液压与气动技术液压传动系统与气动系统设计.ppt

第第8章章 液压传动系统与气动系统设计液压传动系统与气动系统设计8.1 液压传动系统设计液压传动系统设计8.2 气动程序控制系统设计气动程序控制系统设计18.1 液压传动系统设计液压传动系统设计液压传动系统设计主要包含液压传动系统的机械设计和电气液压传动系统设计主要包含液压传动系统的机械设计和电气控制设计。控制设计。8.1.1 液压传动系统的机械部分设计液压传动系统的机械部分设计液压系统设计的步骤大体如下液压系统设计的步骤大体如下:明确设计要求明确设计要求;进行工况分析与初步确定系统的主要参数进行工况分析与初步确定系统的主要参数;拟定液压系统原理图拟定液压系统原理图;计算和选择液压元件计算和选择液压元件;估算液压系统性能估算液压系统性能;绘制工作图和编写技术文件。绘制工作图和编写技术文件。下一页返回28.1 液压传动系统设计液压传动系统设计1.明确液压系统的设计要求明确液压系统的设计要求在开始设计液压系统时在开始设计液压系统时.首先要对机械设备主机的工作情况进首先要对机械设备主机的工作情况进行详细的分析行详细的分析.明确主机对液压系统提出的要求明确主机对液压系统提出的要求.具体包括以下具体包括以下几方面。几方面。主机的用途、主要结构、总体布局主机的用途、主要结构、总体布局;主机对液压系统执行元主机对液压系统执行元件在位置布置和空间尺寸上的限制。件在位置布置和空间尺寸上的限制。主机的工作循环主机的工作循环.液压执行元件的运动方式液压执行元件的运动方式(移动、转动或移动、转动或摆动摆动)及其工作范围。及其工作范围。液压执行元件的负载和运动速度的大小及其变化范围。液压执行元件的负载和运动速度的大小及其变化范围。上一页 下一页返回38.1 液压传动系统设计液压传动系统设计主机各液压执行元件的动作顺序或互锁要求。主机各液压执行元件的动作顺序或互锁要求。对液压系统工作性能对液压系统工作性能(如工作平稳性、转换精度等如工作平稳性、转换精度等)、工作、工作效率、自动化程度等方面的要求。效率、自动化程度等方面的要求。液压系统的工作环境和工作条件液压系统的工作环境和工作条件.如周围介质、环境温度、如周围介质、环境温度、湿度、尘埃情况、外界冲击振动等。湿度、尘埃情况、外界冲击振动等。其他方面的要求其他方面的要求.如液压装置在重量、外形尺寸、经济性等如液压装置在重量、外形尺寸、经济性等方面的规定或限制。方面的规定或限制。上一页 下一页返回48.1 液压传动系统设计液压传动系统设计2.分析系统工况及确定主要参数分析系统工况及确定主要参数(1)工况分析工况分析工况分析就是分析主机在工作过程中各执行元件的运动速度工况分析就是分析主机在工作过程中各执行元件的运动速度和负载的变化规律。对于动作较复杂的机械设备和负载的变化规律。对于动作较复杂的机械设备.根据工艺要根据工艺要求求.将各执行元件在各阶段所需克服的负载用将各执行元件在各阶段所需克服的负载用图图8-1(a)所示所示的负载一位移的负载一位移(F-l)曲线表示曲线表示.称为负载图。将各执行元件在称为负载图。将各执行元件在各阶段的速度用各阶段的速度用图图8-1(b)所示的速度一位移所示的速度一位移(v-l)曲线表曲线表示示.称为速度图。设计简单的液压系统时称为速度图。设计简单的液压系统时.这两种图可省略不画。这两种图可省略不画。上一页 下一页返回58.1 液压传动系统设计液压传动系统设计(2)确定主要参数确定主要参数这里是指确定液压执行元件的工作压力和最大流量。这里是指确定液压执行元件的工作压力和最大流量。执行元件的工作压力执行元件的工作压力.可以根据负载图中的最大负载来选取可以根据负载图中的最大负载来选取(见见表表8-1).也可以根据主机的类型来选取也可以根据主机的类型来选取(见见表表8-2);而最而最大流量则由执行元件速度图中的最大速度计算出来。这两者大流量则由执行元件速度图中的最大速度计算出来。这两者都与执行元件的结构参数都与执行元件的结构参数(指液压缸的有效工作面积八或液压指液压缸的有效工作面积八或液压马达的排量马达的排量VM)有关。一般的做法是有关。一般的做法是.先选定工作压力先选定工作压力p.再按再按最大负载和预估的执行元件机械效率求出最大负载和预估的执行元件机械效率求出A或或VM.经过各种必经过各种必要的验算、修正和圆整后定下这些结构参数要的验算、修正和圆整后定下这些结构参数.最后再算出最大最后再算出最大流量流量qmax来。