气压传动及控制
—典型气动回路李军哈工大气动技术中心
2002年 10月 20日
一个完整的气动系统是由一个或多个气动回路组成，每个回路又是由多个气动元件构成。
构成回路的方法多种多样，在以往的经验上总结出一些典型的回路，但这也只能完成一些典型的功能。而实际中为完成某些特殊的功能还要靠设计者的创造性来设计相应的回路。回路设计的好坏取决于设计者的经验、对气动元件和系统的理解程度和创造性。
主 要 内 容本部分的主要内容
– 基本回路
– 功能回路
– 应用回路
– 气动回路常用的控制方法主 要 内 容单作用气缸回路
– 采用二位三通电磁阀控制的单作用气缸回路，电磁阀通电时靠气压使活塞杆伸出，断电时靠弹簧作用缩回。
– 采用两个二位二通电磁阀的控制回路，此时应注意的问题是两个电磁阀不能同时通电。
基本回路 --单作用气缸回路基本回路 --单作用气缸回路双作用气缸回路
– 双作用气缸回路是指通过控制气缸两腔的供气和排气来实现气缸的伸出和缩回运动的回路。
– 一般采用二位四通、二位五通或三位五通换向阀控制。
– 用三位五通电磁阀控制，由于有中位机能可以满足一些特殊要求。
– 还可分为单电控换向阀和双电控电磁换向阀的控制回路。由于双电控二位换向阀具有记忆功能，如果在气缸伸出的途中突然失电，气缸仍将保持原来的位置状态。而单电控换向阀则立即复位，气缸自动缩回。如气缸用于夹紧机构，
考虑到失电保护控制，则选用双电控阀为好。
基本回路 –双 作用气缸回路基本回路 –双 作用气缸回路排出回路
– 气动系统中用过的压缩空气可直接排入大气,这是气动控制的优点 。 但是排气时排出的雾化油份和噪声对环境的污染,必须加以控制 。
– 气动回路产生噪声的主要原因有压缩机的噪声和气动元件等的排气噪声 。 降低元件的排气噪声可采用安装消声器的方法来解决,可分为分散排气消音回路,和集中排气回路 。
– 集中排气回路中常加有过滤装置以除去油,减少排出的油份对周围环境的污染 。 在食品,医药和半导体等应用场合应尽量采用不供油润滑的空气压缩机和不供油气动元件以尽量减少排气对产品的不良影响 。
基本回路 –排出 回路分散排气消音回路集中排气回路基本回路 –排出 回路差动回路
– 差动回路是指气缸的两个运动方向采用不同压力供气,
从而利用差压进行工作的回路 。 当双作用缸仅在活塞的一个移动方向上有负载时,采用该回路可减少空气的消耗量 。 但是在气缸速度比较低的时候,容易产生爬行现象 。
– A图所示为采用二位三通阀和减压阀组成的差动回路 。
气缸有杆腔被减压阀设定为较低的供气压力 。 电磁阀通电时高压空气流入气缸无杆腔,活塞杆伸出 。 电磁阀断电时气缸无杆腔的高压空气经排气口排出,活塞在较低的供气压力作用下缩回 。 在气缸伸出的过程中,
如果气缸有杆腔的配管容积小,有杆腔的压力上升使气缸两腔压力达到平衡状态,气缸将停止运动 。 为防止此现象的产生,可以设置气罐 。
– B图所示为采用减压阀带止回阀的差动回路,电磁阀断电后,气缸以较低供气压力缩回 。
基本回路 – 差动回路
A B
基本回路 – 差动回路
功能回路是控制执行机构的输出力、速度、
加速度、运动方向和位置的回路。
包括：
– 速度控制回路
– 力控制回路
– 转矩控制回路
– 位置控制回路等。
基本回路 – 功能回路速度控制回路
– 控制气缸速度的一般方法是改变气缸进排气管路的阻力 。 因此,利用调速阀等流量控制阀来改变进排气管路的有效断面积,即可实现速度控制 。 可以分为进气节流,排气节流调速回路 。
常用的为排气节流调速回路 。 但是这种方式能够调节平均速度的大小,却不能很好地控制速度的平稳性 。
– 由于空气的可压缩性,在低速及传动负载变化大的场合普通的节流调速回路速度平稳性较差 。
这时可采用气液转换回路 。 这种控制方式不需要液压动力而实现传动平稳,定位精度高,速度控制容易等目的,同时也克服了气动难以实现低速控制的缺点 。
基本回路 – 速度控制回路进气节流,排气节流调速回路
