气缸用气量计算.doc

怎样计算气缸的耗气量，谢谢！！！
Qmax=0.047D*D*s(P+0.1)/0.1*1/t
Qmax---最大耗气量L/min
D--------缸经，cm
t---------气缸一次往返所需的时间，s

P-------工作压力，MPa

t---------气缸一次往返所需的时间，s
若是电磁阀控制，这个t怎么确定呀？

可以计算平均耗气量
Q=0.00157ND*D*s(P+0.1)/0.1

Q---平均耗气量L/min
D--------缸经，cm
N--------气缸每分钟的往返次数
P-------工作压力，MPa

是不是还应该与实际行程或活塞的平均速度有关系呀。

气动系统的设计

一．  工作方式设计
  1．运动一的工作顺序图（单个工作周期为19秒）  

1
2
3
4
5
6
7
上升
伸出
夹紧
缩回
手腕正转90°
手臂正摆180°
手腕反转90°
8
9
10
11
12
13

下降
二次伸出
松开
二次缩回
手臂反摆180°
延时

  2．运动二的工作顺序图（单个工作周期为42秒）

1
2
3
4
5
反摆135°
伸出500mm
夹紧
缩回500mm 
正摆45°
6
7
8
9
10
伸出125mm
松开
缩回125mm
正摆45°
伸出500mm
11
12
13
14
15
夹紧
缩回500mm
上升100mm
反摆45°
伸出125mm
16
17
18
19
20
松开
缩回125mm
伸出125mm
夹紧 
缩回125mm
21
22
23
24
25
下降100mm
正摆45°
伸出500mm
松开  
缩回500mm
26
27
28
29
30
反摆45°
伸出125mm
夹紧
缩回125mm 
反摆45°
31
32
33
34
35
缩回500mm
松开
缩回500mm 
正摆135°
延时1秒

3.运动三的工作顺序图（单个工作周期为53.5秒）

1
2
3
4
5
上升  
伸出500mm
夹紧 
缩回500mm
手腕正转90°
6
7
8
9
10
手臂正摆180°  
手腕反转90° 
下降 
二次伸出478.5mm 
松开 
11
12
13
14
15
二次缩回478.5mm  
手臂反摆180° 
上升  
伸出500mm 
夹紧
16
17
18
19
20
缩回500mm
手腕正转90°  
手臂正摆171°
手腕反转90° 
下降
21
22
23
24
25
二次伸出500mm
松开
二次缩回500mm
手臂反摆171° 
上升
26
27
28
29
30
伸出500mm 
夹紧
缩回500米 
手腕正转90° 
手臂正摆180° 
31
32
33
34
35
手腕反转90° 
下降
二次伸出337.5mm
松开   
二次缩回337.5mm  
36
37

手臂反摆180° 
延时1秒

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二． 执行元件选择
1、执行元件耗气量计算：
查《机械设计手册》第5分册，可知伸缩型气缸的耗气量：
有活塞杆腔时，
无活塞杆腔时，
式中：qv1——缸前进时（杆伸出）无杆腔（包括柱塞缸）压缩空气消耗量(m3/s)；
qv2——缸后退时（杆缩回）有杆腔压缩空气消耗量(m3/s)；
D——气缸内径（柱塞缸的柱塞直径）(m)
d——活塞杆直径 (m)
t1——气缸前进（杆伸出）时完成全行程所需时间 (s)
t2——气缸后退（杆缩回）时完成全行程所需时间 (s)
s——缸的行程 (m)
查SMC培训教材《现代实用气动技术》，可知摆动气缸的耗气量：

式中：qrH——摆动气缸的最大耗气量；(L/min)
V——摆动气缸的内部容积；(cm3)
P——使用压力，(MPa)
t——摆动时间，(s)
①    夹紧气缸：
已知气缸内径D=0.040(m)，行程s=0.04(m)，全行程所需的时间t1=0.5(s)
那么该气缸的耗气量：

