气压与液压传动控制技术 气动传动基本控制回路.pptx
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1、第一节 气动回路图 1.1.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-GB786-9393）进行绘制。2.2.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。3.3.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。下一页上一页返回第1页/共225页第一节 气动回路图 4.4.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。5.5.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
2、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。下一页上一页返回第2页/共225页第一节 气动回路图 6.6.管线在绘制时尽量用直线，避免交叉，连接处用黑点表示。7.7.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 P执行元件 A A 原动机 M M 传感器 S S阀 V V其它元件 Z Z（或用除上面提到的其它字母）上一页返回第3页/共225页第二节 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
3、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。下一页 返回第4页/共225页第二节 方向控制阀一、单向阀单向阀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3-13-1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。下一页上一页返回第5页/共225页第二节 方向控制阀二、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
4、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。下一页上一页返回第6页/共225页第二节 方向控制阀1.1.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3-33-3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3-43-4所示。下一页上一页返回第7页/共225页第二节 方向控制阀2.2.机械操
5、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。下一页上一页返回第8页/共225页第二节 方向控制阀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3-53-5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
6、返回第9页/共225页第二节 方向控制阀3.3.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。下一页上一页返回第10页/共225页第二节 方向控制阀常用加压控制气控阀的工作原理如图3-73-7和图3-83-8所示。在图3-73-7中可以看到阀的开启和关闭是通过在气控口1212加上或撤
7、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：下一页上一页返回第11页/共225页第二节 方向控制阀（1 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 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 3）当阀口较多时，结构太复杂，所以一般用于三通或二通阀。（4 4）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。下一页上一页返回第12页/共225页第二节 方向控制阀图3-83-8所示换向阀的换向是通过在气控口1
8、212或气控口1414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 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 2）切换时，没有背压阻力，所需换向力小，动作灵敏。下一页上一页返回第13页/共225页第二节 方向控制阀（3 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 4）阀芯在阀体内滑动，对杂质敏感，对气源处理要求较高。（5 5）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
9、能的改变。下一页上一页返回第14页/共225页第二节 方向控制阀4.4.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3-103-10所示为这两种操作方式的表示方法。下一页上一页返回第15页/共225页第二节 方向控制阀（1 1）直动式电磁换向阀直动式电磁阀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 2）先导式电磁换向阀直动式电磁阀由于阀芯的换向行