– 为控制气缸的速度而进行流量控制时,在气缸的进气侧进行流量控制时称为进气节流,在排气侧称为排气节流 。 A图所示为双作用气缸的进气节流调速回路 。
– 在进气节流时,气缸排气腔压力很快降至大气压,而进气腔压力的升高比排气腔压力的降低缓慢 。 当进气腔压力之合力大于活塞静摩擦力时,活塞开始运动 。 由于动摩擦力小于静摩擦力,所以活塞运动速度较快,由此使得进气腔急剧增大,而由于进气节流限制了供气速度,
使得进气腔压力降低,从而容易造成气缸的
,爬行,现象 。
– 一般来说,进气节流多用于垂直安装的气缸支撑腔的供气回路 。
基本回路 – 速度控制回路
– B图所示为双作用气缸的排气节流调速回路，在排气节流时，排气腔内可以建立与负载相适应的背压，在负载保持不变或微小变动的条件下，运动比较平稳，
调节节流阀的开度即可调节气缸往复运动速度。
– 从节流阀的开度和速度的比例性、初始加速度、缓冲能力等特性来看，双作用气缸的速度控制一般采用排气节流控制。但是，对于单作用气缸和气马达等，根据使用目的和条件，也采用进气节流控制。
– 除用单向节流阀构成的调速回路外，采用其它流量控制阀也可构成调速回路。 C图为采用排气节流阀的调速回路。但在管路比较长时，较大的内容积会对气缸的运行速度产生影响，此时不宜采用排气节流阀控制。
– 为了提高气缸的速度，可以在气缸出口安装快速排气阀，这样气缸内气体可通过快速排气阀直接排放。 D
图为采用快速排气阀构成的气缸快速返回回路。
基本回路 – 速度控制回路
A
DC
B
基本回路 – 速度控制回路单作用气缸速度控制回路
– a图中,气缸升降均通过节流阀调速,两个反向安装的单向节流阀,可分别控制活塞杆的伸出及缩回速度 。
– B图中,气缸上升时可调速,下降时则通过快速排气阀排气,使气缸快速返回 。
A B
基本回路 – 速度控制回路气液转换回路
– 由于空气的可压缩性,在低速及传动负载变化大的场合可采用气液转换回路 。 这种控制方式不需要液压动力而实现传动平稳,定位精度高,速度控制容易等目的,从而克服了气动难以实现低速控制的缺点 。
基本回路 – 速度控制回路
– A图为采用气液转换器的速度控制回路 。 它利用气液转换器将气压变成液压,利用液压油驱动液压缸,从而得到平稳且容易控制的活塞运动速度 。 通过调节两个节流阀的开度实现缸的两个运动方向的速度控制 。 采用此回路时应注意气液转换器的容积应大于液压缸的容积,气油间的密封要好,避免气体混入油中 。
– B图为采用气液阻尼缸的速度控制回路 。 此回路采用两缸并联形式,调节连接油缸两腔的回路中设置的可变节流即可实现速度控制 。 其优点是比串联形式结构紧凑,气油不易相混 。 不足之处是如果安装时两缸轴线不平行,由于机械摩擦导致运动速度不平稳 。
基本回路 – 速度控制回路
A B
基本回路 – 速度控制回路力控制回路
– 气压传动多数用气缸作为执行元件,把气压能转换成机械能,气缸输出力是由供排气压力和活塞面积来决定的,因此,控制气缸力可以通过改变压力和受压面积来实现,一般情况下,对于已选定的气缸,
是通过改变进气腔的压力来实现力控制的 。
– A图所示为由两个减压阀和换向阀构成的高低压转换回路,可控制气缸输出大小不同的两种力 。
– 近年来,由于计算机技术,微电子技术与气动技术的结合,电 /气比例控制技术的应用日益广泛 。 B图所示为采用压力比例阀构成的力控制回路,气缸有杆腔的压力由减压阀调为定值,由计算机输出的控制信号控制比例阀的输出压力来实现气缸无杆腔压力的连续控制 。
基本回路 – 力控制回路功放 D / A PC
工件工作台
A B
基本回路 – 力控制回路摆动气缸转矩控制回路
– 通过调节供气压力来改变输出转矩,如下图所示 。 在转矩控制回路中,摆动气缸的速度控制可参考前述速度控制回路 。
基本回路 – 转矩控制回路
应用回路是指在生产和实践中经常用到的回路，它一般由基本回路和功能回路组合或变形而成。
