第11章 气动回路与气动系统.docx

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1、第11章 气动回路与气动系统气动技术是实现工业生产机械化、自动化的方式之一。气动系统使用安全、可靠，可以在高温、振动、腐蚀、易燃、易爆、多尘、强磁、辐射等恶劣环境下工作，因而应用日益广泛。气动系统与液压系统一样，都是由一个或多个最简单的基本回路组成的。气动基本回路和常用回路是为了实现特定功能而把某些气动元件和管道按一定的方式组合起来的结构，是分析、设计和使用气动系统基础。11.1 气动基本回路气动基本回路是气动系统的基本组成部分，按照功能可分为压力和力控制回路、换向控制回路、速度控制回路、位置控制回路等。11.1.1 压力和力控制回路（一）压力控制回路在气动系统中，压力控制不仅是维持系统正常工

2、作所必需的，而且也是关系到系统的经济性、安全性及可靠性的重要因素。为调节和控制系统的压力，可以采用压力控制回路。（1） 一次压力控制回路一次压力控制回路用于控制压缩空气站的贮气罐的输出压力，使之稳定在一定的压力范围内，常用外控式溢流阀（作安全阀）和电触点压力表（或压力继电器）使贮气罐内的压力保持在规定范围内。(a) (b)图 11-1一次压力控制回路1安全阀；2贮气罐；3电触点压力表；4压力继电器如图 11-1(a)所示，空气压缩机启动后将压缩空气经单向阀向贮气罐 2 内送气，当罐内压力上升到最大值时，电触点压力表 3 发出控制信号，使压缩机停止运转；当罐内压力下降到最小值时，电触点压力表 3

3、 再次发出控制信号，使压缩机运转，并向贮气罐供气。图 11-1(b)所示的回路中，用压力继电器 4 代替了图 11-1(a)中的电触点压力表 3。压力继电器同样可调节压力的上限值和下限值，这种方法常用于小容量压缩机的控制。回路中的安全阀 1 的作用是当电触点压力表、压力继电器或电路发生故障，导致压缩机不能停止运转，贮气罐内压力不断上升，当压力达到调定值时，该安全阀会打开溢流，使罐内压力稳定在调定压力值的范围内。（2） 二次压力控制回路为了使系统正常工作，保持稳定的性能，以达到安全、可靠、节能等目的，需要对系统的工作压力进行控制。在如图 11-2 所示的压力控制回路中，从压缩空气站一次回路过来的

4、压缩空气，经空气过滤器 1、减压阀2、油雾器3 供给气动设备使用。在此过程中，调节减压阀就能得到气动设备所需的工作压力。应该指出，这里的油雾器 3 主要用于对气动换向阀和执行元件进行润滑。如果采用无给油润滑的气动元件，则不需要油雾器。图 11-2二次压力控制回路1空气过滤器；2减压阀；3油雾器（3） 高低压控制回路如果有些气动设备时而需要高压，时而需要低压，就可采用图11-3 所示的高低压转换回路。其原理是先用减压阀 1 和 2 将气源压力调至两种不同的压力 p 和 p12，再由二位三通阀 3转换成 p 或 p。12图 11-3高低压控制回路1、2减压阀；3电磁换向阀（二）力控制回路气缸等执行

5、元件和液压执行元件一样，输出力的大小与输入压力和元件的受力面积有关。因为气动系统的输入压力一般不太高，可以通过改变有效作用面积来实现提高输出力的目的。图 11-4(a) 所示为利用串联气缸实现增力的回路。串联气缸的活塞杆上联接有数个活塞，每个活塞的两侧可分别供给压力。通过对电磁换向阀 1、2、3 的通电个数进行组合，可实现气缸的增力输出。气缸增力的倍数与气缸的串联段数成正比。图 11-4(b)所示为气液增压缸增力回路。该回路利用气液增压缸把较低的气压变成较高的液压，提高了气液缸的输出力。电磁阀左侧通电，对增压器低压侧施加压力，增压器动作， 其高压侧产生高压油并提供给工作缸。电磁阀右侧通电可实现