来。上一页 下一页返回68.1 液压传动系统设计液压传动系统设计3.拟定液压系统原理图拟定液压系统原理图拟定液压系统原理图是整个设计工作中最主要的步骤拟定液压系统原理图是整个设计工作中最主要的步骤.它对系它对系统的性能以及设计方案的经济性、合理性具有决定性的作用。统的性能以及设计方案的经济性、合理性具有决定性的作用。其一般方法是其一般方法是.根据动作和性能的要求先分别选择和拟定基本根据动作和性能的要求先分别选择和拟定基本回路回路.然后将各个回路组合成一个完整的系统。然后将各个回路组合成一个完整的系统。选择液压回路是根据系统的设计要求和工况图从众多的成熟选择液压回路是根据系统的设计要求和工况图从众多的成熟方案中方案中(参见本书第参见本书第7章和有关的设计手册、资料章和有关的设计手册、资料)评比挑选评比挑选出来的。选择时出来的。选择时.既要考虑调速、调压、换向、顺序动作、动既要考虑调速、调压、换向、顺序动作、动作互锁等要求作互锁等要求.也要考虑节省能源、减少发热、减少冲击、保也要考虑节省能源、减少发热、减少冲击、保证动作精度等问题。证动作精度等问题。上一页 下一页返回78.1 液压传动系统设计液压传动系统设计组合液压系统是把挑选出来的各种液压回路综合在一起组合液压系统是把挑选出来的各种液压回路综合在一起.进行进行归并整理归并整理.增添必要的元件或辅助油路增添必要的元件或辅助油路.使之成为完整的系统。使之成为完整的系统。4.液压元件的计算液压元件的计算液压泵的最大工作压力必须不小于液压执行元件最大工作压液压泵的最大工作压力必须不小于液压执行元件最大工作压力及进油路上总压力损失这两者之和。液压执行元件的最大力及进油路上总压力损失这两者之和。液压执行元件的最大工作压力可以从工况图中找到工作压力可以从工况图中找到;进油路上的总压力损失可以通进油路上的总压力损失可以通过估算求得过估算求得.也可以按经验资料估计也可以按经验资料估计(见见表表8-3)。上一页 下一页返回88.1 液压传动系统设计液压传动系统设计液压泵的流量必须不小于几个同时工作的液压执行元件总流液压泵的流量必须不小于几个同时工作的液压执行元件总流量的最大值以及回路中泄漏量这两者之和。液压执行元件总量的最大值以及回路中泄漏量这两者之和。液压执行元件总流量的最大值可以从工况图中找到流量的最大值可以从工况图中找到(当系统中备有蓄能器时此当系统中备有蓄能器时此值应为一个工作循环中液压执行元件的平均流量值应为一个工作循环中液压执行元件的平均流量);而回路中而回路中的泄漏量则可按总流量最大值的的泄漏量则可按总流量最大值的10%30%估算。估算。在参照产品样本选取液压泵时，泵的额定压力应选得比上述在参照产品样本选取液压泵时，泵的额定压力应选得比上述最大工作压力高最大工作压力高20%60%.以便留有压力储备以便留有压力储备;额定流量额定流量则只须选得能满足上述最大流量需要即可。则只须选得能满足上述最大流量需要即可。液压泵在额定压力和额定流量下工作时液压泵在额定压力和额定流量下工作时.其驱动电机的功率一其驱动电机的功率一般可以直接从产品样本上查到电机功率也可以根据具体工况般可以直接从产品样本上查到电机功率也可以根据具体工况计算出来计算出来.有关的算式和数据见液压工程手册。有关的算式和数据见液压工程手册。上一页 下一页返回98.1 液压传动系统设计液压传动系统设计阀类元件的规格按液压系统的最大压力和通过该阀的实际流阀类元件的规格按液压系统的最大压力和通过该阀的实际流量从产品样本上选定。选择节流阀和调速阀时量从产品样本上选定。选择节流阀和调速阀时.还要考虑它的还要考虑它的最小稳定流量是否符合设计要求。各类阀都须选得使其实际最小稳定流量是否符合设计要求。各类阀都须选得使其实际通过流量最多不超过其公称流量的通过流量最多不超过其公称流量的120%.以免引起发热、以免引起发热、噪声和过大的压力损失。对于可靠性要求特别高的系统来说噪声和过大的压力损失。对于可靠性要求特别高的系统来说.阀类元件的额定压力应高出其工作压力较多。阀类元件的额定压力应高出其工作压力较多。油管规格的选定和油箱容量的估算见本书油管规格的选定和油箱容量的估算见本书6.1.5小节。小节。上一页 下一页返回108.1 液压传动系统设计液压传动系统设计5.液压系统的性能验算液压系统的性能验算液压系统性能验算的项目很多，常见的有回路压力损失验算液压系统性能验算的项目很多，常见的有回路压力损失验算和发热温升验算。