电气气动设计.ppt

液 压 与 气 动 技 术 模块二 电气气动元件介绍单缸电气气动控制回路设计与装调缸电气气动控制回路设计与装调模块导读 电气气动系统广泛应用于工业生产领域和工程机械中，如机床、各种产品的自动生产线、电子产品制造机械、化工产品生产设备等。电气气动系统所涉及的内容主要包括电气元件、气动和控制电路。本模块主要针对电气气动系统所涉及的常用元件、典型回路进行介绍和安装调整进行指导，使学习者对典型电气气动系统的设计、安装与调整有所了解，为后续课程做铺垫。模块二模块二 电气气动电气气动学习单元一 元 件 介 绍 如图2-1所示简易浸漆装置，由机械支撑、油漆槽、装工件篮子及带动篮子上下移动的一个双作用气缸组成。任务介绍图2-1 简易浸漆装置学习单元一 元 件 介 绍 漆工艺过程：当气缸活塞杆伸出时，活塞杆带着装工件的篮子向下移动，使工件浸入油漆槽中，篮子带着工件在油漆槽中停留5 s，然后自动升起。根据工艺要求，工件在油漆槽中的时间可以在0.5 s和15 s之间进行调节。为防止工件在油漆槽中停留时间过长而报废，在意外断电时，气缸活塞杆自动返回，将篮子升起。图2-2为浸漆装置电气气动系统图，试标注出电气气动系统图中所使用的气动、电气元件并掌握图中元件中间继电器、时间继电器、传感器的安装与调整方法，填写实验报告。任务介绍学习单元一 元 件 介 绍图2-2 浸漆装置电气气动系统图学习单元一 元 件 介 绍 要想完成此任务，图2-2中气动、电气元件都是需要认识和了解的，因此有必要对这些元件进行学习和认识。任务分析学习单元一 元 件 介 绍 知识目标 （1）掌握常用电气开关作用及表示符号；（2）掌握中间继电器的作用、工作原理及表示符号；（3）掌握时间继电器的作用、工作原理及表示符号；（4）掌握行程开关和接近开关的作用、特点及表示符号；（5）掌握气动控制系统常用的电磁换向阀的工作原理及职能符号。学习目标学习单元一 气压传动技术基础 能力目标 （1）能够识别和正确操作各种不同的电气开关，开、闭触点的判断和连接；（2）能够进行中间继电器线路的连接；（3）能够进行时间继电器的连接和调整；（4）能够识别行程开关和各种不同类型的接近开关，并进行安装和调整；（5）能够识别各种电磁换向阀。学习目标学习单元一 气压传动技术基础 一、手动电气开关手动电气开关 如图2-3所示，手动电气开关用于发送控制信号的电气，对这类产品要求其操作频率高、抗冲击性强、机械寿命长。使用手动电气开关可以将电路接通或断开。图2-3 手动电气开关学习单元一 气压传动技术基础 操纵机构主要包括手动和机械式。手动操纵形式用图2-4所示的图形符号来表示。1.1.操纵机构操纵机构图2-4 手动操纵形式学习单元一 气压传动技术基础 手动操纵可进一步分为锁定式和不锁定式两种，图形符号如图2-5所示。图2-5 锁定与不锁定式开关图形符号学习单元一 气压传动技术基础2.2.触点类型触点类型（1）常开触点。常开触点用于接通的开关元件。（2）常闭触点。常闭触点用于断开的开关元件。（3）转换触点。转换触点用于转换的开关元件（常闭常开组合）。学习单元一 气压传动技术基础图2-6 触点类型学习单元一 气压传动技术基础 二、中间继电器中间继电器 中间继电器是电磁驱动的开关元件，用于控制电路和防护装置。工作原理：如图2-7所示，中间继电器由一个带铁心的电磁线圈、一个衔铁和若干组触点组成。