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气动元件符号 气动元件符号大全


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气压传动概论和气体力学基础 1 气动元、辅件图形符号(见表 42.1-1) 表 42.1-1 气动元、辅件图形符号 类别 名称 连接管 路 符号 类别 名称 气 源、 电动 双向定量气 机、 马达 气马 达及 气缸 符号

交叉管 路 软性管 路 连续放 气

单向变量气 马达

>
间断放 气 双向变量气 马达

单向放 气 气路连接 及接头 不带 连 排 接措 气 施 口 带连 接措 施 不带 快 单向 换 阀 接 带单 头 向阀 单通 旋 路 转 接 三通 头 路 气源、 电动 气压源 机、 气马达 及气缸 电动机

摆动气马达

单作 用气 缸

单活 塞杆 气缸

伸缩 缸

双作 单活 用气 塞杆 缸 气缸

双活 塞杆 气缸

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原动机 (电 动 机除外)

不可 调单 向缓 冲缸 可调 单向 缓冲 缸

单向定 量气马 达

类别

名称 不可调 双 向缓 冲缸

符号

类别 名称 单作 用 电 磁铁

符号

可调双 向 缓冲 缸

双作 用 电 磁铁 单作 用可 调电 磁操 纵 (比 例电 磁铁 等) 双作 用可 调电 磁操 纵 (力 矩马 达) 旋转 电动 运动 机 操 电气 纵 控制 加压 压力 直接 或泄 控制 压力 压控 阀 控制 制 差动 控制

双作用 气源、 电动 伸缩缸 机、 气马达 及气缸

直线 运动 电气 电气 控制 控制

气-液 转换器

增压器

一般手 人力控制 控

按钮式

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拉钮式

内部 压力 控制

按-拉式

外部 压力 控制

手柄式

气压 先导 控制 先导 控制 (间 接压 力控 制) 气压液压 先导 控制

踏板式

双向踏 板式

顶杆式 可变行 程控制 式 弹簧控 制式

电磁 气压 先导 控制

直动 型减 压阀 (不 带溢 减压 流) 阀 溢流 减 压 阀

滚轮式

单向滚 轮式

类别

名称 内部 压 力控 顺 制 序 阀 外部 压 力控 制

符号

类别 名称 方向 换向 控制 阀 阀 二位 三通 换向 阀

符号

压力控制 阀

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内部 压 力控 溢 制 流 外部 阀 压 力控 制 不可调 节流阀

二位 四通 换向 阀 二位 五通 换向 阀 三位 三通 换向 阀 三位 四通 换向 阀

可调节 流阀

流量控制 阀

可调单 向节流 阀

三位 五通 换向 阀

减速阀

三位 六通 换向 阀 详细符号 简化 符号

带消声 器 的节 流阀

截止阀

常 二闭 换 位式 方向控制 向 二 阀 阀 通 常 阀 开 式

无 弹 单 簧 向 阀 非 弹 单向 簧 型控 制 气控 单向 阀 (带 弹簧) 或门 型梭 阀

类别

名称

符号

类别 名称

符号

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与门 单 型梭 向 阀 方向控制 型 阀 控 快速 制 排气 阀 阀 辅 件 及 其 它 装 置

辅件 及其 气罐 它装 置

气源调节装 置

人工 排出 分 水 排 水 器 自动 排出

压力 指示 器

压力 计 压力 检测 压差 器 计

人工 空 排出 气 过 滤 器 自动 排出

脉冲 计数 器

流量 流量 计 检测 累计 器 流量 计

人工 排出

转速仪 转矩仪

除 油 器

压力继电器 自动 排出 行程开关

空气干 燥器

模拟传感器

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油雾器

消声器

辅助气 瓶

报警器

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气缸 1 概述 1.1 气缸的分类 普通气缸的结构组成见图 42.2-1。主要由前盖、后盖 9、活塞 6、活塞杆 4、缸筒 5 其他一些零件组成。 气缸的种类很多。一般按压缩空气作用在活塞面上的方向、结构特征和安装方式来分类。气缸的类型及安装 形式见表 42.2-1、2。

图 42.2-1 普通气缸 1—组合防尘圈;—前端盖;3—轴用 YX 密封圈;4—活塞杆;5—缸筒; 6—活塞;7—孔用 YX 密封圈;8—缓冲调节阀;9—后端盖 表 42.2-1 气缸的类型 类别 名称 柱塞式气缸 简图 特点 压缩空气只能使柱塞向一个方向运动;借 助外力或重力复位 压缩空气只能使活塞向一个方向运动;借 助外力或重力复位 活塞式气缸 单作用气 缸 压缩空气只能使活塞向一个方向运动;借 助弹簧力复位;用于行程较小场合 以膜片代替活塞的气缸。单向作用;借助 弹簧力复位;行程短;结构简单,缸体内壁 不须加工;须按行程比例增大直径。若无弹 簧,用压缩空气复位,即为双向作用薄膜式 气缸。行程较长的薄膜式气缸膜片受到滚压, 常称滚压(风箱)式气缸。 利用压缩空气使活塞向两个方向运动,活 塞行程可根据实际需要选定,双向作用的力 和速度不同 压缩空气可使活塞向两个方向运动,且其 速度和行程都相等

薄膜式气缸

普通气缸

双活塞杆气缸

双作用气 不可调缓冲气缸 缸

设有缓冲装置以使活塞临近行程终点时减 速,防止冲击,缓冲效果不可调整

可调缓冲气缸

缓冲装置的减速和缓冲效果可根据需要调 整

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差动气缸

气缸活塞两端有效面积差较大,利用压力 差原理使活塞往复运动,工作时活塞杆侧始 终通以压缩空气 两个活塞同时向相反方向运动

双活塞气缸

多位气缸

活塞杆沿行程长度方向可在多个位置停 留,图示结构有四个位置 在一根活塞杆上串联多个活塞,可获得和 各活塞有效面积总和成正比的输出力 利用突然大量供气和快速排气相结合的方 法得到活塞杆的快速冲击运动,用于切断、 冲孔、打入工件等 将若干个活塞沿轴向依次装在一起,每个 活塞的行程由小到大,按几何级数增加 进排气导管和导气头固定而气缸本体可相 对转动。用于机床夹具和线材卷曲装置上 将输入的气压信号成比例地转换为活塞杆 的机械位移。用于自动调节系统中。 缸筒由挠性材料制成,由夹住缸筒的滚子 代替活塞。用于输出力小,占地空间小,行 程较长的场合,缸筒可适当弯曲 以钢丝绳代替刚性活塞杆的一种气缸,用 于小直径,特长行程的场合 活塞杆面积不相等,根据力平衡原理,可 由小活塞端输出高压气体 液体是不可压缩的,根据力的平衡原理, 利用两两相连活塞面积的不等,压缩空气驱 动大活塞,小活塞便可输出相应比例的高压 液体 利用液体不可压缩的性能及液体流量易于 控制的优点,获得活塞杆的稳速运动

