第四章 气动自动化设备及生产线n气动技术概况n气动执行元件n气动控制元件n气动检测元件n电气控制系统nPLC控制系统n常用气动自动化设备及生产线实例德州科技职业学院 气动系统组成n气动系统由下面几种元件及装置组成气动系统由下面几种元件及装置组成n气源装置气源装置 压缩空气的发生装置以及压缩空气的存贮、净压缩空气的发生装置以及压缩空气的存贮、净化的辅助装置。它为系统提供合乎质量要求的压缩空气。化的辅助装置。它为系统提供合乎质量要求的压缩空气。n执行元件执行元件 将气体压力能转换成机械能并完成做功动作的将气体压力能转换成机械能并完成做功动作的元件，如气缸、气马达。元件，如气缸、气马达。n控制元件控制元件 控制气体压力、流量及运动方向的元件，如各控制气体压力、流量及运动方向的元件，如各种阀类；能完成一定逻辑功能的元件，即气动逻辑元件；种阀类；能完成一定逻辑功能的元件，即气动逻辑元件；感测、转换、处理气动信号的元器件，如气动传感器及信感测、转换、处理气动信号的元器件，如气动传感器及信号处理装置。号处理装置。n气动辅件气动辅件 气动系统中的辅助元件，如消声器、管道、接气动系统中的辅助元件，如消声器、管道、接头等。头等。德州科技职业学院 气源装置n气源装置为气动系统提供满气源装置为气动系统提供满足一定质量要求的压缩空气，足一定质量要求的压缩空气，是气动系统的重要组成部分。是气动系统的重要组成部分。n气动系统对压缩空气的主要气动系统对压缩空气的主要要求：具有一定压力和流量，要求：具有一定压力和流量，并具有一定的净化程度。并具有一定的净化程度。n气源装置由以下四部分组成气源装置由以下四部分组成n气压发生装置气压发生装置空气压空气压缩机；缩机；n净化、贮存压缩空气的装净化、贮存压缩空气的装置和设备；置和设备；n管道系统；管道系统；n气动三大件。气动三大件。德州科技职业学院 气压发生装置空气压缩机将机械能转化为气体的压力空气压缩机将机械能转化为气体的压力能，供气动机械使用。能，供气动机械使用。空气压缩机的分类空气压缩机的分类 分容积型和速度型。分容积型和速度型。空气压缩机的选用原则空气压缩机的选用原则 依据是气动系依据是气动系统所需要的工作压力和流量两个参数。统所需要的工作压力和流量两个参数。德州科技职业学院 压缩空气的净化装置和设备气动系统对压缩空气质量的要求：压缩空气要具气动系统对压缩空气质量的要求：压缩空气要具有一定压力和足够的流量，具有一定的净化程度。有一定压力和足够的流量，具有一定的净化程度。不同的气动元件对杂质颗粒的大小有具体的要求。不同的气动元件对杂质颗粒的大小有具体的要求。 混入压缩空气中的油分、水分、灰尘等杂质会产混入压缩空气中的油分、水分、灰尘等杂质会产生不良影响，必须要设置除油、除水、除尘，并生不良影响，必须要设置除油、除水、除尘，并使压缩空气干燥的提高压缩空气质量、进行气源使压缩空气干燥的提高压缩空气质量、进行气源净化处理的辅助设备。净化处理的辅助设备。 一般包括后冷却器、油水分离器、贮气罐、干燥一般包括后冷却器、油水分离器、贮气罐、干燥器器德州科技职业学院 管道系统和气动三大件n管道系统的布置原则。管道系统的布置原则。n气动三大件气动三大件： 分水过滤器分水过滤器 作用是除去空气中的灰尘、杂质，并将空气中的水分分离出作用是除去空气中的灰尘、杂质，并将空气中的水分分离出来。来。原理：回转离心、撞击，原理：回转离心、撞击，性能指标：过滤度、水分离率、滤灰效率、流量特性性能指标：过滤度、水分离率、滤灰效率、流量特性油雾器油雾器 特殊的注油装置。特殊的注油装置。