气压传动回路分析与应用分享

气动回路与液压回路相比有几个基本的不同点，这都是由空气与液体性质不同而引起的，因此在应用或设计气动回路时应当慎重考虑。

①空压机等气压发生装置的规格，多数情况与气动回路设计无直接关系。

②气动回路中不设回气管道。

③管道的长短不是妨碍使用气动的根本原因，100 m以外的设备使用气动的例子有很多。

④气动元件的安装位置对其功能影响很大，对油雾器等的安装位置更应特别注意。

1.常用气动回路

（1）安全保护回路

若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，常常要加入安全回路。需要指出的是，在设计任何气动回路，特别是安全回路时，都不可能缺少过滤装置和油雾器。因为脏污空气中的杂物可能会堵塞阀中的小孔和通路，使气路发生故障；缺乏润滑油时，很可能使阀发生卡死或磨损，以致整个系统的安全都发生问题。下面介绍几种常用的安全保护回路。

微课10　用二位三通手动换向阀控制单作用气缸

①过载保护回路：图5－32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6，则无杆腔压力升高，打开顺序阀3，使阀2换向，阀4随即复位，活塞立即退回，实现过载保护。若无障碍6，则气缸向前运动时压下阀5，活塞即刻返回。

微课11　用或阀控制单作用气缸

微课12　用与阀控制单作用气缸

②互锁回路：图5－33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5－32　过载保护回路

1—手动换向阀；2—二位二通换向阀；3—顺序阀；4—二位四通换向阀；5—位置阀；6—障碍物

图5－33　互锁回路

③双手同时操作回路：所谓双手同时操作回路就是使用两个启动阀的手动阀，只有同时按动两个阀才动作的回路。这种回路可确保安全，常用在锻造、冲压机械上，可避免产生误动作，以保护操作者的安全。图5－34所示为双手同时操作回路。图5－34（a）使用逻辑与回路，为使主控阀3换向，必须使压缩空气信号进入阀3左侧，为此必须使两只三通手动阀1和2同时换向，而且这两只阀必须安装在单手不能同时操作的位置上，在操作时，如任何一只手离开，则控制信号消失，主控阀复位，活塞杆后退。图5－34（b）所示的是使用三位主控阀的双手同时操作回路，把此主控阀1的信号A作为手动阀2和3的逻辑与回路，亦即当手动阀2和3同时动作时，主控阀1换向到上位，活塞杆前进；把信号B作为手动阀2和3的逻辑或非回路，即当手动阀2和3同时松开时（图示位置），主控阀1换向到下位，活塞杆返回，若手动阀2或3发生任何一个动作，则将使主控阀复位到中位，活塞杆处于停止状态。

图5－34　双手操作回路

（a）逻辑与回路；1，2—手动阀；3—主控阀
（b）三位主控阀双手同时操作回路；1—主控阀；2，3—手动阀

微课13　用二位五通手用换向阀控制双作用气缸

微课14　用三位四通手动换向阀控制双作用气缸

（2）延时回路

图5－35所示为延时回路。图5－35（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至使阀1换位时，阀1就有输出。图5－35（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。

图5－35　延时回路

1，4，5—二位三通换向阀；2，6—储气罐；3—单向节流阀；7—二位四通换向阀；8—手动二位三通换向阀

（3）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。例如，单缸有单往复动作、二次往复动作和连续往复动作等；多缸按一定顺序进行单往复或多往复顺序动作等。

①单缸往复动作回路：图5－36所示为三种单往复动作回路，图5－36（a）所示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，活塞杆向前伸出，当活塞杆上的挡铁碰到行程阀2时，阀3复位，活塞杆返回。图5－36（b）所示为压力控制的往复动作回路，当按下阀1的手动按钮后，阀3的阀芯右移，气缸无杆腔进气使活塞杆伸出（右行），同时气压还作用在顺序阀4上。当活塞到达终点后，无杆腔压力升高并打开顺序阀，使阀3又切换至右位，活塞杆缩回（左行）。图5－36（c）所示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，阀3换向，气缸活塞杆伸出，当压下行程阀2延时一段时间后，阀3才能换向，然后活塞杆再缩回。

图5－36　三种单往复动作回路

1—按钮阀；2—行程阀；3—气控换向阀；4—顺序阀

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。

②连续往复动作回路：图5－37所示为连续往复动作回路，它能完成连续的动作循环。当按下阀1的按钮后，阀4换向，活塞向前运动，这时由于阀3复位而将气路封闭，使阀4不能复位，活塞继续前进，到行程终点压下行程阀2，使阀4控制气路排气，在弹簧作用下阀4复位，气缸返回，在终点压下阀3，在控制压力下阀4又被切换到左位，活塞再次前进。就这样一直连续往复，只有在提起阀1的按钮后，阀4复位，活塞才会返回而停止运动。

2.气动系统的安装与调试

图5－38所示为一个用于实现部件压力装配动作的气动系统原理图，根据以下知识应能指出该系统的各功能部分，识别各图形符号所对应的相关元件，并能在试验台上进行回路连接，现在马上了解一下新知识点。

微课15　双作用气缸单往复运动控制

微课16　冲压折边机气动系统

图5－37　连续往复动作回路

1—手动二位三通换向阀；2，3—机控二位二通换向阀；4—二位五通换向阀

图5－38　压力装配装置

（1）气动系统的安装

①管道的安装。

a.安装前要彻底清理管道内的粉尘及杂物。

b.管子支架要牢固，工作时不得产生振动。

c.接管时要充分注意密封性，防止漏气，尤其注意接头处及焊接处。

d.管路尽量平行布置，减少交叉，力求最短、转弯最少，并考虑到能自由拆装。

e.安装软管要有一定的弯曲半径，不允许有拧扭现象，且应远离热源或安装隔热板。

②元件的安装。

a.应注意阀的推荐安装位置和标明的安装方向。

b.逻辑元件应按控制回路的需要，将其成组地装在底板上，并在底板上开出气路，用软管接出。

c.移动缸的中心线与负载作用力的中心线要同心，否则会引起侧向力，使密封件加速磨损、活塞杆弯曲。

d.各种自动控制仪表、自动控制器和压力继电器等，在安装前应进行校验。(www.xing528.com)

（2）气动系统的调试

①调试前的准备：要熟悉说明书等有关技术资料，力求全面了解系统的原理、结构、性能和操作方法，并准备好调试工具等。

②空载时运行一般不少于2 h，注意观察压力、流量、温度的变化，如发现异常应立即停车检查，待排除故障后才能继续运转。

③负载试运转应分段加载，运转一般不少于4 h，分别测出有关数据，记入试运转记录。

微课17　仿真视频，用二位三通手动换向阀控制单作用气缸

微课18　仿真视频，用或阀控制单作用气缸

微课19　仿真视频双作用气缸的单往复运动控制

3.气动系统的使用和维护及故障排除

（1）气动系统使用的注意事项

①开机前后要放掉系统中的冷凝水。

②定期给油雾器注油。

③开机前检查各调节手柄是否在正确位置，机控阀、行程开关、挡块的位置是否正确、牢固，对导轨、活塞杆等外露部分的配合表面应进行擦拭。

④随时注意压缩空气的清洁度，对空气过滤器的滤芯要定期清洗。

⑤设备长期不用时应将各手柄放松，防止弹簧永久变形而影响元件的调节性能。

（2）压缩空气的污染及防治方法

压缩空气的质量对气动系统性能的影响极大，它若被污染将使管道和元件锈蚀、密封件变形、堵塞喷嘴，使系统不能正常工作。压缩空气的污染主要来自水分、油分和灰尘三个方面，其污染原因及防治方法如下：

①水分：空气压缩机吸入的是含水分的湿空气，经压缩后提高了压力，当再度冷却时就要析出冷凝水，侵入到压缩空气中致使管道和元件锈蚀，影响性能。

防止冷凝水侵入压缩空气的方法是：及时排除系统各排水阀中积存的冷凝水，经常注意自动排水器、干燥器的工作是否正常，定期清洗空气过滤器、自动排水器的内部元件等。

②油分：这里是指使用过的因受热而变质的润滑油。压缩机使用的一部分润滑油成雾状混入压缩空气中，受热后引起汽化随压缩空气一起进入系统，将使密封件变形，造成空气泄漏、摩擦阻力增大，导致阀和执行元件动作不良，而且还会污染环境。

清除压缩空气中油分的方法有：较大的油分颗粒，通过除油器和空气过滤器的分离作用同空气分开，从设备底部排污阀排出；较小的油分颗粒则可通过活性炭的吸附作用清除。

③灰尘：压缩空气中的灰尘包括从大气中吸入的物质、因空气中的水分而生成的铁锈及因润滑油变质而生成的碳化物等，灰尘可以用空气过滤器滤除掉。

（3）气动系统的日常维护

气动系统日常维护的主要内容是冷凝水的管理和系统润滑的管理，这里仅介绍对系统润滑的管理。

气动系统中从控制元件到执行元件，凡有相对运动的表面都需要润滑。若润滑不当，则会使摩擦阻力增大，导致元件动作不良，因密封面磨损会引起系统泄漏等危害。

润滑油的性质直接影响润滑效果。通常在高温环境下用高黏度润滑油，低温环境下用低黏度润滑油。如果温度特别低，为消除起雾现象，可在油杯内装加热器。供油量会随润滑部位的形状、运动状态及负载大小而变化。供油量总是大于实际需要量，一般以每10 m3自由空气供给1 mL的油量为基准。

还要注意油雾器的工作是否正常，如果发现油量没有减少，则需及时检修或更换油雾器。

（4）气动系统的定期检修

定期检修的时间间隔通常为三个月。其主要内容如下：

①查明系统各泄漏处，并设法予以解决。

②通过对方向控制阀排气口的检查，判断润滑油是否适度、空气中是否有冷凝水。如果润滑不良，则考虑油雾器规格是否合适、安装位置是否恰当、滴油量是否正常等。如果有大量冷凝水排出，则要考虑过滤器的安装位置是否恰当、排除冷凝水的装置是否合适、冷凝水的排除是否彻底。如果方向控制阀排气口关闭时仍有少量泄漏，则往往是元件损伤的初期阶段，检查后可更换受磨损元件以防止发生动作不良。

