液压与气动技术第8章液压传动系统与气动系统设计.ppt

第8章 液压传动系统与气动系统设计,8.1 液压传动系统设计8.2 气动程序控制系统设计,8.1 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控制设计。8.1.1 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:明确设计要求;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;计算和选择液压元件;估算液压系统性能;绘制工作图和编写技术文件。,下一页,返回,8.1 液压传动系统设计,1.明确液压系统的设计要求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行详细的分析.明确主机对液压系统提出的要求.具体包括以下几方面。主机的用途、主要结构、总体布局;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。主机的工作循环.液压执行元件的运动方式(移动、转动或摆动)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。,上一页,下一页,返回,8.1 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。对液压系统工作性能(如工作平稳性、转换精度等)、工作效率、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.如周围介质、环境温度、湿度、尘埃情况、外界冲击振动等。其他方面的要求.如液压装置在重量、外形尺寸、经济性等方面的规定或限制。,上一页,下一页,返回,8.1 液压传动系统设计,2.分析系统工况及确定主要参数(1)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.根据工艺要求.将各执行元件在各阶段所需克服的负载用图8-1(a)所示的负载一位移(F-l)曲线表示.称为负载图。将各执行元件在各阶段的速度用图8-1(b)所示的速度一位移(v-l)曲线表示.称为速度图。设计简单的液压系统时.这两种图可省略不画。,上一页,下一页,返回,8.1 液压传动系统设计,(2)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。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(见表8-1).也可以根据主机的类型来选取(见表8-2);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马达的排量VM)有关。一般的做法是.先选定工作压力p.再按最大负载和预估的执行元件机械效率求出A或VM.经过各种必要的验算、修正和圆整后定下这些结构参数.最后再算出最大流量qmax来。,上一页,下一页,返回,8.1 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是整个设计工作中最主要的步骤.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。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回路.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方案中(参见本书第7章和有关的设计手册、资料)评比挑选出来的。选择时.既要考虑调速、调压、换向、顺序动作、动作互锁等要求.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。,上一页,下一页,返回,8.1 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.进行归并整理.增添必要的元件或辅助油路.使之成为完整的系统。4.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;进油路上的总压力损失可以通过估算求得.也可以按经验资料估计(见表8-3)。,上一页,下一页,返回,8.1 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(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);而回路中的泄漏量则可按总流量最大值的10%30%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最大工作压力高20%60%.