純氣動回路的串級法設(shè)計

合肥市經(jīng)貿(mào)旅游學(xué)?，F(xiàn)代制造部電工組 洪建政

在純氣動回路設(shè)計中，對于氣缸數(shù)少的回路，用經(jīng)驗法、狀態(tài)圖法設(shè)計，簡單直觀。但消除障礙信號過程較為繁瑣、易錯，特別在氣缸數(shù)比較多的時候更為明顯。對于多氣缸回路，文章基于串級級法設(shè)計理念，結(jié)合具體案例設(shè)計，介紹純氣動回路設(shè)計法，可完成較復(fù)雜的純氣動回路設(shè)計。

純氣動系統(tǒng)不存在任何電氣元件，這樣純氣動系統(tǒng)在易燃易爆場所、復(fù)雜電磁環(huán)境等特殊領(lǐng)域有著不可替代的優(yōu)越性，得到非常廣泛的應(yīng)用。但因為沒有電氣元件，要實現(xiàn)復(fù)雜的純氣動控制系統(tǒng)設(shè)計，其難度很大。純氣動系統(tǒng)設(shè)計一直是全國職業(yè)技能大賽液壓與氣動系統(tǒng)安裝與維護項目的重點考核內(nèi)容。筆者多年輔導(dǎo)學(xué)生參加比賽。經(jīng)驗證明，純氣動順序動作控制回路設(shè)計關(guān)鍵之一是障礙信號的排除，同時也是難點之一，串級法容易消除障礙信號，在短時間內(nèi)，可以速迅速對較復(fù)雜的純氣動控制回路進行設(shè)計。

1 用串級法轉(zhuǎn)換氣路

純氣動回路控制中，某個氣缸的伸、縮動作由雙氣控換向閥控制，而雙氣控換向閥兩個控制端不能同時供氣，否則會出現(xiàn)故障。串級法主要是利用換向閥作為信號的轉(zhuǎn)接作用，以階梯方式按順序連接，從而確保任一時間只有一個組信號輸出，其余的組為排氣狀態(tài)，使主控閥兩側(cè)的控制信號不同時出現(xiàn)，如圖1所示。

圖1 串級法轉(zhuǎn)換氣路圖

(a)、(b)、(c)分別為二、三、四級串級轉(zhuǎn)換氣路，I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示管路線號。每個圖中只有一線（即一組）為進氣狀態(tài)，其他線為排氣狀態(tài)，是一種有規(guī)則可依的氣動回路設(shè)計法。

2 串級法設(shè)計純氣動控制回路步驟

（1）回路設(shè)計時，用a、b、c、d表示氣缸，用＋表氣缸伸出、－表示氣缸縮回。a＋表示a氣缸伸出，a－表示a氣缸縮回等。用a1、a0、b1、b0、c1、c0、d1、d0等分別表示與動作a＋、a－、b＋、b－、c＋、c－、d＋、d－等相對應(yīng)的行程閥信號。

（2）設(shè)計回路時，按氣缸動作順序的分級，動作順序分為n級，則要n條輸出管路，記憶元件的數(shù)量則為n－1個。

（3）對氣缸動作順序進行分組時，原則是相同的英文字母不能出現(xiàn)在同一組內(nèi)。例如a+，b+，c+，‖(c-，b-)，a-，即分為二組；‖a+，b+，‖a-，c+，b-，d+，‖d-，c-‖，即分為三組；‖a+，b+，‖b-，c+‖b+‖b-，(c-，a-)‖，即分為四組。分組的組數(shù)即是輸出管路數(shù)。