串联气缸

特殊 气缸

冲击气缸

数字气缸

回转气缸

伺服气缸

挠性气缸

钢索式气缸

增压气缸

组合 气缸

气-液增压缸

气-液阻尼缸

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气缸的工作原理 1.2.1 单作用气缸 单作用气缸只有一腔可输入压缩空气,实现一个方向运动。其活塞杆只能借助外力将其推回;通常借助于弹 簧力,膜片张力,重力等。 其原理及结构见图 42.2-2。

图 42.2-2 单作用气缸 1—缸体;2—活塞;3—弹簧;4—活塞杆; 单作用气缸的特点是: 1)仅一端进(排)气,结构简单,耗气量小。 2)用弹簧力或膜片力等复位,压缩空气能量的一部分用于克服弹簧力或膜片张力,因而减小了活塞杆的输出 力。 3)缸内安装弹簧、膜片等,一般行程较短;与相同体积的双作用气缸相比,有效行程小一些。 4)气缸复位弹簧、膜片的张力均随变形大小变化,因而活塞杆的输出力在行进过程中是变化的。 由于以上特点,单作用活塞气缸多用于短行程。其推力及运动速度均要求不高场合,如气吊、定位和夹紧等 装置上。单作用柱塞缸则不然,可用在长行程、高载荷的场合。 1.2.2 双作用气缸 双作用气缸指两腔可以分别输入压缩空气,实现双向运动的气缸。其结构可分为双活塞杆式、单活塞杆式、 双活塞式、缓冲式和非缓冲式等。此类气缸使用最为广泛。 1)双活塞杆双作用气缸双活塞杆气缸有缸体固定和活塞杆固定两种。其工作原理见图 42.2-3。 缸体固定时,其所带载荷(如工作台)与气缸两活塞杆连成一体,压缩空气依次进入气缸两腔(一腔进气另 一腔排气),活塞杆带动工作台左右运动,工作台运动范围等于其有效行程 s 的 3 倍。安装所占空间大,一般用 于小型设备上。 活塞杆固定时,为管路连接方便,活塞杆制成空心,缸体与载荷(工作台)连成一体,压缩空气从空心活塞 杆的左端或右端进入气缸两腔,使缸体带动工作台向左或向左运动,工作台的运动范围为其有效行程 s 的 2 倍。 适用于中、大型设备。

图 42.2-3 双活塞杆双作用气缸 a)缸体固定;b)活塞杆固定 1—缸体;2—工作台;3—活塞;4—活塞杆;5—机架

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双活塞杆气缸因两端活塞杆直径相等,故活塞两侧受力面积相等。当输入压力、流量相同时,其往返运动输 出力及速度均相等。 2)缓冲气缸对于接近行程末端时速度较高的气缸,不采取必要措施,活塞就会以很大的力(能量)撞击端盖, 引起振动和损坏机件。为了使活塞在行程末端运动平稳,不产生冲击现象。在气缸两端加设缓冲装置,一般称为 缓冲气缸。缓冲气缸见图 42.2-4,主要由活塞杆 1、活塞 2、缓冲柱塞 3、单向阀 5、节流阀 6、端盖 7 等组成。 其工作原理是:当活塞在压缩空气推动下向右运动时,缸右腔的气体经柱塞孔 4 及缸盖上的气孔 8 排出。在活塞 运动接近行程末端时,活塞右侧的缓冲柱塞 3 将柱塞孔 4 堵死、活塞继续向右运动时,封在气缸右腔内的剩余气 体被压缩,缓慢地通过节流阀 6 及气孔 8 排出,被压缩的气体所产生的压力能如果与活塞运动所具有的全部能量 相平衡,即会取得缓冲效果,使活塞在行程末端运动平稳,不产生冲击。调节节流阀 6 阀口开度的大小,即可控 制排气量的多少,从而决定了被压缩容积(称缓冲室)内压力的大小,以调节缓冲效果。若令活塞反向运动时, 从气孔 8 输入压缩空气,可直接顶开单向阀 5,推动活塞向左运动。如节流阀 6 阀口开度固定,不可调节,即称为 不可调缓冲气缸。

图 42.2-4 缓冲气缸 1—活塞杆;2—活塞;3—缓冲柱塞;4—柱塞孔;5—单向阀 6—节流阀;7—端盖;8—气孔 气缸所设缓冲装置种类很多,上述只是其中之一,当然也可以在气动回路上采取措施,达到缓冲目的。 1.2.3 组合气缸 组合气缸一般指气缸与液压缸相组合形成的气-液阻尼缸、气-液增压缸等。众所周知,通常气缸采用的工作 介质是压缩空气,其特点是动作快,但速度不易控制,当载荷变化较大时,容易产生“爬行”或“自走”现象; 而液压缸采用的工作介质是通常认为不可压缩的液压油,其特点是动作不如气缸快,但速度易于控制,当载荷变 化较大时,采用措施得当,一般不会产生“爬行”和“自走”现象。把气缸与液压缸巧妙组合起来,取长补短, 即成为气动系统中普遍采用的气-液阻尼缸。 气-液阻尼缸工作原理见图 42.2-5。实际是气缸与液压缸串联而成,两活塞固定在同一活塞杆上。液压缸不用 泵供油,只要充满油即可,其进出口间装有液压单向阀、节流阀及补油杯。当气缸右端供气时,气缸克服载荷带 动液压缸活塞向左运动(气缸左端排气),此时液压缸左端排油,单向阀关闭,油只能通过节流阀流入液压缸右 腔及油杯内,这时若将节流阀阀口开大,则液压缸左腔排油通畅,两活塞运动速度就快,反之,若将节流阀阀口 关小,液压缸左腔排油受阻,两活塞运动速度会减慢。这样,调节节流阀开口大小,就能控制活塞的运动速度。 可以看出,气液阻尼缸的输出力应是气缸中压缩空气产生的力(推力或拉力)与液压缸中油的阻尼力之差。