以便留有压力储备;额定流量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.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计算出来.有关的算式和数据见液压工程手册。,上一页,下一页,返回,8.1 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120%.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.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6.1.5小节。,上一页,下一页,返回,8.1 液压传动系统设计,5.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和发热温升验算。(1)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的局部损失3项。管道内的这两种损失可用第2章中的有关公式估算;阀类元件处的局部损失则须从产品样本中查出。当通过阀类元件的实际流量q不是其公称流量qn时.它的实际压力损失p与其额定压力损失pn间将呈如下的近似关系: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算。,上一页,下一页,返回,（8.2）,8.1 液压传动系统设计,(2)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。单位时间内进入液压系统的热量Q(以W计)是液压泵输入功率P1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散发出去.不考虑系统其他部分的散热效能.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.当油箱3个边的尺寸比例在1:1:11:2:3之间、油面高度是油箱高度的80%且油箱通风情况良好时.油液温升T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V2(m3)近似地表示成当验算出来的油液温升值超过允许数值时.系统中必须考虑设置适当的冷却器。,上一页,下一页,返回,（8.3）,8.1 液压传动系统设计,例8-1如图8-3所示的工件.需要大批量生产.本工序钻削工件上有一15偏心孔.工件材料为铸铁.材料硬度为220 HB.为此设计一全自动专用钻床.只要将工件堆积在料斗里.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.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位结构简图如图8-4所示.其工作循环步骤为:,上一页,下一页,返回,8.1 液压传动系统设计,(1)负载分析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面切削速度为从而计算出主轴的转速为由加工直径查阅工艺手册.得出加工每转进给量为,上一页,下一页,返回,8.1 液压传动系统设计,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,上一页,下一页,返回,8.1 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动力头的重量.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，如图8-5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,8.1 液压传动系统设计,其中.f表示摩擦系数.本例取0.2;表示V形块夹角.本结构为90;D表示被夹工件直径.本工件直径为80 mm。故计算出夹紧力为 W=1 219(N)查阅液压传动设计手册.安全系数为2.5 3.取其为3.所以夹紧缸应承受负载为 W缸=1 219X3=3 657(N),上一页,下一页,返回,8.1 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.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、下两面产生摩擦阻力.每个工件的重量为0.6 kg.最多堆积20个.故摩擦阻力为故送料缸所受最大轴向力为摩擦阻力加工件重量.即为由于力很小.