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1、气动控制系统气动控制系统 主讲：赵康舒主讲：赵康舒 气动技术简介气动技术简介 什么是气动技术？ 气动技术是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工 作介质，进行能量传递或信号传递的工程技术，实现 各种生产控制、自动控制的重要手段之一。 自动 化生产 汽车 制造 应用领域？ 电子/半 导体 包装 机械 特 点 优点 简单 环保 容易 可靠 自保 三防 缺点 输出 力较小 低速 不稳定 速度易受 负载影响 力的大小、运动方向和运动速度 。 压力控制阀控制气缸输出力的大小 方向控制阀控制气缸的运动方向 速度控制阀控制气缸的运动速度 气动系统最重要的控制内容是什么？ 命令执行命令执行 气缸 马达 指示灯
2、命令执行命令执行 控制元件控制元件 换向阀 信号输出信号输出 信号处理信号处理 加工元件加工元件 换向阀 单向阀、逻辑元件 压力控制阀 计时器、顺序器 信号输入信号输入 输入元件输入元件 手控阀 滚轮杠杆行程阀 接近开关 气密装置 能量供给能量供给 供给元件供给元件 空压机 存储器 调压阀 空气净化装置 气 动 控 制 系 统 组 成 信号处理元件 信号输入元件 执行元件 信号控制元件 气源系统 气动控制系统组成 回路图和气动元件 气源系统 气源处理部分 为什么需要做气源处理？ 不良空气质量不良空气质量 对气动装置的影响对气动装置的影响对生产制造工艺的影响对生产制造工艺的影响 纷繁复杂的大气环
3、境 压缩空气包含了所有的环境影响因素压缩空气包含了所有的环境影响因素 早期磨损 沉淀物由微粒引起由微粒引起 腐蚀 速度变低由湿气引起由湿气引起 洗去固有润滑 粘附微粒由油引起由油引起 固态微粒固态微粒 湿气水份湿气水份 油份油份 对气动装置的影响对气动装置的影响: 从空压机输出的压缩空气中就含有大量的水份/油份 和粉尘等污染物,直接应用的话。 气源装置的组成气源装置的组成 1-空压机2-冷却器3-油水分离器4、7-储气罐 5-干燥器6-过滤器8-加热器9-四通阀 空气的基本状态参数 压强压强P P 1帕斯卡等于以1N的力垂直恒定地作用在面积是1平方米的平面上所产生的作用。 P=F/AP=F/A
4、 压强的计量单位有：Pa（帕），bar（巴），Mpa（兆帕）等。 地球表面的压力被称为大气压（Pamb）,被定义为参考压力。 大气压力差Pe按照下 面这个公式来计算：Pe =Pabs-Pamb（其中Pabs为绝对压力，Pamb约为1bar） 补充知识 空气的特性 空气的压缩性空气的压缩性一定质量的静止气体，由于压力改变而导致气体所占容积发生变化的现象， 称为气体的压缩性。 玻意耳定律玻意耳定律 空气被压缩后变得极容易扩展，玻意耳-马略特定律正常地反映了 这个规律：在温度恒定的条件下，一定质量气体的体积与它的绝对压强成反比， 也就是说对一定质量的气体，绝对压力与体积的乘积是恒定的。 p1*v1=
5、p2*v2=恒值 如果大气压力下的空气被压缩机压缩到原来体积的1/7。假设压缩过程温度不变， 压缩后的气体在压力表上示数是多大？ 盖盖-吕萨克定律吕萨克定律 压强不变的情况下，一定质量的气体体积与它的温度成比例。 V/T=常量 如果温度升高时体积保持恒定，压力变化满足：p1/p2=T1/T2 或 p/T=常量 普适气体方程：普适气体方程：一定质量的气体，压强与体积的乘积与温度的比值是恒定的。 =常量 Pe=Pabs-Pamb=(700-100)kPa=600kpa=6bar 因此压缩机的压缩比为7:1时才会产生600kPa的压强。 压缩机类型压缩机类型 往复活塞式压 缩机 旋转活塞式压 缩机