图2-7 中间继电器学习单元一 气压传动技术基础 三、时间继电器时间继电器 时间继电器可分为通电延时继电器和断电延时继电器两种，如图2-8、图2-9所示。图2-8 通电延时继电器图2-9 断电延时继电器学习单元一 气压传动技术基础 四、行程开关和接近开关行程开关和接近开关1.1.行程开关行程开关图2-10 滚轮式行程开关结构学习单元一 气压传动技术基础2.2.接近开关接近开关1 1）干簧管式接近开关）干簧管式接近开关 干簧管式接近开关是一种结构简单、价格便宜的非接触式感应气缸活塞位置的开关。工作原理：当气缸中的活塞运动到接近开关附近，活塞上的磁铁产生的磁场使接近开关簧片产生异性磁化，簧片吸合，电流导通，可输出控制信号。干簧管式接近开关主要应用于工作环境污染严重，不能使用机械开关，安装开关的空间很小的场合，并且附近不能有其他磁场存在，否则会产生误动作。学习单元一 气压传动技术基础2 2）电感式接近开关）电感式接近开关 电感式接近开关与电容式接近开关和光电式接近开关一样，完全没有机械式触点和机械式操纵。工作原理：电感式接近开关主要由一个振荡器、触发级和一个信号放大器组成。给电感式接近开关加上电压，这时处于静止状态的振荡器借助于振荡线圈产生一个高频电磁场，这时再将一块金属物体放入磁场，它就会对磁场产生一定影响；放入磁场的金属产生涡流，降低了振荡器能量；自由振荡的振幅减小，使得触发级动作，输出一个信号。电感式接近开关只能用来检测金属物体。学习单元一 气压传动技术基础图2-11 电感式接近开关学习单元一 气压传动技术基础3 3）电容式接近开关）电容式接近开关 电容式接近开关与电感式接近开关按照相同的振荡电路原理进行工作，由电容器在一定的区域内辐射电场。当外来物体接近时，这一电场就会发生变化并由此改变了电容器的电容。电子装置处理这一变化并形成一个相应的输出信号，如图2-12所示。学习单元一 气压传动技术基础图2-12 电容式接近开关学习单元一 气压传动技术基础4 4）光电式接近开关）光电式接近开关 光电式接近开关是通过光栅来获取位置信息的。每一个光栅都是由发射器和接收器组成。可分为反射式光栅、脉冲式光电接近开关、对射式光栅和单向式光栅。反射式光栅和脉冲式光电接近开关结构原理相似：在元件的内部带有发射器和接收器（绝大多数是发光二极管和光电三极管）。它们的不同在于，反射式光栅需要有一个精确调整的反光板，而脉冲式光电接近开关只需要工件的反射表面即可，如图2-13所示为反射式光栅接近开关。学习单元一 气压传动技术基础图2-13 反射式光栅接近开关 （1）反射式光栅、脉冲式光电接近开关工作原理。（2）对射式光栅、单向式光栅接近开关工作原理。学习单元一 气压传动技术基础3.3.接近开关接线图接近开关接线图 电感式和电容式接近开关有PNP和NPN两种输出形式，如图2-14和图2-15所示。图2-14 PNP型接近开关接线图图2-15 NPN型接近开关接线图学习单元一 气压传动技术基础 五、电磁换向阀电磁换向阀 电磁头工作原理电磁换向阀是指利用电信号作为驱动信号来改变流体流动方向的阀。按控制流体的不同，可将电磁换向阀分为两大类，即气动系统使用的电磁换向阀和液压系统使用的电磁换向阀。电磁换向阀的电磁头工作是基于带电的线圈产生磁场的原理，如图2-16所示图2-16 电磁换向阀学习单元一 气压传动技术基础1.1.