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,8.1 液压传动系统设计,(2)液压缸的选择本例工艺要求送料缸送料速度大于50 mm/s.钻削缸快进速度大于50 mm/s查阅液压传动设计手册得出:选内径X活塞杆径=40X20(mm)的液压缸作为夹紧缸.则当液压缸内油的压力达到p=W缸/A=4X3 657/(3.14X402)=2.91(MPa)时.就可夹紧工件;选该液压缸行程不小于40 mm,上一页,下一页,返回,8.1 液压传动系统设计,(3)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，计算泵的额定流量和额定压力泵的额定流量泵的额定压力 查阅产品目录.该泵的型号为YB1-2.5.额定压力为6.3 MPa.排量为2.5 Ml/r.转速为450 r/min的定量叶片泵。该泵的输出流量为,上一页,下一页,返回,8.1 液压传动系统设计,(4)选择电动机参数因为液压泵的转速为1450 r/min,所以选电机的转速为1450 r/min.功率大于0.34 Kw.(5)选择油箱油箱容量通常取泵的额定流量的24倍.故设计油箱的容量为714 L。因为钻削缸要支撑动力头.又双向受力.所以选直径大一点的液压缸。另外由于有差动连接.因此使得快进和退回的速度较接近.因而选活塞杆直径较粗的液压缸。,上一页,下一页,返回,8.1 液压传动系统设计,综上应选内径活塞杆径d=50X32(mm)的液压缸作为钻削缸.则当液压缸内油的压力大于p=F/A=4X2 946/(3.14X502)=1.55(MPa)时.就可钻削工件;由于钻削快进采用差动连接.因此当输入流量达到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35mm选内径X活塞杆径=32X 16mm的液压缸作为送料缸，当输入流量达到就能满足送料速度要求;液压缸的行程根据具体结构确定。,上一页,下一页,返回,8.1 液压传动系统设计,(6)选择阀送料缸换向选用二位四通电磁阀.能满足送料要求;夹紧缸换向选用二位四通电磁阀.在夹紧工件时.能一直保持一定的压力;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.因此在钻削支路上接一个减压阀.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，采用液压缸出口节流调速回路。,上一页,下一页,返回,8.1 液压传动系统设计,以泵的额定压力为6.3 MPa.流量为3.6 L/min为基准.选择各种电磁换向阀、溢流阀、减压阀、调速阀等元件.元件的性能参数可参考液压传动设计手册有关资料.在此不再一一叙述。为节约能源.钻削缸快进采用差动回路。(7)液压回路设计根据以上计算参数.结合液压传动的基本回路.设计本系统的液压回路如图8-6所示。,上一页,下一页,返回,8.1 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计1.液压回路的电气控制设计步骤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.方向阀则采用电磁阀.常用的电磁阀如图8-7所示。液压回路电气控制设计步骤如下:画出动作顺序图。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。下面通过介绍从单缸回路到多缸回路电气控制设计.说明液压回路电气控制设计方法。,上一页,下一页,返回,8.1 液压传动系统设计,2.单缸液压传动电气控制回路设计例8-2有一液压缸A.其动作为伸出一缩回.试设计其电气液压回路。根据动作顺序画出动作顺序图.如图8-8所示。设计液压回路。本例中采用图8-7所示的两种电磁阀各设计一液压回路.如图8-9所示。在图8-9中.通电后使A缸前进的线圈称为YA1;通电后使A缸后退的线圈称为YA0。,上一页,下一页,返回,8.1 液压传动系统设计,(3)设计电气回路若采用目视操作.则可得如图8-10所示的电路。因为图8-10(a)所示的电磁阀一端有弹簧.如不加继电器.当手放开前进按钮时.A缸就会立即后退，所以需用K1继电器自保持回路来确保A缸的继续前进。图8-10(b)所示的情况与图8-10(a)所示的类似.分别作YA1,YA0线圈的自保持继电器。当前进、后退按钮同时按下时.YA1,YA0线圈会同时通电而使电磁阀无法控制.所以特别在电路中加上K1,K2的b接点.以防止其发生。若要使按钮按下后A缸能自动前进、后退一次.此时就要用装在液压缸A进到底和退到底位置上的行程开关a1,YA1来通知电路.A缸是否有进到底或退到底.依此设计出图8-11所示的电路。因为在电路设计中.当所有的动作完成时.需将电全部切断.所以.