②    伸缩气缸：
已知气缸内径D=0.032(m)，活塞杆直径d=0.012(m)，行程s=0.5(m)，全行程所需的时间t2=2(s)
那么该气缸的耗气量：

③    手腕回转气缸：
已知气缸体积V=94.25(cm3)，使用压力P=0.5(MPa)，摆动时间t=0.5(s)
那么该气缸的耗气量：

④ 手臂升降气缸：
已知气缸内径D=0.05(m)，活塞杆直径d=0.02(m)，行程s=0.3(m)，全行程所需的时间t2=1.5(s)
那么该气缸的耗气量：  

⑤    摆动气缸：
已知气缸体积V=1300(cm3)，使用压力p=0.5(MPa)，摆动时间t=2(s)
那么该气缸的耗气量：

则，各执行元件的类型与主要尺寸参数如下表3-1
表3-1 各执行元件类型及尺寸参数
部件
气缸
标号
内径
mm
活塞杆直径
mm
行程
mm
全行程所需时间
s
耗气量
cm3/s
手指部分
夹紧
气缸
CDQ2B40-40DC
40
/
35
0.5
100.48
手腕部分
腕部
气缸
CDRB1BW50-180S
50
/
90°
1
113.48
手臂部分
伸缩
气缸
MDBB32-500
32
12
500
2
200.96
升降
气缸
MDBB50-300
50
20
300
1.5
392.5
摆动
气缸
QGK-1RSD80T180-E2
80
/
0°～180°
2
391.3
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三．控制元件选择
1.    类型初定
    根据气动回路系统对控制元件的流量要求、工作压力、工作环境及工作可靠性，结合气动回路原理图，初选各控制阀如下：
主控电磁换向阀：全部选用SMC的VFS系列，通径待定；
单向节流阀：全部选用SMC的AS系列，通径待定。
2、选择主控电磁换向阀及气缸限流器
    查《新编机械设计师手册》下册，当耗气量低于194 cm3/s时，电磁换向阀的通径可选取3mm，当耗气量低于696 cm3/s时，电磁换向阀的通径可选取6mm。在上述五种，除升降气缸和摆动气缸最大的耗气量在194cm3/s以上外，其余气缸的耗气量均在194cm3/s以下，为了尽量使元件型号统一，便于安装及维修时的更换，故电磁换向阀的通径选取3 mm和4.5mm两种。查SMC公司的《五通先导式电磁阀VFS系列金属密封闭元件手册》及《产品样本》第4版等资料，选得各气缸的电磁换向阀及气缸限流器，如下表3-2。
3、选择气源三大件
在气动系统中，将过滤器、减压阀及油雾分离器组合在一起统称为气源三大件。其作用是清除压缩空气中的油污、水分各粉尘等；将较高的入口压力调节并降低到符合使用要求的出口压力，并保证调节后出口压力的稳定；分离掉压缩空气中的0.3～5μm，气状溶液油粒子及大于0.3μm的锈末、碳类微粒。
该原件的选择是根据气动系统的工作压力及流量要求，工作可靠性有关。因为各执行元件因联锁关系不会同时工作特点，故选取该系统中压力、流量最大的执行元件——摆动气缸来选择。工作压力：0.5MPa，最大流量：391.3 cm3/s，查SMC公司《产品样本》第4版，选择AC2000-02空气过滤组合元件。
表3-1 各执行元件类型及尺寸参数
部件
气缸
标号
内径
mm
活塞杆直径
mm
行程
mm
全行程所需时间
s
耗气量
cm3/s
手指部分
夹紧
气缸
CDQ2B40-40DC
40
16
35
0.5
100.48
手腕部分
腕部
气缸
CDRB1BW50-180S
50
/
90°
1
113.48
手臂部分
伸缩
气缸
MDBB32-500
32
12
500
2
200.96
升降
气缸
MDBB50-300
50
20
300
1.5
392.5
摆动
气缸
QGK-1RSD80T180-E2
80
/
0°～180°
2
391.3