直动式电磁换向阀直动式电磁换向阀1 1）二位三通电磁换向阀（常断式）二位三通电磁换向阀（常断式）图2-17 常断式二位三通电磁换向阀1压缩空气输入口（压力口）；2压缩空气输出口（工作口）；3排气口；4阀体；5下端密封垫；6弹簧；7阀芯；8上端密封垫；9电磁线圈学习单元一 气压传动技术基础2 2）二位三通电磁换向阀（常通式）二位三通电磁换向阀（常通式）图2-18 常通式二位三通电磁换向阀1压缩空气输入口（压力口）；2压缩空气输出口（工作口）；3排气口；4阀体；5弹簧；6下端密封垫；7阀芯（衔铁）；8手动应急螺钉；9上端密封垫；10电磁线圈学习单元一 气压传动技术基础3 3）二位四通、五通电磁换向阀）二位四通、五通电磁换向阀图2-19 二位四通、五通电磁换向阀二位四通单电控电磁换向阀二位四通双电控电磁换向阀二位五通单电控电磁换向阀二位五通双电控电磁换向阀学习单元一 气压传动技术基础2.2.先导式电磁换向阀先导式电磁换向阀 如图2-20（a）所示，左点画线框为先导式电磁阀，简称先导阀，右点画线框为单气控二位三通换向阀，简称滑阀，组合在一起构成了二位三通先导式电磁换向阀。工作原理：当电磁线圈通电时，线圈周围就建立起一个电磁场，磁力克服弹簧力将衔铁6吸动左移。先导阀打开，导通气路，利用气体作用在滑阀左端的驱动力推动滑阀向右移动，换向到工作位置，此时压力口1与工作口2相通，排气口3截止。1 1）二位三通先导式单电控电磁换向阀）二位三通先导式单电控电磁换向阀学习单元一 气压传动技术基础图2-20 二位三通先导式电磁换向阀1（P）压力口；2（A）工作口；3（R）排气口；4先导阀排气口；5线圈；6衔铁；7滑阀；8滑阀左控制腔；9弹簧；10手动应急装置学习单元一 气压传动技术基础2 2）二位四通先导式单电控电磁换向阀）二位四通先导式单电控电磁换向阀 如图2-21所示，上部为先导式电磁阀，简称先导阀，下部为单气控二位四通换向阀，简称主阀，组合在一起构成了先导式二位四通电磁换向阀。图2-21 二位四通先导式单电控电磁换向阀学习单元一 气压传动技术基础3 3）二位五通先导式单电控电磁换向阀）二位五通先导式单电控电磁换向阀 如图2-22所示，二位五通先导式单电控电磁换向阀由先导电磁阀和单气控二位五通换向阀（主阀）组成，当电磁线圈不带电时，先导阀关闭，主阀芯左控制端与先导阀排气口相通，主阀芯在弹簧力作用下，处于阀体左端，此时压力口1（P）与工作口2（B）相通，工作口4（A）与排气口5（R）相通，排气口3（S）截止。图2-22 二位五通先导式单电控电磁换向阀学习单元一 气压传动技术基础4 4）二位五通先导式双电控电磁换向阀）二位五通先导式双电控电磁换向阀 如图2-23所示为二位五通先导式双电控电磁换向阀，职能符号如图2-23（b）所示。图2-23 二位五通先导式双电控电磁换向阀学习单元一 气压传动技术基础图2-24 二位四通、二位五通先导式电磁换向阀职能符号二位四通先导式二位四通先导式单电控电磁换向阀单电控电磁换向阀二位四通先导式二位四通先导式双电控电磁换向阀双电控电磁换向阀二位五通先导式二位五通先导式单电控电磁换向阀单电控电磁换向阀二位五通先导式二位五通先导式双电控电磁换向阀双电控电磁换向阀学习单元一 气压传动技术基础5 5）三位五通先导式电磁换向阀）三位五通先导式电磁换向阀 如图2-25所示，三位五通先导式双电控电磁换向阀具有三个换向位置。为了确保在电磁线圈不带电时阀芯处于中间位置，阀芯的两端需安装对中弹簧。如果电磁线圈14带电，主阀芯右移，1口与4口接通，2口与3口接通，如果电磁线圈12带电，主阀芯左移，1口与2口接通，4口与5口接通。