气动技术在自动化机器中已经使用了100多年,气动技术以某种形式发展和演变了1000多年;例如,当船航行时。

多年来,我们进行了许多创新,基本的气动元件,如阀门、螺线管、气缸、软管和配件都得到了很好的发展和成熟。这些装置可以以多种方式组合,以提供简单可靠的机器控制。

表1。基本的气动回路。

本文探讨了机器自动化常用的气动设计的最佳实践,然后呈现四个基本气动回路(表1)。虽然有许多变化,这些气动回路相结合的基本气动组件来创建功能和可靠的气动回路。

气动设计最佳实践

在讨论这四项基本气动回路之前,最好审查气动设计的最佳实践。虽然还有很长的潜在气动问题列表 - 如低或变化的气压,使用不当人流控制,气缸在上电时敲打,和缓慢或不一致的气缸速度 - 遵循良好的气动设计实践可以解决这些问题和其他问题.

先决条件实现气动设计的最佳实践是气动回路符号的理解;类型的可用的,例如2路,3路,和4通阀;气动缸;和相关的气动组件,如管,软管,流控制,以及空气处理装置。

良好气动设计的出发点是确保适当的工厂供气压力。气动装置需要一致的工厂空气压力和流量才能持续可靠地运行。在机器上进行工厂供气的空气准备也很重要,是下文讨论的第一个基本气动回路。

为了帮助控制空气和气动执行器的相关运动,气瓶不应该过大,因为这可能导致它冲程缓慢,由于过量的气流需求。适当大小的气缸能更有效地利用空气,并以更高的速度移动。一个好的设计应该包括使用流量控制来控制流出气缸的空气,这将减缓气缸的运动——这通常是一个期望的结果。使用带有内置坐垫的气瓶也有助于在行程结束时停止气瓶。流量控制装置和缓冲装置都有助于防止撞击和可能对钢瓶造成的损坏。

那动作太迅速,执行器可能会导致噪音过大,如空气从阀排气。在排气口使用消声器设计简单的做法,应始终遵循以降低这个噪音。

空气制备子系统

表2。常用的空气制备电路元件。

在气流的方面,第一气动电路施加在大多数机器为空气制备。其馈送到空气的机器上的任何其他气动回路之前坦然植物供给的压缩空气的需求。在图1中开始于单点气动连接所示的空气准备电路,具有在表2中列出其共同的部件,这些装置通常包括一个过滤器,调节器,并且通常更少,润滑器(FRL)。

表2中列出的气动装置的顺序通常是在空气制备装置中组装的顺序,但并不总是如此。例如,一些设计要求将手动切断安全阀(VLV01)或气动隔离/锁定阀作为第一个连接至电厂气源的部件。其他人认为它应该安装在FRL之后,以确保清洁、干燥的空气流过阀门。

这个阀门的作用是将机器中的所有压缩空气清除或倾倒出来。通过旋转手动阀门或推拉动作释放空气,可以降低机器的压力,以便维护,尽管图1中没有显示,但手动阀门应该在关闭位置是可锁定的。

安装此截止阀的FRL的上游使得在机器的FRL的维护。没有它的FRL的上游,维护过滤器将是困难的,当空气被倾倒的服务在该地区可能影响到其他设备。其他厂级,地区或区域的空气准备和关闭单元可以帮助您如果有必要保护截止阀在机器。

图1.空气制备型电路图。一个良好的设计实践是包括任何自动机器上的空气处理电路。

FIL01过滤器用于去除空气中的微粒和水分,它安装在关闭阀VLV01的下游。这个过滤器有一个液体排水管,由符号底部的三角形表示,可以是手动、半自动或自动的。该符号没有显示排水碗类型的细节,如全金属或保护。气动面板布局图的原理图应该详细说明这一信息,以及其他信息,如安装支架。

过滤器的下游是一个调节器(REG01),或者它可能是过滤器的一个组成部分,这将由一个虚线框在过滤器和调节器周围表示。当电路图中没有显示时,最好注意机器的工作压力和允许的最大压力。带有此信息的酚醛标签通常贴在调节阀附近。