6、流量型压缩机 活塞式压缩机膜片时压缩机径流式压缩机轴流式压缩机 滑片式压缩机螺杆式压缩机罗茨式压缩机 按空压机输出压力大小分类 低压空压机0.2 1.0MPa 中压空压机1.0 10MPa 高压空压机10 100 MPa 超高压空压机100Mpa 按空压机输出流量（排量）分类 微型100m /min 压缩机类型压缩机类型 分水过滤器滤尘能力较强，它和减压阀、油雾器一起，是气动系统中不可 缺少的辅助装置。 气源处理部分气源处理部分 辅助气动元件辅助气动元件 过滤器过滤器：把经过压缩空气中的所有污染物以及水分滤除。压缩空气经导向槽 进入过滤网，液滴和较大的尘埃由于离心力的作用集中在过滤网的底部。在
7、 达到最高刻度前，必须排出冷凝水压缩空气过滤器，否则水分将再次混入压 缩空气。 溢流减压阀溢流减压阀：作用是当系统中的工作压力超过调定值时，把多余的压缩空气 排入大气，以保持进口压力的调定值。实际上，溢流阀是一种用于保持回路 工作压力恒定的压力控制阀。 油雾器油雾器：油雾器把雾化后的油雾全部随压缩空气输出。 气源处理部分气源处理部分 （过滤调压组建） 元件实物图 图形符号 简略符号 信号处理元件 信号输入元件 方向控制元件 控制阀部分控制阀部分 方向控制元件方向控制元件&信号输入元件基础原理信号输入元件基础原理 工作口定义 阀功能定义 阀驱动方式定义 阀的特殊形式定义 方向控制元件方向控制元件
8、&信号输入元件基础原理信号输入元件基础原理 工作口定义：工作口定义： 换向阀的端口可以用字母来标注，也可以按照DIN ISO 5599-3标准，用数字来标注。 ISO 5599-3字母编制体制字母编制体制端口或连接端口或连接 1P进气口端 2，4A，B工作端口 3，5R，S排气口 控 制 端 口 10Z有气信号时使端口1和端口2不连通 12Y,Z有气信号时使端口1和端口2连通 14Z有气信号时使端口1和端口4连通 81,91Pz辅助导向气路 工 作 端 口 阀功能定义阀功能定义 两位两通2/2-换向阀，常开 方向控制元件方向控制元件&信号输入元件基础原理信号输入元件基础原理 端口号 位置数量
9、两位三通3/2-换向阀，常闭 两位四通4/2-换向阀 路径1-2和3-4 两位五通5/2-换向阀 路径1-2和4-5 三位五通5/3-换向阀 中封式 人 工 控 制 一般手动操作 按钮式 手柄式，带定位 踏板式 弹簧复位 弹簧对中 滚轮式 单向滚轮式 机 械 控 制 驱动方式驱动方式 按 键 式 手 动 阀 滚 轮 杠 杆 式 气 控 阀 驱动方式驱动方式 气 动 控 制 直接气动驱动 间接气驱动，通过气控 信号先岛驱动 电 气 控 制 单电控 双电控 组 合 带手动控制的双电控和 先导驱动 二位三通换向阀，单气控 执行元件 气缸执行器部分气缸执行器部分 气动执行元件气动执行元件 在气动自动化
10、系统中，气动执行元件是一种将压缩空气的能量转化为 机械能，实现直线、摆动或回转运动的传动装置。 气动执行元件有三大类：产生直线往复运动的气缸，在一定角度范围 内摆动的摆动马达以及产生连续转动的气动马达。 气缸是气动自动化系统中使用最为广泛的一种执行元件。根据使用条 件、场合的不同，其结构、功能和形状也不一样，种类繁多。 气缸执行器部分气缸执行器部分 单作用 单作用 单活塞杆 双活塞杆 有杆 无杆 磁性耦合 机械耦合 绳索、钢缆 双作用 双作用 单活塞 双活塞 活塞式 膜片式 平膜片 滚动膜片 皮囊 气缸 气缸执行器部分气缸执行器部分 按结构分：按结构分： 气缸的分类气缸的分类 图所示为弹簧复位
11、的单作用 气缸，在活塞的一侧装有使活 塞杆复位的弹簧，在另一端缸 盖上开有呼吸用的气口。图示 单作用气缸的弹簧装在有杆腔 内，气缸活塞杆初始位置处于 退回的位置，这种气缸称为预 缩型单作用气缸；弹簧装在无 杆腔内，气缸活塞杆初始位置 为伸出位置的，称为预伸型气 缸。 12345678 单作用气缸结构原理 1- 后缸盖 2- 橡胶缓冲垫 3- 活塞密封圈 4- 活塞 5- 弹簧 6- 活塞杆 7- 前缸盖 8- 导向套 气缸执行器部分气缸执行器部分 图形符号 气缸是怎样动作的？气缸是怎样动作的？ 气 动 回 路 图 气源 气控调压组件 启动阀 单作用气缸的直接控制单作用气缸的直接控制 按下按钮时