和发热温升验算。(1)回路压力损失验算回路压力损失验算压力损失包括管道内的沿程损失和局部损失以及阀类元件处压力损失包括管道内的沿程损失和局部损失以及阀类元件处的局部损失的局部损失3项。管道内的这两种损失可用第项。管道内的这两种损失可用第2章中的有关公章中的有关公式估算式估算;阀类元件处的局部损失则须从产品样本中查出。当通阀类元件处的局部损失则须从产品样本中查出。当通过阀类元件的实际流量过阀类元件的实际流量q不是其公称流量不是其公称流量qn时时.它的实际压力它的实际压力损失损失p与其额定压力损失与其额定压力损失pn间将呈如下的近似关系间将呈如下的近似关系:计算液压系统的回路压力损失时计算液压系统的回路压力损失时.不同的工作阶段要分开来计不同的工作阶段要分开来计算。算。上一页 下一页返回（8.2）118.1 液压传动系统设计液压传动系统设计(2)发热温升验算发热温升验算这项验算是用热平衡原理来对油液的温升值进行估计。单位这项验算是用热平衡原理来对油液的温升值进行估计。单位时间内进入液压系统的热量时间内进入液压系统的热量Q(以以W计计)是液压泵输入功率是液压泵输入功率P1和液压执行元件有效功率和液压执行元件有效功率P0之差。假如这些热量全部由油箱之差。假如这些热量全部由油箱散发出去散发出去.不考虑系统其他部分的散热效能不考虑系统其他部分的散热效能.则油液温升的估算则油液温升的估算公式可以根据不同的条件分别从有关的手册中找出来。例如公式可以根据不同的条件分别从有关的手册中找出来。例如.当油箱当油箱3个边的尺寸比例在个边的尺寸比例在1:1:11:2:3之间、油面高之间、油面高度是油箱高度的度是油箱高度的80%且油箱通风情况良好时且油箱通风情况良好时.油液温升油液温升T的计算式可以用单位时间内输入热量的计算式可以用单位时间内输入热量Q(W)和油箱有效容积和油箱有效容积V2(m3)近似地表示成近似地表示成当验算出来的油液温升值超过允许数值时当验算出来的油液温升值超过允许数值时.系统中必须考虑设系统中必须考虑设置适当的冷却器。置适当的冷却器。上一页 下一页返回（8.3）128.1 液压传动系统设计液压传动系统设计例例8-1如如图图8-3所示的工件所示的工件.需要大批量生产需要大批量生产.本工序钻削工件本工序钻削工件上有一上有一15偏心孔偏心孔.工件材料为铸铁工件材料为铸铁.材料硬度为材料硬度为220 HB.为为此设计一全自动专用钻床此设计一全自动专用钻床.只要将工件堆积在料斗里只要将工件堆积在料斗里.一按开关一按开关就可重复自动完成从送料、加工到结束这一全部过程就可重复自动完成从送料、加工到结束这一全部过程.设计该设计该钻床的液压系统及电气控制回路设计的该专用钻床的加工工钻床的液压系统及电气控制回路设计的该专用钻床的加工工位结构简图如位结构简图如图图8-4所示所示.其工作循环步骤为其工作循环步骤为:上一页 下一页返回138.1 液压传动系统设计液压传动系统设计(1)负载分析负载分析根据工件材料查阅机械加工工艺手册根据工件材料查阅机械加工工艺手册.得出钻孔的较合适的表得出钻孔的较合适的表面切削速度为面切削速度为从而计算出主轴的转速为从而计算出主轴的转速为由加工直径查阅工艺手册由加工直径查阅工艺手册.得出加工每转进给量为得出加工每转进给量为上一页 下一页返回148.1 液压传动系统设计液压传动系统设计根据切削原理得出钻削力计算公式为根据切削原理得出钻削力计算公式为查阅机械设计手册得查阅机械设计手册得上一页 下一页返回158.1 液压传动系统设计液压传动系统设计故计算出在本工艺条件下的最大钻削扭矩及最大钻削轴向力故计算出在本工艺条件下的最大钻削扭矩及最大钻削轴向力为为计算钻削缸受力。钻削缸所受轴向力等于钻削轴向力减去计算钻削缸受力。钻削缸所受轴向力等于钻削轴向力减去动力头的重量动力头的重量.应小于应小于2 946 N。计算夹紧缸受力。根据夹具结构画出受力简图，如计算夹紧缸受力。根据夹具结构画出受力简图，如图图8-5所示，由理论力学分析进行计算得夹紧力为所示，由理论力学分析进行计算得夹紧力为上一页 下一页返回168.1 液压传动系统设计液压传动系统设计其中其中.f表示摩擦系数表示摩擦系数.本例取本例取0.2;表示表示V形块夹角形块夹角.本结构为本结构为90;D表示被夹工件直径表示被夹工件直径.本工件直径为本工件直径为80 mm。故计算出夹紧力为故计算出夹紧力为 W=1 219(N)查阅液压传动设计手册查阅液压传动设计手册.