图8-11(b)中需用YA1来切掉YA0的电。,上一页,下一页,返回,8.1 液压传动系统设计,若要使A缸能连续地自动前进、后退.则用如图8-12所示的电路即可，但在使用这种电路时.若要使A缸停止就得切断电源.若要使A缸动作就得再把电源接上.因此操作非常不便.此时就需用主控继电器来作电源控制.图8-13所示就是依此设计的电路图.或仅用继电器来作第一步动作的电源控制.其电路如图8-14所示。,上一页,下一页,返回,8.1 液压传动系统设计,3.多缸液压传动的电气控制回路设计例8-4 一液压系统两个气缸的动作顺序为A+B+A+B-(“+”表示伸出.“-”表示缩回).设计其电气、液压回路。(1)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.(3)设计电气控制回路。具体步骤如下。第一步.由动作顺序图(见图8-20(a)和液压回路决定各线圈应在何时通、断电.如图8-20(b)所示。,上一页,下一页,返回,8.1 液压传动系统设计,第二步.每当一动作完成时.必会引起液压缸位置的改变.因而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:0表示开关末被触动的状态;1表示开关被触动的状态。图8-20(c)所示给出了在整个动作过程中.微动开关变化的情形.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,8.1 液压传动系统设计,从此图中可发现有3种信号变化的情形:00或11表示液压缸静止不动;10表示液压缸刚刚离开原位.正在继续移动中;01表示液压缸刚好到达某一定位。真正有意义的是01这一个信号.因为只有它才能说明某一动作已完成.可进行下一动作了。第三步.根据下列法则画电路图:接点使线圈通电。b接点使线圈断电。因为微动开关所有的a,b接点均不独立.所以若其接点需用两次以上时.则得用一继电器作接点扩充。,上一页,下一页,返回,8.1 液压传动系统设计,若线圈另一侧有弹簧.则需用自保持电路.但若接点接通时间大于线圈通电时间.则不必用之。首先.根据法则.线圈通、断电图及开关动作图画出如图8-21(a)所示的线圈通电图。其次.根据开关信号图及线圈通、断电图在图8-21(a)上标出接点接通时间、线圈通电时间.若接点接通时间不少于线圈通电时间.就不用自保持线路.反之则需要使用继电器产生自保持线路。根据法则.线圈通、断电图及开关动作图来设计如何断电.若接点接通时间等于线圈通电时间.就不用考虑断电了.最后就可得到完整的电路图.如图8-21(b)所示。,上一页,下一页,返回,8.1 液压传动系统设计,4.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8-6以例8-1的设计数据.设计它的电气控制部分。1.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.因此要等送料缸退回才能夹紧.但为了节约时间.在送料缸刚好退出干涉位置时.夹紧缸就动作.使得夹紧缸与送料缸后退同步。绘制各液压缸动作顺序图.如图8-27(a)所示.其中A为送料缸.B为夹紧缸.C为钻削缸。以行程开关压下为1.弹起为0.绘制开关信号图.如图8-27(b)所示。由于在第4步和第7步有两组相同的信号.因此将所有信号分成两级.如图8-27(b)所示。,上一页,下一页,返回,8.1 液压传动系统设计,以01为触发信号.绘制开关动作图.如图8-27(c)所示。在第7步.因为和第4步信号相同.所以在该组加一个继电器K常开触点。绘制线圈(电磁铁、继电器)通、断电图(注意:在工级和11级交界处增加一个继电器通电.以便进行分级的转换.在11级结束时继电器断电).如图8-27(d)所示根据图8-27(c)、图8-27(d)所示绘制电气控制回路图.如图8-28所示。图中继电器K5为图8-27(d)所示的分级转换继电器K工作时按一下带自锁的按钮SB1使YA通电.即可连续地重复本例所要求的工作循环过程.如要短暂停机.则按S川使其断电.再按SB32使液压泵卸荷。也可采用PLC控制.可将图8-28所示的电气控制回路图转换为梯形图.在此本书不再赘述.读者可以把它完成。,上一页,返回,8.2 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在气压传动中被广泛采用.其设计步骤如下。1.明确工作任务与环境的要求工作环境的要求.如温度、粉尘、易燃、易爆、冲击、及振动情况。动力要求输出力和转矩的情况。运动状态要求.执行元件的运动速度、行程和l回转角速度等。工作要求.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。,下一页,返回,8.2 气动程序控制系统设计,2.