气压传动与控制三级项目

1、燕山大学气压传动与控制课程项目（五）学 院：机械工程学院 专 业：机电控制工程 班 级：10 级机控一班 指导教师：吴晓明成 员：孙策 史俊强 张瑞超徐少勇桑子涵 完成日期：2013 年 10 月 17 日摘 要本文以气动钻床为例，介绍了实现其动作顺序的纯气动回路和继电器控制回路， 并通过实验验证了回路的可实现性，通过设计计算，完成了要求参数的气动钻床的 设计，并对气动回路和继电器控制回路进行了比较与实验结果的分析。介绍了在气压传动与控制课程项目实施过程中，项目组成员的感想与收获，并 对今后课程项目的开展提出了一些建议。关键词：气动钻床；气动回路；继电器控制；气压传动AbstractIn th

2、is paper, pneumatic drill, for example, introduced the sequence of actions to achieve its pure pneumatic circuit and relay control circuit, and verify the circuit can be realized through experiments. By design calculations, completed the requirements of the design parameters of pneumatic drill, and

3、pneumatic circuit and relay control circuit are compared with the experimental results of the analysis.We introduced the pneumatic drive and control programs in the project implementation process, the project team members thoughts and harvest, and the future course carry out the project put forward

4、some proposalsKeywords Pneumatic drill Pneumatic circuit Relay control Pneumatic drive目录第 1 章 绪论11.1 课题背景11.2 课题要求1第 2 章 系统设计及参数计算22.1.1 工作程序图22.1.2 画 X-D 线路图32.1.3 绘出逻辑原理图42.2 绘出气动控制回路52.3 绘出继电器控制回路52.4 选择执行元件62.5 选择控制元件92.6 选择辅助元件102.7 确定管道直径及压力损失102.8 选择空气压缩机11第 3 章 实验方案、结果及分析13结论14心得体会15参考文献16第

5、1 章 绪论1.1 课题背景气压传动由于具有防火、防爆、防电磁干扰、无污染、结构简单、寿 命长、抗冲击、可承受很高的加速度等一系列优点，故在机械、电子、轻 工等行业都得到了广泛应用。气动钻床是一种采用气动钻削头完成主体运 动（主轴旋转）、再由气动滑台提供进给运动的钻床。气动钻床适用于高 速，自动化加工的新型钻床，改变了普通钻床手工操作的旧习惯。可一个 工人同时操作 2-3 台钻床，节能节电，具有高精度、高效率等特点，为客 户创造巨大的经济效益。1.2 课题要求10气动钻床气压传动系统是用气压传动实现进给运动和送料、夹紧等辅 助运动。这个系统有三个气缸，分别为：送料缸 A、夹紧缸 B 和钻削缸

6、C。 其动作顺序如图所示，分别用纯气控和继电控制实现该过程的自动和手动 控制。第 2 章 系统设计及参数计算2.1.1 工作程序图根据该气动钻床传动系统要求的动作顺序写出工作程序图为：该动作程序可简化写成：2.1.2 画 X-D 线路图信号线表示在一个工作周期中，某一原始信号从开始至消失之间的时 间长短。信号线的具体画法是：在信号各种，用细实线从同一组中的动作 状态线起点稍前处开始，一直画到上一组产生该信号的动作状态线终点稍 后处为止。最后在其前端加一小圈以示起点。气控钻床的信号线如图所示。由 X-D 图可以看出信号 b1和 c0是两个障碍信号，信号 b1妨碍了信号c1信号 c0妨碍了信号b0

7、，由于他们的存在使程序不能正常的运行，在这b0里用信号a1作为参考信号和信号 b1相与，消除掉障碍信号 b1；用引入的 中间记忆元件kc1 与信号 c0相与，消除掉障碍信号 c02.1.3 绘出逻辑原理图2.2 绘出气动控制回路2.3 绘出继电器控制回路主回路控制电路n1与n2分别实现手动与自动循环。自动控制原理：首先旋动旋钮n2，由于处于初始 b0 位置J1线圈得电，此时 CTA1 得电，A 缸伸出，当活塞运动 到 a1 时 CTB1 得电，同时 CTA1 断电。这时 A 缸停止运动，B 缸伸出。当活塞运动到 b1 时 CTA0 和 CTC1 得电，此时 B 缸停止，A 缸退回，C 缸伸出。

