第十五章 气动程序系统设计
气动系统设计步骤
气动系统设计步骤气动系统设计步骤2009-07-14 08:53第五节气动系统设计的主要内容和步骤设计气动系统就是根据工作设备的控制功能要求，从种类与机能众多的元件中选择性能和参数最适合的元件，并将其巧妙合理地组合配置。
主要设计内容包括:系统方案的确定，气动元件的选型，管道设计，空压机的选型等。
气动系统的设计一般按下列步骤进行一、明确工作要求设计前一定要明确主机对气动系统控制的要求，主要包括以下几个方面:(1)运动和操作力的要求如主机的动作顺序，动作时间，运动速度及其可调范围，运动的平稳性，定位精度，操作力以及联锁和自动化程度等。
(2)工作环境条件如温度，防尘，防爆，防腐蚀要求及工作场地的空间等。
(3)与机、电、液控制相配合的情况，及其对气动系统的要求。
二、设计气动控制回路(1)列出气动执行元件的工作程序图。
(2)绘制X-D线图或卡诺图等，也可直接写出逻辑函数表达式。
(3)绘制逻辑原理图。
(4)绘制气动回路原理图。
(5)设计控制回路，根据实际情况合理选用全气控、电-气控制、逻辑控制，或者PLC控制等控制方案。
三、确定执行元件的规格确定执行元件的类型，如:气缸、摆动气缸或气马达。
执行元件的规格和安装形式，例如气缸，在确定其规格时，必须考虑:气缸的驱动力，摩擦阻力，运动速度，气缸的耗气量，结构尺寸和行程，传感器的安装位置，是否需要缓冲，工作温度范围，以及气缸的工作方向等。
在设计中，应该优先考虑采用标准规格的气缸。
四、确定气动控制控制阀1.确定控制元件类型2.确定控制元件的规格。
一般控制阀的通径可按阀的工作压力与最大流量确定。
(1)方向控制阀的规格根据执行元件的规格来确定方向控制阀的规格，选择时必须明确以下各项:流量特性，响应特性，工作温度范围，安装尺寸，最低工作压力和所用的润滑油等;并确定这些特性与执行元件之间是否匹配，能否满足系统的工作要求。
注意，选用方向控制阀的通径应该尽量一致，以便于配管。
(2)流量控制阀的规格流量控制阀包括节流阀和缓冲阀等，其性能对气缸运动的平稳性具有很大的影响。
气动系统设计的主要内容及设计程序
气动系统设计的主要内容及设计程序气动系统设计的主要内容及设计程序3.1明确工作要求1）运动和操作力的要求?如主机的动作顺序、动作时间、运动速度及其可调范围、运动的平稳性、定位精度、操作力及联锁和自动化程序等。
2）工作环境条件如温度、防尘、防爆、防腐蚀要求及工作场地的空间等情况必须调查清楚。
3）和机、电、液控制相配合的情况，及对气动系统的要求。
3.2设计气控回路1）列出气动执行元件的工作程序图。
2）画信号动作状态线图或卡诺图、扩大卡诺图，也可直接写出逻辑函数表达式。
3）画逻辑原理图。
4）画回路原理图。
5）为得到最佳的气控回路，设计时可根据逻辑原理图，做出几种方案进行比较，如对气控制、电-气控制、逻辑元件等控制方案进行合理的选定。
3.3选择、设计执行元件其中包括确定气缸或气马达的类型、气缸的安装形式及气缸的具体结构尺寸（如缸径、活塞杆直径、缸壁厚）和行程长度、密封形式、耗气量等。
设计中要优先考虑选用标准缸的参数。
3.4选择控制元件1）确定控制元件类型，要根据表42.6-13进行比较而定。
表42.6-13?几种气控元件选用比较表电磁气阀控制气控气阀控制气控逻辑元件控制安全可靠性较好（交流的易烧线圈）较好较好恶劣环境适应性（易燃、易爆、潮湿等）较差较好较好气源净化要求一般一般一般远距离控制性，速度传递好，快一般，＞0几毫秒一般，几毫秒～0几毫秒控制元件体积一般大较小元件无功耗气量很小很小小元件带负载能力高高较高价格稍贵一般便宜2）确定控制元件的通径，一般控制阀的通径可按阀的工作压力与最大流量确定。
由表42.6-14初步确定阀的通径，但应使所选的阀通径尽量一致，以便于配管。
至于逻辑元件的类型选定后，它们的通径也就定了（逻辑元件通径常为ф3mm，个别为ф1mm）。
对于减压阀或定值器的选择还必须考虑压力调节范围而确定其不同的规格。
3.5选择气动辅件1）分水滤气器其类型主要根据过滤精度要求而定。
一般气动回路、截止阀及操纵气缸等要求过滤精度≤50～75μm，操纵气马达等有相对运动的情况取过滤精度≤25μm，气控硬配滑阀、射流元件、精密检测的气控回路要求过滤精度≤10μm。
气动程序控制回路设计方法 课题设计
课题六气动程序控制回路设计方法一、概述生产实践中，各种自动生产线，大多是按程序工作的。
所谓程序控制，就是根据生产过程中的位移、压力、时间、温度、液位等物理量的变化，使被控制的执行元件，按预先规定的顺序协调动作的一种自动控制方式。
这种控制方式，能在一定范围内满足各种不同程序的需要，实现一机多用。
根据控制方式的不同，程序控制可分为时间程序控制、行程程序控制和混合程序控制三种。
各执行元件的动作顺序按时间顺序进行的控制方式称为时间程序控制。
时间程序控制系统中，各时间信号通过控制线路，按一定的时间间隔分配给相应的执行元件，令其产生有序的动作。
显然，这是一种开环控制系统。
