1、 气压传动系统13.1 气动系统设计 气动系统与液压系统虽有区别，但设计的主要步骤却大同小异，前面章节已介绍了液压系统设计的有关内容，可供参考，这里不再叙述，本章就气动顺序控制回路的实际方法作介绍。 气动顺序控制回路的设计方法有信号动作状态线图法（简称 XD 线图法）、卡诺图法等。XD 线图法直观、简便，是一种常用的设计方法，因此本节仅介绍此种方法。 13.1.1 XD 线图法的设计步骤 XD 线图法是利用绘图信号线图的办法设计出气动控制回路。此方法的一般设计步骤如下： 一、根据生产自动化的工艺要求，编制工作程序； 二、绘制 XD 线图； 三、分析并消除障碍信号； 四、绘制逻辑原理图和气动回路
2、原理图。 在 XD 线图法之前首先把常用的符号规定如下： 1.用大写 A、B、C 等表示气缸，用下标 1 和 0 分别表示气缸的伸出和缩回，如 A1 表示气缸 A 伸出，B0 表示 B 回缩。 2.用带下标的 a1、b0 等分别表示与 A1、B0 等相对应的机控阀及其输出信号。如 a1 既表示机控阀又表示 A1 动作完成后发出的信号。 3.右上角带“*”号的信号表示执行信号。 13.1.2 气动顺序控制回路设计举例 图 13.1.1 为气控冲孔机结构示意图。其工作顺序是：气缸 A 夹紧 A1气缸 B 冲孔 B1气缸 B 带冲头退回 B0气缸 A 松开工件 A0。 一、编制工作程序 图 13.1
3、.2 为其工作程序 二、绘制 XD 线图 1.画方格图（见图 13.1.3）。根据动作顺序第一行填入节拍号，第二行填入气缸动作，最右边一列留作填入经消障后的执行信号表达式。表的下端留有备用格，可填入消障过程中引入的辅助信号等。 2.画动作（D 线） 用粗实线画出各个气缸的动作区间，它以行列中大写字母相同、下标也相同的列行交叉方格左端的格线为起点，直画到字母但下标相反的方格。 3.画主令信号线（X 线） 用细实线画出主令信号线，起点与所控制的动作线起点相同，用符号“”表示，终点在该信号同名动作线的终点，用符号“”表示。若终点和起点重合，用符号“ ”表示。 三、分析并消除障碍信号 1.判别障碍信号
4、 所谓障碍信号是指在同一时刻，阀的两个控制侧同时存在控制信号，妨碍阀按预定行程换向，用 XD 图确定障碍信号的方法是：检查每组信号线和动作线，凡存在信号线而无对应动作线的信号线即为障碍段，存在障碍段的信号为障碍段的信号为障碍信号，障碍段用锯齿线标出。 2.消除障碍信号 无障碍的信号，可直接用作执行信号，但控制第一节拍动作的执行信号一定是起动信号和无障碍信号相“与”。所有有障碍信号必须消障后才能用作执行信号。 （1）脉冲信号法 图 13.1.4 是采用机械活络挡铁或可通过式机控阀使气缸爱一个往复动作中只发出一个短脉冲信号，缩短了信号长度，以达到消除障碍的目的。 （2）逻辑回路法 逻辑回路消除障碍
5、可采用“与门”消障法，即选择一个制约信号 y 有障信号 e 相“与”，一缩短信号长度达到消障目的。其逻辑表达式为： z = ey 图 13.1.6（b）（c）为“与门”消障回路图。 制约信号可以从 XD 线图中选取，选取的原则是：此信号出现在有障信号之前，终止在有障信号的障碍段前。 若在 XD 线图中找不到可选用的制约信号时，可引入中间记忆元件，借用它的输出作为制约信号。见图 13.1.7。其逻辑表达式为： z = eK 式中， 为中间记忆元件的输出信号；t 为使 K 阀“通”的信号。其起点应在有障信号起点之前或同时，终点应在 t 起点至有障信号的无障碍段之中；d为使 K 阀“断”的信号。其起
6、点应在有障信号无障碍段上，其终点应在 t 起点之前。 四、绘制逻辑原理图和气动回路原理图 根据 XD 图上的执行信号表达式，即可绘出逻辑原理图，然后根据气控逻辑原理图便可绘出气动控制系统图。本例只绘出引日中间记忆元件消障的气控逻辑原理图及气动回路原理图，见图 13.1.8 和图 13.1.9。 13.2 气动系统实例 13.2.1 气液动力滑台 气液动力滑台是采用气液阻尼缸作为执行元件。由于在它的上面可安装单轴头、动力箱或工件，因而在机床上常用来作为实现进给运动的部件。 图 13.2.1 为气液动力滑台的回路原理图。图中阀 1、2、3 和阀 4、5、6 实际上分别被组合在一起，成为两个组合阀。