安全系数为安全系数为2.5 3.取其为取其为3.所所以夹紧缸应承受负载为以夹紧缸应承受负载为 W缸缸=1 219X3=3 657(N)上一页 下一页返回178.1 液压传动系统设计液压传动系统设计计算送料缸的受力。送料缸在推进工件时计算送料缸的受力。送料缸在推进工件时.工件受料斗上面工件受料斗上面所堆积工件重量的压力而在所推进工件的上、下两面产生摩所堆积工件重量的压力而在所推进工件的上、下两面产生摩擦阻力擦阻力.每个工件的重量为每个工件的重量为0.6 kg.最多堆积最多堆积20个个.故摩擦阻故摩擦阻力为力为故送料缸所受最大轴向力为摩擦阻力加工件重量故送料缸所受最大轴向力为摩擦阻力加工件重量.即为即为由于力很小由于力很小.因此将送料缸的运动近似认为是空载运动因此将送料缸的运动近似认为是空载运动上一页 下一页返回188.1 液压传动系统设计液压传动系统设计(2)液压缸的选择液压缸的选择本例工艺要求送料缸送料速度大于本例工艺要求送料缸送料速度大于50 mm/s.钻削缸快进速钻削缸快进速度大于度大于50 mm/s查阅液压传动设计手册得出查阅液压传动设计手册得出:选内径选内径X活塞杆径活塞杆径=40X20(mm)的液压缸作为夹紧缸的液压缸作为夹紧缸.则当液压缸内油的压则当液压缸内油的压力达到力达到p=W缸缸/A=4X3 657/(3.14X402)=2.91(MPa)时时.就可夹紧工件就可夹紧工件;选该选该液压缸行程不小于液压缸行程不小于40 mm上一页 下一页返回198.1 液压传动系统设计液压传动系统设计(3)液压泵选择液压泵选择根据液压缸的最大工作压力和最大流量，再考虑相关损失，根据液压缸的最大工作压力和最大流量，再考虑相关损失，计算泵的额定流量和额定压力计算泵的额定流量和额定压力泵的额定流量泵的额定流量泵的额定压力泵的额定压力 查阅产品目录查阅产品目录.该泵的型号为该泵的型号为YB1-2.5.额定压力为额定压力为6.3 MPa.排量为排量为2.5 Ml/r.转速为转速为450 r/min的定量叶片泵。的定量叶片泵。该泵的输出流量为该泵的输出流量为上一页 下一页返回208.1 液压传动系统设计液压传动系统设计(4)选择电动机参数选择电动机参数因为液压泵的转速为因为液压泵的转速为1450 r/min,所以选电机的转速为所以选电机的转速为1450 r/min.功率大于功率大于0.34 Kw.(5)选择油箱选择油箱油箱容量通常取泵的额定流量的油箱容量通常取泵的额定流量的24倍倍.故设计油箱的容量为故设计油箱的容量为714 L。因为钻削缸要支撑动力头因为钻削缸要支撑动力头.又双向受力又双向受力.所以选直径大一点的液所以选直径大一点的液压缸。另外由于有差动连接压缸。另外由于有差动连接.因此使得快进和退回的速度较接因此使得快进和退回的速度较接近近.因而选活塞杆直径较粗的液压缸。因而选活塞杆直径较粗的液压缸。上一页 下一页返回218.1 液压传动系统设计液压传动系统设计综上应选内径活塞杆径综上应选内径活塞杆径d=50X32(mm)的液压缸作为钻削的液压缸作为钻削缸缸.则当液压缸内油的压力大于则当液压缸内油的压力大于p=F/A=4X2 946/(3.14X502)=1.55(MPa)时时.就可钻削工件就可钻削工件;由于钻削快由于钻削快进采用差动连接进采用差动连接.因此当输入流量达到因此当输入流量达到就能满足钻削缸快速进给的要求就能满足钻削缸快速进给的要求;选该液压缸的行程不小于选该液压缸的行程不小于35mm选内径选内径X活塞杆径活塞杆径=32X 16mm的液压缸作为送料缸，当输的液压缸作为送料缸，当输入流量达到入流量达到就能满足送料速度要求就能满足送料速度要求;液压缸的行程根据具体结构确定。液压缸的行程根据具体结构确定。上一页 下一页返回228.1 液压传动系统设计液压传动系统设计(6)选择阀选择阀送料缸换向选用二位四通电磁阀送料缸换向选用二位四通电磁阀.能满足送料要求能满足送料要求;夹紧缸换向夹紧缸换向选用二位四通电磁阀选用二位四通电磁阀.在夹紧工件时在夹紧工件时.能一直保持一定的压力能一直保持一定的压力;钻削缸换向选用三位四通电磁阀。钻削缸换向选用三位四通电磁阀。由于钻削缸的压力小于夹紧缸的压力由于钻削缸的压力小于夹紧缸的压力.因此在钻削支路上接一因此在钻削支路上接一个减压阀个减压阀.以保证夹紧力在切削过程中不下降。以保证夹紧力在切削过程中不下降。