包括：
– 增压回路
– 同步回路
– 缓冲回路
– 平衡回路
– 安全回路等。
应 用 回 路
同步控制回路是指控制多个气缸以相同的速度移动或在预定的位置同时停止的回路。
由于气体的可压缩性及负载的变化等因素，
单纯利用调速阀来调节气缸的速度以达到各缸同步的方法是很难实现的。
实现同步控制的可靠方法是采用气动与机械并用的方法或气液转换方法。
应 用 回 路 --同步控制回路机械式同步控制回路
– 下图所示为采用同轴齿轮连接两活塞杆上齿条而达到气缸同步位移的机构 。 虽然存在一定的机械误差,但可以可靠地达到同步控制的目的 。
应 用 回 路 --同步控制回路气液转换同步控制回路
– 为了使承受不对称负载 （ F1≠F2） 的工作台水平升降而使用两个气缸与液压缸串联而成的气液缸的同步控制装置 。
– 当三位五通电磁阀 A端电磁铁通电后,压缩空气通过管路自下而上作用在两个气液缸的气缸活塞的无杆腔,使之克服各自的负载向上运动 。 此时,
来自梭阀 8的控制气压使常开式二通阀 4和 5关闭,
所以气液缸 1和 2的液压缸部分的上侧液压油分别被压送到 2和 1的液压缸部分的下侧,可以保证缸 1
和 2向上移动同步 。 同理电磁阀的 B端电磁铁通电时,可以保证缸向下移动同步 。
– 这种上下运动中由于泄漏而造成的液压油不足可在电磁阀不通电的图示状态下从油箱 6自动补充 。
为了排出液压缸中的空气,需设置放气塞 9和 10。
应 用 回 路 --同步控制回路
3
6
5
4
1
2
9 10
8
A
B
F
1 F 2
气液转换同步控制回路应 用 回 路 --同步控制回路
在实际的气动系统设计中，不单单要完成所要求的动作，还要考虑系统和操作人员的安全问题。下面是在工程中常用的安全保护的回路。
– 双手操作回路
– 过载保护回路
– 互锁回路
– 残压排出回路
– 气缸的飞出防止回路
– 防止下落回路应 用 回 路 -- 安全回路双手操作回路
– 在锻压,冲压设备中必须设置有安全保护回路,以保证操作者双手的安全 。
– A图所示回路需要双手同时按下手动阀时,才能切换主阀,气缸活塞才能进行下落锻,冲工件 。 实际上给主阀的控制信号是阀 1,2相,与,的信号 。 此回路因阀 1或 2的弹簧折断不能复位,单独按下一个手动阀时气缸活塞也可下落,所以此回路并不十分安全 。
– B图所示回路需要双手同时按下手动阀时,气罐 3中预先充满的压缩空气经节流阀 4及延迟一定时间后切换阀 5,活塞才能落下 。 如果双手不同时按下手动阀,
或因其中任一个手动阀弹簧折断不能复位,气罐 3中的压缩空气都将通过手动阀 1的排气口排空,建立不起控制压力,阀 5不能被切换,活塞也不能下落 。 所以,此回路比上述回路更为安全 。
应 用 回 路 -- 安全回路
1 2
3
1 2
3
4
5
A B
应 用 回 路 -- 安全回路过载保护回路
– 当活塞杆伸出过程中遇到故障造成气缸过载,而使活塞自动返回的回路 。
– 操作手动换向阀 1使二位五通换向阀处于左端工作位置时活塞前进,当气缸左腔压力升高超过预定值时,
顺序阀 3打开,控制气体可经梭阀 4将主控阀 2切换至右位 （ 图示位置 ）,使活塞缩回,气缸左腔的压力经阀 2排掉,防止系统过载 。
应 用 回 路 -- 安全回路
1 3 4
5
2
应 用 回 路 -- 安全回路互锁回路
– 该回路主要是防止各缸的活塞同时动作,而保证只有一个活塞动作 。 回路主要是利用梭阀 1,2,3及换向阀 4,5,6进行互锁 。 如换向阀 7被切换,则换向阀 4也换向,使 A缸活塞伸出 。 与此同时 A缸的进气管路的气体使梭阀 1,3动作,把换向阀 5,6锁住 。
所以此时即使有换向阀 8,9的信号,B,C缸也不会动作 。 如果改变缸的动作,必须把前动作缸的气控阀复位 。
应 用 回 路 -- 安全回路
A B C
1 2
3
4 5 6
7 8 9
应 用 回 路 -- 安全回路残压排出回路
