第6章 气动控制回路

6基本回路路、排出回路、单作用气缸回路、双作用气缸回路等。图6.1一次气源处理回路

一、供给回路压缩空气中含有的水分、灰尘、油污等杂质及输出压力的波动，对气动系统的正常工作都将造成不良影响，因而必须对其进行净化及稳压处理。气动供给回路即气源处理回路，它要保证气动系统具有高质量的压缩空气和稳定的工作压力。6-1处理回路。由空气压缩机1产生的压缩空气经冷却器2冷却后，进入气罐。压缩1-空气压缩机2-冷却器气罐4-溢流阀5-过滤器 空气由于冷却而分离出冷凝干燥器7-油雾分离器压力继电器9-自动排水器 水冷凝水存积于气罐底部，6-2a)详细符号b96-2a)详细符号b滤器除去压缩空气中的灰尘、水分等杂质；减压阀可使二次工作压力稳定；油雾器使润滑油雾化后注入空气流中，对需要润滑的部件进行润滑。这三个元件组合在一起通常称为气动调节装置(气动三联件)，其简化图形符号如图6-2b所示。近年来，不供油气动执行元件和控制元件构成的气动系统不断增多，这类系统的气动供给回路不需油雾器来进行润滑。因此，在不同的情况下，过滤精度、润滑或免润滑应该分别进行考虑，以保证供给用气设备符合要求的压缩空气。实践证明，提供高质量的压缩空气对提高气动元件的使用寿命及可靠性是至关重要的。图6-2为二次气源处理回路。图6-3所示为稳压回路，用于供气压力变化大或气动系统瞬时耗气量很大的场合。在过滤器和减压阀的前面或后面设置气罐，以稳定工作压力。二、排出回路图6-4分散排气消声回路的雾化油分和噪声对环境的污染，必须加以控制。图6-4分散排气消声回路图6-3稳压回路 a)气罐前置 b)气罐后气动回路产生噪声的主要原因有压缩机吸人侧和气动元件的排气噪声6-46-5元件。以尽量减少排气对产品的不良影响。三、单作用气缸回路图6-6a所示为采用二位三通电磁阀控制的单作用气缸回路，电磁阀通电时图6-5 集中排气消声回路 靠气压使活塞杆伸出，断电时靠弹簧作用缩回。图6-6b为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。图6-6单作用气缸回路3/2阀控制b)两个2/2阀控四、双作用气缸回路

图6-7双作用气缸回路图单电控 双电控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6-7a6-7bl伸出的途中突然失电，紧机构。考虑到失电保护控制，则选用双电控阀为好。五、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图6-8差动回路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。6-8a动。为防止此现象的产生，可以设置气罐。图6-8b所示为采用减压阀带单向阀的差动回路，电磁阀断电后，气缸以较低供气压力缩回。六、气马达回路6-9a6-9b6-9c三通阀和一个三位五通阀来控制气马达正反转的回路。功能回路功能回路是控制执行机构的输出力、速度、加力控制回路、转矩控制回路和位置控制回路等。一、速度控制回路图6-9气马达回路

控制气缸速度包括调速与稳速两部分。调速的1、进气节流、排气节流回路6-10a于垂直安装的气缸支撑腔的供气回。图6-lOb图6-1l单作用气缸的速度控制回路图6-10双作用气缸的节流调速回路图6-1l单作用气缸的速度控制回路a) 进气节流b）c)排气节流d)快速排气+排气节流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，根据用目的和条件，也采用进气节流控制。6-lOc生影响，此时不宜采用排气节流阀控制。图6-12气液转换速度控制回路 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。图6.10d为采用快速排气阀构成的气缸快速返回回路。6-116-11a6-11b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。2、气液转换回路动难以实现低速控制的缺点。图6-12a容积，气、液问的密封要好，避免气体混入油中。6-12b二、压力控制回路图6-13所示为由两个减压阀和换向阀构成的高低压转换回路，可控制气缸输出两种大图6-13高低压力转换回路 小不同的力。