由于钻削缸垂直安装，因此，为使运动平稳，采用液压缸出由于钻削缸垂直安装，因此，为使运动平稳，采用液压缸出口节流调速回路。口节流调速回路。上一页 下一页返回238.1 液压传动系统设计液压传动系统设计以泵的额定压力为以泵的额定压力为6.3 MPa.流量为流量为3.6 L/min为基准为基准.选选择各种电磁换向阀、溢流阀、减压阀、调速阀等元件择各种电磁换向阀、溢流阀、减压阀、调速阀等元件.元件的元件的性能参数可参考液压传动设计手册有关资料性能参数可参考液压传动设计手册有关资料.在此不再一一叙在此不再一一叙述。述。为节约能源为节约能源.钻削缸快进采用差动回路。钻削缸快进采用差动回路。(7)液压回路设计液压回路设计根据以上计算参数根据以上计算参数.结合液压传动的基本回路结合液压传动的基本回路.设计本系统的液设计本系统的液压回路如压回路如图图8-6所示。所示。上一页 下一页返回248.1 液压传动系统设计液压传动系统设计8.1.2 液压传动系统的电气控制部分设液压传动系统的电气控制部分设计计1.液压回路的电气控制设计步骤液压回路的电气控制设计步骤在电气控制液压回路中在电气控制液压回路中.液压缸的位置是由微动开关来控制的液压缸的位置是由微动开关来控制的.方向阀则采用电磁阀方向阀则采用电磁阀.常用的电磁阀如常用的电磁阀如图图8-7所示。所示。液压回路电气控制设计步骤如下液压回路电气控制设计步骤如下:画出动作顺序图。画出动作顺序图。根据动作顺序图设计液压回路。根据动作顺序图设计液压回路。根据液压回路设计电气控制回路。根据液压回路设计电气控制回路。下面通过介绍从单缸回路到多缸回路电气控制设计下面通过介绍从单缸回路到多缸回路电气控制设计.说明液压说明液压回路电气控制设计方法。回路电气控制设计方法。上一页 下一页返回258.1 液压传动系统设计液压传动系统设计2.单缸液压传动电气控制回路设计单缸液压传动电气控制回路设计例例8-2有一液压缸有一液压缸A.其动作为伸出一缩回其动作为伸出一缩回.试设计其电气液压试设计其电气液压回路。回路。根据动作顺序画出动作顺序图根据动作顺序画出动作顺序图.如如图图8-8所示。所示。设计液压回路。本例中采用设计液压回路。本例中采用图图8-7所示的两种电磁阀各设所示的两种电磁阀各设计一液压回路计一液压回路.如如图图8-9所示。在图所示。在图8-9中中.通电后使通电后使A缸前进缸前进的线圈称为的线圈称为YA1;通电后使通电后使A缸后退的线圈称为缸后退的线圈称为YA0。上一页 下一页返回268.1 液压传动系统设计液压传动系统设计(3)设计电气回路设计电气回路若采用目视操作若采用目视操作.则可得如则可得如图图8-10所示的电路。因为图所示的电路。因为图8-10(a)所示的电磁阀一端有弹簧所示的电磁阀一端有弹簧.如不加继电器如不加继电器.当手放开前当手放开前进按钮时进按钮时.A缸就会立即后退，所以需用缸就会立即后退，所以需用K1继电器自保持回路继电器自保持回路来确保来确保A缸的继续前进。图缸的继续前进。图8-10(b)所示的情况与图所示的情况与图8-10(a)所示的类似所示的类似.分别作分别作YA1,YA0线圈的自保持继电器。线圈的自保持继电器。当前进、后退按钮同时按下时当前进、后退按钮同时按下时.YA1,YA0线圈会同时通电而线圈会同时通电而使电磁阀无法控制使电磁阀无法控制.所以特别在电路中加上所以特别在电路中加上K1,K2的的b接点接点.以防止其发生。以防止其发生。若要使按钮按下后若要使按钮按下后A缸能自动前进、后退一次缸能自动前进、后退一次.此时就要用装此时就要用装在液压缸在液压缸A进到底和退到底位置上的行程开关进到底和退到底位置上的行程开关a1,YA1来通来通知电路知电路.A缸是否有进到底或退到底缸是否有进到底或退到底.依此设计出依此设计出图图8-11所示所示的电路。因为在电路设计中的电路。因为在电路设计中.当所有的动作完成时当所有的动作完成时.需将电全部需将电全部切断切断.所以所以.图图8-11(b)中需用中需用YA1来切掉来切掉YA0的电。的电。上一页 下一页返回278.1 液压传动系统设计液压传动系统设计若要使若要使A缸能连续地自动前进、后退缸能连续地自动前进、后退.则用如则用如图图8-12所示的电所示的电路即可，但在使用这种电路时路即可，但在使用这种电路时.若要使若要使A缸停止就得切断电源缸停止就得切断电源.若要使若要使A缸动作就得再把电源接上缸动作就得再把电源接上.因此操作非常不便因此操作非常不便.