气动系统设计的主要内容及设计程序

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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。

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。

分水滤气器的通径原则上由流量确定（查表42.6-14），并要和减压阀相同。

2）油雾器根据油雾颗径大小和流量来选取。当与减压阀、分水滤气器串联使用时，三者通径要相一致。

表42.6-14 标准控制阀各通径对应的额定流量①

公称通径

3 Ф6Ф8Ф10Ф15Ф20Ф25Ф32Ф40Ф50

/mm

q10-3/m3·s-10.1944 0.6944 1.3889 1.9444 2.7778 5.5555 8.3333 13.889 19.444 27.778 q/ m3·h-10.7 2.5 5 7 10 20 30 50 70 100

q/L·min-111.66 41.67 83.34 116.67 166.68 213.36 500 833.4 1166.7 1666.8

① 额定流量是限制流速在15～25m/s范围所测得阀的流量。

3）消声器可根据工作场合选用不同形式的消声器，其通径大小根据通过的流量而定，可查有关手册。

4）储气罐其理论容积可按《气压传动及控制》教材中介绍的经验公式计算，具体结构、尺寸可查《压缩空气站设计手册》。

3.6 确定管道直径、计算压力损失

1）各段管道的直径可根据满足该段流量的要求，同时考虑和前边确定的控制元件通径相一致的原则初步确定。初步确定管径后，要在验算压力损失后选定管径。

2)压力损失的验算为使执行元件正常工作，气流通过各种元件、辅件到执行元件的总压力损失，必须满足下式

式中——总压力损失，它包括所有的沿程损失和所有的局部损

失；[]——允许压力损失可根据供气情况来定，一般流水线范围约＜0.01MPa，车间范围＜0.05MPa，工厂范围＜0.1MPa。验算时，车间内可近似取

[]≤0.01～0.1MPa实际计算总压力损失，如系统管道不特别长（一般l＜100m)。管内的粗糙度不大，在经济流速的条件下，沿程损失比局部损失

小得多，则沿程损失可以不单独计入，只须将总压力损失值的安全系数K△p稍予加大就行了。局部损失中包含的流经弯头、断面突然放大、收缩

等的损失，往往又比气流通过气动元件、辅件的压力损失小得多。因此对不做严格计算的系统，式（42.6-5）可简化为

式中——流经元、辅件的总压力损失可通过表42.6-15查出；K△p——压力损失简化修正系数，K△p=1.05～1.3，对于管道较长，管道截面变化较复杂的情况可取

大值。如果验算的总压力损失≤[]，则上边初步选定的管径可定为所需要的管径。如果总压力损失＞[]，必须加大管径或改进管道的

布置，以降低总压力损失，直到＜[]为止，初选的管径即为最后确定的管径。

表42.6-15通过气动元、辅件的压力损失（MPa）

元件名称公称通径/mm

φ3φ6φ8φ0φ5φ20φ25φ32φ40φ50额定流量下压力损失≤

方向阀换

向

阀

截止阀 0.025 0.022 0.015 0.01 0.009

滑阀0.025 0.022 0.015 0.01 0.009

单

向

型

控

制

阀

单向

阀、梭

阀、双

压阀

0.025 0.022 0.02 0.015 0.012 0.01 0.009 0.008

快排阀

→A

0.022 0.02 0.012 0.01 0.009 0.008 脉冲阀、延

时阀

0.025

流量节流阀0.025 0.022 0.02 0.015 0.012 0.01 0.009 0.008 单向节流阀0.025 0.02