7、 该种气液滑台能完成下面的两种工作循环： 1.快进慢进快退停止 当图中阀 4 处于图示状态时，就可实现上述循环的进给程序。其动作原理为：当手动阀 3 切换至右位时，实际上就是给予进刀信号，在气压作用下，气缸中活塞开始向下运动，液压缸中活塞下腔油液经控阀 6 的左位和单向阀 7 进入液压缸活塞的上腔，实现了快进；当快进到活塞杆上的挡铁 B 切换机控阀6（使它处于右位）后。所以，这时开始慢进（工作进给）。当慢进到挡铁 C 使机控阀 2 切换至左位时，输出气信号使阀 3 切换至左位，这时气缸活塞开始向上运动。液压缸活塞上腔的油液经阀 8 至图示位置而使油液通道被切断，活塞就停止运动。所以改变挡铁 A
8、 的位置，就能够”改变“停”的位置。 2. 快进慢进慢退快退停止 把手动阀 4 关闭（处于左位）时就可实现上述的双向进给程序，其动作原理为： 其动作循环中的快进慢进的动作原理与上述相同。当慢进至挡铁 C 切换机控阀 2 至左位时，输出气信号使阀 3 切换至左位，气缸活塞开始向上运动，这时液压缸上腔的油液经机控阀 8 的左位和节流阀 5 进入液压活塞缸下腔，亦即实现了慢退（反向进给）；当慢退到挡铁 B 离开阀 6 的顶杆而使其复位（处于左位）后，液压缸活塞上腔的油液就经阀 8 的左位、再经阀 6 的左位 2 进入液压活塞缸下腔，开始快退；快退到挡铁 A 切换阀 8 至图示位置时，油液通路被切断，
9、活塞就停止运动。 图中补油箱 10 和单向阀 9 仅仅是为了补偿系统中的漏油而设置的，因而 一般可用油杯来代替。 13.2.2 气动机械手 气动机械手具有结构简单和只在成本低等优点，并可以根据各种自动化设备的工作需要，按照设定的控制程序动作。因此，它杂 自动生产设备和生产线上被广泛采用。 图 13.2.2 所示是用于某专用设备上的气动机械手结构示意图，它由四个气缸组成，可在三个坐标内工作。图中 A 缸为夹紧缸，其活塞杆退回时夹紧工件，活塞杆时松开工件。B 缸为长臂伸缩缸，可实现伸出和缩回动作。C 缸为立柱升降缸。D 缸为立柱回转缸，该气缸有两个活塞，分别装在带齿条的活塞杆两头，齿条的往复运动带
10、动立柱上的齿轮旋转，从而实现立柱的回转。 图 13.2.3 是气动机械手的回路原理图，若要求该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，则该传动系统的工作循环分析如下： 1.按下启动阀 q，主控阀 C 将处于 C0 位，活塞杆退回，即得到 C0； 2.当 C 缸活塞杆上的挡铁碰到 c0，则控制气将使主控阀 B 处于 B1 位，使B 缸活塞杆伸出，即得到 B1； 3.当 B 缸活塞杆上的挡铁碰到 b1，则控制气将使主控阀 A 处于 A0 位，A 缸活塞杆退回，即得到 A0； 4.当 A 缸活塞杆上的挡铁碰
11、到 a0，则控制气将使主控阀 B 处于 B0 位，B 缸活塞杆退回，即得到 B0； 5.当 B 缸活塞杆上的挡铁碰到 b0，则控制气使主控阀 D 处于 D1 位，D 缸活塞杆往右，即得到 D1； 6.当 D 缸活塞杆上的挡铁碰到 d1，则控制气使主控阀 C 处于 C1 位，使 C缸活塞杆伸出，得到 C1； 7.当 C 缸活塞杆上的挡铁碰到 c1，则控制气使主控阀 A 处于 A1 位，使 A缸活塞杆伸出，得到 A1； 8. 当 A 缸活塞杆上的挡铁碰到 a1，则控制气使主控阀 D 处于 D0 位，使 D缸活塞杆往左，即得到 D0； 9. 当 D 缸活塞杆上的挡铁碰到 d0，则控制气经启动阀 q 又使主控阀 C 处于 C0 位，于是又开始新的一轮工作循环。