表3-2 电磁换向阀与气缸限流器型号表
气缸
电磁换向阀

气缸限流器
型号
配合管道(O/I)
数量
型号
数量
夹紧
气缸
VFS-1220-5E-01
Ф4/3
1个
AS2000-01
1个
腕部
气缸
VFS-1220-5E-01
Ф4/3
1个
AS2000-01
1个
伸缩
气缸
VFS-1220-5E-01
Ф4/3
1个
AS2000-01
1个
升降
气缸
VFS-2220-5E-01
Ф8/6
1个
AS4000-01
1个
摆动
气缸
VFS-2220-5E-01
Ф8/6
1个
AS4000-01
1个

4．确定管道直径、验算压力损失
⑴选管道直径
根据管道内应遵循与电磁换向阀、气缸通径等相一致的原则，查《新编机械设计师手册》可知，管道内径d：

式中：Q——压缩空气流量
v——管内压缩空气流速 通常，一般管道应在25m/s以下
在该气压系统中最大的压缩空气流量为4×10-4×3600 m3/h。
那么，
为了使管道与电磁换向阀相匹配，取管道内径为6mm，外径为8mm。
⑵验算压力损失
预设供气压力为0.7 MPa，压力损失为[ΔP]=50Kpa
查《机械设计手册》第5分册得知，对于管道长度不是特别长时（小于100m）、气流流速v不特别在的气动系统中，系统压力损失主要部分在于气流通过各个元件、辅件时的压力损失Δpr2。对于不要求精确计算的系统，其压降验算可按下式进行，
式中， ——压缩空气流经气动元件的压降总和；
——系统容许的压降，取[ΔP]=50Kpa
——压降简化修正系数，KΔp=1.1
在所设计的系统中，减压阀及电磁换向阀的损失比较少，其主要的损失主要体现在气缸限流器及油雾器中。查《机械设计手册》第5分册，得知：
气缸限流器的ΔPr2：24.5KPa
油雾器的ΔPr2：14.7 KPa
那么，

说明所选的阀及管道通径均合格。

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四．各执行元件用气量的计算及空压机的确定
1. 各执行元件的压缩空气用气量：
执行元件的压缩空气用气量计算公式：
式中：Q——元件的耗气量，(cm2)
P——使用压力，(Pa)
P0——大气压力，(Pa)
那么，夹紧气缸压缩空气用气量：

伸缩气缸压缩空气用气量：

升降气缸压缩空气用气量：

腕部气缸压缩空气用气量：

手臂摆动气缸压缩空气用气量：

则，各执行元件的压缩空气用气量如下表3-3
表3-3 各执行元件压缩空气相应参数
部件
气缸
耗气量 cm3/s
压缩空气用气量 cm3/s
全行程所需时间 s
手指部分
夹紧气缸
100.48
596.44
0.5
手腕部分
腕部气缸
113.48
673.6
1
手臂部分
伸缩气缸
200.96
1192.86
2
升降气缸
392.87
2329.81
1.5
摆动气缸
391.3
2322.69
2
2. 气缸的理论用气量：
查《机械设计手册》第五分册，气缸平均用气量计算公式：

式中：a——气缸每一次往复的作用次数：单作用缸a=1，双作用缸a=2
T——气动系统的一次工作循环的时间，这里T=20(s)
t——单个气缸一个行程所需的时间，(s)
那么，
查《机械设计手册》第五册，空压机供气量计算公式：