– 气动系统工作停止后,在系统内残留有一定量的压缩空气,这对于系统的维护将造成很多不方便,严重时可能发生伤亡事故 。
– A图采用三通残压排放阀的回路,在系统维修或气缸动作异常时,气缸内的压缩空气经三通阀排出,
气缸在外力的作用下可以任意移动 。
– B图所示为采用节流排放阀的回路 。 当系统不工作时,三位五通阀处于中位 。 将节流阀打开,气缸两腔的压缩空气经梭阀和节流阀排出 。
应 用 回 路 -- 安全回路
A B
应 用 回 路 -- 安全回路气缸的飞出防止回路
– 在进行气动系统设计时,应充分考虑气缸起动时的安全问题 。 当气缸有杆腔的压力为大气压时,气缸在起动时容易发生飞出现象,造成设备的损坏 。
– 采用复合速度控制阀的气缸防止飞出回路 。 当三位五通电磁阀左端电磁铁通电后,复合速度控制阀中的二通阀处于位置 1,压缩空气经固定节流口向气缸无杆腔供气,气缸活塞杆低速伸出,当气缸无杆腔压力达到一定值时,二通阀切换到位置 2,变为正常的出口节流速度控制 。
应 用 回 路 -- 安全回路
12
复合速度控制阀气缸的飞出防止回路应 用 回 路 -- 安全回路防止下落回路
– 当气缸用于起吊重物的场合,如果突然停电或停气,气缸将在负载重力的作用下伸出,因此需采取安全措施防止气缸下落,
使气缸能够保持在原位置 。 防止气缸下落可以在回路设计时采用二位二通阀或气控单向阀封闭气缸两腔的压缩空气,或者采用内部带有锁定机构的气缸 。
应 用 回 路 -- 安全回路
– A图为采用两个二位二通气控阀的回路 。 当三位五通电磁阀左端电磁铁通电后,压缩空气经梭阀作用在两个二通气控阀上,使它们换向,气缸向下运动 。 同理,
当电磁阀右端电磁铁通电后,气缸向上运动 。 当电磁阀不通电时,加在二通气控阀上的气控信号消失,二通气控阀复位,气缸两腔的气体被封闭,气缸保持在原位置 。
– B图所示为采用气控单向阀的回路 。 当三位五通电磁阀左端电磁铁通电后,压缩空气一路进入气缸无杆腔,
另一路将右侧的气控单向阀打开,使气缸有杆腔的气体经由单向阀排出 。 当电磁阀不通电时,加在气控单向阀上的气控信号消失,气缸两腔的气体被封闭,气缸保持在原位置 。
应 用 回 路 -- 安全回路
WW
A B
应 用 回 路 -- 安全回路继电器控制系统
– 继电器控制系统是采用继电器组成逻辑控制回路,
通过控制电磁阀的电磁线圈的电流通断以改变气动执行元件运动方式的控制系统 。 继电器控制方式由于维修简单,造价低 。 应注意的是,继电器组成的控制线路为有触点线路,回路的可靠性主要取决于接点,因此适用于简单的气动系统 。
– 由继电器组成的顺序控制装置是以硬接线的方式保证顺序动作的实现,它的优点是电路图较直观形象,结构简单,价格便宜,但由于固定接线没有通用性和灵活性,在工艺要求提出后才能制作,
不能搞通用大批量,系列化生产,在控制对象要求复杂时,触点多,可靠性差,维修不便 。 目前已经被可编程序控制取代,很少使用 。
气 动 回 路 常 用 控 制 方 法可编程序控制系统
– 可编程序控制器 PLC是 60年代末开始发展的面向过程控制的一种准计算机控制装置,用以控制机械和生产过程 。 可以实现逻辑,顺序,定时,计数和四则运算等特殊功能的指令 。
– 可编程序控制器的特点
编制程序简单
通用性强
接线简单
抗干扰能力强,可靠性高
体积小,维护方便气 动 回 路 常 用 控 制 方 法全气动控制系统
– 在有些场合,如防爆等,系统中只能用压缩空气作为动力源,不能用电 。
– 在这种情况下,控制系统执行元件按照一定规则运动的逻辑关系完全由气动元件来实现 。 例如,与,的关系用双压阀来实现,,或,的关系用梭阀来实现 。 这种系统就叫全气动系统 。
– 全气动行程程序控制系统的设计方法有信号 —动作
（ X—D） 状态图法,卡诺图图解法,分组供气法和步进回路法等 。
气 动 回 路 常 用 控 制 方 法
—典型气动回路李军哈工大气动技术中心