10、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。下一页上一页返回第16页/共225页第二节 方向控制阀5.5.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”T”
11、和“”“”表示各接口互不相通。下一页上一页返回第17页/共225页第二节 方向控制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DIN ISO 5599DIN ISO 5599所确定的规则，标号方法如下：压缩空气输入口：1 1排气口：3 3、5 5信号输出口：2 2、4 4使接口1 1和2 2导通的控制管路接口：1212使接口1 1和4 4导通的控制管路接口：1414使阀门关闭的控制管路接口：1010上一页返回第18页/共225页第三节 直接控制与间接控制一、直接与间接控制的定义和特点 如图3-163-16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
12、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。下一页 返回第19页/共225页第三节 直接控制与间接控制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：1.1.控制要求比较复杂的回路 2.2.高速或大口径执行元件的控制下一页上一页返回第20页/共225页第三节 直接控制与间
13、接控制二、课题一：工件转运装置 1.1.课题说明如图3-173-17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。下一页 返回上一页第21页/共225页第三节 直接控制与间接控制2.2.直接控制回路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。3.3.间接控制回路本课题也可以采用间接控制的方法实现。下一页 返回上一页第22页/共225页第三节 直接控制与间接控制4.4.电气控制回路利用气动控制元件对气动执行元件进行运
14、动控制的回路称为全气动控制回路。一般适用于需耐水、有高防爆、防火要求、不能有电磁噪声干扰的场合以及元件数较少的小型气动系统。气动系统的电气控制回路的设计思想、方法与其他系统的电气控制回路设计思想、方法是基本相同的，所用电气控制元件也基本相同。下一页 返回上一页第23页/共225页第三节 直接控制与间接控制本课题也可采用电气控制方式实现。（1 1）基本电气控制元件按钮：按钮是一种最基本的主令电器，它是通过人力来短时接通或断开电路的电气元件。按触点形式不同它可分为动合按钮、动断按钮和复合按钮。动合按钮在无外力作用时，触点断开；外力作用时，触点闭合。动断按钮无外力作用时，触点闭合；外力作用时，触点断
15、开。复合按钮中既有动合触点，又有动断触点。下一页 返回上一页第24页/共225页第三节 直接控制与间接控制电磁继电器：电磁继电器在电气控制系统中起控制、放大、联锁、保护和调节的作用，是实现控制过程自动化的重要元件，其工作原理如图3-213-21所示。电磁继电器的线圈通电后，所产生的电磁吸力克服释放弹簧的反作用力使铁心和衔铁吸合。衔铁带动动触头1 1，使其和静触头2 2分断，和静触头4 4闭合。线圈断电后，在释放弹簧的作用下，衔铁带动动触头与静触头4 4分断，与静触头2 2再次回复闭合状态。下一页 返回上一页第25页/共225页第三节 直接控制与间接控制（2 2）电气控制回路图 在这个课题中，如
16、果采用双作用气缸，可以得到如图3-223-22所示的电气控制回路图。方案1 1中采用按钮S1S1直接控制电磁阀线圈通断电，回路简单；方案2 2中采用按钮S1S1控制电磁继电器线圈通断电，继电器触点控制电磁阀线圈通断电，回路比较复杂，但由于继电器提供多对触点，使回路具有良好的可扩展性。采用单作用气缸时的电气控制回路图与此基本相同。下一页 返回上一页第26页/共225页第三节 直接控制与间接控制5.5.操作练习（1 1）按照图3-183-18、图3-193-19和图3-223-22所示回路进行连接并检查。（2 2）连接无误后，打开气源和电源，观察气缸运行情况。（3 3）根据实验现象对直接控制、间接
17、控制和电气控制方式三种实现方式进行比较。（4 4）对实验中出现的问题进行分析和解决。（5 5）实验完成后，将各元件整理后放回原位。返回上一页第27页/共225页第四节 逻辑控制回路 在气动系统中，如果有多个输入条件来控制气缸的动作，就需要通过逻辑控制回路来处理这些信号间的逻辑关系，实现执行元件的正确动作。一、双压阀与梭阀 下一页 返回第28页/共225页第四节 逻辑控制回路 1.1.双压阀 如图3-233-23所示，双压阀有两个输入口1 1（3 3）和一个输出口2 2。只有当两个输入口都有输入信号时，输出口才有输出，从而实现了逻辑“与门”的功能。当两个输入信号压力不等时，则输出压力相对低的一个