8、 当 A 缸退回 a0，C 缸到达 c1 时,CTC0 得电 C 缸退回，当 C 当退回到 c0 时 CTB0 得电，B 缸退回，当 B 缸到 b0 时，B 缸停止同时 CTA1 得电.实现自动 循环。当按下n1时前面动作和自动循环一样，就是当 B 缸退回到 b0 时，动作结束不再继续进行这就是手动循环。2.4 选择执行元件1.根据参数要求：A 缸行程 600mm，推紧力 170N；B 缸行程 70mm，夹紧力300N；C 缸行程 150mm 推力 260N；每个缸往复动作次数为 9 次/分。选择 三个活塞式双作用单活塞杆气缸作执行元件。2.计算气缸内径DA = 4RP 103(m)m式中 R

9、 工作负荷 (N ) ;p 工作压力 (MPa) ;hm 机械效率。选定气缸工作压力为 0.4 MPa 、机械效率为 0.7，则气缸的内径分别为： 送料缸 A ：RA = 170N34 170DA = 3.14 0.4 0.7 10= 0.028m夹紧缸 B ：RB = 300N4 3003DB = 3.14 0.4 0.7 10= 0.037m钻削缸 C ：RB = 260N4 2603DB = 3.14 0.4 0.7 10= 0.034m3.选标准气缸 根据缸径和行程查设计手册选：送料缸 A ： LCZM - 32 600 0.60m ；缸径 0.032m 、活塞杆径 0.012m 、行

10、程夹紧缸 B ：QGA11 40 70MF1 缸径 0.04m、活塞杆径 0.016m、行程 0.07m；钻削缸 C ：QGA11 40 150MF1 缸径 0.04m、活塞杆径 0.016m、行程 0.15m；4.计算各气缸往复动作一次的耗气量：22V = p (2D - d4) S(m3 )式中 D 气缸内径 (m) ;d 活塞杆径 (m) ;S 气缸行程 (m) 。送料缸 A ：VA = 0.90 103m3夹紧缸 B ：VB = 0.16 103m3钻削缸 C ：VC = 0.35 103m3上式各值是按压缩空气计算的耗气量，为选择空压机，需要按自由空气计 算耗气量：V自 = V压p工

11、 + 0.1013 (m3 )0.10133式中V自 按自由空气计算的耗气量 (m ) ;3V压 按压缩空气计算的耗气量 (m ) ;p工 气缸的工作压力 (MPa) 。送料缸 A ：VA1 = 4.45 103m3夹紧缸 B ：VB1 = 0.79 103m3钻削缸 C ：VC1 = 1.73 103m32.5 选择控制元件1.动力回路中的主控阀均为双气控二位四通滑阀（共 4 件），其公称通径 根据所通过流量选定。该气动钻床系统对每个气缸的动作时间无特殊要求。 因此上述各阀流量等于该系统单位时间内平均耗气量（压缩空气），即Q = (b V+ b V+ b V) T (m3 / s)A AB

12、BC C式中 bA 、 bB 、 bC A 、 B 和 C 缸在一个工作周期中往复动作次数，本 例中均为 1；VA 、VB 、VC A 、 B 和 C 缸往复动作一次的按压缩空气计算的耗气量， 其值分别为VA = 0.90 103m3、VB = 0.16 103m3 和VC = 0.35 103m3T 工作周期，T = 6.67S3由此得 Q = (0.9+0.16+0.35)1067= 0.21 103 m3 s根据 Q 选定公称通径为 6mm。查产品样本，选型号 Q25Q2C - L8 （4 件）。2.手动换向阀型号 Q23R1CL3 （4 件）。3.带自锁手动换向阀型号 Q24R3CL3

13、 （2 件）。4.在电控系统中三位五通先导式电磁换向阀型号 F25D2 - L6 （3 件）2.6 选择辅助元件1.分水滤气器（图未画出）选用过滤精度为 50 mm 的 QSL - L8 50 - C1 型， 其公称通径与减压阀相一致。2.油雾器（图未画出）选用油雾颗粒大小为 50 mm 的 QYW - L8 -Wn 型， 其公称通径与减压阀相一致。3.消声器（图未画出）直接配于主控阀的排气口，选用 XS - L8 - L1型。2.7 确定管道直径及压力损失1.空气压缩机至设备的管道直径根据各气缸所需压缩空气量和推荐流速， 按下式计算4Qpu式中 d1 管道内径 (m) ;d1 =(m)Q 各