2002年 10月 20日
一个完整的气动系统是由一个或多个气动回路组成，每个回路又是由多个气动元件构成。
构成回路的方法多种多样，在以往的经验上总结出一些典型的回路，但这也只能完成一些典型的功能。而实际中为完成某些特殊的功能还要靠设计者的创造性来设计相应的回路。回路设计的好坏取决于设计者的经验、对气动元件和系统的理解程度和创造性。
主 要 内 容本部分的主要内容
– 基本回路
– 功能回路
– 应用回路
– 气动回路常用的控制方法主 要 内 容单作用气缸回路
– 采用二位三通电磁阀控制的单作用气缸回路，电磁阀通电时靠气压使活塞杆伸出，断电时靠弹簧作用缩回。
– 采用两个二位二通电磁阀的控制回路，此时应注意的问题是两个电磁阀不能同时通电。
基本回路 --单作用气缸回路基本回路 --单作用气缸回路双作用气缸回路
– 双作用气缸回路是指通过控制气缸两腔的供气和排气来实现气缸的伸出和缩回运动的回路。
– 一般采用二位四通、二位五通或三位五通换向阀控制。
– 用三位五通电磁阀控制，由于有中位机能可以满足一些特殊要求。
– 还可分为单电控换向阀和双电控电磁换向阀的控制回路。由于双电控二位换向阀具有记忆功能，如果在气缸伸出的途中突然失电，气缸仍将保持原来的位置状态。而单电控换向阀则立即复位，气缸自动缩回。如气缸用于夹紧机构，
考虑到失电保护控制，则选用双电控阀为好。
基本回路 –双 作用气缸回路基本回路 –双 作用气缸回路排出回路
– 气动系统中用过的压缩空气可直接排入大气,这是气动控制的优点 。 但是排气时排出的雾化油份和噪声对环境的污染,必须加以控制 。
– 气动回路产生噪声的主要原因有压缩机的噪声和气动元件等的排气噪声 。 降低元件的排气噪声可采用安装消声器的方法来解决,可分为分散排气消音回路,和集中排气回路 。
– 集中排气回路中常加有过滤装置以除去油,减少排出的油份对周围环境的污染 。 在食品,医药和半导体等应用场合应尽量采用不供油润滑的空气压缩机和不供油气动元件以尽量减少排气对产品的不良影响 。
基本回路 –排出 回路分散排气消音回路集中排气回路基本回路 –排出 回路差动回路
– 差动回路是指气缸的两个运动方向采用不同压力供气,
从而利用差压进行工作的回路 。 当双作用缸仅在活塞的一个移动方向上有负载时,采用该回路可减少空气的消耗量 。 但是在气缸速度比较低的时候,容易产生爬行现象 。
– A图所示为采用二位三通阀和减压阀组成的差动回路 。
气缸有杆腔被减压阀设定为较低的供气压力 。 电磁阀通电时高压空气流入气缸无杆腔,活塞杆伸出 。 电磁阀断电时气缸无杆腔的高压空气经排气口排出,活塞在较低的供气压力作用下缩回 。 在气缸伸出的过程中,
如果气缸有杆腔的配管容积小,有杆腔的压力上升使气缸两腔压力达到平衡状态,气缸将停止运动 。 为防止此现象的产生,可以设置气罐 。
– B图所示为采用减压阀带止回阀的差动回路,电磁阀断电后,气缸以较低供气压力缩回 。
基本回路 – 差动回路
A B
基本回路 – 差动回路
功能回路是控制执行机构的输出力、速度、
加速度、运动方向和位置的回路。
包括：
– 速度控制回路
– 力控制回路
– 转矩控制回路
– 位置控制回路等。
基本回路 – 功能回路速度控制回路
– 控制气缸速度的一般方法是改变气缸进排气管路的阻力 。 因此,利用调速阀等流量控制阀来改变进排气管路的有效断面积,即可实现速度控制 。 可以分为进气节流,排气节流调速回路 。
常用的为排气节流调速回路 。 但是这种方式能够调节平均速度的大小,却不能很好地控制速度的平稳性 。
– 由于空气的可压缩性,在低速及传动负载变化大的场合普通的节流调速回路速度平稳性较差 。
这时可采用气液转换回路 。 这种控制方式不需要液压动力而实现传动平稳,定位精度高,速度控制容易等目的,同时也克服了气动难以实现低速控制的缺点 。
基本回路 – 速度控制回路进气节流,排气节流调速回路
