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1、液压与气压传动-第2版-教学课件-马振福-高职课件(3)第一节第一节 气动程序系统设计步骤和方法气动程序系统设计步骤和方法 一、明确系统的工作要求一、明确系统的工作要求 1）循环动作过程要求：）循环动作过程要求：2）运动状态要求：）运动状态要求：3）输出动力要求：）输出动力要求：4）工作环境要求：）工作环境要求：5）控制方式要求：）控制方式要求：二、确定控制方案，进行气动回路设计二、确定控制方案，进行气动回路设计 1）根据工作要求和循环动作过程列出工作程序图，包括）根据工作要求和循环动作过程列出工作程序图，包括执行元件的数目、动作顺序及执行元件的形式。执行元件的数目、动作顺序及执行元件的形式。
2、2）根据工作程序图画出信号）根据工作程序图画出信号-动作状态图（动作状态图（X-D线图）或线图）或卡诺图。卡诺图。3）找出障碍信号并消除障碍。）找出障碍信号并消除障碍。4）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。三、选择和计算执行元件三、选择和计算执行元件 1）确定执行元件的类型及数目。）确定执行元件的类型及数目。2）计算选择结构参数。）计算选择结构参数。3）计算耗气量。）计算耗气量。四、选择控制元件四、选择控制元件1）确定控制元件的类型及数目。）确定控制元件的类型及数目。2）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。五、选择气动辅助元件五、选择气动辅助元件
3、1）选择过滤器、油雾器、储气罐、干燥器、消声器等元）选择过滤器、油雾器、储气罐、干燥器、消声器等元件的容量及形式。件的容量及形式。2）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。六、根据执行元件的耗气量，确定压缩机的容量及台数六、根据执行元件的耗气量，确定压缩机的容量及台数 第二节第二节 行程程序回路的设计行程程序回路的设计 行程程序回路的设计方法有：行程程序回路的设计方法有：信号信号-动作状态图法（简称动作状态图法（简称X-D线图法）、卡诺图法及分组供气法等。线图法）、卡诺图法及分组供气法等。信号信号-动作状态图法，故障诊断和排除比较简单又直观，由此设动作状态图法，故障诊断
4、和排除比较简单又直观，由此设计出的气动回路控制准确、回路简单、使用和维修方便。计出的气动回路控制准确、回路简单、使用和维修方便。X-D线图法设计行程程序控制回路步骤：线图法设计行程程序控制回路步骤：1）根据生产自动化的工艺要求，列出工作程序图。）根据生产自动化的工艺要求，列出工作程序图。2）绘制信号）绘制信号-动作动作(X-D)状态图。状态图。3）分析找出障碍，并排出障碍信号，列出所有执行元件控）分析找出障碍，并排出障碍信号，列出所有执行元件控制信号的逻辑表达式。制信号的逻辑表达式。4）绘制逻辑控制原理图。）绘制逻辑控制原理图。5）绘制气动回路原理图。）绘制气动回路原理图。一、行程程序回路的设
5、计方法和步骤一、行程程序回路的设计方法和步骤 二、信号二、信号-动作状态图法中符号的规定动作状态图法中符号的规定 3）控制气缸换向的换向阀也用与其控制的缸所对应的文字符号表示。4）右上角带“*”号的信号表示经过逻辑处理而排除障碍的执行信号，如a0*、a1*等；而把不带“*”号的信号叫做原始信号，如a0、a1等。1）用大写字母表示气缸，用下标“0”与“1”表示气缸活塞杆缩回，伸出两种状态。2）用带下标的小写字母 a0、a1、b0、b1分别表示与动作A0、A1、B0、B1 相对应的行程阀及其输出信号。三、信三、信号号动动作（作（X-D）状）状态图态图法介法介绍绍 设设有两个气缸（有两个气缸（A、B