原理原理 当压缩空气流过时，当压缩空气流过时，它将润滑油喷射成雾状，随压缩空气流入需要它将润滑油喷射成雾状，随压缩空气流入需要的润滑部件，达到润滑的目的。的润滑部件，达到润滑的目的。性能指标：流量特性、起雾油量性能指标：流量特性、起雾油量减压阀减压阀 起减压和稳压作用起减压和稳压作用。德州科技职业学院 气动辅件n消声器消声器n气缸、气阀等工作时排气速度较高，气体体积急气缸、气阀等工作时排气速度较高，气体体积急剧膨胀，会产生刺耳的噪声。剧膨胀，会产生刺耳的噪声。n消声器是通过阻尼或增加排气面积来降低排气的消声器是通过阻尼或增加排气面积来降低排气的速度和功率，从而降低噪声的。速度和功率，从而降低噪声的。n消声器的类型：吸收型；膨胀干涉型；膨胀干涉消声器的类型：吸收型；膨胀干涉型；膨胀干涉吸收性。吸收性。德州科技职业学院 气动执行元件 气动执行元件是将压缩空气的压力能转换为机械气动执行元件是将压缩空气的压力能转换为机械能的装置。包括气缸和气马达。实现直线运动和做能的装置。包括气缸和气马达。实现直线运动和做功的是气缸；实现旋转运动和做功的是气马达。功的是气缸；实现旋转运动和做功的是气马达。 气缸的分类：气缸的分类：活塞式和膜片式活塞式和膜片式活塞式又分单活塞式和双活塞式活塞式又分单活塞式和双活塞式单活塞式又分有活塞杆和无活塞杆单活塞式又分有活塞杆和无活塞杆德州科技职业学院 无活塞杆气缸原理原理 铝制缸筒铝制缸筒2 沿轴向方向开槽，为防止内部压沿轴向方向开槽，为防止内部压缩空气泄漏和外部杂物侵入，槽被内部抗压密封件缩空气泄漏和外部杂物侵入，槽被内部抗压密封件4 和外部防尘密封件和外部防尘密封件7 密封，塑料的内外密封件互相密封，塑料的内外密封件互相夹持固定着。无杆活塞夹持固定着。无杆活塞3 两端带有唇型密封圈，活两端带有唇型密封圈，活塞两端分别进、排气，活塞将在缸筒内往复移动。塞两端分别进、排气，活塞将在缸筒内往复移动。通过缸筒槽的传动舌通过缸筒槽的传动舌片片5，该运动被传递到承受负载，该运动被传递到承受负载的导架的导架6 上。此时，传动舌片将密封件上。此时，传动舌片将密封件4、7挤开，挤开，但它们在缸筒的两端仍然是互相夹持的。因此传动但它们在缸筒的两端仍然是互相夹持的。因此传动舌片与导架组件在气缸上移动时无压缩空气泄漏。舌片与导架组件在气缸上移动时无压缩空气泄漏。德州科技职业学院 无活塞杆气缸的结构图德州科技职业学院 气动马达 气动马达的特点和应用气动马达的特点和应用气动马达的特点和应用气动马达的特点和应用 可无级调速；可无级调速；可无级调速；可无级调速； 可双向旋转；可双向旋转；可双向旋转；可双向旋转； 有过载保护作用，过载时转速降低或停转；有过载保护作用，过载时转速降低或停转；有过载保护作用，过载时转速降低或停转；有过载保护作用，过载时转速降低或停转； 具有较高的启动转矩，可直接带负载启动；具有较高的启动转矩，可直接带负载启动；具有较高的启动转矩，可直接带负载启动；具有较高的启动转矩，可直接带负载启动； 输出功率相对较小，转速范围较宽；输出功率相对较小，转速范围较宽；输出功率相对较小，转速范围较宽；输出功率相对较小，转速范围较宽； 耗气量大，效率低，噪声大；耗气量大，效率低，噪声大；耗气量大，效率低，噪声大；耗气量大，效率低，噪声大； 工作可靠，操作方便。工作可靠，操作方便。工作可靠，操作方便。工作可靠，操作方便。 气动马达在使用中必须得到良好的润滑气动马达在使用中必须得到良好的润滑气动马达在使用中必须得到良好的润滑气动马达在使用中必须得到良好的润滑德州科技职业学院 气动控制阀压力控制阀压力控制阀n减压阀减压阀气动三大件之气动三大件之一，用于稳定用气压力。