图2-25 三位五通先导式双电控电磁换向阀学习单元一 气压传动技术基础6 6）三位四通先导式电磁换向阀）三位四通先导式电磁换向阀 如图2-26所示为具有三种中位机能的三位四通先导式电磁换向阀的职能符号。工作原理与三位五通换向阀相同。图2-26 三位四通先导式电磁换向阀任务实践 结合知识认知内容，浸漆装置的电气气动系统图中所涉及的气动、电气元件，电气气动系统说明如图2-27所示。完成理论任务完成理论任务图2-27 浸漆装置电气气动系统图说明任务实践完成实训任务完成实训任务1.1.实训步骤实训步骤 （1）将实验元件安装在实验台上。（2）参考图227（a）气路图用气管将元件连接可靠。（3）参考图227（b）电路图用红、蓝导线将线路连接好。（4）在不带电的前提下利用万用表检测电路连接是否有短路的情况出现。（5）在带电的状况下按照传感器调整方法调整传感器位置。（6）启动手动按钮开关，观察系统运行并进行调整。（7）总结实验过程，完成实验报告。任务实践2.2.实训前准备实训前准备任务实践3.3.主要元件安装与调整方法介绍主要元件安装与调整方法介绍任务实践任务实践4.4.实训报告实训报告 实训报告格式见附录3。如图2-29所示钢板压弯机，工件可通过驱动装置实现自动上料，要求压弯机的压头由气缸控制并具有如下功能：点动一个手动按钮开关后，大通径气缸的活塞杆尽可能快地伸出到前终端位置，并借助压头的冲击力将钢板冲裁成形，通过按动第二个手动按钮开关，使活塞杆返回，且返回速度应该能够无级调节。试设计钢板压弯机的电气气动控制系统图，并在实验台上完成钢板压弯机的电气气动控制系统安装与调试，填写实验报告。任务介绍学习单元二 单缸电气气动控制回路设计与装调图2-29 钢板压弯机 要想完成此任务，需要认识和掌握既能控制气缸运动，又能熟悉电气控制信号的电气转换元件电磁换向阀，掌握各种典型逻辑功能的控制电路，因此本单元对这些知识进行学习和认识。任务分析学习单元二 单缸电气气动控制回路设计与装调 知识目标 （1）掌握执行元件与电磁换向阀的类型匹配；（2）掌握用电磁换向阀控制的典型电气气动回路。学习目标学习单元二 单缸电气气动控制回路设计与装调 能力目标 （1）掌握电磁换向阀的安装；（2）掌握典型电气气动控制系统的安装与调整。学习目标学习单元二 单缸电气气动控制回路设计与装调学习单元二 单缸电气气动控制回路设计与装调 一、执行元件与电磁换向阀的类型匹配执行元件与电磁换向阀的类型匹配表2-1 执行元件与电磁换向阀的匹配表执行元件类型所匹配的换向阀阀输出口数量备 注单作用气缸二位三通双电控电磁换向阀二位三通单电控电磁换向阀一个输出口换向阀的输出口接执行元件的进气口单向旋转气马达吸盘双作用气缸二位四通双电控电磁换向阀二位四通单电控电磁换向阀二位五通双电控电磁换向阀二位五通单电控电磁换向阀三位四通双电控电磁换向阀三位五通双电控电磁换向阀两个输出口换向阀的输出口分别连接执行元件的两个进气口双旋向气马达摆动气缸学习单元二 单缸电气气动控制回路设计与装调1.1.单往复运动电气气动回路单往复运动电气气动回路 二、典型电气气动回路典型电气气动回路图2-30 单往复运动电气气动回路学习单元二 单缸电气气动控制回路设计与装调2.2.连续循环运动的电气气动回路连续循环运动的电气气动回路图2-31 连续循环运动电气气动回路学习单元二 单缸电气气动控制回路设计与装调3.3.