执行元件完成某一动作后，由行程发信器发出相应信号，此信号输入逻辑控制回路中，经放大、转换回路处理后成为主控阀可以接受的信号，控制主控阀换向，再驱动执行元件，实现对被控对象的控制。
执行元件的运动状态经行程发信器检测后，再发出开始下一个动作的控制信号。
如此循环往复，直至完成全部预定动作为止。
显然，这样的回路属于闭环控制系统，它可以在给定的位置准确实现动作的转换，故称为行程程序控制，图1所示为行程程序控制框图。
从框图可看出，行程程序控制主要包括行程发信装置、执行元件、逻辑控制回路、放大转换回路、主控阀和动力源等部分。
行程发信装置是一种位置传感器，其作用是把由执行机构接收来的信号转发给逻辑控制回路，常用的有行程阀、行程开关、逻辑“非门”等，此外，液位、压力、流量、温度等传感器也可看作行程发信装置；常用的执行元件有气缸、气液缸、气动马达等；主控阀为气动换向阀；逻辑控制回路、放大转换回路一般由各种气动控制元件组成，也可以由各种气动逻辑元件等组成；动力源主要包括气压发生装置和气源处理设备两部分。
行程程序控制的优点是结构简单、维修方便、动作稳定，特别是当程序中某节拍出现故障时，通过运行停止程序可以实现自动保护。
为此，行程程序控制方式在气压传动系统中得到广泛应用。
第15章气动程序系统及其设计
※ao(A1)发出信号后到A1前消失，
有A1动作直到Ao前结束。 故：X线：A0后A1前；
D线： A1动作A0前结束。
※a1(B1)发出信号后到Ao前结束，
有B1动作直到Bo前结束。 故X线：A1后Ao前； D线：B1动作B0前结束。
※b1(B0)发出信号后到B0前消失，有B0动作直到B1前结束。
第十五章 气动程序系统及其设计 应用实例
[一般要求] 1、行程程序控制系统的设计步骤 2、气动机械手气压传动系统 [重点要求]
多缸单往复行程程序回路设计 [具体要求]
了解行程程序控制系统的设计步骤；掌握多缸单往复行程程序 回路设计。
第15章气动程序系统及其设计
程序控制——根据生产要求，使被控制元件按预定顺序协调动 作的自动控制方式。 ☺ 根据控制方式不同分类：时间、行程、混合等程序控制。 （1）时间程序控制：按时间顺序自动控制。用时间信号通过控 制线路，按一定时间间隔分配给每一个执行元件，产生有序动作。 属于开环控制系统。 （2）行程程序控制：前一执行元件动作完成并发信号后，才允 许下一执行元件动作。主要由行程发信装置、执行元件、回路、 动力源等组成。 （3）混合程序控制：在行程程序控制中包含时间程序控制。
第15章气动程序系统及其设计
※※图15-2的绘制：
※ao(A1)发出信号后到A1前消失，
有A1动作直到Ao前结束。 故：X线：A0后A1前；
D线： A1动作A0前结束。
※a1(B1)发出信号后到 故：X线：A1后Ao前； D线：B1动作B0前结束。
※b1(B0)发出信号后到B0前消失，有B0动作直到B1前结束。
第15章气动程序系统及其设计
②逻辑“非”排障 用原始信号经逻辑“非”运算得到反相信号
气动装置控制系统设计及应用
气动装置控制系统设计及应用随着工业自动化技术的发展，气动装置逐渐成为了各个行业中不可或缺的一部分。
气动装置通过空气压缩来实现动力传输，具有刚性强、承受冲击与振动能力好、速度可调节以及成本低等优点。
而气动装置的使用离不开一个稳定和精准的控制系统，本文就介绍气动装置控制系统的设计及其应用。
一、气动控制的基本原理气动控制是指使用空气压缩来实现对机械装置的控制调节。
其控制原理主要包括气源、执行元件、信号转换元件和控制器等几个部分。
首先，气源是气动控制系统的重要组成部分。
它一般由空气压缩机、空气处理和气管组成。
其中，空气压缩机是将大气压力压缩为所需的气源压力，而空气处理则是对气源进行过滤、减压、降湿、润滑和分配等处理，从而保证气源质量的稳定性，并不断维持所需的气源压力。
其次，执行元件是气动控制系统中的另一重要组成部分。
常用的执行元件主要有气缸、气动执行机构和气动阀门等。
最常用的是气缸，大量应用于机械操作、运输、加工、测试和检验等领域，具有结构简单、使用方便、可靠性高、承受负荷大等优点。
第三，信号转换元件是气动控制系统控制信号的中间转换部分。
它主要由传感器、信号调理模块和信号输出模块组成。
传感器是气动控制系统中的重要组成部分，它能够将机械量、电磁量或化学量等转化为电信号，进而通过信号调理和输出模块，输出符合气动执行器要求的控制信号，在实现气动控制过程中具有十分重要的作用。
最后，控制器则是气动控制系统中的核心部分，它能够不间断地读取输入信号并对其进行处理，输出所需的控制信号，以实现目标化的控制效果。
二、气动控制系统的优势相对于传统的机电控制系统，气动控制系统具有以下优势：1. 性价比高。
气动控制系统成本相对较低，同时操作简单，易于维护和保养。
其使用寿命较长，更容易实现长时间的自动化操作。
2. 安全性高。
气动控制系统在操作时，会产生诸如压缩空气、氧气、惰性气体等，从而避免了因电器产生的蓄电荷、电磁波等影响，可靠性更高。
气动课程设计任务书14-15(1)
《典型气动设备系统设计》综合项目任务书一、本课程基本情况1．课程基本信息项目课程：《气压传动技术（二）》——典型气动设备系统设计所属专业：机械设计与制造（气液方向）学时：66+2周学分：3.5+2授课对象：2012级机械设计与制造（气液方向）班级2．课程主要知识内容及能力要求（1）气压传动概述掌握气压传动的工作原理以及组成；熟悉气压传动的优缺点；了解气压传动的应用及发展。
（2）气动基础知识了解空气的性质以及空气中的水分；熟悉气体的控制规律（气体状态方程）；了解气体流动特性。
（3）气源装置及辅件掌握压缩空气站的组成及空气压缩机的工作原理；熟悉杂质对气动装置的影响；要求学生能掌握常用的气动辅件的工作原理、结构和特点，以达到正确选用、合理使用、简单维护维修的目的。
（4）气动执行元件了解气缸的分类及工作特性；掌握气缸的主要尺寸及结构设计；熟悉气马达的结构原理；掌握气动执行元件基本参数计算及选型。
（5）气动控制元件掌握方向控制阀、流量控制阀、压力控制阀的分类、结构原理与图形符号；掌握各类阀性能参数、选型及常见故障排除；熟悉气动逻辑元件的分类；掌握高压截止式逻辑元件结构原理及应用。
（6）气动基本控制回路掌握压力控制回路、换向回路、速度控制回路、位置控制回路、安全保护回路、往复动作回路、延时回路、计数回路等工作原理及应用；掌握常用气动基本控制回路的设计方法；能够分析中等复杂程度的气动系统原理图。
（7）气动逻辑控制回路设计熟悉逻辑函数、真值表、卡诺图基本概念；了解布尔代数的三种基本逻辑运算及其恒等式；熟悉逻辑函数表达式的简化；掌握组合逻辑控制回路设计的一般方法步骤；能够应用卡诺图法设计一般复杂程度的气动逻辑控制系统。
（8）气动行程程序控制回路设计掌握气动行程程序控制回路的组成与表示；掌握气动逻辑原理图绘制；掌握障碍信号的判别及消除；能够应用X-D线图设计法、串级转换法、步进控制法设计中等复杂程度的气动行程程序控制回路。
气动系统课程设计报告说明书
燕山大学课程设计（论文）任务书小组分工及贡献备注：为实现课程设计学习最优效果，本组实行主要负责、共同进行的工作方式。
每个人主要负责一部分内容，但每一项任务都由4人共同完成。
从而，更好的发挥团队力量，使每个人对项目有整体的了解，各方面得到锻炼。
摘要本项目名称为鼓风炉钟罩式加料装置气动系统程序控制，主要目的实现鼓风炉钟罩式加料装置的自动和手动控制。
从基础气压传动系统的设计开始，到电器控制和PLC控制的电-气控制的综合设计与实验。
通过对复杂多缸无障碍信号的设计与实现，最终完成了纯气动控制、电气控制和PLC程序控制的三种控制方法。
对实际工况下的执行元件进行计算选型，绘制了气动系统原理图和气缸装配图。
关键词加料装置、自动与手动、气压传动、电气控制、PLC控制目录小组分工及贡献 (2)摘要 (4)第1章绪论 (7)1.1课题背景 (7)1.2课题内容 (7)第2章气动系统的设计 (8)2.1明确工作要求 (8)2.2设计气控回路 (8)2.3选择、设计执行元件 (11)2.4选择控制元件 (13)2.5选择气控辅件 (13)2.6确定管道直径、计算压力损失 (14)2.7选择空压机 (15)第3章实验方案、结果及分析 (16)3.1实验方案 (16)3.2电气及PLC控制 (16)3.2.1电气控制 (16)3.2.2 PLC控制 (19)3.3综合比较 (26)结论 (2)心得 (4)参考文献 (7)第1章绪论1.1 课题背景鼓风炉是冶金设备中的竖炉。
鼓风炉是将含金属组分的炉料（矿石、烧结块或团矿）在鼓人空气或富氧空气的情况下进行熔炼，以获得锍或粗金属的竖式炉。
鼓风炉具有热效率高，单位生产率（床能力）大，金属回收率高，成本低，占地面积小等特点，是火法冶金的重要熔炼设备之一。
鼓风炉由炉基、炉底、炉缸、炉身、炉顶（包括加料装置）、支架、鼓风系统、水冷或汽化冷却系统、放出熔体装置和前床等部分组成。
1.2 课题内容设计某厂鼓风炉钟罩式气动加料装置如图1所示，Z A、Z B分别为加料装置上、下部分两个料钟（顶料钟、底料钟），W A、W B分别为顶、底料钟的配重。
(液压与气动技术)第13章气动程序控制系统
应用领域与发展趋势
应用领域
气动程序控制系统广泛应用于机械制造、汽车制造、电子制造、包装机械、医疗 器械等领域。
发展趋势
随着工业自动化和智能化的不断发展，气动程序控制系统正朝着高精度、高效率 、智能化、模块化等方向发展。未来，随着技术的进步和应用需求的不断提高， 气动程序控制系统的性能和功能将得到进一步提升和完善。
清洁气动元件
定期清洁气动元件，如空气过滤器、 减压阀、油雾器等，以保持其正常工 作。
检查管道连接
确保管道连接紧固，无泄漏现象，以 保证气动系统的正常运行。
定期润滑
对需要润滑的元件进行定期润滑，以 减少磨损和摩擦。
常见故障与排除方法
气压不足或不稳定的故障排除
动作不灵敏或无动作的故障排除
检查气源、气压表、管道连接等是否正常 ，确保气动元件无堵塞或泄漏。
02 气动元件与系统
气源装置
气源装置
为气动系统提供压缩空气，通 常包括空气压缩机、储气罐、
过滤器等部件。
空气压缩机
将大气压力的空气压缩至所需 压力，为气动系统提供动力源 。