回路设计回路的设计是整个气动控制系统的核心.其设计步骤如下。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作顺序.以及执行元件的形式。根据程序画出信号一动作(X-D)状态图或卡诺图等。找出障碍并消除障碍。画出逻辑原理图和气动回路图。,上一页,下一页,返回,8.2 气动程序控制系统设计,3.选择和计算执行元件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.即运动速度、行程、角速度、输出力、转矩及气缸的缸径等。计算耗气量。4.选择控制元件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。,上一页,下一页,返回,8.2 气动程序控制系统设计,5.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。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。6.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.便可设计出比较完整的气动控制系统。,上一页,下一页,返回,8.2 气动程序控制系统设计,8.2.2 障碍信号的判断和排除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求、动作和信号之间的顺序关系绘制出来的A1B1B0A0程序回路的例子.如图8-29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。如图8-29所示的回路一旦供气后.由于信号阀b0一直受压.信号b0就一直供给阀A的右侧(A0位).这样.即使操作启动阀q,向阀A左侧(A1位)供气.阀A也不能切换。由此可见.信号b0对q是个障碍信号。,上一页,下一页,返回,8.2 气动程序控制系统设计,若没有b0信号.则启动阀q后.气流经a0阀通过q阀进入阀A的左侧.使A1位工作.活塞A伸出.发出信号a1给阀B的左侧(B1位).使阀B切换.活塞B伸出.再发出信号给阀B的右侧(从位)。此时.由于活塞A仍在发出信号a1给阀B的左侧B1位.使b1向阀B的从位信号输送不进.也就是说.信号a1也妨碍了b1信号的送入。因此可见.在这个回路中.信号b0和a1都妨碍其他信号的输入.形成了障碍.致使回路不正常工作.因而必须设法将其排除。,上一页,下一页,返回,8.2 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.使程序不能正常进行的信号.称之为型障碍信号.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.称之为型障碍信号.这种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.就是要找出这种障碍信号和设法排除它们。8.2.3 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,8.2 气动程序控制系统设计,(1)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.然后分析能否满足要求。(2)逻辑设计法逻辑运算法:此法根据控制要求.直接应用逻辑代数等进行计算简化.但计算过程复杂.特别对于复杂的控制回路不易得到最佳结果。图解法:图解法是利用逻辑代数的特性.把复杂的计算用图解的方法表示出来.如信号一动作(X-D)线图法和卡诺图法等。快速消障法:这是在图解法的基础上.找出了一些规律省去作图过程的快速设计方法。,上一页,下一页,返回,8.2 气动程序控制系统设计,计算机辅助逻辑综合法:在变量多的情况下(如6个变量以上)采用卡诺图法、快速消障法来简化逻辑函数也很困难.因此可借助计算机简化逻辑函数、设计气控行程程序逻辑回路。采用步进控制回路或程序器:此法当改变控制对象时.回路变换迅速、控制适应性好、机动性强.但成本较高。(3)分组供气法在控制回路中增加若干个控制元件对行程阀采取分组供气的。如产生障碍.可切断障碍信号的气源.防止障碍的产生此法在单往复系统中应用比较方便。,上一页,下一页,返回,8.2 气动程序控制系统设计,8.2.4 多缸单往复行程程序控制回路X-D线图法设计常用的行程程序控制回路设计方法主要是信号一动作(X-D)状态图法和卡诺图图解法;本书只介绍多缸单往复行程程序控制回路的X-D状态图法.用这种方法设计行程程序控制回路、故障诊断和排除比较简单而又直观.由此而设计出的气动回路控制准确、回路简单、使用和维护方便。多缸单往复行程程序控制回路.是指在一个循环中.所有的气缸都只作一次往复运动的回路。