考虑到系统的泄漏，通常泄漏量为用气量的20%左右，那么

3. 选择空压机：
查《机械设计手册》第五册，初选长春空气压缩机厂的VD2.2型号滑片式风冷压缩机。其参数如下：
额定排气量：0.28m3/min
电动机功率：2.2kW
总重量：160kg
额定排气压力：0.7MPa
压气机储气缺罐容积：0.12m3
L×W×H：1255×510×860mm
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五、气动元件清单（表3-4）
表3-4 气动元件物料清单
部件名称
型号
配合管道
数量
手指部分
夹紧气缸
CDQ2B40-40DC
ф4/3
1
电磁换向阀
VFS-1320-5E-01
ф4/3
1
气缸限流阀
AS2000-01
ф4/3
1
手腕部分
腕部气缸
CDRB1BW50-180S
ф4/3
1
电磁换向阀
VFS-1320-5E-01
ф4/3
1
气缸限流阀
AS2000-01
ф4/3
1
手臂部分
伸缩气缸
MDBB32-500
ф4/3
1
电磁换向阀
VFS-1320-5E-01
ф4/3
1
气缸限流阀
AS2000-01
ф4/3
1
升降气缸
MDBB50-300
ф8/6
1
电磁换向阀
VFS-1320-5E-01
ф8/6
1
气缸限流阀
AS4000-01
ф8/6
1
摆动气缸
QGK-1RSD80T180-E2
ф8/6
1
电磁换向阀
VFS-1320-5E-01
ф8/6
1
气缸限流阀
AS4000-01
ф8/6
1
空压机
AC2000-02
ф8/6
1
气源三大件
VD2.2
ф8/6
1

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1、耗气量： 气缸往复一个行程的情况下，气缸以及缸与换向阀之间的配管内所消耗的空气量（标准大气压状态下）
2、最大耗气率： 气缸活塞以最大速度运动时，单位时间内所消耗的空气量（标准大气压状态下）
气缸的最大耗气量：Q=活塞面积 x 活塞的速度 x 绝对压力
通常用的公式是： Q=0.046D²v（p+0.1）
Q------标准状态下的气缸最大耗气量（L/min）
D------气缸的缸径（cm）
v------气缸的最大速度（mm/s）
p------使用压力（MPa）

一个气动马达的缸径是500,里面剩余空间是280升,它的转速是1500/min、扭矩力是1.57Nm，请问每分钟的耗气量是多少？是以什么根椐来推算的？
可用伯努利方程推导得出。
G=4.44*R^2*((P1-P2)/空气密度)^0.5
如果是6楼的，管道直径为38mm，压力为0.1MPa，求耗气量
G=4.44*（0.019）^2*(0.1/1.29)^0.5*60
=26.77m3/min