6、工作缸及增压器回程。使用该增压回路时，油、气关联处密封要好，油路中不得混入空气。(a) (b)图 11-4力控制回路11.1.2 换向回路气动执行元件的换向主要是利用方向控制阀来实现的。方向控制阀按其通路数来分，有二通阀、三通阀以及四通阀、五通阀等，利用这些方向控制阀可以构成单作用执行元件和双作用执行元件的各种换向控制回路。（一）单作用气缸的换向回路单作用气缸依靠气压使活塞杆朝单方向伸出，反向复位则要依靠弹簧力或其他外力返回。单作用气缸的换向通常采用二位三通阀、三位三通阀来实现。图 11-5 所示为采用电控二位三通换向阀的控制回路。图 11-5(a)为采用单电控换向阀的控制回路，当换向阀电磁铁

7、得电时，换向阀切向左位，向气缸左腔供气，活塞杆伸出；当电磁铁断电时，换向阀由弹簧切到右位，气缸左腔排气，活塞杆依靠弹簧力复位。此回路如果气缸在伸出时突然断电，则单电控阀将立即复位，气缸得以返回。图 11-5(b)为采用双电控换向阀的控制回路。双电控阀为双稳态阀，具有记忆功能，当气缸在伸出时突然断电，换向阀不切换，气缸仍将保持原来的状态。如果回路需要考虑失电保护控制，则选用双电控阀为好， 双电控阀应水平安装。(a)(b)图 11-5 二位三通电控换向回路图 11-6 所示为采用三位三通阀的换向控制回路，该阀具有自动对中功能，故能实现活塞杆在行程中途的任意位置停留。该回路由于空气的可压缩性原因，定

8、位精度较差，并要求系统有较好的密封性。图 11-6三位三通电控换向回路（二）双作用气缸的换向回路双作用气缸的换向回路是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，一般采用二位五通阀和三位五通阀控制。图 11-7 所示为采用了二位五通阀控制的换向回路，图 11-7(a)为单电控方式，图 111-7(b)为双电控方式。(a)(b)图 11-7 二位五通电控换向回路当需要中间定位时，可采用三位五通阀构成的换向回路，如图11-8 所示。图11-8(a)所示为双气控三位五通阀换向回路。当 m 信号输入时换向阀切换至左位，气缸活塞杆伸出；当 n 信号输入时换向阀切换至右位，气缸活塞杆缩回；当

9、m、n 均排气时换向阀回到中位，活塞杆在中途停止运动。由于空气的可压缩性以及气缸活塞、活塞杆及其带动的运动部件产生的惯性力，仅用三位五通阀使活塞杆在中途停下来，定位精度不高。图 11-8(b)是用双电控三位五通阀组成的换向回路。活塞可在中途停止运动，可以用电气控制线路来进行控制。(a)(b)图 11-8三位五通电控换向回路图 11-9 所示为采用气控二位五通换向阀控制的换向回路。当缸径很大时，手控阀的流通能力过小将影响气缸运动速度。因此，直接控制气缸换向的主控阀需采用通径较大的气控阀， 图中阀 1 为手动操作阀，阀 1 也可用机控阀代替。图 11-9气动二位五通阀换向回路11.1.3 速度控制

10、回路控制气动执行元件运动速度的一般方法是改变气缸进排气管路的阻力。因此，利用流量控制阀来改变进排气管路的有效截面积，即可实现速度控制。由于气动系统的功率都不太大， 故气动系统调速的方法主要是节流调速。（一）单作用气缸的速度控制回路（1） 进气节流调速回路图 11-10(a)、图11-10(b)所示的回路分别采用了节流阀和单向节流阀，通过调节节流阀的不同开度，可以实现进气节流调速。气缸活塞杆返回时，由于没有节流，可以快速返回。（2） 排气节流调速回路图 11-10(c)、图 11-10(d)所示的回路均是通过排气节流来实现快进和慢退的。图 11-10(c) 中的回路是在排气口设置排气节流阀来实现

11、调速的，其优点是安装简单，维修方便。但在管路比较长时，较大的管内容积会对气缸的运行速度产生影响，此时就不宜采用排气节流阀控制。图 11-10(d)中的回路是换向阀与气缸之间安装了单向节流阀。回路在进气时不节流，活塞杆快速前进。换向阀复位时，由节流阀控制活塞杆的返回速度。这种安装形式不会影响换向阀的性能，故工程中多数采用这种回路。(a)(b)(c)(d)图 11-10单作用气缸速度控制回路（二）双作用气缸的速度控制回路（1） 进气节流调速回路图 11-11(a)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。当进气腔压力产