– 为控制气缸的速度而进行流量控制时,在气缸的进气侧进行流量控制时称为进气节流,在排气侧称为排气节流 。 A图所示为双作用气缸的进气节流调速回路 。
– 在进气节流时,气缸排气腔压力很快降至大气压,而进气腔压力的升高比排气腔压力的降低缓慢 。 当进气腔压力之合力大于活塞静摩擦力时,活塞开始运动 。 由于动摩擦力小于静摩擦力,所以活塞运动速度较快,由此使得进气腔急剧增大,而由于进气节流限制了供气速度,
使得进气腔压力降低,从而容易造成气缸的
,爬行,现象 。
– 一般来说,进气节流多用于垂直安装的气缸支撑腔的供气回路 。
基本回路 – 速度控制回路
– B图所示为双作用气缸的排气节流调速回路，在排气节流时，排气腔内可以建立与负载相适应的背压，在负载保持不变或微小变动的条件下，运动比较平稳，
调节节流阀的开度即可调节气缸往复运动速度。
– 从节流阀的开度和速度的比例性、初始加速度、缓冲能力等特性来看，双作用气缸的速度控制一般采用排气节流控制。但是，对于单作用气缸和气马达等，根据使用目的和条件，也采用进气节流控制。
– 除用单向节流阀构成的调速回路外，采用其它流量控制阀也可构成调速回路。 C图为采用排气节流阀的调速回路。但在管路比较长时，较大的内容积会对气缸的运行速度产生影响，此时不宜采用排气节流阀控制。
– 为了提高气缸的速度，可以在气缸出口安装快速排气阀，这样气缸内气体可通过快速排气阀直接排放。 D
图为采用快速排气阀构成的气缸快速返回回路。
基本回路 – 速度控制回路
A
DC
B
基本回路 – 速度控制回路单作用气缸速度控制回路
– a图中,气缸升降均通过节流阀调速,两个反向安装的单向节流阀,可分别控制活塞杆的伸出及缩回速度 。
– B图中,气缸上升时可调速,下降时则通过快速排气阀排气,使气缸快速返回 。
A B
基本回路 – 速度控制回路气液转换回路
– 由于空气的可压缩性,在低速及传动负载变化大的场合可采用气液转换回路 。 这种控制方式不需要液压动力而实现传动平稳,定位精度高,速度控制容易等目的,从而克服了气动难以实现低速控制的缺点 。
基本回路 – 速度控制回路
– A图为采用气液转换器的速度控制回路 。 它利用气液转换器将气压变成液压,利用液压油驱动液压缸,从而得到平稳且容易控制的活塞运动速度 。 通过调节两个节流阀的开度实现缸的两个运动方向的速度控制 。 采用此回路时应注意气液转换器的容积应大于液压缸的容积,气油间的密封要好,避免气体混入油中 。
– B图为采用气液阻尼缸的速度控制回路 。 此回路采用两缸并联形式,调节连接油缸两腔的回路中设置的可变节流即可实现速度控制 。 其优点是比串联形式结构紧凑,气油不易相混 。 不足之处是如果安装时两缸轴线不平行,由于机械摩擦导致运动速度不平稳 。
基本回路 – 速度控制回路
A B
基本回路 – 速度控制回路力控制回路
– 气压传动多数用气缸作为执行元件,把气压能转换成机械能,气缸输出力是由供排气压力和活塞面积来决定的,因此,控制气缸力可以通过改变压力和受压面积来实现,一般情况下,对于已选定的气缸,
是通过改变进气腔的压力来实现力控制的 。
– A图所示为由两个减压阀和换向阀构成的高低压转换回路,可控制气缸输出大小不同的两种力 。
– 近年来,由于计算机技术,微电子技术与气动技术的结合,电 /气比例控制技术的应用日益广泛 。 B图所示为采用压力比例阀构成的力控制回路,气缸有杆腔的压力由减压阀调为定值,由计算机输出的控制信号控制比例阀的输出压力来实现气缸无杆腔压力的连续控制 。
基本回路 – 力控制回路功放 D / A PC
工件工作台
A B
基本回路 – 力控制回路摆动气缸转矩控制回路
– 通过调节供气压力来改变输出转矩,如下图所示 。 在转矩控制回路中,摆动气缸的速度控制可参考前述速度控制回路 。
基本回路 – 转矩控制回路
应用回路是指在生产和实践中经常用到的回路，它一般由基本回路和功能回路组合或变形而成。
包括：
– 增压回路
– 同步回路
– 缓冲回路
– 平衡回路