14、气缸单位时间内平均耗气量的总和 (m3 / s) 。本例中Q = 0.34 10-3 m3 / s ；u 推荐流速 (m / s) ，选 8m / s 。代入上式得：4 0.21 1033d1 = = 5.78 10m3.14 8最后选定公称通径为 8mm 的标准管道。2.设备内部管道直径根据与元件的公称通经相一致原则，选定动力回路管 道公称通径为 8mm，控制回路管道公称通径为 3mm。3.计算管道中的压力损失。由于本系统中管道中的流量小，管道不长，可不计压力损失，而直接确定 压缩机至设备的管道中压力损失不大于 0.05MPa ，设备内部管道中压力损 失不大于 0.01MPa 。因此，管道中

15、的总压力损失：Dp管 0.05 + 0.01 = 0.06MPa4.计算动力回路各元件中的压力损失。本系统动力回路中装有分水滤气器、减压阀、油雾器、总气源开关阀、主 控阀和消声器。查手册可得其压力损失分别为 0.01MPa 、 0.02MPa 、 0.015MPa 、 0.022MPa 、 0.022MPa 和 0.012MPa 。这样，压缩空气流经动 力回路各元件时的总压力损失：Dp元 = 0.01+ 0.02 + 0.015 + 0.022 + 0.022 + 0.012 = 0.1(MPa)5.计算回路中的总压力损失。 总压力损失等于管道中和元件中压力损失的总和，即：Dp = Dp管 +

16、 Dp元 = 0.06 + 0.1 = 0.16MPa2.8 选择空气压缩机1.计算空压机的供气量mQ = jK1 K 2 (bjVj ) / Tj =1= jK1 K 2 (bAVA + bBVB + bCVC ) / T (m3 / s)式中，j = 1 （查手册）， K1 = 1.2 ； K2 = 1.4 ；T = 6.67S。17根据前面计算结果，可得空压机的供气量：(0.9 + 0.16 + 0.35) 103Q = 1.2 1.4 6.673= 0.36 103 m s2.计算空压机的供气压p = p工 + Dp(MPa)根据前面计算结果，可得空压机的供气压：p = 0.4 + 0

17、.16 = 0.56MPa3.根据计算出的供气量和供气压，选 2V - 0.3/ 7 型空压机，其额定排气量为0.3m3 / min ，额定压力为 0.7MPa 。第 3 章 实验方案、结果及分析通过纯气动和继电控制两种方法的实验搭接，在实践中我们发现了很 多在画原理图过程中的疏漏，导致整个回路不能实现其功能。在实验室呆 的一天多时间里通过不断地探索研究终于将两种方法都在实验台上成功完 成。很多错误都是没有用到互锁功能导致很多不应该同时得电的线圈同时 得电，在逐步排除故障后，实现了系统的自动、手动控制。结论在这几周的项目设计过程中，我们收集资料、设计计算、绘制原理 图、搭接实验系统等，由浅到深

18、的理解了气动和继电控制的原理。把书本 上的理论知识应用到实践中。通过气动钻床的纯气动和电控实验系统的搭 接得出结论，纯气动回路使用快速接头可以非常简单的进行配管，采用纯 气动系统较继电控制回路较为简单。气动回路中做完功的空气可以直接排 放到大气中，不需要设置回程管道，即使系统中有泄漏也不至于造成环境 污染，但是也有一些缺点，系统稳定性较差，速度控制精度较差，气动系 统本身缺少润滑等。心得体会这次项目设计收获颇多，感受很深。这次设计不仅使我对老师上课讲的 内容有了更深的理解和进一步的认识，我还学到了很多书本上没有的知识 与技能。在这个过程中发现了自身很多问题，比如说知识掌握不熟练，所 以在运用起来感觉很吃力。经过在过程中不断发现问题和改正问题使我明 白，求学一定要严谨，不要似懂非懂就去搞设计，一定要细心认真对待每 一个环节，不能有丝毫的马虎。遇到困难，不要退缩，因为只有遇到问题， 解决问