图 42.2-5 气-液阻尼缸 1—节流阀;2—油杯;3—单向阀;4—液压缸;5—气缸;6—外载荷 气-液阻尼缸的类型有多种。 按气缸与液压缸的连接形式,可分为串联型与并联型两种。前面所述为串联型,图 42.2-6 为并联型气-液阻 尼缸。串联型缸体较长;加工与安装时对同轴度要求较高;有时两缸间会产生窜气窜油现象。并联型缸体较短、 结构紧凑;气、液缸分置,不会产生窜气窜油现象;因液压缸工作压力可以相当高,液压缸可制成相当小的直径 (不必与气缸等直径);但因气、液两缸安装在不同轴线上,会产生附加力矩,会增加导轨装置磨损,也可能产 生“爬行”现象。串联型气-液阻尼缸还有液压缸在前或在后之分,液压缸在后参见图 42.2-5,液压缸活塞两端作 用面积不等,工作过程中需要储油或补油,油杯较大。如将液压缸放在前面(气缸在后面),则液压缸两端都有 活塞杆,两端作用面积相等,除补充泄漏之外就不存在储油、补油问题,油杯可以很小。

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图 42.2-6 并联型气-液阻尼缸 1—液压缸;2—气缸 按调速特性可分为: 1)慢进慢退式; 2)慢进快退式; 3)快进慢进快退式。 其调速特性及应用见表 42.2-3。 就气-液阻尼缸的结构而言,尚可分为多种形式:节流阀、单向阀单独设置或装于缸盖上;单向阀装在活塞上 (如挡板式单向阀);缸壁上开孔、开沟槽、缸内滑柱式、机械浮动联结式、行程阀控制快速趋近式等。活塞上 有挡板式单向阀的气-液阻尼缸见图 42.2-7。活塞上带有挡板式单向阀,活塞向右运动时,挡板离开活塞,单向阀 打开,液压缸右腔的油通过活塞上的孔(即挡板单向阀孔)流至左腔,实现快退,用活塞上孔的多少和大小来控 制快退时的速度。活塞向左运动时,挡板挡住活塞上的孔,单向阀关闭,液压缸左腔的油经节流阀流至右腔(经 缸外管路)。调节节流阀的开度即可调节活塞慢进的速度。其结构较为简单,制造加工较方便。 图 42.2-8 为采用机械浮动联接的快速趋近式气-液阻尼缸原理图。靠液压缸活塞杆端部的 T 形顶块与气缸活 塞杆端部的拉钩间有一空行程 s1,实现空程快速趋近,然后再带动液压缸活塞,通过节流阻尼,实现慢进。返程 时也是先走空行程 s1,再与液压活塞一起运动,通过单向阀,实现快退。 表 42.2-3 气-液阻尼缸调速特性及应用 调速方式 结构示意图 特性曲线 作用原理 应用

双向节流调速

在气-液阻尼缸的回油管路 适用于空行程及 装设可调式节流阀,使活塞往 工作行程都较短的 复运动的速度可调并相同 场合(s<20mm)

单向节流调速

将一单向阀和一节流阀并 联在调速油路中。活塞向右运 适用于空行程较 动时, 单向阀关闭, 节流慢进; 短而工作行程较长 活塞向左运动时,单向阀打 的场合 开,不经节流快退。 将液压缸的 ? 点与 α 点用 管路相通,活塞开始向右运动 由于快速趋近, 节 时,右腔油经由 fgea 回路直 省了空程时间, 提高 接流入 α 端实现快速趋近, 了劳动生产率。 是各 当活塞移过 ? 点,油只能经节 种机床、 设备最常用 流阀流入 α 端,实现慢进, 的方式 活塞向左运动时,单向阀打 开,实现快退。

快速趋近单 向节流调速

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图 42.2-7 活塞上有挡板式单向阀的气-液阻尼缸

图 42.2-8 浮动联接气-液阻尼缸原理图 1—气缸;2—顶丝;3—T 形顶块;4—拉钩;5—液压缸 图 42.2-9 是又一种浮动联接气-液阻尼缸。与前者的区别在于:T 形顶块和拉钩装设位置不同,前者设置在 缸外部。后者设置在气缸活塞杆内,结构紧凑但不易调整空行程 s1(前者调节顶丝即可方便调节 s1 的大小)。 1.2.4 特殊气缸 (1)冲击气缸

图 42.2-9 浮动联接气-液阻尼缸 冲击气缸是把压缩空气的能量转化为活塞、活塞杆高速运动的能量,利用此动能去做功。 冲击气缸分普通型和快排型两种。 1)普通型冲击气缸普通型冲击气缸的结构见图 42.2-10。与普通气缸相比,此种冲击气缸增设了蓄气缸 1 和 带流线型喷气口 4 及具有排气孔 3 的中盖 2。其工作原理及工作过程可简述为如下五个阶段(见图 42.2-11): 第一阶段:复位段。见图 42.2-10 和图 42.2-11a,接通气源,换向阀处复位状态,孔 A 进气,孔 B 排气,活 塞 5 在压差的作用下,克服密封阻力及运动部件重量而上移,借助活塞上的密封胶垫封住中盖上的喷气口 4。中盖 和活塞之间的环形空间 C 经过排气小孔 3 与大气相通。最后,活塞有杆腔压力升高至气源压力,蓄气缸内压力降 至大气压力。 第二阶段:储能段。见图 42.2-10 和图 42.2-11b,换向阀换向,B 孔进气充入蓄气缸腔内,A 孔排气。由于蓄 气缸腔内压力作用在活塞上的面积只是喷气口 4 的面积,它比有杆腔压力作用在活塞上的面积要小得多,故只有 待蓄气缸内压力上升,有杆腔压力下降,直到下列力平衡方程成立时,活塞才开始移动。

式中 d——中盖喷气口直径(m); p30——活塞开始移动瞬时蓄气缸腔内压力(绝对压力)(Pa); p20——活塞开始移动瞬时有杆腔内压力(绝对压力)(Pa); G——运动部件(活塞、活塞杆及锤头号模具等)所受的重力(N); D——活塞直径(m); d1——活塞杆直径(m); F?0——活塞开始移动瞬时的密封摩擦力(N)。