一，用于稳定用气压力。n溢流阀溢流阀只作安全阀用。只作安全阀用。n顺序顺序阀阀由于气缸（马由于气缸（马达）的软特性，很难用达）的软特性，很难用顺序阀实现两个执行元顺序阀实现两个执行元件的顺序动作件的顺序动作德州科技职业学院 流量控制阀流量控制阀 流量控制阀流量控制阀 用于用于控制执行元件运动控制执行元件运动速度。速度。 节流阀节流阀 单向节流阀单向节流阀 排气节流阀排气节流阀德州科技职业学院 方向控制阀：方向控制阀：n方向控制阀：方向控制阀：换向阀换向阀气压控制换向气压控制换向阀（阀（加压加压控制、泄压控制、差压控制、泄压控制、差压控制）控制）电磁控制换向阀，电、电磁控制换向阀，电、气控制换向阀气控制换向阀机械控制换向阀机械控制换向阀人力控制换向阀人力控制换向阀 单向阀单向阀 梭阀梭阀 两个单向阀的组合，相当于两个单向阀的组合，相当于“或门或门”。 快速排气阀快速排气阀德州科技职业学院 气动逻辑元件n它是通过元件内部的可动部件的动作改变气流方向来实它是通过元件内部的可动部件的动作改变气流方向来实现一定逻辑功能的气动控制元件现一定逻辑功能的气动控制元件。n按结构形式可分高压截止式逻辑元件、膜片式按结构形式可分高压截止式逻辑元件、膜片式逻辑元件、滑阀式逻辑元件和射流元件。逻辑元件、滑阀式逻辑元件和射流元件。n气动逻辑元件的特点气动逻辑元件的特点n元件流道孔道较大，抗污染能力较强（射流元件除外）；元件流道孔道较大，抗污染能力较强（射流元件除外）；n元件无功耗气量低；元件无功耗气量低；n带负载能力强；带负载能力强；n连接、匹配方便简单，调试容易，抗恶劣工作环境能力强；连接、匹配方便简单，调试容易，抗恶劣工作环境能力强；n运算速度较慢，在强烈冲击和振动条件下，可能出现误动作。运算速度较慢，在强烈冲击和振动条件下，可能出现误动作。德州科技职业学院 高压截止式逻辑元件n与门与门 当当a、b 同时有同时有信号，信号，S 口有信号输出；口有信号输出；当当a、b 口只有一个有气口只有一个有气信号时，信号时，S 口均无信号口均无信号输出。输出。n 逻辑表达式逻辑表达式 S =a bn 逻辑符号逻辑符号n是门是门 当当a 口有信号输口有信号输入，气源气流（图示入，气源气流（图示 b口改为气源口改为气源p）就从）就从S口口输出。输出。n逻辑表达式逻辑表达式 S=an逻辑符号逻辑符号德州科技职业学院 或门n或门或门 当当a、b口有一口有一个有气信号，个有气信号，S口就口就有信号输出。若有信号输出。若a、b两个口均有输入，则两个口均有输入，则信号强者将关闭信号信号强者将关闭信号弱者的阀口，弱者的阀口，S口仍口仍然有气信号输出。然有气信号输出。 n逻辑表达式逻辑表达式 S = a + bn逻辑符号逻辑符号德州科技职业学院 非门非门n 非门非门 当当a口有信号输入，口有信号输入，S口无信号输出；当口无信号输出；当a口无信号口无信号输入输入，S口有信号输出。口有信号输出。n 逻辑表达式逻辑表达式 S= an 逻辑符号逻辑符号n 禁门禁门 a信号禁止信号禁止b信号输信号输出；出；无无a信号则有信号则有b信号输出信号输出（将图示气源（将图示气源口口p改为信号口改为信号口b）。）。n 逻辑表达式逻辑表达式 S=abn 逻辑符号逻辑符号德州科技职业学院 或非元件n或非元件或非元件 该元件有三个输入口，一个输出该元件有三个输入口，一个输出口，一个气源口。三个输入口中任一个有气口，一个气源口。三个输入口中任一个有气信号，信号，S口就无输出。