此时就此时就需用主控继电器来作电源控制需用主控继电器来作电源控制.图图8-13所示就是依此设计的所示就是依此设计的电路图电路图.或仅用继电器来作第一步动作的电源控制或仅用继电器来作第一步动作的电源控制.其电路如其电路如图图8-14所示。所示。上一页 下一页返回288.1 液压传动系统设计液压传动系统设计3.多缸液压传动的电气控制回路设计多缸液压传动的电气控制回路设计例例8-4 一液压系统两个气缸的动作顺序为一液压系统两个气缸的动作顺序为A+B+A+B-(“+”表示伸出表示伸出.“-”表示缩回表示缩回).设计其电气、液压回路。设计其电气、液压回路。(1)画出两缸的动作顺序图画出两缸的动作顺序图.(2)根据两缸的动作顺序图设计液压回路根据两缸的动作顺序图设计液压回路.(3)设计电气控制回路。具体步骤如下。设计电气控制回路。具体步骤如下。第一步第一步.由动作顺序图由动作顺序图(见见图图8-20(a)和液压回路决定各线和液压回路决定各线圈应在何时通、断电圈应在何时通、断电.如如图图8-20(b)所示。所示。上一页 下一页返回298.1 液压传动系统设计液压传动系统设计第二步第二步.每当一动作完成时每当一动作完成时.必会引起液压缸位置的改变必会引起液压缸位置的改变.因而因而产生不同的微动开关信号产生不同的微动开关信号.下面就根据动作顺序图和液压回路下面就根据动作顺序图和液压回路来研究微动开关信号来研究微动开关信号.在研究之前先对微动开关信号加以定义在研究之前先对微动开关信号加以定义:0表示开关末被触动的状态表示开关末被触动的状态;1表示开关被触动的状态。表示开关被触动的状态。图图8-20(c)所示给出了在整个动作过程中所示给出了在整个动作过程中.微动开关变化的情微动开关变化的情形形.每一步完成时必会产生一组新的开关信号。每一步完成时必会产生一组新的开关信号。上一页 下一页返回308.1 液压传动系统设计液压传动系统设计从此图中可发现有从此图中可发现有3种信号变化的情形种信号变化的情形:00或或11表示液压缸静止不动表示液压缸静止不动;10表示液压缸刚刚离开原位表示液压缸刚刚离开原位.正在继续移动中正在继续移动中;01表示液压缸刚好到达某一定位。表示液压缸刚好到达某一定位。真正有意义的是真正有意义的是01这一个信号这一个信号.因为只有它才能说明某一因为只有它才能说明某一动作已完成动作已完成.可进行下一动作了。可进行下一动作了。第三步第三步.根据下列法则画电路图根据下列法则画电路图:接点使线圈通电。接点使线圈通电。b接点使线圈断电。接点使线圈断电。因为微动开关所有的因为微动开关所有的a,b接点均不独立接点均不独立.所以若其接点需用所以若其接点需用两次以上时两次以上时.则得用一继电器作接点扩充。则得用一继电器作接点扩充。上一页 下一页返回318.1 液压传动系统设计液压传动系统设计若线圈另一侧有弹簧若线圈另一侧有弹簧.则需用自保持电路则需用自保持电路.但若接点接通时但若接点接通时间大于线圈通电时间间大于线圈通电时间.则不必用之。则不必用之。首先首先.根据法则根据法则.线圈通、断电图及开关动作图画出如线圈通、断电图及开关动作图画出如图图8-21(a)所示的线圈通电图。所示的线圈通电图。其次其次.根据开关信号图及线圈通、断电图在图根据开关信号图及线圈通、断电图在图8-21(a)上标出上标出接点接通时间、线圈通电时间接点接通时间、线圈通电时间.若接点接通时间不少于线圈通若接点接通时间不少于线圈通电时间电时间.就不用自保持线路就不用自保持线路.反之则需要使用继电器产生自保持反之则需要使用继电器产生自保持线路。线路。根据法则根据法则.线圈通、断电图及开关动作图来设计如何断电线圈通、断电图及开关动作图来设计如何断电.若若接点接通时间等于线圈通电时间接点接通时间等于线圈通电时间.就不用考虑断电了就不用考虑断电了.最后就可最后就可得到完整的电路图得到完整的电路图.如如图图8-21(b)所示。所示。上一页 下一页返回328.1 液压传动系统设计液压传动系统设计4.液压传动系统的电气控制设计液压传动系统的电气控制设计下面以实例分析液压传动系统的电气控制设计。下面以实例分析液压传动系统的电气控制设计。例例8-6以例以例8-1的设计数据的设计数据.设计它的电气控制部分。设计它的电气控制部分。1.电气控制回路设计。电气控制回路设计。该自动钻床送料杆和夹紧杆同时伸出到位时会产生干涉该自动钻床送料杆和夹紧杆同时伸出到位时会产生干涉.