若不计式(42.2-1)中 G 和 F?0 项,且令 d=d1,

,则当

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时,活塞才开始移动。这里的 p20、p30 均为绝对压力。可见活塞开始移动瞬时,蓄气缸腔与有杆腔的压力差很大。 这一点很明显地与普通气缸不同。

图 42.2-10 普通型冲击气缸 第三阶段:冲击段。活塞开始移动瞬时,蓄气缸腔内压力 p30 可认为已达气源压力 ps,同时,容积很小的无杆 腔 (包括环形空间 C) 通过排气孔 3 与大气相通, 故无杆腔压力 p10 等于大气压力 pa。 由于 pa/ps 大于临界压力比 0.528, 所以活塞开始移动后,在最小流通截面处(喷气口与活塞之间的环形面)为声速流动,使无杆腔压力急剧增加, 直至与蓄气缸腔内压力平衡。该平衡压力略低于气源压力。以上可以称为冲击段的第 I 区段。第 I 区段的作用时 间极短(只有几毫秒)。在第 I 区段,有杆腔压力变化很小,故第 I 区段末,无杆腔压力 p1(作用在活塞全面积 上)比有杆腔压力 p2(作用在活塞杆侧的环状面积上)大得多,活塞在这样大的压差力作用下,获得很高的运动 加速度,使活塞高速运动,即进行冲击。在此过程 B 口仍在进气,蓄气缸腔至无杆腔已连通且压力相等,可认为 蓄气-无杆腔内为略带充气的绝热膨胀过程。同时有杆腔排气孔 A 通流面积有限,活塞高速冲击势必造成有杆腔内 气体迅速压缩(排气不畅),有杆腔压力会迅速升高(可能高于气源压力)这必将引起活塞减速,直至下降到速 度为 0。以上可称为冲击段的第Ⅱ区段。可认为第Ⅱ区段的有杆腔内为边排气的绝热压缩过程。整个冲击段时间很 短,约几十毫秒。见图 42.2-11c。

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图 42.2-11 普通型冲击气缸的工作原理 1— 蓄气缸;2—中盖;3—排气孔;4—喷气口;5—活塞 第四阶段:弹跳段。在冲击段之后,从能量观点来说,蓄气缸腔内压力能转化成活塞动能,而活塞的部分动 能又转化成有杆腔的压力能,结果造成有杆腔压力比蓄气-无杆腔压力还高,即形成“气垫”,使活塞产生反向运 动,结果又会使蓄气-无杆腔压力增加,且又大于有杆腔压力。如此便出现活塞在缸体内来回往复运动—即弹跳。 直至活塞两侧压力差克服不了活塞阻力不能再发生弹跳为止。待有杆腔气体由 A 排空后,活塞便下行至终点。 第五阶段:耗能段。活塞下行至终点后,如换向阀不及时复位,则蓄气-无杆腔内会继续充气直至达到气源压 力。再复位时,充入的这部分气体又需全部排掉。可见这种充气不能作用有功,故称之为耗能段。实际使用时应 避免此段(令换向阀及时换向返回复位段)。 对内径 D=90mm 的气缸,在气源压力 0.65MPa 下进行实验,所得冲击气缸特性曲线见图 42.2-12。上述分析基 本与特性曲线相符。 对冲击段的分析可以看出,很大的运动加速使活塞产生很大的运动速度,但由于必须克服有杆腔不断增加的 背压力及摩擦力,则活塞速度又要减慢,因此,在某个冲程处,运动速度必达最大值,此时的冲击能也达最大值。 各种冲击作业应在这个冲程附近进行(参见图 42.2-11c)。 冲击气缸在实际工作时,锤头模具撞击工件作完功,一般就借助行程开关发出信号使换向阀复位换向,缸即 从冲击段直接转为复位段。这种状态可认为不存在弹跳段和耗能段。 2)快排型冲击气缸由上述普通型冲击气缸原理可见,其一部分能量(有时是较大部分能量)被消耗于克服背 压(即 p2)做功,因而冲击能没有充分利用。假如冲击一开始,就让有杆腔气体全排空,即使有杆腔压力降至大 气压力,则冲击过程中,可节省大量的能量,而使冲击气缸发挥更大的作用,输出更大的冲击能。这种在冲击过 程中,有杆腔压力接近于大气压力的冲击气缸,称为快排型冲击气缸。其结构见图 42.2-13a。 快排型冲击气缸是在普通型冲击气缸的下部增加了“快排机构”构成。快排机构是由快排导向盖 1、快排缸体 4、快排活塞 3、密封胶垫 2 等零件组成。 快排型冲击气缸的气控回路见图 42.2-13b。接通气源,通过阀 F1 同时向 K1、K3 充气,K2 通大气。阀 F1 输出口 A 用直管与 K1 孔连通,而用弯管与 K3 孔连通,弯管气阻大于直管气阻。这样,压缩空气先经 K1 使快排活塞 3 推到 上边,由快排活塞 3 与密封胶垫 2 一起切断有杆腔与排气口 T 的通道。然后经 K3 孔向有杆腔进气,蓄气一无杆腔 气体经 K4 孔通过阀 F2 排气,则活塞上移。当活塞封住中盖喷气口时,装在锤头上的压块触动推杆 6,切换阀 F3, 发出信号控制阀 F2 使之切换,这样气源便经阀 F2 和 K4 孔向蓄气腔内充气,一直充至气源压力。