18、，因此它还有选择压力作用。在气动控制回路中的逻辑“与”除了可以用双压阀实现外，还可以通过输入信号的串联实现。下一页 返回上一页第29页/共225页第四节 逻辑控制回路 2.2.梭阀如图2-252-25所示，梭阀和双压阀一样有两个输入口1 1（3 3）和一个输出口2 2。当两个输入口中任何一个有输入信号时，输出口就有输出，从而实现了逻辑“或门”的功能。当两个输入信号压力不等时，梭阀则输出压力高的一个。在气动控制回路中可以采用图3-263-26所示的方法实现逻辑“或”，但不可以简单的通过输入信号的并联实现。因为如果两个输入元件中只有一个有信号，其输出的压缩空气会从另一个输入元件的排气口漏出。下一页
19、 返回上一页第30页/共225页第四节 逻辑控制回路 二、课题二：板材成型装置 1.1.课题说明如图3-273-27所示，利用一个气缸对塑料板材进行成型加工。气缸活塞杆在两个按钮1S11S1、1S21S2同时按下后伸出，带动曲柄连杆机构对塑料板材进行压制成型。加工完毕后，通过另一个按钮1S31S3让气缸活塞杆回缩。下一页 返回上一页第31页/共225页第四节 逻辑控制回路 2.2.气动控制回路 在本课题中气缸活塞只有在两个按钮全部按下时才会伸出，从而保证双手在气缸伸出时不会因操作不当受到伤害。这种双手操作回路是一种很常见的安全保护回路。3.3.电气控制回路电气控制中通过对输入信号的串联和并联可
20、以很方便的实现逻辑“与”、“或”功能。下一页 返回上一页第32页/共225页第四节 逻辑控制回路 4.4.操作练习（1 1）按照图3-283-28、图3-293-29所示回路进行连接并检查。（2 2）连接无误后，打开气源和电源，观察气缸运行情况。（3 3）根据实验现象对三种实现方式进行比较。（4 4）对实验中出现的问题进行分析和解决。（5 5）实验完成后，将各元件整理后放回原位。下一页 返回上一页第33页/共225页第四节 逻辑控制回路 三、课题三：门开关控制装置1.1.课题说明 如图3-303-30所示，利用一个气缸对门进行开关控制。气缸活塞杆伸出，门打开；活塞杆缩回，门关闭。门内侧的开门按
21、钮和关门按钮分别为1S11S1和1S21S2；门外侧的开门按钮和关门按钮分别为1S31S3和1S41S4。1S11S1、1S31S3任一按钮按下，都能控制门打开；1S21S2、1S41S4任一按钮按下，都能让门关闭。下一页 返回上一页第34页/共225页第四节 逻辑控制回路 2.2.气动控制回路在这个课题中，门内外的两个开门按钮1S11S1和1S31S3，都能让气缸伸出，它们是逻辑“或”的关系。门内外的两个关门按钮1S21S2和1S41S4，都能让气缸缩回，它们也是逻辑“或”的关系。3.3.电气控制回路请根据控制要求自行设计完成电气控制回路图。下一页 返回上一页第35页/共225页第四节 逻辑
22、控制回路 4.4.操作练习（1 1）根据控制要求设计完成气动控制回路图和电气控制回路图。（2 2）按照气动控制回路图和电气控制回路图进行连接并检查。（3 3）连接无误后，打开气源和电源，观察气缸运行情况是否符合控制要求。（4 4）对实验中出现的问题进行分析和解决。（5 5）实验完成后，将各元件整理后放回原位。返回上一页第36页/共225页第五节 行程程序控制回路 一、行程程序控制回路在实际应用中，当一个自动化装置中的各个执行元件按预先设定的顺序，根据生产过程中的位移、时间、压力等信号的变化协调动作时，这种自动控制方式就称为程序控制。大多数的自动化设备都是按预定程序工作的。根据动作顺序的不同控制
23、方式，程序控制可分为时间程序控制、行程程序控制和混合程序控制三种。下一页 返回第37页/共225页第五节 行程程序控制回路 1.1.时间程序控制 各执行元件的动作按照时间顺序动作的自动控制方式称为时间程序控制。发信装置按一定的时间间隔发出的时间信号，通过相应的控制回路来控制执行元件顺序动作。2.2.行程程序控制 在行程程序控制中，一个自动化装置中执行元件前一个动作完成后，发出完成信号,该完成信号启动下一个动作进行。行程程序控制是一种只有在前一个动作完成后，才允许下一动作执行的控制方式。下一页 返回上一页第38页/共225页第五节 行程程序控制回路 3.3.混合程序控制 混合程序控制即是行程程序
24、控制和时间程序控制的综合。如果把时间信号也看作行程信号的一种，那么它实际上也可以认为是一种行程程序控制。在工业控制过程中，很多时候我们还可以将压力、温度、液位等信号也作为行程信号来看待。下一页 返回上一页第39页/共225页第五节 行程程序控制回路 在上述三种控制方式中，行程程序控制结构简单、维修容易、动作稳定可靠。在程序中某一个环节发生故障无法发出完成信号时，后面的动作就不会进行，使整个程序停止动作，能够实现系统和设备的自动保护。所以在许多自动化控制系统中包括气压传动自动控制系统中行程程序控制得到非常广泛的应用。下一页 返回上一页第40页/共225页第五节 行程程序控制回路 二、常用位置传感
25、器在气动控制回路中最常用的位置传感器就是行程阀；采用电气控制时，最常用的位置传感器有行程开关、电容式传感器、电感式传感器、光电式传感器、光纤式传感器和磁感应式传感器。除行程开关外的各类传感器由于都采用非接触式的感应原理，所以也称为接近开关。下一页 返回上一页第41页/共225页第五节 行程程序控制回路 1.1.行程开关行程开关是最常用的接触式位置检测元件，它的工作原理和行程阀非常接近。行程阀是利用机械外力使其内部气流换向，行程开关是利用机械外力改变其内部电触点通断情况。下一页 返回上一页第42页/共225页第五节 行程程序控制回路 2.2.电容式传感器电容式传感器的感应面由两个同轴金属电极构成
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