12、生的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，所以活塞启动时运动速度较快，进气腔容积急剧增大。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。（2） 排气节流调速回路图 11-11(b)所示为双作用气缸的排气节流调速回路，图 11-11(c)所示为采用排气节流阀的调速回路。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的速度。排气节流调速时，进气阻力小，受外载变化影响小，调速效果好于进气节流调速。因

13、此，双作用气缸一般采用排气节流控制。(a) (b)(c)图 11-11双作用气缸速度控制回路（3） 缓冲回路气缸驱动较大负载高速移动时，会产生很大的动能。将此动能从某一位置开始逐渐减小，使活塞逐渐减慢速度，最终使执行元件在指定位置平稳停止的回路称为缓冲回路。如图 11-12 所示，缓冲的方法大多是利用空气的可压缩性，在气缸内设置气压缓冲装置。对于行程短、速度高的情况，气缸内设气压缓冲吸收动能比较困难，一般采用液压吸振器， 如图 11-12(a)。对于运动速度较高、惯性力较大、行程较长的气缸，可采用两个节流阀并联使用的方法，如图 11-12(b)。(a) (b)图 11-12缓冲回路在图 11-

14、11(b)所示的回路中，节流阀 3 的开度大于节流阀 2。当阀 1 通电时，A 腔进气， B 腔的气流经节流阀 3、换向阀 4 从阀 1 排出。调节阀 3 的节流阀开度，可改变活塞杆的前进速度。当活塞杆挡块压下行程终端的行程阀 4 后，行程阀 4 换向，通路切断，这时 B 腔的余气只能从阀 2 的节流阀排出。如果把阀 2 的节流开度调得很小，则 B 腔内压力猛升，对活塞产生反向作用力，阻止和减小活塞的高速运动，从而达到在行程末端减速和缓冲的目的。根据负载大小调整行程阀 4 的位置，即调整 B 腔的缓冲容积，就可获得较好的缓冲效果。（三）气液联动的速度控制回路由于空气的可压缩性，气缸活塞的速度很

15、难平稳，尤其在负载变化时其速度波动更大。在有些场合，例如机械切削加工中的进给气缸要求速度平稳、加工精确，普通气缸难以满足此要求。为此可使用气液转换器或气液阻尼缸，通过调节油路中的节流阀开度来控制活塞的运动速度，实现低速和平稳的进给运动。（1） 采用气液转换器的速度控制回路图 11-13 所示为采用气液转换器的双向调速回路。该回路中，原来的气缸换成液压缸，但原动力还是压缩空气。由换向阀 1 输出的压缩空气通过气液转换器 2 转换成油压，推动液压缸 4 作前进与后退运动。两个节流阀 3 串联在油路中，可控制液压缸活塞进退运动的速度。由于油是不易压缩的介质，因此其调节的速度容易控制，调速精度高，活塞

16、运动平稳。需要注意的是：气液转换器的贮油容积应大于液压缸的容积，而且要避免气体混入油中， 否则就会影响调速精度与活塞运动的平稳性。（2） 采用气液阻尼缸的速度控制回路在这种回路中，用气缸传递动力，由液压缸进行阻尼和稳速，并由液压缸和调速机构进行调速。由于调速是在液压缸和油路中进行的，因而调速精度高、运动速度平稳。因此这种调速回路应用广泛，尤其在金属切削机床中用得最多。图 11-13 采用气液转换器的速度控制回路图 11-14(a)所示为串联型气液阻尼缸双向调速回路。由换向阀 1 控制气液阻尼缸 2 的活塞杆前进与后退，阀3 和阀 4 调节活塞杆的进、退速度，油杯5 起补充回路中少量漏油的作用。