,上一页,下一页,返回,8.2 气动程序控制系统设计,1.常用的符号规定把所用的气缸依次用大写字母A,B,C,D等表示;字母下标“1”或“0”表示气缸活塞杆的伸缩状态.如A1表示气缸A活塞杆的伸出状态.A0表示气缸A活塞杆的缩回状态。用与各气缸对应的小写字母a,b,c,d等表示相应的行程阀发出的信号;其下标“1”表示活塞杆伸出时发出的信号.下标“0”表示活塞杆缩回时发出的信号。控制气缸换向的主控阀.也用与其控制的气缸相应的文字符号表示。经过逻辑处理而排除障碍后的执行信号在右上角加“*”号.如a1*、a0*等.而不带“*”号的信号则为原始信号.如a1,a0等。,上一页,下一页,返回,8.2 气动程序控制系统设计,2.X-D线图法设计行程程序控制回路的步骤用X-D线图法设计行程程序回路的步骤为:根据生产自动化的工艺要求.列出工作程序或工作程序图;绘制X-D线图;寻找障碍信号并排除.列出所有执行元件控制信号的逻辑表达式;绘制逻辑原理图;绘制气动回路图。,上一页,下一页,返回,8.2 气动程序控制系统设计,3.X-D线图法介绍下面以攻螺纹机为例.对X-D线图设计法进行说明。(1)根据工艺要求列出工作程序攻螺纹机由A,B两个气缸组成.其中A为送料缸.B为攻螺纹缸.其自动循环动作要求为用字母简化后的工作程序为略去箭头和小写字母.可进一步简化工作程序为,上一页,下一页,返回,8.2 气动程序控制系统设计,(2)绘制X-D线圈画方格图。如图8-30所示.由左至右画方格.并在方格的顶上依次填上序号1,2,3,4等。在序号下面填上相应的动作状态A1、B1、B0、A0.在最右边留一栏作为“执行信号表达式”(简写为执行信号)。在方格图最左边纵栏由上至下填上控制信号及控制动作状态组的序号(简称X-D组)1,2,3。每个X-D组包括上、下两行.上行为行程信号行.下行为该信号控制的动作状态。,上一页,下一页,返回,8.2 气动程序控制系统设计,画动作状态线(D线)。用横向粗实线画出各执行元件的动作状态线。动作状态线的起点是该动作程序的开始处.用符号“O”问出;动作状态线的终点处用符号“”问出。动作状态线的终点是该动作状态变化的开始处.如缸A伸出状态小A1,变换成缩回状态A0,此时A1的动作线的终点必然是在A0的开始处。,上一页,下一页,返回,8.2 气动程序控制系统设计,画信号线(X线)。用细实线画各行程信号线。信号线的起点与同一组中动作状态线的起点相同.用符号“O”画出;信号线的终点和上一组中产生该信号的动作线终点相同。需要指出的是.若考虑到阀的切换及气缸启动等的传递时间.信号线的起点应超前于它所控制动作的起点.而信号线的终点应滞后于产生该信号动作的终点。当在X-D图上反映这种情况时.则要求信号线的起点与终点都应伸出分界线.但因为这个值很小.因而除特殊情况外一般不予考虑。,上一页,下一页,返回,8.2 气动程序控制系统设计,(3)确定并排除障碍信号并找出执行信号1)障碍信号的确定用X-D线图设计气动回路时.很重要的问题是确定障碍信号并排除障碍信号。为了找出障碍信号.就要对画出的X-D图进行分析.检查每组中是否存在有信号线比其所控制的动作线长的情况。如存在这种情况.说明动作状态要改变.而其控制信号不允许其改变(障碍动作状态的改变).这种障碍其动作状态改变的信号就称为障碍信号。信号线比其所控制的动作线长的那部分线段就叫障碍段.即图8-30中用“”线表示的线段。在多缸单子腹系统中.是一个信号妨碍另一个信号的输入而造成的障碍.称为下型障碍。,上一页,下一页,返回,8.2 气动程序控制系统设计,2)排除障碍段(消障)常用的消障方法有如下几种。脉冲信号法:这种方法的实质.是将所有的障碍信号变为脉冲信号.使其在命令主控阀完全换向后立即消失.这就必然消除了任何型障碍。脉冲回路法排障.就是利用脉冲回路或脉冲阀的方法将有障信号变为脉冲信号。图8-32所示为脉冲回路原理。当有障信号a发出后.阀K立即有信号输出。同时.a信号又经气阻、气容延时.当阀K控制端的压力上升到切换压力后.输出信号即被切断.从而使其变为脉冲信号若将图8-32所示的脉冲回路制成一个脉冲阀.就可使回路简化。这时.只要将有障行程阀a1和b0换成脉冲阀就可设计成无障的A1B1B0A0 回路了.但其成本相对较高。,上一页,下一页,返回,8.2 气动程序控制系统设计,逻辑回路法:即利用逻辑门的性质.将长信号变成短信号.从而排除障碍信号。利用逻辑“与”排障法:如图8-33所示.为了排除障碍信号m中的障碍段.可以引入一个辅助信号(制约信号)x.把x和m相“与”而得到消障后的无障信号m*.即m*=-mx。制约信号x的选用原则是.要尽量选用系统中某原始信号。这样.可不增加气动元件。但原始信号作为制约信号x时.其起点应在障碍信号m开始之前.其长短应包括障碍信号m的执行段.但不包括它的障碍段。这种逻辑“与”的关系.