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图 42.2-12

冲击气缸特性曲线

图 42.2-13 快排型冲击气缸结构及控制回路 a)结构图;b)控制回路 1—快排导向盖;2—密封胶垫;3—快排活塞;4—快排缸体;5—中盖 T— 方孔;C—环形空间; 6—推杆;7—气阻;8—气容 冲击工作开始时,使阀 F1 切换,则 K2 进气,K1 和 K3 排气,快排活塞下移,有杆腔的压缩空气便通过快排导向 盖 1 上的多个圆孔(8 个),再经过快排缸体 4 上的多个方孔 T(10 余个)及 K3 直接排至大气中。因为上述多个圆 孔和方孔的通流面积远远大于 K3 的通流面积,所以有杆腔的压力可以在极短的时间内降低到接近于大气压力。当 降到一定压力时,活塞便开始下移。锤头上压块便离开行程阀 F3 的推杆 6,阀 3 在弹簧的作用下复位。由于接有气 阻 7 和气容 8,阀 3 虽然复位,但 F2 却延时复位,这就保证了蓄气缸腔内的压缩空气用来完成使活塞迅速向下冲击 的工作。否则,若 F3 复位,F2 同时复位的话,蓄气缸腔内压缩空气就会在锤头没有运动到行程终点之前已经通过 K4 孔和阀 F2 排气了,所以当锤头开始冲击后,F2 的复位动作需延时几十毫秒。因所需延时时间不长,冲击缸冲击时 间又很短,往往不用气阻、气容也可以,只要阀 F2 的换向时间比冲击时间长就可以了。 在活塞向下冲击的过程中,由于有杆腔气体能充分地被排空,故不存在普通型冲击气缸有杆腔出现的较大背 压,因而快排型冲击气缸的冲击能是同尺寸的普通型冲击气缸冲击能的 3~4 倍。 (2)数字气缸 如图 42.2-14 所示,它由活塞 1、缸体 2、活塞杆 3 等件组成。活塞的右端有 T 字头,活塞的左端有凹形孔, 后面活塞的 T 字头装入前面活塞的凹形孔内,由于缸体的限制,T 字头只能在凹形孔内沿缸轴向运动,而两者不能 脱开,若干活塞如此顺序串联置于缸体内,T 字头在凹形孔中左右可移动的范围就是此活塞的行程量。不同的进气 孔 A1~Ai 可能是 A1, ( 或是 A1 和 A2, A1、 2 和 A3, 或 A 还可能是 A1 和 A3, A2 和 A3 等等) 或 输入压缩空气 (0.4~0.8MPa) 时,相应的活塞就会向右移动,每个活塞的向右移动都可推动活塞杆 3 向右移动,因此,活塞杆 3 每次向右移动 的总距离等于各个活塞行程量的总和。这里 B 孔始终与低压气源相通(0.05~0.1MPa),当 A1~Ai 孔排气时,在低

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压气的作用下,活塞会自动退回原位。各活塞的行程大小,可根据需要的总行程 s 按几何级数由小到大排列选取。 设 s=35mm,采用 3 个活塞,则各活塞的行程分别取 α1=5mm;α2=10mm;α3=20mm。如 s=31.5mm,可用 6 个活塞, 则 α1、α2、α3……α6 分别设计为 0.5、1、2、4、8、16mm,由这些数值组合起来,就可在 0.5~31.5mm 范围内 得到 0.5mm 整数倍的任意输出位移量。而这里的 α1、α2、α3……αi 可以根据需要设计成各种不同数列,就可以 得到各种所需数值的行程量。 (3)回转气缸 如图 42.2-15a 所示,主要由导气头、缸体、活塞、活塞杆组成。这种气缸的缸体 3 连同缸盖 6 及导气头芯 10 被其他动力(如车床主轴)携带回转,活塞 4 及活塞杆 1 只能作往复直线运动,导气头体 9 外接管路,固定不动。 固转气缸的结构如图 42.2-15b 所示。为增大其输出力采用两个活塞串联在一根活塞杆上,这样其输出力比单 活塞也增大约一倍,且可减小气缸尺寸,导气头体与导气头芯因需相对转动,装有滚动轴承,并以研配间隙密封, 应设油杯润滑以减少摩擦,避免烧损或卡死。 回转气缸主要用于机床夹具和线材卷曲等装置上。 (4)挠性气缸 挠性气缸是以挠性软管作为缸筒的气缸。常用挠性气缸有两种。一种是普通挠性气缸见图 42.2-16,由活塞、 活塞杆及挠性软管缸筒组成。一般都是单作用活塞气缸,活塞的回程靠其他外力。其特点是安装空间小,行程可 较长。

图 42.2-14 数字气缸 1—活塞;2—缸体;3—活塞杆

图 42.2-15 回转气缸 a)原理图;b)结构图 1—活塞杆;2、5—密封圈;3—缸体;4—活塞;6—缸盖;7、8—轴承 9—导气头体;10—导气头芯;11—中盖;12—螺栓

图 42.2-16

普通挠性气缸

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第二种挠性气缸是滚子挠性气缸见图 42.2-17。 由夹持滚子代替活塞及活塞杆, 夹持滚子设在挠性缸筒外表面, A 端进气时,左端挠性筒膨胀,B 端排气,缸左端收缩,夹持在缸筒外部的滚子在膨胀端的作用下,向右移动,滚 子夹带动载荷运动。可称为挠性筒滚子气缸。这种气缸的特点是所占空间小,输出力较小,载荷率较低,可实现 双作用。

图 42.2-17

滚子挠性气缸

(5)钢索式气缸 钢索式气缸见图 42.2-18,是以柔软的、弯曲性大的钢丝绳代替刚性活塞杆的一种气缸。活塞与钢丝绳连在一 起,活塞在压缩空气推动下往复运动,钢丝绳带动载荷运动,安装两个滑轮,可使活塞与载荷的运动方向相反。 这种气缸的特点是可制成行程很长的气缸,如制成直径为 25mm ,行程为 6m 左右的气缸也不困难。钢索与导 向套间易产生泄漏。

图 42.2-18

钢索式气缸

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气缸的安装形式 表 42.2-2 气缸的安装形式 分类 轴向支座 MS1 式 支座式 切向支座式 轴向支座,支座上承受力矩, 气缸直径越大,力矩越大 简图 说明