17、图 11-14(b)所示为并联型气液阻尼缸双向调速回路。调节连接液压缸两腔回路中设置的节流阀 6，即可实现速度控制，7 为储存液压油的蓄能器。这种回路的优点是比串联型结构紧凑，气液不宜相混。不足之处是如果两缸安装轴线不平行，会由于机械摩擦导致运动速度不平稳。(a) (b)图 11-14 采用气液阻尼缸的速度控制回路11.1.4 位置控制回路如果要求气动执行元件在运动过程中的某个中间位置停下来，则要求气动系统具有位置控制功能。常采用的位置控制方式有采用三位阀方式、采用机械挡块方式和采用制动气缸控制方式等。（一）采用三位阀的位置控制回路图 11-15(a)所示为采用三位五通阀中位封闭式的位置控制回

18、路。当阀处于中位时，气缸两腔的压缩空气被封闭，活塞可以停留在行程中的某一位置。这种回路不允许系统有内泄漏， 否则气缸将偏离原停止位置。另外，由于气缸活塞两端作用面积不同，阀处于中位后活塞仍将移动一段距离。图 11-15(b)所示的回路可以克服上述缺点，因为它在活塞面积较大的一侧和控制阀之间增设了调压阀，调节调压阀的压力，可以使作用在活塞上的合力为零。图 11-15(c) 所示的回路采用了中位加压式三位五通换向阀，适用于活塞两侧作用面积相等的气缸。(a)(b)(c)图 11-15采用三位阀的位置控制回路（二）采用机械挡块的位置控制回路图 11-16 所示为采用机械挡块辅助定位的控制回路。该回路简

19、单可靠，其定位精度取决于挡块的机械精度。必须注意的问题是：为防止系统压力过高，应设置有安全阀；为了保证高的定位精度，挡块的设置既要考虑有较高的刚度，又要考虑具有吸收冲击的缓冲能力。图 11-16采用机械挡块的位置控制回路（三）利用制动气缸的位置控制回路图 11-17 所示为利用制动气缸实现中间定位控制的回路。该回路中，三位五通换向阀 1的中位机能为中位加压型，二位五通阀 2 用来控制制动活塞的动作，利用带单向阀的减压阀3 来进行负载的压力补偿。当阀 1、2 断电时，气缸在行程中间制动并定位；当阀 2 通电时， 制动解除。图11-17采用制动气缸的位置控制回路11.2 其他常用回路其他常用回路是

20、生产或实践中经常用到的一些典型回路，主要有安全保护回路、同步控制回路、往复动作回路等。11.2.1 安全保护回路由于气动执行元件的过载、气压的突然降低以及气动执行机构的快速动作等情况都可能危及操作人员或设备的安全，因此在气动回路中，常常要加入安全保护回路。（一）双手操作安全保护回路锻压、冲压设备中必须设置有安全保护回路用来避免误动作，以保证操作者双手的安全及设备的正常工作。双手操作回路就是使用了两个启动用的手动阀，只有同时按动这两个手动阀时回路才能动作。图 11-18(a)所示的回路需要双手同时按下手动阀才能切换主阀，气缸活塞才能下落并锻、冲工件。实际上给主阀的控制信号相当于阀 1、2 相“与

21、”的信号。如阀 1（或 2）的弹簧折断不能复位，此时单独按下一个手动阀，气缸活塞也可以下落，所以此回路并不十分安全。在图 11-18(b)所示的回路中，当双手同时按下手动阀时，贮气罐 3 中预先充满的压缩空气经节流阀 4，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，贮气罐 3 中的压缩空气都将通过手动阀 1 的排气口排空，不足以建立起控制压力，因此阀 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。(a) (b)图 11-18双手操作安全保护回路（二）过载保护回路当活塞杆在伸出途中遇到故障或其他原因使气缸过载时，活塞能自动

22、返回的回路，称为过载保护回路。如图 11-19 所示的过载保护回路，按下手动换向阀 1，使二位五通换向阀 2 处于左位，活塞向右前进。正常运行时，挡块压下行程阀 5 后，活塞自动返回；当活塞运行中途遇到障碍物 6 时，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 将主控阀切换至右位（图示位置），使活塞缩回，气缸左腔压缩空气经阀 2 排掉，可以防止系统过载。图 11-19过载保护回路1手动换向阀；2气动换向阀；3顺序阀；4梭阀；5行程阀；6挡铁（三）互锁回路图 11-20 所示为互锁回路。该回路能防止各气缸的活塞同时动作，而保证只有一个活塞动作。该回路的技术要点是利用了梭

