7返回（1）换向前（2）换向后213图形符号图3-7单端气控弹簧复位二位三通换向阀工作原理图图3-8返回（1）阀芯在左位（2）阀芯在右位42513图形符号图3-8双端气控二位五通换向阀工作原理图3．2．2换向阀在图3-7中可以看到阀的开启和关闭是通过在气控口12加上或撤消一定压力的气体使大于管道直径的圆盘形阀芯在阀体内移动来进行控制的，这种结构的换向阀称为截止式换向阀。截止式换向阀主要有以下特点：（1）用很小的移动量就可以使阀完全开启，阀流通能力强，因此便于设计成紧凑的大流量阀。（2）抗粉尘和污染能力强，对空气的过滤精度及润滑要求不高，适用于环境比较恶劣的场合。（3）当阀口较多时，结构太复杂，所以一般用于三通或二通阀。因为有阻碍换向的背压存在，阀芯关闭紧密，泄漏量小，但换向阻力也较大。下一页上一页返回3．2．2换向阀图3-8所示换向阀的换向是通过在气控口12或气控口14加上一定压力的气体，使圆柱形阀芯在阀套内作轴向运动来实现的，这种结构的换向阀称为滑阀式换向阀。滑阀式换向阀主要有以下特点：（1）换向行程长，即阀门从完全关闭到完全开启所需的时间长。（2）切换时，没有背压阻力，所需换向力小，动作灵敏。（3）结构具有对称性，作用在阀芯上的力保持轴向平衡，阀容易实现记忆功能。即控制信号在换向阀换向完成后即使消失，阀芯仍能保持当前位置不变。（4）阀芯在阀体内滑动，对杂质敏感，对气源处理要求较高。通用性强，易设计成多位多通阀。只要稍微改变阀套或阀芯的尺寸、形状就能实现机能的改变。下一页上一页返回3．2．2换向阀4．电磁操纵换向阀电磁换向阀是利用电磁线圈通电时所产生的电磁吸力使阀芯改变位置来实现换向的，简称为电磁阀。电磁阀能够利用电信号对气流方向进行控制，使得气压传动系统可以实现电气控制，是气动控制系统中最重要的元件。电磁换向阀按操作方式的不同可分为直动式和先导式。图3-10所示为这两种操作方式的表示方法。下一页上一页返回图3-10返回图3-10电磁换向阀操控方式的表示方法单侧电磁控制（直动式）双侧电磁控制（直动式）先导式电磁控制（带手控）电磁阀线圈3．2．2换向阀（1）直动式电磁换向阀直动式电磁阀(图3-11)是利用电磁线圈通电时，静铁芯对动铁芯产生的电磁吸力直接推动阀芯移动实现换向的。（2）先导式电磁换向阀直动式电磁阀由于阀芯的换向行程受电磁吸合行程的限制，只适用于小型阀。先导式电磁换向阀(图3-12、图3-13)则是由直动式电磁阀（导阀）和气控换向阀（主阀）二部分构成。其中直动式电磁阀在电磁先导阀线圈得电后，导通产生先导气压。先导气压再来推动大型气控换向阀阀芯动作，实现换向。下一页上一页返回图3-11返回图3-11直动式电磁换向阀工作原理图1-阀芯2-动铁芯3-复位弹簧4-阀体5-电磁线圈换向后换向前电信号输入端51243图3-12返回图3-12先导式电磁换向阀工作原理图1-导阀2-主阀图3-13返回图3-13电磁换向阀实物图3．2．2换向阀5．换向阀的表示方法换向阀换向时各接口间有不同的通断位置，换向阀这些位置和通路符号的不同组合就可以得到各种不同功能的换向阀(图3-14)。图中所谓的“位”指的是为了改变流体方向，阀芯相对于阀体所具有的不同的工作位置。表现在图形符号中，即图形中有几个方格就有几位；所谓的“通”指的是换向阀与系统相连的通口，有几个通口即为几通。“T”和“⊥”表示各接口互不相通。下一页上一页返回图3-14返回二位二通换向阀常通型二位三通换向阀常断型二位三通换向阀二位五通换向阀二位四通换向阀中位封闭式三位五通换向阀图3-14常用换向阀的图形符号3．2．2换向阀换向阀的接口为便于接线应进行标号，标号应符合一定的规则。本书中我们采用的是DINISO5599所确定的规则，标号方法如下：压缩空气输入口：1排气口：3、5信号输出口：2、4使接口1和2导通的控制管路接口：12使接口1和4导通的控制管路接口：14使阀门关闭的控制管路接口：10标号举例：(图3-15)上一页返回图3-15返回图3-15换向阀接口标号示例213122131210425131412421533．3直接控制与间接控制3．3．1直接与间接控制的定义和特点3．3．2课题一：工件转运装置返回3．3．1直接与间接控制的定义和特点如图3-16所示，通过人力或机械外力直接控制换向阀换向来实现执行元件动作控制，这种控制方式称为直接控制。间接控制则指的是执行元件由气控换向阀来控制动作，人力、机械外力等外部输入信号只是用来控制气控换向阀的换向，不直接控制执行元件动作。直接控制所用元件少，回路简单，主要用于单作用气缸或双作用气缸的简单控制，但无法满足换向条件比较复杂的控制要求。而且由于直接控制是由人力和机械外力直接操控换向阀换向的，操作力较小，只适用于所需气流量和控制阀的尺寸相对较小的场合。间接控制主要用于下面两种场合：下一页返回图3-16返回图3-16气缸的直接控制和间接控制回路图（1）直接控制213（2）间接控制2132133．3．1直接与间接控制的定义和特点1．控制要求比较复杂的回路在多数气压控制回路中，控制信号往往不止一个，或输入信号要经过逻辑运算、延时等处理后才去控制执行元件动作。如采用直接控制就无法满足控制要求，这时宜采用间接控制。2．高速或大口径执行元件的控制执行元件所需气流量的大小决定了所采用的控制阀门通径的大小。对于高速或大口径执行元件，其运动需要较大压缩空气流量，相应的控制阀的通径也较大。这样，使得驱动控制阀阀芯动作需要较大的操作力。这时如果用人力或机械外力来实现换向比较困难，而利用压缩空气的气压力就可以获得很大的操作力，容易实现换向。所以对于这种需要较大操作力的场合也应采用间接控制。上一页返回3．3．2课题一：工件转运装置1．课题说明如图3-17所示，利用一个气缸将某方向传送装置送来的木料推送到与其垂直的传送装置上做进一步加工。通过一个按钮使气缸活塞杆伸出，将木块推出；松开按钮，气缸活塞杆缩回。2．直接控制回路如图3-18所示,对于这个课题应根据木块大小，确定气缸活塞行程大小。对于行程较小的，可以采用单作用气缸；行程如果较长，就应采用双作用气缸。下一页返回图3-17返回图3-17工件转运装置示意图图3-18返回图3-18课题一直接控制回路图（1）采用单作用气缸1A12131S1（2）采用双作用气缸425131A11S13．3．2课题一：工件转运装置3．间接控制回路本课题也可以采用间接控制的方法实现(图3-19)。4．电气控制回路利用气动控制元