固定式 气缸

前法兰 MF1 式

前法兰紧固, 安装螺钉受拉力 较大 后法兰紧固, 安装螺钉受拉力 较小

法兰式

后法兰 MF2 式

自配法兰式

法兰由使用单位视安装条件 现配

单耳轴销 MP4 式 尾部轴 销式 双耳轴销 MP2 式 轴销式 气缸 头部轴销式 气缸可绕尾轴摆动

气缸可绕头部轴摆动

中间轴销 MT4 式

气缸可绕中间轴摆动

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气动系统的设计计算 气动系统的设计一般应包括: 1)回路设计; 2)元件、辅件选用; 3)管道选择设计; 4)系统压降验算; 5)空压机选用; 6)经济性与可靠性分析。 以上各项中,回路设计是一个“骨架”基础,本章着重予以说明,然后结合实例对气对系统的设计计算进行综 合介绍。 1 气动回路 1.1 气动基本回路 气动基本回路是气动回路的基本组成部分,可分为:压力与力控制回路、方向控制(换向)回路、速度控制回 路、位置控制回路和基本逻辑回路。 表 42.6-1 气动压力与力控制回路及特点说明 简图 1.压力控制回路 主要控制气罐,使其压力不超过规定压力。常采用 外控式溢流阀 1 来控制,也可用带电触点的压力表 1′,代替溢流阀 1 来控制压缩机电动机的启、停,从 而使气罐内压力保持在规定压力范围内。采用溢流阀 结构简单、工作可靠,但无功耗气量大;后者对电动 机及其控制要求较高 二次压控制主要控制气动控制系统的气源压力,其 原理是利用溢流式减压阀 1 以实现定压控制 说明

一次压控制回路

二次压控制回路

高低压控制回路

气源供给某一压力,经二个调压阀(减压阀)分别 调到要求的压力 图 a 利用换向阀进行高、低压切换 图 b 同时分别输出高低压的情况

差压回路

此回路适用于双作用缸单向受载荷的情况,可节省 耗气量 图 a 为一般差压回路 图 b 在活塞杆回程时,排气通过溢流阀 1,它与定 压减压阀 2 相配合,控制气缸保持一定推力

2.力控制回路 三段活塞缸串联。工作行程(杆推出)时,操纵电 磁换向阀使活塞杆增力推出。复位时,右端的两位四 通阀进气,把杆拉回 增力倍数与串联的缸段数成正比 利用气液压缸 1,把压力较低的气压变为压力较高 的液压,以提高气液缸 2 的输出力。应注意活塞与缸 筒间的密封,以防空气混入油中

串联气缸增力回 路

气液增压缸增力 回路

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1.1.1 压力与力控制回路(见表 42.6-1) 1.1.2 换向回路(见表 42.6-2) 表 42.6-2 气动换向回路及特点说明 简图 1.单作用气缸换向回路 二位三通电磁阀控 制回路 图 a 为常断二位三通电磁阀控制回路。 通电时活 塞杆上升,断电时靠外力(如弹簧力等)返回 图 b 为常通二位三通电磁阀控制回路。 断电时常 通气流使活塞杆伸出,通电时靠外力返回 控制气缸的换向阀带有全封闭形中间位置, 理论 上可使气缸活塞在任意位置停止; 但实际上由于漏 损(即使微量)而降低了定位精度 此三位三通阀可用三位五通阀代替 用两个二位二通电磁阀代替二位三通阀以控制 单作用缸工作。图示位置为活塞杆缩回位置;需要 活塞杆伸出时, 必须两个二位二通阀同时通电换向 说明

三位三通电磁阀控 制回路

二位三通阀代用回 路 2.双作用气缸换向回路

二位五通单电 (气) 控阀控制回路

图 a 为单电磁控制阀控制回路。 电磁阀通电时换 向,使活塞杆伸出。断电时,阀芯靠弹簧复位,使 活塞杆收回 图 b 为单气控换向阀控制回路。 切换二位三通阀 时相应切换主气控阀,使活塞杆伸出。二位三通阀 复位后主气控阀也复位,活塞杆缩回

二位五通阀代用回 路

用两个二位三通电磁阀代替上述二位五通阀的 控制回路中,两个阀一为常通,另一为常断,且两 阀应同时动作,才能使活塞杆换向

二位五通双电 (气) 控阀控制回路

图 a 为双电控双作用缸换向回路 图 b 为双气控双作用缸换向回路。 主控阀两则的 两个二位三通阀可作远距离控制用, 但两阀必须协 调动作,不能同时接通气源

三位五通双电控阀 控制回路

此回路除可控制双作用缸换向外, 气缸可以在中 间位置停留

1.1.3 速度控制回路(见表 42.6-3) 表 42.6-3 气动速度控制回路及特点说明 简图 1.单作用缸速度控制回路 图 a 为采用节流阀的回路 图 b 为采用单向节流阀的回路。两单向节流阀 分别控制活塞杆进退速度 说明

调速回路

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快速返回回路

活塞返回时,气缸无活塞杆腔由于经快速排气 阀直接排气,就使活塞杆快速返回

2.双作用气缸速度控制回路 图 a 为采用单向节流阀的调速回路 图 b 为采用节流阀的调速回路 图 a、b 都是排气节流调速回路。对于气动,采 用排气节流较进气节流效果好。因为,前者可使 进气阻力小;且活塞在有背压情况下向前运动, 运动较平稳,受外载变化的影响较小 缓冲回路即为行程末端变速回路 图 a 当活塞返回到行程末端时,其左腔压力已 下降到打不开溢流阀 2,因此残气只能通过节流 阀 1 缓冲排出,节流阀 3 开度较大,不影响末端 行程前的正常排气。它常用于行程长、速度快的 场合 图 b 当活塞杆伸出至撞块切换二通阀时开始缓 冲。根据缓冲要求,可改变二通阀的安装位置, 达到良好的缓冲效果。此回路适用于气缸惯性力 大的场合

调速回路

缓冲回路

3.气液联动速度控制回路 此回路通过改变油路中节流开度来达到两个运动 方向的无级调速。它要求气液传送器 T 的油量大于 液压缸的容积,并有一定余量,同时须注意气、油 间的密封、以防气体混入油中

调速回路 气液 传送 器 变速回路(快 进-慢进-快 退)

当活塞杆伸出至撞块切换二通行程阀后,活塞运 动开始从快进变为慢进。 改变单向节流阀节流开度, 可获任意低速

气液 传动 调速回路 缸

该回路通过调节两只速度控制阀 2 的节流开度来 分别获得二个运动方向的无级调速。油杯 3 起补充 漏油的作用 图中 1 为气液传动缸

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变速回路之一 (快进-慢进快退)

图 a 回路为液压缸结构变速回路:当活塞右行至 封住 s 孔开始,液压缸右腔油液只能被迫从 t 孔经 节流阀至其左腔,这时快进变为慢进。此回路变速 位置不能改变 图 b 回路为用行程阀变速的回路:当活塞右行至 撞块 1 碰到行程阀后开始作慢速进给。此回路只要 改变撞块安装位置即可改变开始变速的位置