23、阀 1、2、3 及换向阀 4、5、6 进行互锁。例如：当换向阀 7 切换至左位，则换向阀 4 换至左位，使缸A 活塞杆向上伸出。与此同时，气缸进气管路的压缩空气使梭阀 1、2 动作，把换向阀 5、6 锁住，缸B 和缸 C 活塞杆均处于下降状态。此时换向阀 8、9 即使有信号，缸B 和缸 C 也不会动作。如要改变缸的动作，必须把前一动作缸的气控阀复位。图 11-20互锁回路1、2、3梭阀；4、5、6、7、8、9气动换向阀11.2.2 同步控制回路同步控制回路是指驱动两个或多个执行机构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，要使多个执行机构保持同步并非易

24、事。最简单的同步回路是采用刚性零件将多个缸固连在一起，并使多个缸的有效面积相同。图 11-21(a)所示的同步装置是使用齿轮齿条将两个气缸的活塞杆连接起来，使其同步动作。图11-21(b)为使用连杆机构的气缸同步装置。(a) (b)图 11-21采用机械连接的同步动作回路如果负载在运动过程中有变化，且要求运动平稳的场合，使用气液联动缸可取得较好的1212效果。图 11-22 为使用两个气缸和液压缸串联而成的气液缸的同步控制回路。图中工作平台上施加了两个不相等的负载 F 和 F ，且要求水平升降。当回路中的电磁阀7 的 1YA 通电时， 阀 7 左位工作，压力气体流入气液缸 1、2 的下腔中，克

25、服负载 F 和 F 推动活塞上升。此时， 在从梭阀 6 来的先导压力的作用下，常开型两通阀3、4 关闭，使气液缸1 的油缸上腔的油被压入气液缸 2 的油缸下腔，气液缸 2 的油缸上腔的油被压入气液缸 1 的油缸下腔，从而使它们保持同步上升。同样，当电磁阀 7 的 2YA 通电时，可使气液联动缸向下的运动保持同步。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 5 自动补充。为了排出液压缸中的空气，需设置放气塞 8 和 9。图11-22采用气液联动缸的同步回路11.2.3 往复动作回路（一）单往复动作回路图 11-23 所示回路是行程控制的单往复动作回路，由机控阀和手

26、动阀来控制活塞作往复动作。按下手动阀 1，气缸向右运动，当活塞杆上的撞块碰下行程阀 2 时，主换向阀 3 切换， 气缸活塞自动返回，完成一次工作循环。每按一次手动阀，气缸和活塞往复动作一次。（二）连续往复动作回路图 11-24 所示为较简单的采用机控阀实现连续往复动作的回路。拉动带定位机构的手动阀 1 使其处于右端供气状态，则阀 2 被切换至右位，活塞前进。当活塞达到行程终点时压下行程阀 4，使阀2 切换至左位，活塞后退。当活塞退回行程终点时压下行程阀3，使阀2 再次切换至右位，活塞再次前进。只要手动阀 1 不改变启动状态，气缸将连续不断运动，直至阀1 复位，活塞会才停止于后退位置。图11-2

27、3单往复动作回路图11-24连续往复动作回路11.2.4 延时回路图 11-25 所示为延时回路。图11-25(a)是延时输出回路，当控制信号切换阀4 后，压缩空气经单向调速阀 3 向气罐 2 充气。当充气压力经延时升高致使阀 1 换位时，阀 1 就有输出。在图 11-25(b)所示回路中，按下阀 8，则气缸向外伸出，当气缸在伸出行程中压下阀5 后，压缩空气经节流阀到气罐 6 延时后才将阀 7 切换，气缸退回。(a) (b)图 11-25延时回路11.3 典型气动系统11.3.1 组合机床动力头控制系统气动滑台也是一种机床动力部件，其用途与液压动力滑台相同，图 11-26 所示为气液动力滑台的