图6-14连续压力控制回路近年来，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。图6-14三、转矩控制回路1、气马达转矩控制回路 图6-15气马达转矩控制回路图6-16摆动马达转矩控制回路 气马达是产生转矩的气动执行元件一般情况下对于已选定的气马达其转矩是由6-15即可改变气马达的输出转矩。2、摆动马达转矩控制回路摆动马达转矩控制与气马达类似，通过调节供气压力来改变输出转矩。图6-16所示为路。四、位置控制回路换方式等。1、采用三位阀的方法6-17采用三位阀的位置控制回路图6-17a图6-18采用挡块的位置控制回由于气缸活塞图6-18采用挡块的位置控制回两端作用面积不同6-17b。当6-17c由于空气的可压缩性，采用纯气动控制方式难以得到较高的控制精度。2、机械挡块方法图6-18所示为采用机械挡块辅助定位的控制回路。该回路简单可靠，在定位状态下驱动气缸始终压紧挡块，不产生间隙，可以完全停止在确定位置上，其定位精度取决于挡块的6-206-206-19换器位置控制3、机械式制动器方法图6.7.19为气缸内带有制动机构的位置控制回路。当活塞到达期望位置时，制动机构靠摩擦力强制活塞杆停止运动。4、气液转换方法图7-20所示为采用气液转换器的位置控制回路。当五通电磁阀和二通电磁阀同时通电时，液压缸活塞杆伸出。液压缸运动到指定位置时，控制信号使二通电磁阀断电，液压缸有杆腔的液体被封闭，液压缸停止运动。反之亦然。采用气液转换方法的目的是获得高精度的位置控制。5、比例阀、伺服阀方法比例阀和伺服阀可连续控制压力或流量的变化，不采用机械式辅助定位也可达到较高精度的位置控制。图6-21所示为采用流量伺服阀的位置控制回路。该回路由气缸、流量伺服阀、位移传感器及计算机控制系统组成。活塞位移由位移传感器获得并送入计算机，计算机按一定算法求得伺服阀的控制信号的大小，从而控制活塞停留在期望的位置上。6高速开关阀方法高速开关阀构成的数字式位置控制系统，是指在一系列给定脉冲信号的作用下，高速开关阀频繁开闭实现压力

6-21的连续位置控制回路图6-22采用PWM方法的连续位置根据给定的脉冲信号，可分为PWMPCM6-22PWMPWM无杆腔的进气和排气，进而实现气缸位置的控制。图6-22采用PWM方法的连续位置7.2应用回路应用回路是指在生产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，如增压回路、同步回路、缓冲回路、平衡回路和安全回路等。6-236-23采用气体增压器的增压回路当压缩空气的压力较低，或气缸设置在狭窄的空间里，不能使用较大面积的气缸，而又要求很大的输出力时，可采用增压回路。增压一般使用增压器，增压器可转换。1、使用气体增压器的增压回路气体增压器的输入气体压力为驱动源积的原理，得到大于输入压力的增压装置。它可以通过内置换向阀实现连续供给。图6-232、增压夹紧回路图7-246-246-24夹紧回路1

图6-25 冲压回路如图6-25所示，电磁换向阀通电后，压缩空气进入气液转换器，使工作缸动作。当活6.266.26冲压回路冲击回路是利用气缸的高速运动给工件以冲击的回路，如图7-26所示。此回路由压缩空气的储气罐、快速排气阀及间的距离。6-296-29张力控制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6-276-27使用刚性连接的同步控制回路1、气动与机械机构并用方法图6-27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，但能可靠地实现同步控制。2、气液转换方法图6-28(F≠F)的工作台水平升降而使用两个气1 2缸与液压缸串联而成的气液缸的同步控制6-28使工作台水平升降的同步控制回路1）换向阀）油箱3、4）二通阀5、）放气塞6-28使工作台水平升降的同步控制回路1）换向阀）油箱3、4）二通阀5、）放气塞8）气液缸 ）梭阀78B256。四、张力控制回路7-29图6-30平衡基本回路时，根据控制要求，使电磁铁AB图6-30平衡基本回路五、平衡回路平衡回路是指保持外负载与气缸压力所产生的力相平衡，控制气缸速度或位置的回路。气动平衡回路不同于液压回路，由于空气的压缩性，在负载移动剧烈的装置中，有时也采用气液转换回路或气液阻尼缸。1、平衡基本回路如果气缸承受的负载与减压阀设定压力所产生的推力相平衡，负载可以停止在任意位置上。从理论上说，只要气缸内压与负载稍有不同，就会发生移动，但实际上因活塞的摩擦阻力，气缸可以在较大负载高速图6-35图6-33气压自动平衡回路6-34缓冲基本回路使用安全阀的回路将此动能从某一位置开始逐渐减少，2、 应用回路1）任意位置停止回路图6-316-316-31任意位置停止回路6-32变负载平衡回路图6-32所示为使用气液转换器的变负载平衡回路。在这种机械中，当负载逆时针越过0－0′3）气压自动平衡回路图6-33最终使负载在指定位置平稳停止的回路称为缓冲回冲的方压吸振器。缓冲基本回路6-34当主动缸返回时，吸振缸也同时被供气，活塞杆伸出。不足，发生撞击或能量吸收过大发生反弹现象。使用安全阀的回路吸振缸在仅有节流阀时将会产生很大的压力，以避免缸内压力过高，可以采用图6-35液压吸振器的回程侧多用弹簧，而且多用能调节油流量的可变节流口来调节所能吸收的油量。采用并联节统阀的缓冲回路除气压缓冲器或液压缓冲器外，采用两个节流阀并联使用的方法也可达到缓冲目的。如图6-36高速运动或低速缓冲。当三通电磁阀通电时，气缸高速运动，当气缸接近行程终点时，行程开关发出的电信号使三通电磁阁断电，气缸由高速运动状态转变为低速缓冲状态。七、节能回路从气动回路的角度出发，降低空气的消耗量可以采用如下几种方式。一、 气缸的两个运动方向采用不同压力供气气缸的两个运动方向采用不同压力供气的回路，也就是差动回路。图6-8所示的差动回路比一般的双作用气缸回路节省压缩空气消耗量。二、 一个气动系统采用几种不同的供气压力气动系统中可根据各个气缸具体的负载，采用不同的供气压力，此时对于低压供气的回路也就节图6-37节能回路 图6-38 振荡回路