变速回路之二 (快进-慢进慢退-快退)

图 a 回路为液压缸结构变速回路:当活塞右行至 超过 s 孔时,开始从快进变为慢进。而当活塞左行 时,由于其左腔油液只能被迫从 s′孔经节流阀至 其右腔,故为慢退,直至活塞左行到超过 s 孔时, 才开始从慢退变为快退 图 b 回路为采用行程阀的回路。慢退的实现是由 于它比采用行程阀的快进→慢进→快退回路少了一 只单向阀,活塞开始左行时其左腔的油液只能经节 流阀流至其右腔

变速回路之三 (中间位置停 止)

回路中,阻尼缸与气缸并联,液压缸流量由单向 节流阀来控制,可得平稳而一定的速度。弹簧式蓄 能器 2 能调节阻尼缸中油量变化,且有补偿少量漏 油作用。借助阻尼缸活塞杆上的调节螺母 1,可使 气缸开始时快速动作,当碰到螺母后,就由阻尼缸 来控制,变为慢速前进。同时,由于主控阀采用了 中间泄压式三位五通阀,所以当主控阀在中间位置 时,油阻尼缸回路被二位二通阀 3 切断,活塞就停 止在该位置上;当主阀被切换到任何一侧,压缩空 气就输入气缸,同时经梭阀使阀 3 换向,使液压回 路接通阻尼缸起调速作用。并联活塞杆工作时由于 产生附加弯矩,故应考虑设导向装置

1.1.4 位置控制回路(见表 42.6-4) 表 42.6-4 气动位置控制回路及特点说明 简图 1.有限(选定)位置控制回路 说明

缓冲挡块 定位控制

当执行元件 (如气缸活塞杆) 把工件推到缓冲器 1 上时, 使活塞杆缓冲行进一小段后, 小车碰到定位块上, 使小车 强迫停止

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气控机械 定位机构

水平缸活塞杆前端联接齿轮齿条机构。 当活塞杆及其上 齿条 1 往复动作时, 推动齿轮 3 往复摆动以带动齿轮上棘 爪摆动, 推动棘轮作单向间歇转动, 从而带动与棘轮同轴 的工作转台作间歇转动。 工作台下带有凹槽缸口, 当水平 缸活塞杆回程时, 即齿条脱开行程开关 2 时, 使垂直缸电 磁阀 4 切换,垂直缸活塞杆伸出,进入该凹槽缺口,使工 作转台正确定位 多位缸位置控制回路的特点是控制多位缸的活塞杆按 设计要求,部分或全部伸出或缩回,以获得多个位置 图 a 利用三位六通阀的回路: 当阀处于位置 I 时, 气缸 处于图示位置(两端活塞杆处于收缩状态);阀处于位置 Ⅱ时,孔 2、3 进气,右活塞杆伸出;阀处于位置Ⅲ时, 两端活塞杆全部伸出 图 b 由二位三通阀 1、2、3 控制两个换向阀 4、5,使 气缸两活塞杆处于所要求位置: 1 动作时, 阀 两活塞杆均 收进;阀 2 动作时,两杆一伸一缩;阀 3 动作时,两杆全 部伸出

多位缸位置 控制

图 c 四位置定位控制回路。图示位置为按动手控阀 1 时,压缩空气通过手控阀 1,分两路分别由梭阀 1′、4′ 控制两个二位五通阀使主气源进入多位缸而得到位置 I。 当推动手控阀 2、3 或 4 时,可相应得到位置Ⅱ、Ⅲ或Ⅳ 图 d 为 A、B 两缸串列实现三位定位控制的回路。图示 位置为 A、B 两缸的活塞杆均处于收进状态。当左阀 2 如 图示状态而右阀 1 通电换向时,由于 A 缸活塞面积较 B 缸为大, A 缸活塞杆向左推动 B 缸活塞杆, 故 其行程长为 Ⅰ-Ⅱ。反之,当阀 1 如图示状态而阀 2 通电切换时,缸 B 活塞杆杆端由位置Ⅱ继续前进到Ⅲ(因缸 B 行程长为 Ⅰ-Ⅲ)。此外,可在两缸端盖上 ? 处与活塞杆平行安装 调节螺钉,可微调行程位置

1.有限选定控制回路 图 e 不三柱塞数字缸位置控制回路。A、B、C、D 为气 缸的四个通口:A、B、C 供正常工作压力 p1,通口 D 供低 压,以控制各柱塞复位或停于某个需要位置。1、2、3 为 三个柱塞。 当控制不同换向阀工作时, 可得到包括原始位 置在内的活塞杆的八个位置:1、2、3 三个柱塞各自分别 伸出时可相应得到三个不同位置;1、2 同时伸出,2、3 同时伸出或 1、3 同时伸出时又可得三个不同位置;1、2、 3 全部伸出为此数字缸最大行程位置;1、2、3 均收进为 图示原始位置

多位缸位置 控制

2.任意位置停止控制回路 三位三通阀控制普通单作用气缸, 三位五通阀控制普通 双作用气缸 用三位三通阀或三位、五通阀控 三位阀位置 这类位置控制回路由于要求气动系统, 主要是缸与阀元 制普通气缸位置 (参阅表 42.6-2 中 控制回路 件的密封性很严, 否则不易正确控制位置, 对于要求保持 的有关回路) 一定时间的中停位置更为困难。 所以这类回路可用于不严 格要求位置精度的场合

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气液联动控 制位置回路

图 a 由于采用了气液传送器 2、3,所以与上述普通气 缸的位置控制回路的精度要高得多。 缸的活塞杆伸出端装 有单向节流阀 4 以控制回程速度; 缸的另一端装有两位两 通换向阀 6,需要在中间位置停止时,将液压回路切断, 迅速地使活塞停留在所要求的位置上 图 b 为采用气液阻尼缸的气液联动位置控制回路。 换向 阀 1 为中泄式三位五通阀。 图示位置时, 气液缸的气缸部 分排空;而液压缸部分由于两位两通阀 3 处于封闭位置, 回路断开,故可保持活塞杆停在该位置。当阀 1 切换时, 由于压缩空气除进入气缸外,还可经梭阀 2 而切换阀 3, 使气液阻尼缸的阻尼油路通, 即可由气缸推动液压缸工作