– 安全回路等。
应 用 回 路
同步控制回路是指控制多个气缸以相同的速度移动或在预定的位置同时停止的回路。
由于气体的可压缩性及负载的变化等因素，
单纯利用调速阀来调节气缸的速度以达到各缸同步的方法是很难实现的。
实现同步控制的可靠方法是采用气动与机械并用的方法或气液转换方法。
应 用 回 路 --同步控制回路机械式同步控制回路
– 下图所示为采用同轴齿轮连接两活塞杆上齿条而达到气缸同步位移的机构 。 虽然存在一定的机械误差,但可以可靠地达到同步控制的目的 。
应 用 回 路 --同步控制回路气液转换同步控制回路
– 为了使承受不对称负载 （ F1≠F2） 的工作台水平升降而使用两个气缸与液压缸串联而成的气液缸的同步控制装置 。
– 当三位五通电磁阀 A端电磁铁通电后,压缩空气通过管路自下而上作用在两个气液缸的气缸活塞的无杆腔,使之克服各自的负载向上运动 。 此时,
来自梭阀 8的控制气压使常开式二通阀 4和 5关闭,
所以气液缸 1和 2的液压缸部分的上侧液压油分别被压送到 2和 1的液压缸部分的下侧,可以保证缸 1
和 2向上移动同步 。 同理电磁阀的 B端电磁铁通电时,可以保证缸向下移动同步 。
– 这种上下运动中由于泄漏而造成的液压油不足可在电磁阀不通电的图示状态下从油箱 6自动补充 。
为了排出液压缸中的空气,需设置放气塞 9和 10。
应 用 回 路 --同步控制回路
3
6
5
4
1
2
9 10
8
A
B
F
1 F 2
气液转换同步控制回路应 用 回 路 --同步控制回路
在实际的气动系统设计中，不单单要完成所要求的动作，还要考虑系统和操作人员的安全问题。下面是在工程中常用的安全保护的回路。
– 双手操作回路
– 过载保护回路
– 互锁回路
– 残压排出回路
– 气缸的飞出防止回路
– 防止下落回路应 用 回 路 -- 安全回路双手操作回路
– 在锻压,冲压设备中必须设置有安全保护回路,以保证操作者双手的安全 。
– A图所示回路需要双手同时按下手动阀时,才能切换主阀,气缸活塞才能进行下落锻,冲工件 。 实际上给主阀的控制信号是阀 1,2相,与,的信号 。 此回路因阀 1或 2的弹簧折断不能复位,单独按下一个手动阀时气缸活塞也可下落,所以此回路并不十分安全 。
– B图所示回路需要双手同时按下手动阀时,气罐 3中预先充满的压缩空气经节流阀 4及延迟一定时间后切换阀 5,活塞才能落下 。 如果双手不同时按下手动阀,
或因其中任一个手动阀弹簧折断不能复位,气罐 3中的压缩空气都将通过手动阀 1的排气口排空,建立不起控制压力,阀 5不能被切换,活塞也不能下落 。 所以,此回路比上述回路更为安全 。
应 用 回 路 -- 安全回路
1 2
3
1 2
3
4
5
A B
应 用 回 路 -- 安全回路过载保护回路
– 当活塞杆伸出过程中遇到故障造成气缸过载,而使活塞自动返回的回路 。
– 操作手动换向阀 1使二位五通换向阀处于左端工作位置时活塞前进,当气缸左腔压力升高超过预定值时,
顺序阀 3打开,控制气体可经梭阀 4将主控阀 2切换至右位 （ 图示位置 ）,使活塞缩回,气缸左腔的压力经阀 2排掉,防止系统过载 。
应 用 回 路 -- 安全回路
1 3 4
5
2
应 用 回 路 -- 安全回路互锁回路
– 该回路主要是防止各缸的活塞同时动作,而保证只有一个活塞动作 。 回路主要是利用梭阀 1,2,3及换向阀 4,5,6进行互锁 。 如换向阀 7被切换,则换向阀 4也换向,使 A缸活塞伸出 。 与此同时 A缸的进气管路的气体使梭阀 1,3动作,把换向阀 5,6锁住 。
所以此时即使有换向阀 8,9的信号,B,C缸也不会动作 。 如果改变缸的动作,必须把前动作缸的气控阀复位 。
应 用 回 路 -- 安全回路
A B C
1 2
3
4 5 6
7 8 9
应 用 回 路 -- 安全回路残压排出回路
– 气动系统工作停止后,在系统内残留有一定量的压缩空气,这对于系统的维护将造成很多不方便,严重时可能发生伤亡事故 。