因此因此要等送料缸退回才能夹紧要等送料缸退回才能夹紧.但为了节约时间但为了节约时间.在送料缸刚好退出在送料缸刚好退出干涉位置时干涉位置时.夹紧缸就动作夹紧缸就动作.使得夹紧缸与送料缸后退同步。使得夹紧缸与送料缸后退同步。绘制各液压缸动作顺序图绘制各液压缸动作顺序图.如如图图8-27(a)所示所示.其中其中A为送为送料缸料缸.B为夹紧缸为夹紧缸.C为钻削缸。为钻削缸。以行程开关压下为以行程开关压下为1.弹起为弹起为0.绘制开关信号图绘制开关信号图.如图如图8-27(b)所示。所示。由于在第由于在第4步和第步和第7步有两组相同的信号步有两组相同的信号.因此将所有信号因此将所有信号分成两级分成两级.如如图图8-27(b)所示。所示。上一页 下一页返回338.1 液压传动系统设计液压传动系统设计以以01为触发信号为触发信号.绘制开关动作图绘制开关动作图.如如图图8-27(c)所示。所示。在第在第7步步.因为和第因为和第4步信号相同步信号相同.所以在该组加一个继电器所以在该组加一个继电器K常开触点。常开触点。绘制线圈绘制线圈(电磁铁、继电器电磁铁、继电器)通、断电图通、断电图(注意注意:在工级和在工级和11级交界处增加一个继电器通电级交界处增加一个继电器通电.以便进行分级的转换以便进行分级的转换.在在11级级结束时继电器断电结束时继电器断电).如图如图8-27(d)所示所示根据图根据图8-27(c)、图、图8-27(d)所示绘制电气控制回路图所示绘制电气控制回路图.如图如图8-28所示。图中继电器所示。图中继电器K5为图为图8-27(d)所示的分级转所示的分级转换继电器换继电器K工作时按一下带自锁的按钮工作时按一下带自锁的按钮SB1使使YA通电通电.即可即可连续地重复本例所要求的工作循环过程连续地重复本例所要求的工作循环过程.如要短暂停机如要短暂停机.则按则按S川使其断电川使其断电.再按再按SB32使液压泵卸荷。使液压泵卸荷。也可采用也可采用PLC控制控制.可将可将图图8-28所示的电气控制回路图转换所示的电气控制回路图转换为梯形图为梯形图.在此本书不再赘述在此本书不再赘述.读者可以把它完成。读者可以把它完成。上一页返回348.2 气动程序控制系统设计气动程序控制系统设计8.2.1 行程程序控制系统的设计步骤行程程序控制系统的设计步骤行程程序控制系统在气压传动中被广泛采用行程程序控制系统在气压传动中被广泛采用.其设计步骤如下。其设计步骤如下。1.明确工作任务与环境的要求明确工作任务与环境的要求工作环境的要求工作环境的要求.如温度、粉尘、易燃、易爆、冲击、及振如温度、粉尘、易燃、易爆、冲击、及振动情况。动情况。动力要求输出力和转矩的情况。动力要求输出力和转矩的情况。运动状态要求运动状态要求.执行元件的运动速度、行程和执行元件的运动速度、行程和l回转角速度等。回转角速度等。工作要求工作要求.即完成工艺或生产过程的具体程序。即完成工艺或生产过程的具体程序。控制方式为手动、自动等控制方式。控制方式为手动、自动等控制方式。下一页返回358.2 气动程序控制系统设计气动程序控制系统设计2.回路设计回路设计回路的设计是整个气动控制系统的核心回路的设计是整个气动控制系统的核心.其设计步骤如下。其设计步骤如下。根据工作任务要求列出工作程序根据工作任务要求列出工作程序.包括用几个执行元件及动包括用几个执行元件及动作顺序作顺序.以及执行元件的形式。以及执行元件的形式。根据程序画出信号一动作根据程序画出信号一动作(X-D)状态图或卡诺图等。状态图或卡诺图等。找出障碍并消除障碍。找出障碍并消除障碍。画出逻辑原理图和气动回路图。画出逻辑原理图和气动回路图。上一页 下一页返回368.2 气动程序控制系统设计气动程序控制系统设计3.选择和计算执行元件选择和计算执行元件确定执行元件的类型及数目。确定执行元件的类型及数目。计算和选定各运动和结构参数计算和选定各运动和结构参数.即运动速度、行程、角速度、即运动速度、行程、角速度、输出力、转矩及气缸的缸径等。输出力、转矩及气缸的缸径等。计算耗气量。计算耗气量。4.选择控制元件选择控制元件确定控制元件的类型及数目。确定控制元件的类型及数目。确定控制方式及安全保护回路。确定控制方式及安全保护回路。上一页 下一页返回378.2 气动程序控制系统设计气动程序控制系统设计5.选择气动辅助元件选择气动辅助元件选择过滤器、油雾器、储气罐、干燥器等的形式及容量。选择过滤器、油雾器、储气罐、干燥器等的形式及容量。