储气罐
储存压缩空气，稳定气压波动 ，保证气动系统供气的连续性 和稳定性。
过滤器
去除压缩空气中的水分、尘埃 和其他杂质，保证气动元件的
气动程序控制系统在自动化生产线上的应用包括物料搬运、加工、检测、包装等 环节，通过控制气动执行器和气动阀门等气动元件，实现生产线的自动化控制和 操作。
机械手的气动程序控制系统
机械手的气动程序控制系统是实现机械手自动化操作的重要 手段。通过气动程序控制系统的应用，机械手能够按照预设 的程序和流程进行自动化抓取、搬运、装配等操作，提高了 生产效率和作业质量。
正常运行。
第15章 气动程序系统及其设计
五、选择气动辅助元件 １）选择过滤器、油雾器、储气罐、干燥器等的形式及容量。 ２）确定管径及管长、管接头的形式。 ３）验算各种阻力损失， 包括沿程损失和局部损失。 六、根据执行元件的耗气量定出压缩机的容量及台数
一、障碍信号的判断和排除
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15-1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。
三、X-D状态图法中的规定符号
1）把所用的气缸排成次序用A、B、C、D…字母表示，字母下标“1” 或“0”，“1”表示气缸活塞杆伸出，“0”表示活塞杆退回。 2）用与各气缸对应的小写字母a、b、f、d…表示相应的行程阀发出 的信号， 其下标“1”表示活塞杆伸出所发的信号， 下标“0”表示 活塞杆退回时发出的相应信号。 3） 控制气缸换向的主控制阀，也用与其控制的缸的所相应的文字符 号表示。 4） 经过逻辑处理而排除障碍后的执行信号在右上角加“∗”号，如 等， 而不带“∗”号的信号则为原始信号，如a1、a0等。
2.气动逻辑原理图的画法
1）把系统中每个执行元件的两种状态与主控阀相连后，自上而下一个个 地画在图的右侧。 2）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。 3）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（如起动阀）。
气动系统设计
气动回路的设计
1）根据执行元件的数目、动作要求画出方框图或动作
程序，根据工作速度要求确定每个气缸或其它执行元件
双稳元件
原理：有控制
信号a，气源p
从S1输出，撤
除控制信号a， S1保持有输出， 元件记忆了ห้องสมุดไป่ตู้制信号a；当有了控制信号b，则S1关闭，气源 p 从S2输出，撤除控制信号 b ，S2仍保持有输出。
逻辑符号：图b)
气动系统设计
气动基本回路是组成气动控制系统的基本单元，也是设计 气动控制回路的基础气动基本回路分为压力控制、速度控 制和方向控制基本回路。
在一分钟内的动作次数。
2）根据执行元件的动作程序，按本节气动程序控制回 路设计方法设计出气动逻辑原理图，然后进行辅助设计， 此时可参考各种基本回路，设计出气控回路来。 3）使用电磁气阀时，要绘制出电气控制图。
表气动控制方案选择比较
气阀控制 压力（Mpa） 元件响应时间 信号 传递速度 输出功率 流体通道尺寸 耐环境影 响的能力 耐部干扰能力 配管或配线 0．2～0．8 较慢 较慢 大 大 防爆、较耐振、耐灰尘、较耐潮湿 不受辐射、磁力、电场干扰 较麻烦 逻辑元件控制 0．01～0．8 较快 较慢 较大 较大 电--气控制 直动式0～0.8 较慢 最快 大 大 易爆和漏电 受磁场、电场、辐射干扰 容易 先导式0.2～0.8
或门元件 与门元件 非门元件 禁门元件 双稳元件
截止式元件 滑阀式元件 按结构形式分 膜片式元件
电气动程序控制系统电气动程序控制系统
是门电路是一种简单的通断电 路，能实现是门逻辑电路。图13-6 为是门电路，按下按钮PB，电路1 导通，继电器线圈K励磁，其常开 触点闭合，电路2导通，指示灯亮。 若放开按钮，则指示灯熄灭。
电气动程序控制系统电气动程序控制 系统
3、基本电气回路
2．或门电路（OR）
如 图 13-7 所 示 的 或 门 电 路 也 称 为并联电路。只要按下三个手动 按钮中的任何一个开关使其闭合， 就能使继电器线圈K通电。例如要 求在一条自动生产线上的多个操 作点可以进行作业。或门电路的 逻辑方程为S=a+b+c。
（１） 时间继电器（Timer）
电气动程序控制系统电气动程序控制 系统
2、电气回路图绘图原则
电气回路图通常以一种层次分明 的梯形法表示，也称梯形图。它是 利用电气元件符号进行顺序控制系 统设计的最常用的一种方法。梯形 图表示法可分为水平梯形回路图及 垂直梯形回路图两种。
如图13-5所示为水平型电路图， 图形上下两平行线代表控制回路图 的电源线，称为母线。
电气动程序控制系统电气动程序控制 系统
3、基本电气回路
3．与门电路（AND）
如图13-8所示的与门电路也称为串 联电路。只有将按钮a、b、c同时按下， 则电流通过继电器线圈K。例如一台设 备为防止误操作，保证安全生产，安装 了两个启动按钮，只有操作者将两个气 动按钮同时按下时，设备才能开始运行。 与门电路的逻辑方程为S=a.b.c
电气动程序控制系统电气动程序控制 系统
1、常用电气元件基本符号
电气控制回路主要由按钮开关、行程开关、继 电器及其触点、电磁铁线圈等组成。通过按钮或行 程开关使电磁铁通电或断电，控制触点接通或断开 被控制的主回路，这种回路也称为继电器控制回路。 电路中的触点有常开触点和常闭触点。
机械制造中的机械气动系统设计
机械制造中的机械气动系统设计在机械制造领域，机械气动系统设计是一个至关重要的环节。
机械气动系统利用气源来实现机械传动、控制和执行机械任务。
它在各个领域都有广泛的应用，包括自动化生产线、汽车制造、航空航天、医疗设备等等。
本文将从设计流程、要素以及案例分析等方面，探讨机械气动系统设计的重要性和注意事项。
一、设计流程机械气动系统设计的流程一般经历以下几个关键步骤：1.需求分析：明确系统的工作需求和功能，包括运动形式、力矩要求、工作环境等。
2.系统设计：选择适当的气源、执行元件、传动部件和控制元件，并确定它们之间的布局、连接方式等。
3.系统计算：根据需求分析和系统设计，进行气源压力、流量、功率等的计算，并确保系统能够满足要求。
4.元件选型：根据计算结果和预算限制，选择合适的气源、执行元件和控制元件。
同时要考虑元件的可靠性、维护成本等因素。
5.系统集成：对各个元件进行布置、连接和调试，确保其正常工作并满足系统要求。
6.性能测试：对设计的机械气动系统进行性能测试，包括响应速度、力矩输出、精度等方面的指标。
二、设计要素在机械气动系统设计中，有以下几个重要的要素需要考虑：1.气源选择：气源是机械气动系统的动力来源，常见的气源有压缩空气、氮气等。
选择合适的气源需要考虑可用性、压力要求、流量要求以及成本等因素。
2.执行元件选择：执行元件是机械气动系统的核心部件，常见的执行元件有气缸、气动阀等。
选择合适的执行元件需要考虑负载要求、速度要求、工作环境等因素。
3.传动部件选择：传动部件用于将气源的能量传递给执行元件，常见的传动部件有气管、软管、接头等。
选择合适的传动部件需要考虑传输效率、耐压能力等因素。
4.控制元件选择：控制元件用于控制气源的开关、流动方向等，常见的控制元件有气动阀、电磁阀等。
选择合适的控制元件需要考虑控制方式、响应速度等因素。
5.安全考虑：在机械气动系统设计中，安全是至关重要的，需要考虑压力安全阀、紧急切断装置等安全措施的设置。
气动传动系统的设计与控制
气动传动系统的设计与控制近年来，气动传动系统在各个行业中的应用日益普及。
同时，在工业生产中，气动传动系统也越来越受到重视。
在现代工业生产中，气动传动系统已经成为不可或缺的一部分。
本文将结合气动传动系统的应用案例，讨论气动传动系统的设计与控制。
一、气动传动系统的设计1.1 概述气动传动系统是一种以气体驱动的传动系统，它利用气动元件实现机械部件的运动。
气动传动系统具有结构简单、响应速度快、维修方便等优点。
气动传动系统的设计要考虑很多因素，例如：工作效率、耐久性、安全可靠、节约能源等。
1.2 系统的组成气动传动系统主要由以下几个部分组成：压缩空气源、气源处理元件、执行元件、控制元件和管路组成。
其中，“压缩空气源”负责提供空气源，“气源处理元件”负责对空气进行处理，“执行元件”负责对机械部件进行运动，“控制元件”负责调节运动速度和方向，“管路”负责将气体输送至各个部件。
1.3 系统的设计原则在气动传动系统的设计中，需要考虑以下几个原则：1.3.1 系统可靠性原则气动传动系统在运行过程中需要保证其可靠性。
因此，在设计过程中，需要考虑各个部分组件的选择、安装位置、管路连接等因素。
1.3.2 系统安全性原则气动传动系统的安全性非常重要。
在设计过程中，需要考虑各部分的安装位置、管路连接方式、执行元件的控制方式、紧急停止按钮等因素，以确保系统的安全可靠。
1.3.3 系统节能原则气动传动系统需要消耗大量的压缩空气。
在设计过程中，需要考虑如何节省能源，例如：合理设计管路、减少漏气等。
1.4 系统的优化在气动传动系统的设计过程中，需要对系统进行优化。
优化的方法有很多种，例如：合理安排元件的选型、管路的设计、系统的调试等。
通过优化，可以提高系统的工作效率，降低系统的能耗。
二、气动传动系统的控制2.1 概述气动传动系统的控制包括运动的控制和速度的控制。
在气动传动系统的控制过程中，需要考虑很多因素，例如：元件的选择和运用、气路的设计、控制方式的选择等。
第15章气动程序系统及其设计
[一般要求] 1、行程程序控制系统的设计步骤 2、气动机械手气压传动系统 [重点要求]
多缸单往复行程程序回路设计 [具体要求]
了解行程程序控制系统的设计步骤；掌握多缸单往复行程程序
回路设计。
程序控制——根据生产要求，使被控制元件按预定顺序协调动 作的自动控制方式。 根据控制方式不同分类：时间、行程、混合等程序控制。 （1）时间程序控制：按时间顺序自动控制。用时间信号通过控 制线路，按一定时间间隔分配给每一个执行元件，产生有序动作。 属于开环控制系统。 （2）行程程序控制：前一执行元件动作完成并发信号后，才允 许下一执行元件动作。主要由行程发信装置、执行元件、回路、 动力源等组成。 （3）混合程序控制：在行程程序控制中包含时间程序控制。