图6-36采用并联节流阀的缓冲回路省了空气消耗量。三、气动控制信号和气缸的供气采用不同的工作压力气缸在往复运动中进行排气时，将排气部分地回收，也能减少压缩空气消耗量。如图6-37所示，减压阀被调定为较低的压力，气缸无杆腔不排放压缩空气，由气罐引出的气体，经减压阀减压引入气缸有杆腔。电磁阀通电，气缸上升，压缩空气进入气缸的无杆腔，气缸有气缸无杆腔的压缩空气被压回气罐。由此将回路耗气量减至最小。八、往复（振荡）回路气缸的往复运动在气动系统中应用很多，一般通过行程阀或行程开关检测气缸是否到顺序动作不进行详细叙述。图6-38端和后退端无安装行程阀位置的场合p，使换向阀11产生一定的时间延迟，控制压力p3

2p2

使阀1换向，气缸后退。同样，节流阀和气罐产生一定的时间延迟，控制压力p6.39双手操作安全回路1、2一手动换向阀3一气罐4一节流阀5一换向阀46.39双手操作安全回路1、2一手动换向阀3一气罐4一节流阀5一换向阀落，所以此回路并不十分安全。

使阀2换向到初始状态。这样气缸便可实现自动往复振荡。九、安全回路双手操作安全回路锻压、冲压设备中必须设置安全保护回路，以保证操作者双手的安全。6-39a12l6-39b3及延迟一定时间后切换阀53中的压缩空气都将通过手动阀l5过载保护回路此回路是当活塞杆伸出过程6-4016-41互锁回路1、2、3一梭阀4、5、6、7、8、9一换向阀图6-40 过载保护回路1一手动换向阀26-41互锁回路1、2、3一梭阀4、5、6、7、8、9一换向阀控阀3一顺序阀4一梭阀 5一手动换向阀342(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。互锁回路6-41缸的活塞同时动作，保证只有一个活塞动作。回路

换向阀处于左端工作位置时，活塞12345674A进气管路的气体使梭阀356、9C的动作，必须把前动作缸的气控阀复位。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便，严重时可能发生伤亡事故。图6-42a)所示为采用三通残压排放图6-42残压排出回路 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。图6-42b)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。气缸始动冲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。坏图6-43所示为采用复合速度控制阀的防止始动冲出回路。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。防止下落回路气缸用于起吊重物时，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图6-43气缸始动冲出防止回路构的气缸。图6-44a所示为采用两个二位阀右端电磁铁通电后，气缸向上运保持在原位置。

封闭气缸两腔的压缩空气，或者采用内部带有锁定机图6.44 防止下落回路6-44b缸保持在原位置。6-46多段气缸的控制回路6-46多段气缸的控制回路图6-45所示为行程末端带锁定机构的气缸的防止下落回路，气控单向阀能够使气缸停定机构将活塞杆锁定。当电磁阀右端电磁铁通电后，利用气压将锁打开，气缸向下运动。多段气缸控制回路6-461ABA2气缸继续前进达到其全行程。气缸回21缸的活塞推动A十、真空回路真空吸盘是利用真空泵或真空发生器产生真空以吸附物体，从而达到吊运物体、移动物体、组装产品的目的。图6-