可以用一个单独的逻辑“与”元件来实现.也可用一个行程阀两个信号的串联或两个行程阀的串联来实现。,上一页,下一页,返回,8.2 气动程序控制系统设计,利用逻辑“非”排障法:用原始信号经逻辑非运算得到反相信号来排除障碍。原始信号做逻辑“非”(即制约信号X)的条件是.其起始点要在有障信号m的执行段之后.m的障碍段之前;其终止点则要在m的障碍段之后.如图8-34所示。辅助阀法:若在X-D线图中找不到可用来作为排除障碍的制约信号时.可采用增加一个辅助阀的方法来消除障碍,上一页,下一页,返回,8.2 气动程序控制系统设计,图8-35(a)所示为辅助阀排除障碍的逻辑原理.图8-35(b)所示为其回路原理。图中K为双气控二位三通(亦可用二位五通)阀.当t有气时K阀有输出.而当d有气时K阀无输出。显然.t与d不能同时存在.只能一先一后存在.从X-D线图上看.t与d二者不能重合.用逻辑代数式表示.二者要满足td=0的制约关系。在用辅助阀(中间记忆元件)排障中.辅助阀的控制信号t,d的选择原则是:a.t是使K阀通的信号.其起点应选在m信号起点之前(或同时).其终点应在m的无障碍段中;b.d是使K阀断的信号.其起点应在m信号的无障碍段中.其终点应在t起点之前图8-36所示为记忆元件控制信号选择的示意图。,上一页,下一页,返回,8.2 气动程序控制系统设计,4.绘制逻辑原理图气控逻辑原理图是根据X-D线图的执行信号表达式及考虑手动、启动、复位等所画出的逻辑方框图。当画出逻辑原理图后.再按它就可以较快地画出气动回路原理图示.因此它是由X-D线图画出回路原理图的桥梁。1)气动逻辑原理图的基本组成及符号在逻辑原理图中.主要是由“是”、“或”、“与”、“非”、“记忆”等逻辑符号表示。其中任一符号可理解为逻辑运算符号.不一定总代表某一确定的元件.这是因为逻辑图上的某逻辑符号.在气动回路原理图上可由多种方案表示.如“与”逻辑符号可以是一种逻辑元件.也可由两个气阀串联而成.,上一页,下一页,返回,8.2 气动程序控制系统设计,执行元件的输出.由主控阀的输出表示.因为主控阀常具有记忆能力.因而可用逻辑记忆符号表示。行程发信装置主要是行程阀.也包括外部信号输入装置.如启动阀、复位阀等。这些符号加上小方框表示各种原始信号(有时简画不加小方框).而在小方框上方画相应的符号表示各种手动阀.如图8-38左侧所示。,上一页,下一页,返回,8.2 气动程序控制系统设计,2)气动逻辑原理图的画法根据X-D图中执行信号栏的逻辑表达式.使用上述符号按下列步骤绘制。把系统中每个执行元件的两种状态与主控阀相联后.自上而下一个个地画在图的右侧。把发信器(如行程阀)大致对应其所控制的元件一个个地列于图的左侧。在图上要反映出执行信号逻辑表达式中的逻辑符号之间的关系.并画出为操作需要而增加的阀(如启动阀)。,上一页,下一页,返回,8.2 气动程序控制系统设计,(5)绘制气动回路图由图8-38所示的逻辑原理图可知.这一半自动程序需用一个启动阀、生个行程阀和3个双输出记忆元件(二位四通阀)3个与可由元件串联来实现.由此可绘出如图8-39所示的气动回路图。图中q为启动阀.K为辅助阀(中间记忆元件)。注意:哪个行程阀为有源元件(即直接与气源相接).哪个阀为无源元件(即不能与气源相连)。,上一页,下一页,返回,8.2 气动程序控制系统设计,一般规律:无障碍的原始信号为有源兀件.如图8-39中的a0、b1信号所示;而有障碍的原始信号.若用逻辑回路法排障.则为无源兀件.若用辅助阀排障.则只需使它们与辅助阀、气源串接即可如图8-39中的a1、b0信号所示。,上一页,返回,图8-1 液压系统执行元件的负载图和速度图,返回,表8-1 按负载选择执行元件工作压力,返回,表8-2 按主机类型选择执行元件工作压力,返回,表8-3 进给油路压力损失经验值,返回,图8-3 工件图,返回,图8-4 自动钻床加工工位结构简图,返回,图8-5 工件受力分析,返回,图8-6 液压传动系统,返回,图8-7 常用电磁阀,返回,图8-8 动作顺序图,返回,图8-9 液压回路,返回,图8-10 电气控制设计,返回,图8-11 自动前进电气控制设计,返回,图8-12 连续自动前进电气控制设计,返回,图8-13 电气控制设计(一),返回,图8-14 电气控制设计(一),返回,图8-20 电路设计步骤图,返回,图8-21 多缸电气控制电路,返回,图8-27 液压传动动作图,返回,图8-28 电气控制图,返回,图8-29 有障碍信号的A1B1B0A0回路,返回,图8-30 A1B1B0A0的X-D线图,返回,图8-32 脉冲回路原理,返回,图8-33 逻辑“与”排障,返回,图8-34 逻辑“非”排障,返回,图8-35 采用中间记忆元件排障,返回,图8-36 记忆元件控制信号的选择,返回,图8-38 A1B1B0A0逻辑原理,返回,图8-39 无障A1B1B0A0气动回路图,返回,