口就无输出。n逻辑表达式逻辑表达式S=a+b+cn逻辑符号逻辑符号德州科技职业学院 气动基本回路气动基本回路n气动基本回路气动基本回路n压力和力控制回路压力和力控制回路n换向回路换向回路n速度控制回路速度控制回路n位置控制回路位置控制回路n基本逻辑回路基本逻辑回路德州科技职业学院 一次压力控制回路一次压力控制回路一次压力控制回路 电接触式压力表根据电接触式压力表根据贮气罐压力控制空压机贮气罐压力控制空压机的起、停，一旦贮气罐的起、停，一旦贮气罐压力超过一定值时，溢压力超过一定值时，溢流阀起安全保护作用。流阀起安全保护作用。n简单压力控制回路简单压力控制回路 采用溢流式减压阀对气采用溢流式减压阀对气源实行定压控制。源实行定压控制。德州科技职业学院 过载保护回路n过载保护回路过载保护回路 正常工作时，阀正常工作时，阀1 得电，得电，使阀使阀2 换向，气缸活塞换向，气缸活塞杆外伸。如果活塞杆受杆外伸。如果活塞杆受压的方向发生过载，则压的方向发生过载，则顺序阀动作，阀顺序阀动作，阀3 切换，切换，阀阀2 的控制气体排出，的控制气体排出，在弹簧力作用下换至图在弹簧力作用下换至图示位置，使活塞杆缩回。示位置，使活塞杆缩回。德州科技职业学院 力控制回路 气动系统一般压力较低，所以往往是通过改变执气动系统一般压力较低，所以往往是通过改变执行元件的受力面积来增加输出力。行元件的受力面积来增加输出力。德州科技职业学院 换向回路 单作用气缸换向回路单作用气缸换向回路 用三位五通换向阀可控制单用三位五通换向阀可控制单作用气缸伸、缩、任意位置停止。作用气缸伸、缩、任意位置停止。 德州科技职业学院 换向回路 双作用气缸换向回路双作用气缸换向回路 用三位五通换向阀除控制用三位五通换向阀除控制双作用缸伸、缩换向外，还可实现任意位置停止。双作用缸伸、缩换向外，还可实现任意位置停止。德州科技职业学院 速度控制回路 气阀调速回路气阀调速回路单作用气缸调速回路单作用气缸调速回路 用两个单向节流阀分别控制活塞杆的用两个单向节流阀分别控制活塞杆的升降速度升降速度。德州科技职业学院 速度控制回路单作用气缸快速返回回路活塞返回时，气缸下腔通过单作用气缸快速返回回路活塞返回时，气缸下腔通过快速排气阀排气快速排气阀排气。德州科技职业学院 气液联动速度控制回路 串联调速回路串联调速回路 通通过两个单向节流阀，过两个单向节流阀，利用液压油不可压缩利用液压油不可压缩的特点，实现两个方的特点，实现两个方向的无级调速，油杯向的无级调速，油杯为补充漏油而设。为补充漏油而设。信号输出。信号输出。 逻辑表达式逻辑表达式 S = a + b逻辑符号逻辑符号 气液缸串联变速回路气液缸串联变速回路 当活塞杆右行到撞块当活塞杆右行到撞块A 碰到机动换向阀后开始碰到机动换向阀后开始作慢速运动。改变撞块作慢速运动。改变撞块的安装位置，即可改变的安装位置，即可改变开始变速的位置开始变速的位置。德州科技职业学院 气液联动速度控制回路 气液缸并联且有中间位气液缸并联且有中间位置停止的变速回路置停止的变速回路 气气缸活塞杆端滑块空套在缸活塞杆端滑块空套在液压阻尼缸活塞杆上，液压阻尼缸活塞杆上，当气缸运动到调节螺母当气缸运动到调节螺母 6 处时，气缸由快进转处时，气缸由快进转为慢进。液压阻尼缸流为慢进。液压阻尼缸流量由单向节流阀量由单向节流阀2 控制，控制，蓄能器能调节阻尼缸中蓄能器能调节阻尼缸中油量的变化。油量的变化。德州科技职业学院 位置控制回路串联气缸定位串联气缸定位 气缸由多个不气缸由多个不同行程的气缸串同行程的气缸串联而成。