确定管径、管长及管接头的形式。确定管径、管长及管接头的形式。验算各种阻力损失包括沿程损失和局部损失。验算各种阻力损失包括沿程损失和局部损失。6.根据执行元件的耗气量、定出压缩机的容量及台数根据执行元件的耗气量、定出压缩机的容量及台数按上述步骤进行按上述步骤进行.便可设计出比较完整的气动控制系统。便可设计出比较完整的气动控制系统。上一页 下一页返回388.2 气动程序控制系统设计气动程序控制系统设计8.2.2 障碍信号的判断和排除障碍信号的判断和排除为了说明什么是障碍信号为了说明什么是障碍信号.现举一简单地按回路的控制程序要现举一简单地按回路的控制程序要求、动作和信号之间的顺序关系绘制出来的求、动作和信号之间的顺序关系绘制出来的A1B1B0A0程序程序回路的例子回路的例子.如如图图8-29所示。由于该回路没有考虑障碍信号所示。由于该回路没有考虑障碍信号的存在，所以它是不能正常工作的。的存在，所以它是不能正常工作的。如图如图8-29所示的回路一旦供气后所示的回路一旦供气后.由于信号阀由于信号阀b0一直受压一直受压.信信号号b0就一直供给阀就一直供给阀A的右侧的右侧(A0位位).这样这样.即使操作启动阀即使操作启动阀q,向阀向阀A左侧左侧(A1位位)供气供气.阀阀A也不能切换。由此可见也不能切换。由此可见.信号信号b0对对q是个障碍信号。是个障碍信号。上一页 下一页返回398.2 气动程序控制系统设计气动程序控制系统设计若没有若没有b0信号信号.则启动阀则启动阀q后后.气流经气流经a0阀通过阀通过q阀进入阀阀进入阀A的的左侧左侧.使使A1位工作位工作.活塞活塞A伸出伸出.发出信号发出信号a1给阀给阀B的左侧的左侧(B1位位).使阀使阀B切换切换.活塞活塞B伸出伸出.再发出信号给阀再发出信号给阀B的右侧的右侧(从位从位)。此时此时.由于活塞由于活塞A仍在发出信号仍在发出信号a1给阀给阀B的左侧的左侧B1位位.使使b1向向阀阀B的从位信号输送不进的从位信号输送不进.也就是说也就是说.信号信号a1也妨碍了也妨碍了b1信号信号的送入。的送入。因此可见因此可见.在这个回路中在这个回路中.信号信号b0和和a1都妨碍其他信号的输入都妨碍其他信号的输入.形成了障碍形成了障碍.致使回路不正常工作致使回路不正常工作.因而必须设法将其排除。因而必须设法将其排除。上一页 下一页返回408.2 气动程序控制系统设计气动程序控制系统设计这种一个信号妨碍另一个信号输入这种一个信号妨碍另一个信号输入.使程序不能正常进行的信使程序不能正常进行的信号号.称之为称之为型障碍信号型障碍信号.它经常发生在单往复程序回路中。而它经常发生在单往复程序回路中。而把由于信号多次出现而产生的障碍把由于信号多次出现而产生的障碍.称之为称之为型障碍信号型障碍信号.这种这种障碍通常发生在多往复往路中。障碍通常发生在多往复往路中。行程程序控制往路设计的关键行程程序控制往路设计的关键.就是要找出这种障碍信号和设就是要找出这种障碍信号和设法排除它们。法排除它们。8.2.3 行程程序回路的设计方法行程程序回路的设计方法行程程序往路设计的目的主要是为了解决信号和执行元件动行程程序往路设计的目的主要是为了解决信号和执行元件动作之间的协调和连接问题。一般有以下几种设计方法。作之间的协调和连接问题。一般有以下几种设计方法。上一页 下一页返回418.2 气动程序控制系统设计气动程序控制系统设计(1)试凑法试凑法选用气动基本回路、常用回路试凑在一起组成控制回路选用气动基本回路、常用回路试凑在一起组成控制回路.然后然后分析能否满足要求。分析能否满足要求。(2)逻辑设计法逻辑设计法逻辑运算法逻辑运算法:此法根据控制要求此法根据控制要求.直接应用逻辑代数等进行计直接应用逻辑代数等进行计算简化算简化.但计算过程复杂但计算过程复杂.特别对于复杂的控制回路不易得到最特别对于复杂的控制回路不易得到最佳结果。佳结果。图解法图解法:图解法是利用逻辑代数的特性图解法是利用逻辑代数的特性.把复杂的计算用图解把复杂的计算用图解的方法表示出来的方法表示出来.如信号一动作如信号一动作(X-D)线图法和卡诺图法等。线图法和卡诺图法等。快速消障法快速消障法:这是在图解法的基础上这是在图解法的基础上.找出了一些规律省去作找出了一些规律省去作图过程的快速设计方法。图过程的快速设计方法。上一页 下一页返回428.2 气动程序控制系统设计气动程序控制系统设计计算机辅助逻辑综合法计算机辅助逻辑综合法: