液压与气压传动 第十章

第十章
气压传动基本回路
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二、 双向调速回路 第 三 节
如图10-7（a）所示为采用单向节流阀的双向节流调速回路，如图10-7（b）所示为采用排 气节流阀的双向节流调速回路。它们都是采用排气节流调速方式，当外负载变化不大时，进 气阻力小，负载变化对速度影响小，比进气节流调速的效果好。
速 度 控 制 回 路
方 向 控 制 回 路
（a） （b） 图10-2 单作用气缸换向回路
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气压传动基本回路
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二、 双作用气缸换向回路 第 一 节
如图10-3（a）所示为手动换向阀控制二位五通主阀操纵气缸换向；如图10-3（b） 所示为二位五通液控换向阀控制气缸换向；如图10-3（c）所示为两个手动换向阀控 制二位五通主阀操纵气缸换向，但两按钮不能同时操作，否则将出现误动作；如图 10-3（d）所示为三位五通电磁换向阀控制气缸换向，该回路有中停功能，但定位精 度不高。
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实例应用
气压传动基本回路是由一系列气动元件组成的能完成某项特定功能的典型回路。气动基 本回路按其功能分为方向控制回路、压力控制回路、速度控制回路和其他常用基本回路。与 液压传动系统一样，气压传动系统也是由各种功能的基本回路组成，因此，熟练掌握常用的 基本回路是分析气压传动系统的基础。如图10-1所示为气动机械手。
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气压传动基本回路
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第 五 节 典 型 气 动 系 统 分 析
夹紧头上升的同时使机动行程阀2复位，气控换向阀6也复位（此时主控阀4仍然 为右位接通），由于气缸B和C的无杆腔通大气，主控阀4自动复位到左位，完成一个
工作循环。该回路只有再踏下阀1才能开始下一个工作循环。
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气压传动基本回路
工作原理是：当工件运行到指定位置后，垂直
缸A的活塞杆首先伸出（向下）将工件定位锁紧 后，两侧的气缸B和C的活塞杆再同时伸出，对 工件进行两侧夹紧，然后进行机械加工，加工 完成后各夹紧缸退回，将工件松开，具体如下。
1—脚踏式换向阀；2—行程阀；3，5—单向节流阀； 4—主控阀；6—换向阀；A，B，C—气缸
1
空气密度 如图10-13（a）为行程阀控制的单往复回路，当按下阀1的手动按钮后，压缩空
气使阀3换向，活塞杆前进；当凸块压下行程阀2时，阀3复位，活塞杆返回，完成 一次循环。 如图10-13（b）为压力控制的单往复动作回路，当按下阀1的手动按钮后，压缩 空气使阀3换向，活塞杆前进；当活塞行程到达终点时，气压升高，打开顺序阀4，
（b）由换向阀控制高低压力 （c）由减压阀控制高低压力 图10-5 二次压力控制回路
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气压传动基本回路
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第 三 节
在气压传动系统中，用来控制和调节执行元件运动速度的回路称为速度控制回 路。气压传动的速度控制回路传递的功率不大，一般采用节流阀调速，但因气体的
可压缩性和膨胀性远比液体大，故气压传动中气缸节流调速在平稳性上的控制比液
图10-1 气动机械手
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气压传动基本回路
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第 一 节
在气压传动系统中，用于控制执行元件的启动、停止（包括锁紧）及换向的回路称为 方向控制回路。换向回路是方向控制回路的一种主要形式，它的作用是通过方向控制元件改 变气缸的进气和出气，其方向控制元件主要是方向控制阀。
一、 单作用气缸换向回路
如图10-2（a）所示为由二位三通电磁换向阀控制的换向回路，通电时，活塞杆伸出； 断电时，在弹簧力作用下活塞杆缩回。如图10-2（b）所示为由三位五通电磁换向阀控制的 换向回路。
图10-15 工件夹紧气压传动系统
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第 五 节 典 型 气 动 系 统 分 析