（4）畫出幾組線即輸出管路數(shù)、記憶元件、各個氣缸符號及主控閥，氣缸應(yīng)在起始位置。

（5）輸出信號靠氣缸活塞桿驅(qū)動a1、a0、b1、b0、c1、c0、d1、d0等行程閥，行程閥按照動作順序依次標示英文字母。

3 串級法設(shè)計純氣動控制回路

3.1 案例1

（1）根據(jù)圖2位移-步驟圖，首先對氣缸A、B、C、D動作順序進行分組，得出A+，B+，C+，D+‖(D-，C-，B-)，A-，二組即二級。

圖2 位移-步驟圖

（2）A缸前進，閥A1被壓下，輸出信號使B缸伸出，所以A1應(yīng)接在B+控制線上；B缸伸出，閥B1被壓下，輸出信號使C缸伸出，所以B1接在C+控制線上；C缸伸出,閥C1被壓下，輸出信號使D缸伸出，所以C1接在D+控制線上；而A+、B+、C+、D+在第一組，A1、B1、C1的供氣口應(yīng)接在第I條線上。

（3）D缸伸出,閥D1被壓下，輸出信號要換組，使第I條線即輸出管路改變?yōu)榈贗I條線即輸出管路供氣，所以D1應(yīng)接在二位五通換向閥左邊的控制線上，D1的供氣口要接在氣源上。這時第I條線為排氣管路，第II條線和氣源接通，使D、C、B缸都縮回。

（4）第II組的B缸后退，閥B0被壓下，輸出信號讓A缸縮回，所以B0應(yīng)連到A-控制線上，B0的供氣口連到第II條線上。

（5）A缸縮回，閥A0被壓下，輸出信號使第II條線為排氣管路，第I條線為供氣管路，所以A0要連到二位五通換向閥右邊的控制線上。

（6）根據(jù)以上步驟，加上手動換向閥，畫出純氣動控制回路圖如圖3所示。

圖3 串級法單一循環(huán)純氣動控制回路設(shè)計

3.2 案例2

（1）根據(jù)圖4位移-步驟圖，首先對氣缸A、B、C、D動作順序進行分組，得出‖A+，B+，‖A-，C+，B-，D+，‖D-，C-‖，三組即三級。

圖4 位移-步驟圖

（2）A缸伸出，閥A1被壓下，輸出信號使B缸伸出，所以A1應(yīng)連到B+控制線上，而A+、B+是第一組的，A1的供氣口應(yīng)接在第I條線上。

（3）B缸伸出，閥B1被壓下，輸出信號要換相，即使第I條線改變?yōu)榈贗I條路供氣，故B1應(yīng)接在第一個二位五通換向閥左邊的控制線上，B1的供氣口要接在第I條輸出管路上。

（4）此時第I條線變成排氣管路，第II條線和氣源相通。第II組的A缸后退，壓下行程閥A0，輸出的信號使C缸伸出，故A0接在C+控制線上；C缸伸出，壓下行程閥C1，輸出的信號使B缸縮回，故C1接在B-控制線上；B缸縮回，閥B0被壓下，輸出信號使D缸前進，所以B0接在D+控制線上，A0、C1、B0的供氣口要連到第II條線上。

（5）D缸伸出，閥D1被壓下，輸出信號要換相，即使第II條線改變?yōu)榈冖髼l線供氣，故D1要接在第二個二位五通換向閥左邊的控制線上，D1的供氣口要接在第II條線上。

（6）此時第I、II條線為排氣管路，第Ⅲ條線和氣源相通，第Ⅲ組的D缸縮回，閥D0被壓下，輸出的信號使C缸縮回，所以D0接在C-控制線上，D0的供氣口接在第Ⅲ條線上。

（7）C缸縮回，閥C0被壓下，輸出信號換相，使第Ⅲ條線為排氣管路，第I條線為供氣管路，所以C0應(yīng)接在第二個位五通換向閥右邊的控制線上。

（8）根據(jù)以上步驟，加上手動換向閥，畫出純氣動控制回路圖如圖5所示。

圖5 串級法單一循環(huán)純氣動控制回路設(shè)計

采用串級法設(shè)計純氣動控制回路，其優(yōu)點在于設(shè)計思路清晰、回路一目了然，準確率很高，速度快。其缺點是元件比較多、搭建較困難。適用于穩(wěn)定性較高的運行氣動回路中。在具體設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)氣缸數(shù)量多少，靈活采用設(shè)計方法。