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第四章 气动自动化设备及生产线 n气动技术概况 n气动执行元件 n气动控制元件 n气动检测元件 n电气控制系统 nPLC控制系统 n常用气动自动化设备及生产线实例 德州科技职业学院 气动系统组成 n气动系统由下面几种元件及装置组成 n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。 n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。 n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。 n气动辅件 气动系统中的辅助元件，如消声器、管道、接 头等。 德州科技职业学院 气源装置 n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。 n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。 n气源装置由以下四部分组成 n气压发生装置空气压 缩机； n净化、贮存压缩空气的装 置和设备； n管道系统； n气动三大件。 德州科技职业学院 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。 德州科技职业学院 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 德州科技职业学院 管道系统和气动三大件 n管道系统的布置原则。 n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。 德州科技职业学院 气动辅件 n消声器 n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。 n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。 n消声器的类型：吸收型；膨胀干涉型；膨胀干涉 吸收性。 德州科技职业学院 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 德州科技职业学院 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。 德州科技职业学院 无活塞杆气缸的结构图 德州科技职业学院 气动马达气动马达 § § 气动马达的特点和应用气动马达的特点和应用 § § 可无级调速；可无级调速； § § 可双向旋转；可双向旋转； § § 有过载保护作用，过载时转速降低或停转；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；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；输出功率相对较小，转速范围较宽； § § 耗气量大，效率低，噪声大；耗气量大，效率低，噪声大； § § 工作可靠，操作方便。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马达在使用中必须得到良好的润滑 德州科技职业学院 气动控制阀 §压力控制阀 n减压阀气动三大件之 一，用于稳定用气压力 。 n溢流阀只作安全阀用 。 n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 德州科技职业学院 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 德州科技职业学院 方向控制阀： n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 德州科技职业学院 气动逻辑元件 n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。 n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。 n气动逻辑元件的特点 n元件流道孔道较大，抗污染能力较强（射流元件除外）； n元件无功耗气量低； n带负载能力强； n连接、匹配方便简单，调试容易，抗恶劣工作环境能力强； n运算速度较慢，在强烈冲击和振动条件下，可能出现误动作 。 德州科技职业学院 高压截止式逻辑元件 n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。 n 逻辑表达式 S =a · b n 逻辑符号 n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。 n逻辑表达式 S=a n逻辑符号 德州科技职业学院 或门 n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。 n逻辑表达式 S = a + b n逻辑符号 德州科技职业学院 非门 n 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。 n 逻辑表达式 S= a n 逻辑符号 n 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）。 n 逻辑表达式 S=ab n 逻辑符号 德州科技职业学院 或非元件 n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。 n逻辑表达式S=a+b+c n逻辑符号 德州科技职业学院 气动基本回路 n气动基本回路 n压力和力控制回路 n换向回路 n速度控制回路 n位置控制回路 n基本逻辑回路 德州科技职业学院 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。 n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。 德州科技职业学院 过载保护回路 n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。 德州科技职业学院 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。 德州科技职业学院 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。 德州科技职业学院 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。 德州科技职业学院 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。 德州科技职业学院 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。 德州科技职业学院 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。德州科技职业学院 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。 德州科技职业学院 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。 德州科技职业学院 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。 德州科技职业学院 常用基本回路 n安全保护回路 n同步动作回路 n往复动作回路 德州科技职业学院 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。 德州科技职业学院 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。 德州科技职业学院 同步动作回路 n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。 德州科技职业学院 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。 德州科技职业学院 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。 德州科技职业学院 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。 德州科技职业学院 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 德州科技职业学院 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 德州科技职业学院 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 德州科技职业学院 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 德州科技职业学院