压力表(GAU01)应该始终与调节阀一起配置,可以是内置的,也可以是螺纹连接到压力端口的,通常与调节阀一起配置。通常,压力开关(图1中没有显示)安装在调节阀的下游,用于监测压力正常状态。该开关的输出通常是机器控制器(如可编程逻辑控制器(PLC))的离散输入。

调节器有输入和输出端口,以确保适当的气流,在某些情况下具有缓解功能。释放功能减少输出空气时,调节器调整到一个较低的压力。该功能还确保在上游空气耗尽时,下游压力被消除。调节器符号(REG01和REG02)表示它们是缓解型,由每个设备左上角的三角形表示。

排气调节器REG01产生清洁、干燥和过滤的空气,然后通过三通接头或气动分配块(未显示)进行分离。一个支路提供润滑空气供应,另一个支路提供非润滑空气供应。非润滑供油供给第二个调节器,然后供给电动软启动/卸载阀VLV02。为了安全起见,该阀门通常会将空气排出,从而导致气动装置(如气缸和执行器)移动。这些设备通常不需要润滑。当按下紧急停止按钮时,阀门的电源被切断,从而使其释放导致系统产生气压的运动。

图2。NITRA Total Air Prep (TAP)一体式空气预热装置。

所示的空气准备电路图提供了润滑和非润滑的空气。现在大多数气动装置不需要润滑的空气,但如果需要润滑——例如使用气动工具和马达——就应该调整为轻上油,因为太多的油会堵塞气动系统部件。

可使用一体式装置(如图2所示)进行空气制备。它将图1中讨论的所有装置(除润滑器外)组合在一个装置中。它可以从具有单个零件号的供应商处购买,从而节省采购、接收、组装和安装时间。它还包括一个堵塞过滤器指示器、带指示器LED的可调压力开关和可调端口尺寸,以匹配应用所需的流量。

双作用气缸电路

图3。双作用气缸电路图。这些电路是PLC控制机器上最常见的一些设备。

自动伸缩气缸在许多机器中是很常见的。图3显示了一个由4路电磁阀(SOL01)操作双作用气缸(CYL01)组成的气动电路。过滤后的空气从空气准备单元供给一个电磁阀由PLC控制。

电磁阀符号SOL01表示它是单作用弹簧返回阀。这个阀门是先导激活的,由符号两边的三角形表示。这些先导阀是有效的,使用少量的空气移动一个大的阀芯。然而,移动阀芯需要最小的空气压力。这种最小操作空气压力在阀门规格中有所说明——通常需要大约20psi,以确保阀门按照设计方式操作。

如SOL01符号所示,当处于正常静止状态(关闭)时,左侧的弹簧向右推动滑阀。阀门关闭时,空气从端口A供应,并通过可调流量控制装置流向气缸CYL01的左侧,缩回气缸。当油缸缩回时,油缸右侧的空气通过流量控制装置排出。可调流量控制装置周围的单向阀关闭,迫使空气通过装置的可调流量部分。这些调整可用于调节油缸缩回速度。流量控制空气随后流过阀门的端口B,然后流过端口S处的消音器。

通常,诸如SOL01之类的阀门由24 VDC PLC输出通电。这将切换阀门,向端口B提供压力。与正常静止状态流量类似,空气通过流量控制自由流动至气缸伸出侧,将气缸连杆和柱塞向左伸出。气缸左侧的空气通过流量控制装置排出。当空气出口到阀门的端口A时,流量可以控制。然后,空气经过端口A流向端口R,在端口R上安装了消声器以降低排气噪声。

连续骑自行车缸回路

图4.连续循环气缸。通过通电三通电磁阀启动周期。气缸将循环直到阀被关闭。周期总是与气缸缩回结束。

在不需要外部控制的情况下,图4提供了一个电路示例,说明如何将气动元件单独组合在一个经过深思熟虑的设计中,通过简单地向阀门VLV05、VLV07和VLV08提供压缩空气来自动循环。