用气量的计算和确定

　　确定一个新厂的压缩空气要求的传统方法是将所有用气设备的用气量（m3/min）加起来，再考虑增加一个安全、泄露和发展系数
　　在一个现有工厂里，你只要作一些简单的测试便可知道压缩空气供给量是否足够。如不能，则可估算出还需增加多少。
　　一般工业上空气压缩机的输出压力为0.69MPa（G），而送到设备使用点的压力至少0.62 MPa。这说明我们所用的典型空气压缩机有0.69 MPa（G）的卸载压力和0.62 MPa（G）的筒体加载压力或叫系统压力。有了这些数字（或某一系统的卸载和加载值）我们便可确定。
　　如果筒体压力抵于名义加载点（0.62 MPa（G））或没有逐渐上升到卸载压力（0.69 MPa（G）），就可能需要更多的空气。当然始终要检查，确信没有大的泄露，并且压缩机的卸载和控制系统都运行正常。
　　如果压缩机</a>必须以高于0.69 MPa（G）的压力工作才能提供0.62 MPa（G）的系统压力，就要检查分配系统管道尺寸也许太小，或是阻塞点对于用气量还需增加多少气量，系统漏气产生什么影响以及如何确定储气罐的尺寸以满足间歇的用气量峰值要求。
一、测试法——检查现有空气压缩机气量定时泵气试验是一种比较容易精确的检查现有空气压缩机气量或输出的方法，这将有助于判断压缩空气的短缺不是由于机器的磨损或故障所造成的。下面是进行定时泵气试验的程序：
A．储气罐容积，立方米
B．压缩机储气罐之间管道的容积立方米
C．（A和B）总容积，立方米压缩机
D．全载运行
E．关闭储气罐与工厂空气系统之间的气阀
F．储气罐放弃，将压力降至0.48 MPa（G）
G．很快关闭放气阀
H．储气罐泵气至0.69 MPa（G）所需要的时间，秒
现在你已有了确定现有压缩机实际气量所需要的数据，公式是：
C=V（P2-P1）60/（T）PA
C=压缩机气量，m3/min
V=储气罐和管道容积，m3（C项）
P2=最终挟载压力，MPa（A）（H项+PA）
P1=最初压力，MPa（A）（F项+PA）
PA=大气压力，MPa（A）（海平面上为0.1 MPa）
T=时间，s
如果试验数据的计算结果与你工厂空气压缩机的额定气量接近，你可以较为肯定，你厂空气系统的负荷太高，从而需要增加供气量。
二、估算法
    V=V现有设备用气量+V后处理设备用气量+V泄露量+V储备量
三、确定所需的增加压缩空气 
根据将系统压力提高到所需要压力的空气量，就能确定需要增加的压缩空气供气量。      P2需要的m3/min=现有的m3/min
P1式中，需要的m3/min=需要的压缩空气供气量
现有的m3/min=现有的压缩空气供气量
P2=需要的系统压力，MPa（A）
P1=现有的系统压力，MPa（A）
需增加的m3/min=需要的m3/min-现有的m3/min
结果就告诉你为满足现有的用气需求所要增加多少气量。建议增加足够的气量以便不仅满足目前的用气要求，还把奖励的需求和泄露因素考虑进去。
四、系统漏气的影响
供气量不足经常是由于或肯定是由于系统的泄漏，空气系统漏气损失动力的一个连续根源，所以最好应当使其尽量少一些。几个相当于1/4英寸小孔的小漏点，在0.69 MPa压力下可能漏掉多至2.8 M3的压缩空气，这等于你损失一台18.75Kw的空气压缩机的气量，以电力每度0.4元，每年运行8000小时（三班制）计算，这些漏掉的空气使你白白损失60000元。
大多数工厂都会提供维护人员和零件来筑漏。损坏的工具。阀、填料、接头、滴管和软管应及时检查和修理。
工厂整个系统的泄漏可通过在不供气情况下测定系统压力（在储气筒体上侧）从0.69 MPa（G）降到0.62 MPa（G）所需要的时间来诊断。利用泵气试验我们就可以算出整个系统的泄漏量：
V(P2-P1)60
泄漏量m3/min= 90（PA）
如漏气绿超过整个系统气量的百分之五，就必须筑漏。
五、选择压缩机的规格
你一旦确定工厂用气的气量（m3/min）和压力（MPa（G））要求，便可选择空气压缩机的规格。
在选择时你可能要考虑的因素包括：
--目前的用气量是多少？工厂扩建后的用气量是多少？一般来说，用气量的年增长率为10%。是否考虑将来要用特殊的制造工艺和工具？
---理想的做法是回转螺杆式压缩机和离心式压缩机所定的规格应保证在调制和调节控制范围正常工作。
---单作用风冷往复式空气压缩机所确定的规格因保证在恒速控制系统的基础上有30~40%的卸载时间。
---水冷往复式空气压缩机可以连续工作，但选规格是最好考虑有20~25%缓冲或卸载时间。
研究各种型号的空气压缩机性能特点以估算动力成本，从而确定哪一种是满足你厂目前和将来要求要求的最佳选择。
---工厂漏气严重吗？是否要筑漏计划以便最终能减轻压缩空气系统的负荷？
---你对所选空气压缩机的运行、维护、安装和性能特点感到满意吗？
---在选择空气压缩机及其附加设备（如干燥机和过滤器）你是否已考虑到压缩空气的质量要求？
---附加设备对你选择空气压缩机有何影响？
---你是否考虑过万一主空气压缩机故障时的备用气量？
---各个班次是否需要用同样气量的压缩空气？
---所选用的空气压缩机在用气量较低时运转情况怎样？
---可能要考虑用一台较小的空气压缩机以便节约能源，避免主空气压缩机过多的循环和磨损。
---工厂是否有需加一考虑的不寻常间歇峰值要求载荷。