12、，直径25mm的单作用气缸加 紧工件。只要按钮不松开，气缸一直加紧 工件。如果按钮松开，气缸缩回。 巩固篇 运用气动仿真软件实现以下控制要求： 分配装置将铝盒推入至工作站中。 按下按钮，单作用气缸（1A）的活塞杆伸出。 当松开按钮后， 活塞杆缩回。 项目练习项目练习 扩展篇扩展篇 金属工件的分类金属工件的分类 运用气动仿真软件实现以下控制要求： 通过手动按钮来控制阀体，金属工件放在随机的位置上，被分类后放入 另一个传送带上。单作用气缸（1A）的活塞杆前进行程的时间可调。当 松开按钮时，活塞杆缩回到初始位置。 可调单向节流阀 双作用气缸双作用气缸被活塞分成两个腔室： 有杆腔和无杆腔。 当无杆腔端
13、的气口输入压缩空 气时，若气压作用在活塞左面上的 力克服了运动摩擦力、负载等各种 反作用力，推动活塞前进，有杆腔 内的空气经该气口排入大气，使活 塞杆伸出。同样，当有杆腔端气口 输入压缩空气，活塞杆退回至初始 位置。通过无杆腔和有杆腔的交替 进气和排气，活塞杆伸出和退回， 气缸实现往复直线运动。 气缸执行器部分气缸执行器部分 双作用气缸图形符号双作用气缸图形符号 普通双作用气缸 双作用气缸，带 单端可调缓冲 双作用缸的动作过程 双作用缸的动作过程 双作用气缸的直接控制双作用气缸的直接控制 按下按钮时，双作用缸伸出。如果按钮松开，气缸缩回。气缸为小口径气 缸，只需较小的流量就可以达到正常工作速度
14、。 请将回路 补充完整 项目练习 在位置转换装置的帮助下，经过冷却的煤块被传送至一个高或低位的传送 带上。 滑动杆（高或低位）的位置由阀的选择开关决定。双作用气缸（1A）前 进运动的时间及缩回运动时间均可调。对于初始位置，假设气缸处在缩回 的末端位置。 项目训练 气缸的间接控制 单作用气缸的间接控制单作用气缸的间接控制 利用气动仿真软件按照以下控制要求设计气动回路： 按下按钮后，大活塞直径的单作用气缸夹紧工作。按 钮放开，气缸即缩回。 逻辑控制阀逻辑控制阀 双压阀双压阀 可以实现“与”逻辑功能，若想使端口2有输出，两个端口必须同时有输入 信号。 图 形 符 号 实 物 图 输输 入入输输 出出
15、 ABY 000 100 010 111 气缸的间接控制 分析： 项目训练项目训练 利用启动仿真软件按控制要求设计回路： 只有工件在卡具中固定好，防护网降下， 并且操作者按下按钮时，气缸1A的活 塞杆才伸出。一但按钮松开或防护网不 在降下位置时，气缸1A缩回到初始位 置。 逻辑控制阀逻辑控制阀 “或”逻辑功能“或”逻辑功能 梭阀可以实现“或”逻辑功能，若想使端口2有输出，输入端口至少有一个有输 入信号。 实 物 图 图 形 符 号 输入输入输出输出 ABY 000 101 011 111 设计 按照以下控制要求设计启动 回路： 如果两个按钮阀中有一个 被按下，双作用气缸伸出。 如果按钮松开，气
16、缸缩回。 逻辑控制阀逻辑控制阀 项目训练 记忆回路与气缸的速度控制记忆回路与气缸的速度控制 手动驱动二位三通按钮阀时， 双作用气缸的活塞杆伸出。驱 动另一个手动驱动二位三通按 钮阀之前，气缸需保持伸出状 态。只有当第一个阀松开后， 操作第二个阀才有效。按下第 二个阀，气缸回到初始状态。 再次按下第一个阀之前，气缸 需保持在初始状态。 如果需要 气缸伸出 到最远端 后自动缩 回缩回， 需要使用 （？ ） 项目训练 需要使用滚轮杠杆滚轮杠杆 阀阀当作限位开关， 以确认气缸杆已达 到最远端位置 问题扩展 课堂测验 利用气动仿真软件按照以下控制要求设计气路： 用双作用缸从料仓中传送工件。按下按钮或踏下踏板，气缸伸出。气缸完 全伸出后，自动回到初始位置。双作用缸伸出退回时，速度均可调。 典型回路 怎样实现单 作用缸或双 作用缸在中 途位置停止 的位置控制 回路？ 气 动 系 统 如 何 实 现 快 速 运 动 ？ 差动快速回路 快速排气阀快速排气阀 原理图图形符号 项目训