6、）的系）的系统统，要求其，要求其动动作作顺顺序序为为：A缸缸进进B缸缸进进B缸退缸退A缸退，缸退，该动该动作作顺顺序可用程序式表示，即序可用程序式表示，即可写成可写成A1B1B0A0。此。此时时按下列步按下列步骤进骤进行行设计设计：1.列出工作程序列出工作程序图图 根据动作顺序，得到工作程序图，为启动信号。2.绘绘制信号制信号-动动作状作状态图态图（1）画方格）画方格图图 根据列出的工作程序，从左至右画方格，并在方格顶拦填写程序序号1、2、3、4。在序号下面填上相应的动作状态A1、B1、B0、A0；在最右边一栏填写“执行信号表达式”。每个X-D组包括上下两行，上行为行程信号，下行为该信号控制的
7、动作状态。应应注意：注意：由于程序是首尾相接的，因此，方格图也应是首尾相接的。也就是程序序号1左侧的那条纵线与程序序号4右侧的那条纵线视为同一条线。X-D组1234执行信号A1B1B0A01a0(A1)A12a1(B1)B13b1(B0)B04b0(A0)A0备用格方方 格格 图图（2）画动作状态线（）画动作状态线（D线）线）用横向粗实线画出各执行元件的动作状态线。起点是该动作程序的开始处，用符号“”画出；终点处用符号“”画出。动作状态的终点是该动作状态变化的开始处。（3）画信号）画信号线线（X线线）信号线的起点是与同一组中动作状态线的起点相同，用符号“”画出；如信号a1是控制B缸活塞杆伸出动
8、作B1的，则a1与 B1同一起点。终点是和上一组中产生该信号的动作状态线终点相同，如信号a1 是 由上组A1产生的，所以a1终点与A1终点相同，用符号“”画出。3.列出所有列出所有执执行元件的行元件的执执行信号表达式行信号表达式（1）判断有无障碍信号）判断有无障碍信号 设计行程程序控制回路必需注意信号之间是否存在干扰。例如，某一信号妨碍另一信号的输出，或两个信号控制一个动作等，这就是信号之间形成了障碍，首先要找出障碍信号，然后再设法将其消除。方法：方法：可对X-D线图进行分析，若各信号线均比所控制的动作线短（或等长），则各信号均为无障碍信号；若有某信号线比其所控制的动作线长，则该信号为障碍信号
9、，所长出的那部分线段就叫障碍段，用波浪线“”表示。图中a1、b0就是障碍信号。（2）消除障碍段（简称消障）消除障碍段（简称消障）1）脉冲信号法：）脉冲信号法：即把障碍信号即把障碍信号变变成脉冲信号。成脉冲信号。图图a是利用机械式活是利用机械式活络挡块络挡块使行程使行程阀发阀发出的信号出的信号变变成脉冲信成脉冲信号的示意号的示意图图。工作原理：工作原理：当活塞杆伸出时，活络挡块压行程阀发出脉冲信号；活塞杆收回时，活络挡块绕销轴转动通过行程阀，此时不发信号。这样就能使行程阀把长信号变为短信号。工作原理：工作原理：活塞杆前进时压下行程阀发出脉冲信号；活塞杆返回时行程阀的头部具有可折性，没有把阀压下，
10、阀就不发信号。上述方法排出障碍上述方法排出障碍简单简单易行，可易行，可节节省气省气动动元件及管路。元件及管路。这这种消障方法适用于定位精度要求不高，活塞运种消障方法适用于定位精度要求不高，活塞运动动速度不太速度不太大的大的场场合。合。图图b：用可通过式行程阀发用可通过式行程阀发脉冲信号。脉冲信号。2）逻辑逻辑回路法：回路法：为了排除障碍信号 中的障碍段，可以另外引入一个辅助信号（称为制约信号），把 和 相“与与”而得到派生的无障碍执行信号 ，即 式中 无障碍的执行信号；有障碍的信号；制约信号（排除障碍的辅助信号）。上式也称为消障的逻辑函数式，它可以由“与与门门”逻辑元件来实现（图示）。也可以用
11、一个行程阀两个信号的串联，或两个行程阀串联来实现。选择选择制制约约信号信号 原原则则：尽量用系统中某原始信号作为制约信号，这样可不增加气动元件。制约信号 的起点应选在障碍信号 开始之前，的终点应选在障碍信号 的无障碍段中。3）辅辅助助阀阀法：法：若在X-D线图中找不到可用来作为消障的制约信号时，可增加一个辅助阀来排除障碍，辅助阀就是中间记忆元件，即双稳元件。用辅助阀的输出信号作为制约信号，用它和有障碍的信号m相“与”，以排除掉 m中的障碍。用辅助阀法消障后执行信号逻辑函数表达方式用辅助阀法消障后执行信号逻辑函数表达方式 式中 障碍的信号；消障后的执行信号；辅助阀（中间记忆元件）输出信号；、分别