③检查溢流阀、紧急安全开关动作是否可靠。定期修检时，必须确认它们动作的可靠性，以确保设备和人身安全。

④观察换向阀的动作是否可靠。根据换向时声音是否异常，判定铁芯和衔铁配合处是否有杂质。检查铁芯是否有磨损、密封件是否老化。

⑤反复开关换向阀观察气缸动作，判断活塞上的密封是否良好。检查活塞杆外露部分，判定前盖的配合处是否有泄漏。

上述各项检查和修复的结果应记录下来，以作为设备出现故障查找原因和设备大修时的参考。

气动系统的大修间隔期为一年或几年，其主要内容是检查系统各元件和部件，判定其性能和寿命，并对平时产生故障的部位进行检修或更换元件，排除修理间隔期间内一切可能产生故障的因素。

（5）气动系统故障种类

由于故障发生的时期不同，故障的内容和原因也不同。因此，可将故障分为初期故障、突发故障和老化故障。

①初期故障：在调试阶段和开始运转的两三个月内发生的故障称为初期故障。其产生的原因主要有：零件毛刺没有清除干净，装配不合理或误差较大，零件制造误差或设计不当。

②突发故障：系统在稳定运行时期内突然发生的故障称为突发故障。例如，油杯和水杯都是用聚碳酸酯材料制成的，如果它们在有机溶剂的雾气中工作，就有可能突然破裂；在空气或管路中，残留的杂质混入元件内部，突然使相对运动件卡死；弹簧突然折断、软管突然爆裂、电磁线圈突然烧毁；突然停电造成回路误动作等。

有些突发故障是有先兆的，如排出的空气中出现杂质和水分，表明过滤器失效，应及时查明原因予以排除，不要引起突发故障。但有些突发故障是无法预测的，只能采取安全保护措施加以防范，或准备一些易损备件，以便及时更换失效的元件。

③老化故障：个别或少数元件达到使用寿命后发生的故障称为老化故障。参照系统中各元件的生产日期、开始使用日期、使用的频繁程度以及已经出现的某些征兆，如声音反常、泄漏越来越严重等，可以大致预测老化故障的发生期限。

（6）气动系统故障排除方法

①经验法。

经验法是指依靠实际经验，借助简单的仪表诊断故障发生的部位，并找出故障原因的方法。经验法可按中医诊断病人的四字望、闻、问、切进行检查的方法。

a.望：例如，看执行元件的运动速度有无异常变化；各测压点的压力表显示的压力是否符合要求，有无大的波动；润滑油的质量和滴油量是否符合要求；冷凝水能否正常排出；换向阀排气口排除空气是否干净；电磁阀的指示灯显示是否正常；紧固螺钉及管接头有无松动；管道有无扭曲和压扁；有无明显振动存在；加工产品质量有无变化等。

b.闻：包括耳闻和鼻闻。例如，气缸及换向阀换向时有无异常声音；系统停止工作但尚未泄压时，各处有无漏气，以及漏气声音大小及其每天的变化情况；电磁线圈和密封圈有无因过热而发出的特殊气味等。

c.问：即查阅气动系统的技术档案，了解系统的工作程序、运行要求及主要技术参数；查阅产品样本，了解每个元件的作用、结构、功能和性能；查阅维护检查记录，了解日常维护保养工作情况；访问现场操作人员，了解设备运行情况、故障发生前的征兆及故障发生时的状况，了解曾经出现过的故障及其排除方法。

d.切：例如，触摸相对运动件外部的手感和温度、电磁线圈处的温升等。触摸2 s感到烫手，则应查明原因。另外，还要查明气缸、管道等处有无振动，气缸有无爬行，各接头处及元件处有无漏气等。

经验法简单易行，但由于每个人的感觉、实践经验和判断能力的差异，诊断故障会存在一定的局限性。

②推理分析法。

推理分析法是利用逻辑推理，步步逼近，寻找出故障的真实原因的方法。

a.推理步骤。

从故障的症状推理出故障的真正原因，可按下面三步进行。

•由故障的症状，推理出故障的本质原因。

•由故障的本质原因，推理出故障可能存在的原因。

•从各种可能的常见原因中，找出故障的真实原因。

b.推理方法。

推理的原则是：由简到繁、由易到难、由表及里逐一进行分析，排除掉不可能的和非主要的故障原因；故障发生前曾调整或更换过的元件先查；优先查故障概率高的常见原因。

•仪表分析法。利用检测仪器仪表，如压力表、压差计、电压表、温度计、电秒表及其他电仪器等，检查系统或元件的技术参数是否合乎要求。

•部分停止法。暂时停止气动系统某部分的工作，观察对故障征兆的影响。

•试探反证法。试探性地改变气动系统中部分工作条件，观察对故障征兆的影响。

•比较法。用标准的或合格的元件代替系统中相同的元件，通过工作状况的对比，来判断被更换的元件是否失效。