– A图采用三通残压排放阀的回路,在系统维修或气缸动作异常时,气缸内的压缩空气经三通阀排出,
气缸在外力的作用下可以任意移动 。
– B图所示为采用节流排放阀的回路 。 当系统不工作时,三位五通阀处于中位 。 将节流阀打开,气缸两腔的压缩空气经梭阀和节流阀排出 。
应 用 回 路 -- 安全回路
A B
应 用 回 路 -- 安全回路气缸的飞出防止回路
– 在进行气动系统设计时,应充分考虑气缸起动时的安全问题 。 当气缸有杆腔的压力为大气压时,气缸在起动时容易发生飞出现象,造成设备的损坏 。
– 采用复合速度控制阀的气缸防止飞出回路 。 当三位五通电磁阀左端电磁铁通电后,复合速度控制阀中的二通阀处于位置 1,压缩空气经固定节流口向气缸无杆腔供气,气缸活塞杆低速伸出,当气缸无杆腔压力达到一定值时,二通阀切换到位置 2,变为正常的出口节流速度控制 。
应 用 回 路 -- 安全回路
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复合速度控制阀气缸的飞出防止回路应 用 回 路 -- 安全回路防止下落回路
– 当气缸用于起吊重物的场合,如果突然停电或停气,气缸将在负载重力的作用下伸出,因此需采取安全措施防止气缸下落,
使气缸能够保持在原位置 。 防止气缸下落可以在回路设计时采用二位二通阀或气控单向阀封闭气缸两腔的压缩空气,或者采用内部带有锁定机构的气缸 。
应 用 回 路 -- 安全回路
– A图为采用两个二位二通气控阀的回路 。 当三位五通电磁阀左端电磁铁通电后,压缩空气经梭阀作用在两个二通气控阀上,使它们换向,气缸向下运动 。 同理,
当电磁阀右端电磁铁通电后,气缸向上运动 。 当电磁阀不通电时,加在二通气控阀上的气控信号消失,二通气控阀复位,气缸两腔的气体被封闭,气缸保持在原位置 。
– B图所示为采用气控单向阀的回路 。 当三位五通电磁阀左端电磁铁通电后,压缩空气一路进入气缸无杆腔,
另一路将右侧的气控单向阀打开,使气缸有杆腔的气体经由单向阀排出 。 当电磁阀不通电时,加在气控单向阀上的气控信号消失,气缸两腔的气体被封闭,气缸保持在原位置 。
应 用 回 路 -- 安全回路
WW
A B
应 用 回 路 -- 安全回路继电器控制系统
– 继电器控制系统是采用继电器组成逻辑控制回路,
通过控制电磁阀的电磁线圈的电流通断以改变气动执行元件运动方式的控制系统 。 继电器控制方式由于维修简单,造价低 。 应注意的是,继电器组成的控制线路为有触点线路,回路的可靠性主要取决于接点,因此适用于简单的气动系统 。
– 由继电器组成的顺序控制装置是以硬接线的方式保证顺序动作的实现,它的优点是电路图较直观形象,结构简单,价格便宜,但由于固定接线没有通用性和灵活性,在工艺要求提出后才能制作,
不能搞通用大批量,系列化生产,在控制对象要求复杂时,触点多,可靠性差,维修不便 。 目前已经被可编程序控制取代,很少使用 。
气 动 回 路 常 用 控 制 方 法可编程序控制系统
– 可编程序控制器 PLC是 60年代末开始发展的面向过程控制的一种准计算机控制装置,用以控制机械和生产过程 。 可以实现逻辑,顺序,定时,计数和四则运算等特殊功能的指令 。
– 可编程序控制器的特点
编制程序简单
通用性强
接线简单
抗干扰能力强,可靠性高
体积小,维护方便气 动 回 路 常 用 控 制 方 法全气动控制系统
– 在有些场合,如防爆等,系统中只能用压缩空气作为动力源,不能用电 。
– 在这种情况下,控制系统执行元件按照一定规则运动的逻辑关系完全由气动元件来实现 。 例如,与,的关系用双压阀来实现,,或,的关系用梭阀来实现 。 这种系统就叫全气动系统 。
– 全气动行程程序控制系统的设计方法有信号 —动作
（ X—D） 状态图法,卡诺图图解法,分组供气法和步进回路法等 。
气 动 回 路 常 用 控 制 方 法