28、气动系统原理图。气液动力滑台的气动系统采用气液阻尼缸作为执行元件，在机床设备中用来实现进给运动，可以完成“快进慢进（工进）快退停止”和“快进慢进（工进）慢退快退停止”两种工作循环。下面分别对这两种工作循环的实现原理进行简要介绍。图 11-26气液动力滑台气动系统的原理图1、3、4手动阀；2、6、8行程阀；5节流阀；7、9单向阀；10补油箱（一）快进慢进（工进）快退停止图 11-26 中的手动阀 4 处于右位状态时，系统就可实现“快进慢进（工进）快退 停止”的工作循环，其动作原理分述如下：1） 快进将手动阀 3 切换到右位，此时气压信号的气路为：气源手动阀 1（左位）手动阀 3（右位）气缸上腔，

29、在气压作用下气缸活塞开始向下运动。在气缸活塞的带动下，液压缸活塞同时向下运动，其油路为：液压缸下腔行程阀 6（左位）单向阀 7液压缸上腔，滑台实现快进；2） 慢进（工进）当快进到液压缸活塞杆上的挡块 B 压下行程阀 6 使其切换到右位后，液压缸下腔的油液只能经节流阀 5 进入液压缸上腔，从而实现工进。调节节流阀 5 的开度，即可调节气液阻尼缸的运动速度；3） 快退当工进到挡铁 C 压下行程阀 2 使其切换至左位时，此时控制气路为：气源行程阀 2（左位）手动阀 3（左腔），使手动阀切换至左位，压缩空气经手动阀 1 和 3 进入气缸下腔，气缸活塞开始向上运动，推动液压缸活塞向上运动，其油路为：液压

30、缸上腔 行程阀 8（左位）手动阀 4（右位中的单向阀）液压缸下腔，实现快退；4） 停止当快退到挡铁 A 压下行程阀 8 使其切换至右位，油液通道被切断时，活塞便停止运动。改变挡铁 A 的位置，就可以改变“停”的位置。（二）快进慢进（工进）慢退快退停止扳动手动阀 4，使其左位接入系统，即可实现“快进慢进（工进）慢退快退停止”的双向进给工作循环，其动作原理分述如下：1） 快进工作原理与上述的快进动作原理相同；2） 慢进（工进）工作原理与上述的慢进（工进）动作原理相同；3） 慢退当慢进至挡铁 C 压下行程阀 2 使其切换至左位时，压缩空气进入手动阀 3 左腔，使其左位接入系统，压缩空气进入气缸下腔，

31、气缸活塞开始向上运动，推动液压缸活塞向上运动，其油路为：液压缸上腔行程阀8（左位）节流阀 5液压缸下腔，其流量大小由节流阀 5 调节，实现慢退（反向进给）；4） 快退当慢退至到挡铁 B 离开行程阀 6 时，使行程阀 6 复位至左位，液压缸上腔的油液经行程阀 6 左位进入液压缸下腔，开始快退；5） 停止当快退到挡铁 A 压下行程阀 8 时，油液通路被切断，活塞就停止运动。气液动力滑台气动系统中，带定位机构的手动阀 1、行程阀 2 和手动阀 3 组合成为一只组合阀块；手动阀 4、行程阀 5 和行程阀 6 组合成另一组合阀块；补油箱 10 用以补偿系统中的泄漏，一般可用油杯来代替。11.3.2 气动

32、机械手在某些高温、粉尘及噪声等不适合人工操作的恶劣环境场合，用气动机械手替代手工作业是工业自动化发展的一个重要方向。气动机械手可以根据各种自动化设备的工作需要，模拟人手的部分动作，按照预定的控制程序实现如自动抓取和搬运、自动取料、上料、卸料和换刀等功能。气动机械手是机械手的一种，具有成本低，结构简单，质量小，动作迅速平稳可靠等优点。本节所介绍的是用于某专用设备上的气动机械手，其结构示意图如图 11-27 所示。该气动机械手由四个气缸组成，可在三个坐标系内工作。A 缸为抓取机构的松紧缸，A 缸活塞后退时抓紧工件，活塞前进时则松开工件。B 缸为长臂伸缩缸。C 缸为机械手升降缸。D 缸为立柱回转缸，