具有自锁功能电气气动回路具有自锁功能电气气动回路图2-32 具有自锁功能的连续循环运动电气气动回路任务实践 钢板压弯机的工作过程：当自动上料装置上好料后，点动一个手动按钮S1，大通径双作用气缸的活塞杆尽可能快地伸出到前终端位置，并借助压头将钢板冲裁成形，通过按动手动按钮S2使活塞杆返回，且返回速度应该能够无级调节。由于冲压钢板需要一定的冲击力，因此气缸下行的输出力要大、速度要快，应采用双作用气缸，并在下行排气的过程中，借助快速排气阀加快气缸下行的速度。控制气缸的主阀选择双电控二位五通电磁换向阀，这样可以在点动信号S1发出后，作用在主阀的一个控制端，即使点动信号S1消失，主阀仍然保持换向位置，直到下一个点动信号S2作用在主阀的另一个控制端，主阀复位，完成压弯。图2-33为钢板压弯机的电气气动系统图。钢板压弯机的动作过程：点动S1按钮，气缸伸出到达前终端，冲裁钢板后，点动S2按钮，气缸返回。完成理论任务完成理论任务任务实践图2-33 钢板压弯机的电气气动系统图任务实践完成实训任务完成实训任务1.1.实训步骤实训步骤 （1）将实验元件安装在实验台上。（2）参考图2-33（a）气路图用气管将元件连接可靠。（3）参考图2-33（b）电路图用红、蓝导线将线路连接好。（4）在不带电的前提下利用万用表检测电路连接是否有短路的情况出现。（5）启动手动按钮，观察系统运行并进行调整。（6）总结实验过程，完成实验报告。任务实践2.2.实训前准备实训前准备任务实践3.3.主要元件安装与调整方法介绍主要元件安装与调整方法介绍任务实践4.4.实训报告实训报告 实训报告格式见附录3。带自动续料装置的冲床如图2-36所示。有两个双作用气缸1.0、2.0，分别为推料气缸和冲压气缸，要求推料气缸1.0伸出到位后，冲压气缸2.0伸出，冲压后气缸2.0返回，冲压气缸返回到位后，推料气缸1.0返回。要求推料要稳并且在推料气缸1.0接近夹紧状态时缓慢运行，冲压气缸2.0返回的速度要可调节。试设计带自动续料装置冲床的电气气动回路图，并在实验台上完成带自动续料装置冲床的电气气动控制系统安装与调试，填写实验报告。任务介绍学习单元三 双缸电气气动控制回路设计与装调图2-36 带自动续料装置的冲床 要想完成此任务，首先要了解单缸系统和双缸系统设计的相同点和不同点以及如何解决存在的信号干扰问题，因此本单元对这些知识进行学习和认识。任务分析学习单元三 双缸电气气动控制回路设计与装调 知识目标 （1）认识双缸控制系统与单缸控制系统的相同点和不同点；（2）掌握不存在障碍信号的双缸回路的设计方法；（3）掌握存在障碍信号的回路消除障碍信号的方法。学习目标学习单元三 双缸电气气动控制回路设计与装调 能力目标 （1）能进行不带障碍信号的双缸回路的设计；（2）能进行带障碍信号的双缸回路的设计；（3)能进行双缸回路的安装与调整。学习目标学习单元三 双缸电气气动控制回路设计与装调 一、双缸控制系统与单缸控制系统比较双缸控制系统与单缸控制系统比较学习单元三 双缸电气气动控制回路设计与装调 双缸与单缸的控制回路在设计时既存在相同点，也存在不同点。相同点：系统中都包含执行元件，每个执行元件都需要配置相应的换向阀。不同点：由于双缸系统中包含两个执行元件，执行元件的运动会出现先后顺序；控制执行元件运动的控制信号有可能出现信号干扰，即出现障碍信号，需借助已掌握的知识消除障碍信号，所以双缸控制回路更复杂。二、不存在障碍信号的双缸回路设计不存在障碍信号的双缸回路设计学习单元三 双缸电气气动控制回路设计与装调 （1）有两个双作用气缸，需分别用两个二位五通双电控电磁换向阀控制，可按照单缸控制系统的设计方法，将每一个控制阀与它所控制的气缸连接好，如图2-37所示。