12、是辅助阀的两个控制信号。图a为辅助阀消障的逻辑原理；图b 为其回路原理，当t有气时使K阀有输出，而d有气时K阀无输出。很明显 t 与d 不能同时存在。从X-D线图上看，t 与d二者不能相重合；用逻辑代数来表示，要满足：是使 阀“断”的信号，其起点应在m 信号的无障碍段中，其终点应在 起点之前。图为记忆元件控制信号选择的示意图。四、四、绘绘制制逻辑逻辑原理原理图图 根据X-D线图的执行信号表达式并考虑手动、启动、复位等要求所画出的逻辑原理图。辅助阀（中间记忆元件）控制信号辅助阀（中间记忆元件）控制信号 、的选择原则：的选择原则：是使K阀“通”的信号，其起点应选择在m 信号起点之前（或同时），其终
13、点应在m的无障碍段中。1.气气动动原理原理图图的基本的基本组组成及符号成及符号 2）行元件的动作由主控阀的输出表示，因为主控阀常具有记忆能力，可用逻辑记忆符号表示。3）行程发信号装置主要是行程阀，包括外部信号输入装置，如起动阀、复位阀等。这些符号加上小方框表示各种原始信号，在小方框上方画相应符号者表示各种手动阀（图中起动阀 ）。1）在逻辑原理图中主要是由“是”、“或”、“与”、“非”、“记忆”等逻辑符号表示。逻辑图上的某一逻辑符号，在回路原理图上可由多种方案表示，例如“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。根据根据X-D线图线图中中执执行信号行信号栏栏的表达式，使用上述符号按
14、下列的表达式，使用上述符号按下列步步骤绘骤绘制制：1）把系）把系统统中每个中每个执执行元件的两种状行元件的两种状态态与主控与主控阀阀相相连连后，自后，自上而下逐个地画在上而下逐个地画在图图的右的右侧侧。2）把）把发发信器（如行程信器（如行程阀阀等）大致等）大致对应对应其所控制的元件，一其所控制的元件，一个个地列于个个地列于图图的左的左侧侧。3）在）在图图上要反映出上要反映出执执行信号行信号逻辑逻辑表达式中的表达式中的逻辑逻辑符号之符号之间间的关系，并画出的关系，并画出为为操作需要而增加的操作需要而增加的阀阀（如起（如起动阀动阀）。）。（2）气动逻辑原理图的画法）气动逻辑原理图的画法 五、气五、
15、气动动回路原理回路原理图图的的绘绘制制 气气动动回路原理回路原理图图是根据是根据逻辑逻辑原理原理图绘图绘制的，注意以下几点：制的，注意以下几点：（1）根据具体情况）根据具体情况选选用气用气阀阀及及逻辑逻辑元件。元件。（2）一般）一般规规定工作程序定工作程序图图的最后程序的最后程序终终了了时时作作为为气气动动回路的初回路的初始（或静止）位置，回路原理始（或静止）位置，回路原理图图上上阀阀的供气及的供气及进进出口出口连连接位置，接位置，应应按回路初始静止位置的状按回路初始静止位置的状态连态连接。接。（3）控制回路）控制回路连连接一般用虚接一般用虚线线表示，但表示，但对对复复杂杂气气动动系系统统，为
16、为防防止止连线过连线过乱，亦可用乱，亦可用细实线细实线代替虚代替虚线线。（4）“与与”、“或或”、“非非”、“记忆记忆”等等逻辑逻辑关系的关系的连连接可按基本接可按基本逻逻辑辑回路回路选选取。取。逻辑逻辑“与与”的符号在回路上常用两个的符号在回路上常用两个阀阀“串接串接”的方式，的方式，行程行程阀阀与起与起动阀动阀常采用二位三通常采用二位三通阀阀。（5）在回路原理）在回路原理图图上上应应写出程序或操作要求的文字写出程序或操作要求的文字说说明。明。画法：画法：把系统中全部执行元件水平或垂直排列，在执行元件的下面或左侧画上相对应的主控阀，把行程阀直观地画在各气缸活塞杆伸缩状态对应的水平位置上。图为
17、采用直观习惯画法绘制的气动回路原理图为采用直观习惯画法绘制的气动回路原理 注意：注意：哪个行程阀为有源元件（即直接与气源相接），哪个行程阀为无源元件（即不能直接与气源相接）。其一般规律是无障碍的原始信号为有源元件，如图中的 、，而有障碍的原始信号，若用逻辑回路法消障，则为无源元件，若用辅助阀消障，则只需使它们与辅助阀、气源串接即可（如图中 、）。这种表示方法虽然连接线规律性较差，交叉点多，但较直观这种表示方法虽然连接线规律性较差，交叉点多，但较直观。图中图中 为起动阀，为起动阀，K为辅助阀。为辅助阀。此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