用细实线表示X线，起点与同组D线起点相同，终点与 上组产生该信号的D线终点相同。
注意：因时间的迟滞，信号线起点应超前其控制动作的起点， 终点滞后（但因迟滞值较小，一般不考虑）。
“○、×重叠”——起、终点相同。
（二）列所有执行元件的执行信号表达式
1、判别有无障碍信号 （1）在X—D 图中，若X线比其控制的D线短：无障碍信号； （2）在X—D 图中，若X线比其控制的D线长：有障碍信号，长 出部分线段为障碍段，用“～～～”表示。
四、X—D状态图画法介绍 以两缸组成的攻螺纹机为例说明。（即图15-1） 说明：A缸—送料缸、B缸—攻螺纹缸。 自动循环动作为：
启动→A缸进→B缸进→ B缸退→ A缸退→
用字母表示为：
g (qa0 ) A1 a1B1 b1B0 b0 A0 a0
略去箭头和控制信号（小写字母），简化为A1B1B0A0
（一） X—D状态图画法 1、画方格图 如图15-2，由左→右画方 格，在方格端部依次填写 程序序号1、2、3、4等， 在序号下方填写相应动作 状态A1、 B1、 B0 、 A0，最右边纵栏填写执行信号，最左边纵栏 由上→下填写控制动作状态组序号1、2、3、4（ X—D组）和控 制信号。每个X—D组分上下两行，上行为行程程序号，下行为该 信号控制的动作状态。在备用格根据具体情况填写辅助阀输出信 号、消障信号、联锁信号等。
气动控制系统设计课程设计
气动控制系统设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握气动控制系统的基本组成、工作原理及主要性能参数；2. 使学生了解气动元件的选用原则，能正确选择合适的气动元件；3. 引导学生掌握气动控制系统的设计方法，能根据实际需求完成气动控制系统的设计。
技能目标：1. 培养学生运用气动控制理论知识解决实际问题的能力；2. 提高学生动手操作和团队协作能力，能完成气动控制系统的搭建和调试；3. 培养学生运用计算机辅助设计软件进行气动控制系统设计的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对气动控制技术及其应用的兴趣，激发学习热情；2. 培养学生严谨的科学态度，注重实践与创新，提高分析和解决问题的能力；3. 引导学生关注气动控制技术在我国工业领域的应用，增强学生的社会责任感和使命感。
本课程针对高年级学生，结合学科特点，注重理论知识与实际应用的结合。
在分析课程性质、学生特点和教学要求的基础上，将课程目标分解为具体的学习成果，以便于后续的教学设计和评估。
通过本课程的学习，使学生能够具备气动控制系统设计和应用的基本能力，为未来从事相关工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 气动控制系统的基本概念与组成- 教材章节：第二章 气动控制系统概述- 内容：气动控制系统的定义、组成、分类及其应用领域。
2. 气动元件及其选用- 教材章节：第三章 气动元件- 内容：气动执行元件、气动控制元件、气动辅件的工作原理、性能参数及选用原则。
3. 气动控制系统的设计方法- 教材章节：第四章 气动控制系统设计- 内容：气动控制系统的设计步骤、设计要求、控制回路的设计方法。
4. 气动控制系统的搭建与调试- 教材章节：第五章 气动控制系统的安装与调试- 内容：气动控制系统的安装、调试方法及注意事项。
5. 计算机辅助设计软件在气动控制系统中的应用- 教材章节：第六章 气动控制系统CAD- 内容：介绍常用的气动控制系统CAD软件及其应用。
根据课程目标，教学内容分为五个部分，确保教学内容的科学性和系统性。
第十五章-气动程序系统设计
3、计算耗气量。 四、选择控制元件
1、确定控制元件的类型、型号、数量等。 2、确定控制元件的操作方式、通径大小等。 五、选择气动辅助元件
1、选择气动三联件、消声器等类型及型号。 2、确定管径、管长、管接头等形式及型号。 3、验算各种阻力损失，沿程损失和局部损失。 六、根据执行元件的耗气量、确定压缩机的容量
备
用
格
2、画动作状态线
1）动作状态线的起点：动作状态线的起点是该 动作的开始（动作状态线左边的竖线），用符号 “0”画出。
2）动作状态线的终点是该执行元件下一个动作 的开始（该执行元件下一个动作状态线左边的竖 线，即该执行元件下一个动作的起点），用符号 “x”画出。
3）用横向粗实线从左向右连接该执行元件的起点 到终点。
X -D
执行信号
备 用 格
如：执行元件为两个气缸
X-D
执行信号
备 用 格
第三步：在最上边一行从左至右以次填上1、2、3、4等， 并根据动作循环次序，在序号下面填上相应的动作状态。
X-D
1
2
3
4
执行信号
A1 B1 B0 A0
备 用 格
第四步：在X-D下面左边第一列，从上到下依次填上1、2、 3、4等，在 X-D下面左边第二列，根据动作循环次序， 每一行的