在压缩空气供应下,当螺线管SOL06与CYL03物理缩回通电时,系统将开始循环,延长和缩回气缸CYL03。在这种情况下,供气通过VLV08和SOL06,然后向换向阀VLV05提供先导气。通过VLV05提供的空气使气缸以类似于图3中的双作用气缸的方式伸展和收缩(循环)。为了控制气缸的循环速度,使用流量控制阀来调节出气缸的空气流量。

当气缸CLY03展开时,它实际操作三通二位置弹簧复位阀VLV07。这个阀门向VLV05提供先导空气。先导空气开关VLV05的阀芯的位置,这是反转方向的CYL03,收回它。当气缸缩回时,驱动VLV08,将先导空气供应到VLV05的另一侧,使气缸换向并伸展。循环往复,直到SOL06断电。一旦断电,气缸缩回,循环就结束了。

该回路的关键气动逻辑元件是四通气控阀(VLV05)和两个三通滚柱驱动阀(VLV07和VLV08),它们与电动螺线管一样控制VLV05的阀芯位置。代替电力,飞行员空气单独控制VLV05。阀门VLV07和VLV08的配置类似于带有机械臂的限位开关。气缸上的凸轮或标志用来驱动阀门。当不启动时,阀门弹簧返回到正常位置。

双手控制电路

图5.双手控制电路图。该充气电路使用双手控制方法中,通过手动气动按钮,以提高小印刷机的安全运行。

气动电路在图5详细说明了一个气动双手安全控制系统的压力应用。该电路由气动按钮VLV01和VLV02组成,配置为三通阀。这些阀门将先导空气输送到一个四通阀(VLV03)。这个电路还强调了小型阀门(气动按钮)如何使用先导空气来操作大型阀门,控制具有高气流要求的大型压力机气缸。虽然在这个电路中没有显示,但可以添加防绑紧检查,以进一步提高该设计的安全性。

两个气动按钮必须同时按下,将先导空气级联到方向控制阀VLV03。供应先导空气开关阀芯,导致双作用压力机气缸CYL01延长。当任何一个按钮被释放,VLV03的弹簧返回功能开关阀芯回到正常的位置,供应空气的缩回侧压力机气缸。

虽然只有一个按钮必须松开才能缩回压力机气缸,但如果任一气动按钮被系紧(保持按下),则只有一个按钮可用于操作(伸出)压力机。这是不安全的。在大多数高压系统中,需要添加额外的安全系统,以检查两个按钮在每个循环后是否已释放,以及在向方向阀VLV03供应先导空气之前,两个按钮是否在大约四分之一秒内同时按下。还可以添加可靠的控制功能,以确保单一故障不会导致系统不安全地运行。

如上所讨论的,单向流量控制阀节流离开气缸控制速度的空气。虽然仅压机延伸速度在该电路控制,第二速度控制可以被添加到控制退避速度。

当控制空气离开气缸时,一个重要的注意是必须有空气在场来控制速度。如果由于紧急停止或怠速漏气而耗尽了所有的空气,气缸可能在第一个循环中移动得非常快。为了消除这个问题,有时用空气流入而不是流出气缸来控制它的运动。

该电路的其他升级未示出的包括添加的压力调节器来控制CYL01的延伸压(力)。一个压力开关还可以添加用于防错。开关将感测到的最小压压力得到满足和向PLC提供的压力好信号,例如。

气动电路的种类是无穷无尽的,但这四个基本气动电路的例子表明,如何共同的气动元件可以组合执行有用的自动化功能。稍加想象,frl、阀门、流量控制、气缸、按钮、执行器和其他气动元件可以以各种方式组合,以满足几乎任何气动系统的需要。

(请注意,两手电路进行说明,并在这里显示的是一个基本的功能例子,并非意在描绘一个机械的安全设计。与所有与安全相关的设备设计,这些系统的设计人员必须阅读并遵守适用的要求通过OSHA,ISO和其他组织出版。)

本文由Pat Phillips撰写,他是AutomationDirect (Cumming, GA)流体动力与机械产品产品经理。欲了解更多信息,请访问在这里


运动设计杂志

这篇文章最早出现在8月,2021发行运动设计杂志。

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