33、该气缸为齿轮齿条缸，可以把活塞的直线运动转变为立柱的旋转运动，从而实现立柱的回转。图 11-27气动机械手的结构示意图图 11-28 是气动机械手的系统原理图，图中标识的含义如下：大写字母加下标（如 A 、0A ）分别表示换向阀的左位或右位接入系统，小写字母加下标（如 a 、a ）表示行程阀被压101下使相应换向阀的左腔或右腔通气。图 11-28气动机械手的系统原理图如果要求机械手的动作顺序为：立柱下降 C0伸臂 B1夹紧工件 A0缩臂 B0立柱顺时针转 D1立柱上升 C1放开工件 A1立柱逆时针转 D0，则该气动系统的工作循环分析如下：1） 扳动启动阀 q，主控阀 C 处于 C0 位，缸 C

34、 活塞杆退回，得到 C0；2） 当缸 C 活塞杆上的挡铁碰到 c0，则控制气使主控阀 B 处于 B1 位，缸 B 活塞杆伸出，得到 B ；13） 当缸 B 活塞杆上的挡铁碰到 b ，则控制气使主控阀 A 处于 A 位，缸 A 活塞杆退回，10得到 A ；04） 当缸 A 活塞杆上的挡铁碰到 a ，则控制气使主控阀 B 处于 B 位，缸 B 活塞杆退回，00得到 B ；05） 当缸 B 活塞杆上的挡铁碰到 b ，则控制气使主控阀 D 处于 D 位，缸 D 活塞杆向右运01动，得到 D ；16） 当缸 D 活塞杆上的挡铁碰到 d ，则控制气使主控阀 C 处于 C 位，缸 C 活塞杆伸出，11得到

35、C ；17） 当缸 C 活塞杆上的挡铁碰到 c ，则控制气使主控阀 A 处于 A 位，缸 A 活塞杆伸出，11得到 A ；18） 当缸 A 活塞杆上的挡铁碰到 a ，则控制气使主控阀 D 处于 D 位，缸 D 活塞杆向左运10动，得到 D ；09） 当缸D 活塞杆上的挡铁碰到 d ，则控制气经启动阀 q 又使主控阀 C 处于 C 位，于是00又开始新一轮的工作循环。11.3.3 工件夹紧气动系统工件夹紧气动系统是机械加工自动线和组合机床中常用的夹紧装置的驱动系统。图 11-29 所示为机床夹具的气动夹紧系统，其动作循环是：当工件运动到指定位置后，气缸A 的活塞杆伸出，将工件定位后两侧的气缸B

36、和气缸 C 的活塞杆同时伸出，从两侧对工件夹紧，之后再进行机械加工，加工完成后，各夹紧缸退回，将工件松开。图 11-29工件夹紧气动系统原理图工件夹紧气动系统的具体工作原理如下：1） 踏下脚踏阀 1，压缩空气进入缸 A 的无杆腔，使缸 A 的活塞杆下降定位工件；2） 当缸 A 活塞杆压下行程阀 2 时，压缩空气经行程阀 2 的左位和单向节流阀 5 进入主控阀 6 的右腔，使主控阀 6 切换至右位，然后压缩空气经主控阀 6 的右位和中继阀 4 的左位同时进入缸 B 和缸 C 的无杆腔，使两缸活塞杆伸出夹紧工件。同时压缩空气通过中继阀4 后有一部分经单向节流阀 3 调定延时后进入中继阀 4 的右腔

37、，经过一段时间后（由节流阀控制） 中继阀 4 切换至右位，压缩空气进入缸 B 和缸 C 的有杆腔，使缸 B 和缸 C 退回原来位置；3） 在缸 B 和缸 C 退回的过程中有杆腔的压缩空气使脚踏阀 1 复位至右位，压缩空气进入缸 A 的下腔使缸 A 返回原位。此时由于行程阀2 的挡块被放开，行程阀2 复位至右位，中继阀 4 也得以复位至左位。缸B 和缸 C 的无杆腔接通大气，主控阀 6 复位至左位，从而完成了一个工作循环，只有再踏下脚踏阀 1 才能开始下一个工作循环。11.3.4 气动计量系统在工业生产中，经常遇到要对传送带上连续供给的粒状物进行计量，并按一定质量分装的问题。如图 11-30 所