（四）气动回路图的绘制 1、根据逻辑原理图画出执行元件、控制阀
2、根据逻辑关系，连接各阀之间的气路。特别要
注意的是哪个行程阀为有源元件（即直接与气源相接），哪个行程间 为无源元件（即不能与气源相连）。其一般规律是无障碍的原始信号为有源 元件，而有障碍的原始信号，若用逻辑回路法排障，则为无源元件；若用辅 助阀排障，则只需使它们与辅助阀、气源串接即可。
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3）用横向细实线从左向右连接该信号线的起点到 终点（起点与终点在同一条竖线上时，表示为脉 冲信号）。
（三）列出所有执行元件的执行信号 1、判断障碍信号
障碍信号的判断 控制信号线比该信号所控制的动作状态线长 的那个信号就是有障碍信号，长出的那一部 分就是障碍 信号的障碍 段。用波浪 线“~~~~~~” 表示。
执行信号
备 用 格
如：执行元件为两个气缸
X - D
执行信号
备 用 格
第三步：在最上边一行从左至右以次填上1、2、3、4等， 并根据动作循环次序，在序号下面填上相应的动作状态。
X - D
1 2 3 4 执行信号 A1 B1 B0 A0
备 用 格
第四步：在X-D下面左边第一列，从上到下依次填上1、2、 3、4等，在 X-D下面左边第二列，根据动作循环次序， 每一行的 上面填写控制信 号及该信号所控 1 2 3 4 执行信号 制的执行元件的 X - D A1 B1 B0 A0 状态，每一行的 a0(A1) 1 A1 下面填写该信号 所控制的执行元 2 3 件的状态。
3）用横向粗实线从左向右连接该执行元件的起点 到终点。
3、画信号线 1）信号线的起点：信号线的起点与该信号所控制 的执行元件动作状态线的起点相同（，即信号线 a0(A1)与动作状态线A1的起点相同，信号线a1(B1) 与动作状态线B1的起点相同）用符号“0”画出。
2）信号线的终点：信号线的终点与产生该信号的 动作状态线的终点相同，（即信号线a0(A1)与动 作状态线A0的终点相同，信号线a1(B1)与动作状 态线A1的终点相同）用符号“x”画出。
2、排除障碍段（简称消障） 消障的方法就是把一个长信号变成一个短信 号，从而使控制信号线的长度等于或小于该信号 所控制的执行元件的动作状态线。 1）脉冲信号法 脉冲信号法就是把一个长信号变成一个短信 号，在主控阀换向后立即消失。 （1）机械脉冲消障法
（2）脉冲回路法
2）逻辑回路法 逻辑回路法就是通过引入一个信号，用这个信 号和有障碍的信号进行逻辑“与”或者是逻辑： “非” 来消除障碍信号。 （1）逻辑“与”消除障碍信号
对于障碍信号b0(A0)来说， t=b1(B0)，d=a0(A1) 即
根据制约信号，我们就可以写出执行信号的表 达式，画出消障后的控制信号线。
（三）绘制逻辑原理图 1、气动逻辑原理图的基本组成及符号 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。 2）执行元件的输出，由主控阀 的输出表示。 3）行程发信装置主要是行程阀，也包括外部信 号输人装置如启动阀、复位阀等。这些符号 加上小方框表示各种原始信号（简画时可不 画小方框），而在小方框上方画相应的符号 表示各种手动阀
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，按 照气动逻辑原理图的符号规定，通过下列步骤绘 制： 1）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。
2）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。
3）在图上要反映出执行信号逻辑表达式中的逻辑 关系 ，即用符号表示执行信号逻辑关系。
（3）辅助阀法 辅助阀法就是通过一个双稳元件，产生一个制 约信号，通过这个制约信号和有障碍的信号进行 逻辑与来消除障碍。其表达式为 m mKt d t K d有信号输出，当d有压力 注意：当t有压力时， t 时， 无信号输出,，而 K td有信号输出。 Kd
根据逻辑刚才分析，我们可以得出以下结论 A）K右上角的信号与右下角的信号不能同 时存在。 B）K的右上角的信号是表示K阀有输出的信 号，起点要在有障碍信号的起点之前、并切在有 障碍信号的终点之后。 C）K的右下角的信号是表示K阀无输出的信 号，起点要在有障碍信号的起点之后、并切在有 障碍信号的障碍段之前。 D）K信号的起点与K右上角信号的起点相同， K信号的终点与K右下角信号的起点相同。
第十五章 气动程序系统设计
程序设计 就是根据生产过程的要求，使被控的 执行元件，按预先规定的顺序协调动作的一种自动 控制方式。 1、时间程序设计 各执行元件按照规定的时间间 隔和规定的顺序进行动作的一种自动控制方式。 2、行程程序控制 先动的执行元件运动到规定行 程后发出一个信号，使后动的执行元件开始运动的 一种自动控制方式。 3、混合程序控制 时间程序控制和行程程序控制 的组合。 特点 时间程序设计是开环系统控制 。 行程程序控制是闭环系统控制