图2-37 不带障碍信号的双缸控制回路设计步骤图学习单元三 双缸电气气动控制回路设计与装调 （2）根据两个气缸的运动顺序，在气缸运动到终点需要发出讯息的位置安装一个传感器，并利用此传感器发出的信号作为控制下一级动作的控制信号，如图2-38（a）所示气路图。将传感器2.3和2.2分别安装在气缸1.0的后终端和前终端，将传感器1.3安装在气缸2.0的前终端。图2-38 不带障碍信号的双缸控制回路 三、消除障碍信号的方法消除障碍信号的方法学习单元三 双缸电气气动控制回路设计与装调 如果将上例中两个气缸的运动顺序更改为1.0气缸伸出到前终端，2.0气缸伸出到前终端后，2.0气缸才能返回到后终端，1.0气缸再返回到后终端。气动回路设计步骤由图2-39（a）到图2-39（b）。图2-39 带障碍信号的双缸控制回路设计步骤图学习单元三 双缸电气气动控制回路设计与装调 如图2-40所示，图中存在两个障碍信号1.3和2.2，利用继电器K4的转换触点来消除这两个障碍信号。按动启动信号，继电器K4线圈带电，线路8的K4触点闭合，线路11的K4转换触点闭合，启动信号自锁，同时，Y1电磁线圈得电，气缸1.0活塞杆伸出，到达传感器2.2处，传感器感应信号使继电器K1线圈得电，线路12的K1触点闭合，Y3电磁线圈得电，气缸2.0活塞杆伸出，到达传感器2.3处，传感器感应信号使继电器K2线圈得电，线路7的K2常闭触点断开，继电器K4线圈失电，启动信号自锁断开，线路10的K4触点闭合，Y4电磁线圈得电，气缸2.0活塞杆缩回，到达传感器1.3处，传感器感应信号使继电器K3线圈得电，线路10的K3触点闭合，Y2电磁线圈得电，气缸1.0活塞杆缩回。运动结束。学习单元三 双缸电气气动控制回路设计与装调图2-40 带障碍信号的双缸控制回路任务实践 根据工作任务要求，两个气缸运动顺序为1.0伸出到位2.0伸出到位2.0返回到位1.0返回。完成理论任务完成理论任务1.1.两个气缸的运动顺序两个气缸的运动顺序任务实践 此系统的运动顺序属典型的带障碍信号双缸系统，与消除障碍信号的方法中例子相近。所不同，推料气缸1.0要具有接近夹紧状态时缓慢运行的特点，冲压气缸在返回时要能进行速度调节。因此，1.0气缸选择缓冲的气缸；通过单向节流阀对2.0气缸进行速度控制。2.2.系统设计分析系统设计分析任务实践 根据系统设计分析，此系统气路图如图 2-41所示，与2-40（a）略有区别，气缸2.0通过调节单向节流阀来控制冲压气缸返回的速度。电路图与图2-40（b）一样，这里不再赘述。3.3.电气气动回路图解读电气气动回路图解读图2-41 带自动续料装置冲床的控制系统气动回路图任务实践完成实训任务完成实训任务1.1.实训步骤实训步骤 （1）将实验元件安装在实验台上。（2）参考图2-41气路图用气管将元件连接可靠。（3）参考图2-40（b）电路图用红、蓝导线将线路连接好。（4）在不带电的前提下利用万用表欧姆挡检测电路连接是否有短路的情况出现。（5）启动控制信号，观察系统运行并进行调整。（6）总结实验过程，完成实验报告。任务实践2.2.实训前准备实训前准备任务实践3.3.主要元件安装与调整方法介绍主要元件安装与调整方法介绍任务实践3.3.主要元件安装与调整方法介绍主要元件安装与调整方法介绍任务实践4.4.实训报告实训报告 实训报告格式见附录3。Thank you