换向联而成。换向阀阀1、2、3依次得依次得电和同时失电，电和同时失电，可得到四个定位可得到四个定位位置。位置。德州科技职业学院 位置控制回路 任意位置停止任意位置停止回路回路 当气缸负载较当气缸负载较小时，可选择小时，可选择图图a 所示回路，所示回路，当气缸负载较当气缸负载较大时，应选择大时，应选择图图b 所示回路。所示回路。德州科技职业学院 常用基本回路n安全保护回路n同步动作回路n往复动作回路德州科技职业学院 安全保护回路双手操作回路双手操作回路 只有同时按下两只有同时按下两个启动用手动换个启动用手动换向阀，气缸才动向阀，气缸才动作，对操作人员作，对操作人员的手起到安全保的手起到安全保护作用。应用在护作用。应用在冲床、锻压机床冲床、锻压机床上上。德州科技职业学院 互锁回路 互锁回路互锁回路 该回路利用梭阀该回路利用梭阀1、2、3 和换向阀和换向阀4、5、6 实现互锁，实现互锁，防止各缸活塞同防止各缸活塞同时动作，保证只时动作，保证只有一个活塞动作有一个活塞动作。德州科技职业学院 同步动作回路n简单的同步回路简单的同步回路 采用刚性零件把采用刚性零件把两尺寸相同的气两尺寸相同的气缸的活塞杆连接缸的活塞杆连接起来起来。德州科技职业学院 往复动作回路单往复动作回路单往复动作回路 按下手动阀，二按下手动阀，二位五通换向阀处位五通换向阀处于左位，气缸外于左位，气缸外伸；当活塞杆挡伸；当活塞杆挡块压下机动阀后，块压下机动阀后，二位五通换至右二位五通换至右位，气缸缩回，位，气缸缩回，完成一次往复运完成一次往复运动动。德州科技职业学院 连续往复动作回路 连续往复动作回路连续往复动作回路 手动阀手动阀1 换向，高换向，高压气体经阀压气体经阀3 使阀使阀2换向，气缸活塞换向，气缸活塞杆外伸，阀杆外伸，阀3 复位，复位，活塞杆挡块压下行活塞杆挡块压下行程阀程阀4 时，阀时，阀2 换换至左位，活塞杆缩至左位，活塞杆缩回，阀回，阀4 复位，当复位，当活塞杆缩回压下行活塞杆缩回压下行程阀程阀3 时，阀时，阀2 再再次换向，如此循环次换向，如此循环往复。往复。德州科技职业学院 气动程序控制回路：工业应用实例问题提出：问题提出： 工工业业应应用用装装置置中中的的送送料料机机构构：用用A、B两两个个气气缸缸将将工工件件从从料料仓仓中中传传递递到到滑滑槽槽。按按下下按按钮钮，气气缸缸A伸伸出出，将将工工件件从从料料仓仓推推出出，等等待待气气缸缸B将将其其推推入入输输送送滑滑槽槽。工工件件传传递递到到位位后，后，A缸回缩，接着缸回缩，接着B缸回缩。缸回缩。要要求求：两两个个气气缸缸的的运运动动速速度度可可以以调调节节，同同时时需需要要检检测测伸伸出出或回缩是否已经或回缩是否已经到位到位。 德州科技职业学院 工业应用实例分析与设计工业应用实例分析与设计设备分析设备分析此工作站由几个执行元件组成：此工作站由几个执行元件组成：推料气缸推料气缸A推料气缸推料气缸B德州科技职业学院 工业应用实例分析与设计工业应用实例分析与设计设备分析设备分析初始状态分析：初始状态分析：推料气缸推料气缸A，处于缩回，为处于缩回，为A推料气缸推料气缸B，处于缩回，为处于缩回，为B德州科技职业学院 工业应用实例设计与分析工业应用实例设计与分析 设备分析设备分析工作过程分析，工作过程分析，画出画出位移步骤图：位移步骤图： A，B，A，B德州科技职业学院 总 结：气动程序控制回路的设计步骤问题提出分析：确定气动控制系统目标确定：气动控制系统特殊要求设计：设计一个气动系统方案方案实现：构造、组装和检查评价：核实气动系统性能德州科技职业学院