38、示的一套气动计量装置，当计量箱中的物料质量达到设定值时，要求暂停传送带上物料的供给，然后把计量好的物料卸到包装容器中。当计量箱返回到图示位置后，物料再次落入计量箱中，开始下一次计量。图 11-30 气动计量装置示意图计量装置的动作原理如下：气动装置在停止工作一段时间后，因泄漏气缸活塞会在计量箱的重力作用下缩回。因此，首先要有计量准备动作使计量箱到达图示位置。随着物料落入计量箱中，计量箱的质量不断增加，气缸 A 慢慢被压缩。计量的质量达到设定值时，气缸 B 伸出，暂时停止物料的供给。计量缸换接高压气源后伸出，把物料卸掉。经过一段时间的延时后，计量缸缩回，为下次计量做好准备。图 11-31 所示为

39、气动计量系统的回路图，其工作原理叙述如下：图 11-31 气动计量系统回路图气动计量装置启动时，先切换手动换向阀 14 至左位，减压阀 1 调节的高压气体使计量缸A 伸出，当计量箱上的凸块通过设置于行程中间的行程阀 12 的位置时，手动阀切换至右位， 计量缸 A 以排气节流阀 17 所调节的速度下降。当计量箱侧面的凸块切换行程阀 12 后，行程阀 12 发出信号使阀 6 切换至图示位置，使止动缸 B 缩回。然后把手动阀换至中位，计量准备工作结束。随着来自传送带的被计量物落入计量箱中，计量箱的质量不断增加，此时计量缸A 的主控阀 4 处于中间位置，缸内气体被封闭住而呈现等温压缩过程，即缸 A 的

40、活塞杆慢慢缩回。当质量达到设定值时，切换行程阀13，行程阀13 发出的气压信号切换气控阀 6，使止动缸B 伸出，暂停被计量物的供给，同时阀 5 也切换至图示位置。止动缸外伸至行程终点时无杆腔压力升高，顺序阀 7 打开。计量缸A 的主控阀 4 和高低压切换阀 3 被切换，6105Pa 的高压空气使计量缸 A 外伸。当计量缸A 行至终点时，行程阀11 动作，经过由单向节流阀10 和气罐 C 组成的延时回路延时后，切换换向阀 5，其输出信号使阀 4 和阀 3 切换，3105Pa 的压缩空气进入计量缸 A 的有杆腔，计量缸 A 的活塞杆以单向节流阀 8 调节的速度内缩。单方向作用的行程阀 12 动作后

41、，发出的信号切换气控阀6，使止动缸B 内缩，来自传送带上的粒状物开始再次落入计量箱中。该气动计量系统具有以下特点：1） 止动缸安装行程阀有困难，因此采用了顺序阀发信号的方式；2） 在整个动作过程中，计量和倾倒物料都是由缸 A 完成的，所以回路采用了高低压切换回路，计量时用低压，计量结束倾倒物料时用高压。计量质量的大小可以通过调节低压调压阀 2 的调定压力或调节行程阀 12 的位置来进行调节；3） 回路中采用了由单向节流阀 10 和气罐 C 组成的延时回路。思考题与习题11-1 简述常见的压力控制回路及其用途。11-2 为什么要采用气液增压缸增力回路？其增力原理是什么？11-3 双手操作安全保护

42、回路为什么能够实现保护操作人员的目的？11-4 互锁回路的工作原理是什么？如果要实现四缸互锁，应该如何设计？11-5 工件夹紧气动系统中，工件夹紧的时间是怎样调节的？参考文献1 刘军营，陈建文. 液压与气压传动M. 西安：西安电子科技大学出版社，20082 许福玲，陈尧明. 液压与气压传动M. 北京：机械工业出版社，20003 石望远，李斌，郑广花. 液压与气压传动M. 北京：国防工业出版社，20094 钟平，鲁晓丽，王昕煜，等. 液压与气压传动M. 哈尔滨：哈尔滨工业大学，20085 宋锦春，苏东海，张志伟. 液压与气压传动M. 北京：科学出版社，20066 何存兴，张铁华. 液压与气压传动（第二版）M. 武汉：华中科技大学出版社，20007 曹建东，龚肖新. 液压与气压传动M. 北京：北京大学出版社，20068 陈奎生. 液压与气压传动M. 武汉：武汉理工大学出版社，2001