当用脚踏下阀l，压缩空气进入缸A的上腔，使夹紧头下降夹紧工件。当压下行程 阀2时，压缩空气经单向节流阀5进入二位三通气控换向阀6的右侧，使换向阀6换向 （调节节流阀开口可以控制阀6的延时接通时间）。压缩空气通过主控阀4左位进入两 侧气缸B和C的无杆腔，使活塞杆伸出而夹紧工件。 然后，开始机械加工，同时流过主控阀4的一部分压缩空气经过单向节流阀3进 入主控阀4右端。经过一段时间（由节流阀控制）后，机械加工完成，主控阀 4右位接 通，压缩空气通过主控阀4进入两侧气缸B和C的有杆腔，气缸B和C的活塞杆后退回 原来位置。同时，一部分压缩空气作为信号进入脚踏阀1的右端，使阀l右位接通，压 缩空气进入缸A的下腔，使夹紧头退回原位。
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第十章
主要内容
气压传动基本回路
方向控制回路的控制元件主要是什么？常用的方向控制回路有哪些？ 压力控制回路有哪些？它们各有什么特点？ 速度控制回路有哪些？它们各有什么特点？ 什么情况下需要安全保护回路？延时回路的工作原理是怎样的？
加工中心的气压系统是如何实现自动换刀功能的？
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关键词
气动基本回路；方向控制回路；压力控制回路； 速度控制回路；安全保护回路；延时回路；气压系统。
气压传动基本回路
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双手同时操作回路
双手同时操作回路就是使用两个启动用的手动阀，只有同时按动两个阀才动作的回路， 如图10-11所示。这种回路的安全性高，常应用于锻造、冲压机械上来避免误动作，以保 护操作者的安全。
（a） （b） 图10-11 双手操作回路
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（a）
（b）
（ c）
1—手动换向阀；2—行程阀；3—二位四通换向阀；4—顺序阀
图10-13 单往复动作回路
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第 四 节 其 他 气 压 控 制 回 路
气压传动基本回路
连续往复动作回路 如图10-14所示为连续往复动作回
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路，按下阀1，阀3处于复位状态，阀4 换向，气缸活塞向右运动；当活塞伸 出至挡块压下行程阀2时，阀4的控制 气路排气，在弹簧的作用下阀4复位， 活塞返回；当活塞返回到终点，挡块 压下行程阀3，阀4换向，活塞再次向 右伸出。因此，气缸能够完成连续的 动作循环。当断开阀1时，活塞返回到 原位停止运动。
1 过载保护回路
如图10-9所示为过载保护回路。按下手动换向 阀1，在活塞杆伸出的过程中，若遇到障碍物6，无 杆腔压力升高，打开顺序阀3，使阀2换向，阀4随 即复位，活塞立即退回，实现了过载保护；若无障 碍物6，气缸向前运动时压下阀5，活塞即刻返回。
1—手动换向阀；2，4—换向阀；3—顺序阀； 5—行程阀；6—障碍物
图10-12 延时回路 如图10-12（b）所示为延时接通回路，按下阀8，则气缸向外伸出，当气缸在伸出行程中 压下阀5后，压缩空气经节流阀到储气罐6，延时后才将阀7切换，气缸退回。
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第 四 节 其 他 气 压 控 制 回 路
三、 顺序动作回路 顺序动作是指在气动回路中，各个气缸按一定顺序完成各自的动作。
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第 五 节 典 型 气 动 系 统 分 析
二、 加工中心的气压系统 如图10-16所示为某数控加 工中心的气动换刀系统原理图， 该系统主要实现加工中心的自 动换刀功能，在换刀过程中实 现主轴定位、主轴松开、拔刀、 向主轴锥孔吹气排屑和插刀等 动作。其具体工作原理如下。
使阀3换向，活塞杆返回，完成一次循环。
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第 四 节 其 他 气 压 控 制 回 路
如图10-13（c）为利用延时回路形成的时间控制单往复动作回路，当按下阀1的手动按钮 后，压缩空气使阀3换向，活塞杆前进；当凸块压下行程阀2后，再经过一定的时间，阀3换向， 活塞杆返回，完成一次循环。 由以上可知，在单往复动作回路中，每按下一次按钮，气缸就完成一次往复动作。
1—手动换向阀；2—气动换向阀； 3，4—行程阀
图10-14 连续往复动作回路
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气动技术是实现工业生产机械化、自动化的
第 五 节 典 型 气 动 系 统 分 析
方式之一，由于气压传动本身具有一些独特的优 点，所以应用日益广泛。
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一、 工件夹紧气压系统
如图10-15所示为机械加工自动线的组合机 床中常用的工件夹紧气压传动系统原理图。其
如图10-5所示为二次压力控制回路。其中，图10-5（a）是由气动三大件组成的，主要由 减压阀来实现压力控制；图10-5（b）是由减压阀和换向阀构成的，实现对同一系统输出高低 压力 p1和 p2的控制；图10-5（c）是由减压阀来实现对不同系统输出不同压力 p1和 p2的控制。
（a）由溢流减压阀控制压力
压传动中困难。
速 度 控 制 回 路
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一、 单向调速回路 第 三 节
如图10-6（a）所示为供气节流调速回路。在图示位置时，进入气缸A腔的气流流经节流 阀，B腔排出的气体直接经换向阀快速排出。当节流阀开度较小时，进入A腔的流量较小，压 力上升缓慢；当气压达到能克服负载时，活塞前进，此时A腔容积增大，压缩空气膨胀，压力 下降，使作用在活塞上的力小于负载，因而活塞就停止前进。待压力再次上升时，活塞才再 次前进。这种由于负载及供气的原因使活塞忽走忽停的现象，便是气缸的爬行现象。 供气节流多用于垂直安装的气缸的供气回路中，在水平安装的气缸供气回路中一般采用 排气节流调速回路，如图10-6（b）所示。
速 度 控 制 回 路
（a）供气节流调速回路 （b）排气节流调速回路 图10-6 双作用缸单向调速回路
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气压传动基本回路
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第 三 节 排气节流调速回路具有以下 特点。 ① 气缸速度随负载变化较 小，运动较平稳。 ② 能承受与活塞运动方向 相同的负载（反向负载）。
速 度 控 制 回 路
（a）采用单向节流阀的双向节流调速回路 （b）采用排气节流阀的双向节流调速回路 图10-7 双向调速回路
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三、 气—液调速回路 第 三 节
如图10-8所示为气—液调速回路，它是利用气液转换器将气体的压力转变成液体的压力， 再利用液压油驱动液压缸的速度控制回路。调节节流阀的开度，可以实现活塞两个运动方向 的无级调速。这要求气液转换器的储油量大于液压缸的容积，并有一定的余量。
二、 延时回路 第 四 节 其 他 气 压 控 制 回 路
如图10-12（a）所示为延时输出回路，当控制信号切换阀4后，压缩空气经单向节流阀3 向储气罐2充气；当充气压力经过延时升高致使阀1换位时，阀1就有输出。
（a）延时输出回路
（b）延时接通回路
1，4，5，8—二位三通换向阀；2，6—气罐；3—单向节流阀；7—二位四通换向阀
图10-9 过载保护回路
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第 四 节 其 他 气 压 控 制 回 路
气压传动基本回路
互锁回路
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如图10-10所示为互锁回路。在该回路中，四通阀的换向受三个串联的机动三 通阀控制，只有三个阀都接通，主阀才能换向。
图10-10 互锁回路
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第 四 节 其 他 气 压 控 制 回 路
一、 一次压力控制回路
如图10-4所示为一次压力控制回路。此回路用于控制储气罐的压力，使之不超过规定的 压力值。常用外控溢流阀2或用电接点压力表1来控制空气压缩机的转、停，使储气罐内压力 保持在规定范围内。
1—电接点压力表；2—溢流阀
图10-4 一次压力控制回路
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二、 二次压力控制回路 第 二 节 压 力 控 制 回 路
方 向 控 制 回 路
（a） （b） （ c） 图10-3 双作用气缸换向回路 （d）
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第 二 节 压 力 控 制 回 路
在液压传动系统中，利用压力控制阀来控制和调节系统或某一部分压力的回路称为压 力控制回路。压力控制回路的作用是控制和调节系统（或某一分支回路）的压力，保持系统 （或某一分支回路）在某一规定的压力范围内工作。常用的压力控制回路有一次压力控制回 路、二次压力控制回路和高低压转换回路。
速 度 控 制 回 路
图10-8 气—液调速回路 这种回路运动平稳，充分发挥了气动供气的方便性和液压速度容易控制的特点；但气、 液之间要求密封性好，以防止空气混入液压油中，从而影响液压缸的运动平稳性。
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第 四 节 其 他 气 压 控 制 回 路
一、 安全保护回路
气动机构负荷过载或气压的突然降低，以及气 动执行机构的快速动作等都可能危及操作人员或设 备的安全，因此在气动回路中，常常要加入安全保 护回路。下面介绍几种常用的安全保护回路。