1.1.5 基本逻辑回路(见表 42.6-5) 表 42.6-5 气动基本逻辑回路及特点说明 简图 说明 逻辑符号及表示式 真值表、其他信号动作关系 a 是回路 0 1 a 非回路 0 1 a 0 或回路 0 1 1 a 0 与回路 0 1 1 a 0 或非回路 0 1 1 a 0 与非回路 0 1 1 s 0 1 s 1 0 b 0 1 0 1 b 0 1 0 1 b 0 1 0 1 b 0 1 0 1 s 0 1 1 1 s 0 0 0 1 s 1 0 0 0 s 1 1 1 0

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a 0 禁回路 0 1 1 a 0 独或回路 0 1 1 a 0 同或回路 0 1 1 a 1 记忆回路 0 0 0

b 0 1 0 1 b 0 1 0 1 b 0 1 0 1 b 0 0 1 0

s 0 1 0 0 s 0 1 1 0 s 1 0 0 1 s1 1 1 0 0 s2 0 0 1 1

延时回路

当有控制信号 a 时,需经 一定时间延迟后才有输出 s 延时 τ 的长短可由节流 元件调节。回路要求信号 a 的持续时间大于 τ 回路可把一长信号 a 变为 一定宽度的脉冲信号 s,脉 冲宽度可由回路中节流元件 进行调节 回路要求输入信号 a 的持 续时间大于脉冲宽度

脉冲信号 形成回路

1.2 常用回路 实际应用中经常遇到的典型回路简称常用回路。 1.2.1 安全保护回路(见表 42.6-6) 1.2.2 往复动作回路(见表 42.6-7、8) 表 42.6-6 气动安全保护回路及特点说明 简图 1.过载保护回路 说明

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气缸活塞在右行途中, 若遇障碍或其它原因而使气 缸过载时, 气缸左腔压力急剧升高, 当超过预定值时, 顺序阀 1 打开,二通阀 2 打开,主控阀控制气由阀 2 排空而复位,从而使气缸左腔排气,活塞杆收回。因 此本回路实质为限压回路

2.互锁及供气选择回路 互锁回路可保证同时只有一个缸动作。 回路主要利 用梭阀 1、2、3 及换向阀 4、5、6 进行互锁。如气控 阀 7 动作,换向阀 4 换向使 A 缸动作;但同时缸 A 进气腔管路使梭阀 1、2 动作,把换向阀 5、6 锁住; 这样,此时即使有气控阀 8、9 的动作信号,B、C 缸 也不会动作。 如需换缸动作, 必须把前面动作缸的气 控阀复位才行。

互锁回 路

供气选 择回路

此回路为四个空气供应站 A、B、C、D 的选择回路: 同时只允许有一个站供气(输出)。其动作原理与上 述互锁回路相似

3.双手“同时”操作回路 此回路为需双手“同时”操作才能使活塞运动的 回路。 若双手不是“同时”按下, 则气容 3 都将首先 与阀 1 的排气口接通而排空,使无 K 信号。若阀 1 或 2 未能复位, 则气容 3 都将得不到充气, 亦就不可 能有 K 气信号。故此回路能确保手的安全 表 42.6-7 气动往复动作回路及特点说明 简图 1.单往复动作回路 行程阀 控制回 路 这是利用右端行程阀控制的单 (一次) 往复动作回 路。其结构较简单、操作方便(按一下左端按钮阀, 气缸活塞进行一次往复动作) 说明

延时返 回回路 2.连续往复动作回路

此回路与上述回路比较多了一个气容 c。 活塞右行 达到所定行程, 压下行程阀后, 气源对 c 充气后主控 阀才换向,使活塞返回

图 a 为较简单的利用行程阀实现连续自动往复的 回路, 其可靠性常取决于行程阀的密封性与弹簧的质 量 图 b 为时间控制式回路。 利用气容元件 c 充气达一 定值时切换主控阀,从而实现活塞行程连续自动往 复。回路较 a 复杂,但是可不用行程阀,且外接管路 也较少

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图 c 为压力控制式回路。 它适用于行程短、 不便安 装行程阀的场合。 当载荷变化较大时, 为使缸正常工 作, 应使缸径选择有较大余量。 当要求行程位置较准 确时,主控阀应选为差压阀(如图 c 中之 1),两侧 两个阀 2、3 也要选择合适 表 42.6-8 气动程序动作控制回路举例及特点说明 简图 A1-B1-B0-A0 双缸程序动作回路 两缸 A、B 按 A1-B1-B0-A0 程序进行工作 回路中行程阀 b1 为气控复位式的, 它与 a1、 0 采用 b 可通过式行程阀的回路比较, 能在速度较快的情况下 正常工作 图中 Q 为起动阀。 当按下 Q 阀时, A 的主控阀将 缸 气源与缸 A 左侧联通,使缸 A 处于 A1 状态,以下即 按程序 A1-B1-B0-A0 工作 1.2.3 程序动作控制回路 程序动作控制回路(表 42.6-8)在实际中应用广、类型多。下面仅举一个双缸程序动作(A1-B1-B0-A0)为例(表 42.6-8)说明。而不同执行缸以及各种不同程序动作的回路,将在本章第 2 节中介绍其基本设计方法。 1.2.4 同步动作控制回路(见表 42.6-9) 表 42.6-9 气动同步动作控制回路及特点说明 简图 说明 说明

1) 为较简单的同步回路。使 A、B 两缸同步的主要 措施是采用刚性零件 G 连接两缸的活塞杆 2) 是通过把油封入回路中来达到两缸正确地同步 的。 由于两缸为单活塞杆缸故要求气液缸 B 的内径大 于缸 A 的内径, 以使气液缸 B 上腔的有效截面积与缸 A 的下腔截面积完全相等。若两缸为双活塞杆缸,则 要求两缸内径与活塞杆直径均相等 3) 是使加有不等载荷 F1、F2 的工作台作水平上下 运动的同步动作回路。当三位主控阀处于中间位置 时, 蓄能器自动地通过补给回路对缸补充漏油。 若主 控阀处于另两位置, 则蓄能器的补给回路被切断, 回 路中还安装了空气塞 1、2,可将混入油中的空气放 掉并由蓄能器补油


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