4
备 用 格
X - D
1 2 3 4 备 用 格 a0(A1) A1 a1(B1) B1
1 A1
2 B1
3 B0
4 A0
执行信号
b1(B0) B0 b0(A0) A0
2、画动作状态线 1）动作状态线的起点：动作状态线的起点是该 动作的开始（动作状态线左边的竖线），用符号 “0”画出。
2）动作状态线的终点是该执行元件下一个动作 的开始（该执行元件下一个动作状态线左边的竖 线，即该执行元件下一个动作的起点），用符号 “x”画出。
3、控制气缸换向的主控阀，用与该阀所控制的气 缸相同的字母来表示。
4、经过逻辑处理并且消除障碍后的执行信号，要 在右上角加“*”，不带“*”的信号为原始信号。
三、X-D（信号-动作）状态图法设计气动回路 （一）根据生产要求列出工作程序循环图。 比如：启动→送料缸进→攻丝缸进→攻丝缸退→送料缸退→ 写出工作循环(带有控制信号）
第一节 行程程序控制系统的设计步骤
一、明确工作任务与环境要求。 1、工作环境要求。如温度、粉尘、易燃、易 爆、冲击振动 等。 2、动力要求。如输出力和力矩大小要求。 3、运动状态要求。如运动速度、行程大小和 回转角度等。 4、工作要求。如执行元件的运动顺序、动作 循环的方式等要求。 5、控制方式要求。如手动、自动、互锁等控 制要求。
第二节 多缸单往复行程程序回路设计
多缸单往复是指：在一个循环过程中，所有 的气缸都只做一次往复运动。 一、行程程序控制回路的设计方法和步骤。 1、根据生产要求列出工作程序循环图。 2、绘制X-D线图。 3、判断障碍信号并消除障碍，写出执行元件控 制信号的逻辑表达式。 4、根据逻辑表达式绘制逻辑原理图。 5、根据逻辑原理图绘制气动回路图。 这是行程程序控制回路的一般设计方法和步骤， 在工作过程中可以根据具体情况进行增减。
省略箭头和控制信号的工作循环可表示为：
A1B1B0A0
（二） X-D（信号-动作）状态图的画法 1、画方格图
Байду номын сангаасX - D
执行信号
备 用 格
规定：第一步：由左至右画方格，格数位2n+2，n为气缸 数，第一 列为“X-D”，最后一列为“执行信 号”
第二步：由上至下画方格，方格数为2n+2+备用格 数。备用格多少根据障碍信号确定 X - D
二、X-D（信号-动作）状态图中的符号规定 1、所有的气缸以次序用A、B、C、D· · · 等字母来 表示，字母下面带角标，“1”表示气缸活塞杆伸 出，“0”表示气缸活塞杆退回。
2、用与各气缸对应的小写字母a、b、c、d · · · 等来 表示该气缸所压下的行程阀发出的信号，字母下 面带角标，“1”表示气缸活塞杆伸出时发出的信 号，“0”表示气缸活塞杆退回时发出的信号。
二、回路设计 1、根据工作要求列出工作程序。如执行元件的 数量，运动形式，动作顺序，互锁要求等， 画出动作循环图。 2、根据动作循环图，画出信号-动作状态图，或 卡诺图等。 3、判断障碍信号并消除障碍。 4、根据信号-动作状态图（或卡诺图等）画出逻 辑原理图。 5、根据逻辑原理图画出气动回路图。
三、选择和计算执行元件 1、确定执行元件的类型、安装方式及数目。 2、设计计算各执行元件的运动参数、结构参数。 如运动速度、行程大小、输出力和力矩等 3、计算耗气量。 四、选择控制元件 1、确定控制元件的类型、型号、数量等。 2、确定控制元件的操作方式、通径大小等。 五、选择气动辅助元件 1、选择气动三联件、消声器等类型及型号。 2、确定管径、管长、管接头等形式及型号。 3、验算各种阻力损失，沿程损失和局部损失。 六、根据执行元件的耗气量、确定压缩机的容量
（四）气动回路图的绘制 1、根据逻辑原理图画出执行元件、控制阀
2、根据逻辑关系，连接各阀之间的气路。特别要
注意的是哪个行程阀为有源元件（即直接与气源相接），哪个行程间 为无源元件（即不能与气源相连）。其一般规律是无障碍的原始信号为有源 元件，而有障碍的原始信号，若用逻辑回路法排障，则为无源元件；若用辅 助阀排障，则只需使它们与辅助阀、气源串接即可。
辅助阀的逻辑回路和气动回路如图所示
根据下面X-D线图中已有的原始信号，对于障 碍信号a1(B1)来说，那一个可以作为t信号，那一 个可以作为d信号。
对于障碍信号a1(B1)来说， t=a0(A1)，d=b1(B0) 即
根据下面X-D线图中已有的原始信号，对于 障碍信号b0(A0)来说，那一个可以作为t信号，那 一个可以作为d信号。
由此我们可以得出以下结论 A)制约信号要在系统内已有的原始信号中选取， 并且只能在障碍信号之前已经存在。 B)制约信号的起点要在有障碍信号的起点之前、 并切在有障碍信号的终点之后。 C)制约信号的终点要在有障碍信号的障碍段之前、 并切在有障碍信号的起点之后。
（2）逻辑“非”消除障碍信号
A)制约信号要在系统内已有的原始信号中选取。 B)制约信号的起点要在有障碍信号的障碍段之前、并切 在有障碍信号的起点之后。 C)制约信号的终点要在有障碍信号的起点之前、并切在 有障碍信号的终点之后。