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前面，我们介绍了工程图的制作及相关的基础知识储备。现在，我们开始介绍常用的自动化元器件的基本知识。本文的重点在于各种常用自动化部件的选型计算方法和基础应用知识，所以，其中涉及到得相关理论知识不做重点阐述。在各种驱动元件和执行元件的选型中会有相当一部分的力学知识的应用，所以，在阅读本章前，请诸位做好相关知识的储备。由于液压系统一般应用于大负载的场合且其控制回路相对复杂，初级设计师较少涉及到，其具体理论和应用知识请查阅《液压传动系统》一书，其器件选型思路与气动系统元器件选型大致相似，所以本文不做介绍。 第一节 气动系统元器件选型及应用 气动系统基本元器件 在现代工业自动化设备中，气动元器件得到了广泛的运用。需要声明的是：本文的主要面对对象是初级工程师及以下资质人员，所以，本节内容着重介绍普通的气动回路和气动系统元器件的基本知识和选型应用方法，突出的是“常用” 二字，关于特殊的气动系统应用请参考专门的资料或者咨询气动产品供应商。 首先，我们来了解一下气动驱动系统的基本组成部件。 1.气源：气动系统的气源为纯净的压缩空气。所以，我们常用的气源部件主要包括：空气压缩机、过滤器、减压阀、压力表、油雾器等器件。空气压缩机主要是产生压缩空气（工作介质）；过滤器主要是过滤压缩空气中的杂质，主要是水，所以过滤器一般有手动排水和自动排水两种；减压阀主要是为了调节气动回路的压力，是压力恒定，维持气动系统的稳定性；压力表是气压的指示仪器，它的单位通常有两种：帕斯卡（Pa）、100 kpa（Bar），面向欧美的压力表也会有磅/平方英寸（Psi）；油雾器的主要作用是雾化气动元器件的润滑油。 2.气缸：气缸是主要的气动驱动元件之一，它有多种类型。根据作用方式可分为：单作用气缸和双作用气缸。单作用气缸是指气缸的活塞杆的某一个方向的运动由压缩空气驱动，而另一个相反方向的运动由弹簧驱动复位。双作用气缸是指气缸活塞杆的两个方向的运动都由压缩空气驱动。气缸根据其运动方式可以分为三类：直线运动气缸、旋转气缸和气爪。直线运动气缸驱动执行机构做直线往复运动；旋转气缸驱动执行机构做旋转往复运动；气爪驱动执行机构做开合运动，主要用于工件或者产品的抓取、夹持等方面。根据气缸的使用工况环境区分，可分为：普通气缸、防水气缸、洁净气缸。普通气缸适用于一般的工作环境；防水气缸适用于具有一定程度的水雾和湿度环境下；洁净气缸主要应用于洁净室内（Clean Room）的工作环境中。 3.节流阀：节流阀主要功能是调节气流大小，控制气动驱动元件的速度。通常分为：进气节流阀和出气节流阀两种。进气节流阀直接调节供气管的气流大小，出气节流阀通过调节排气管的气流大小达到控制气动驱动元件的速度，因而具有比进气节流控制更稳定的特点。 4.电磁换向阀：气缸的往复运动、真空吸盘的吸取和放置动作都由电磁换向阀来控制。电磁换向阀的动作由控制系统直接输出电信号进行驱动，所以，电磁换向阀实际上属于气动系统的控制元件。我们常用的电磁换向阀通常有：两位四通电磁阀、三位四通电磁阀、两位五通电磁阀、三位五通电磁阀。在这里，请诸位区分开“位”和“通”这两个概念：位，是指阀芯的工作位置，两位即两个工作位置；通，是指阀体内部通过阀芯的运动而形成的气流通路。 5.磁性开关：磁性开关是一种检测气缸活塞位置的传感器。气缸活塞位置如果通过磁性开关检测，则要求选用带磁性的气缸活塞，否则无效。 6.真空吸盘：真空吸盘是一种应用真空原理抓取产品的塑料元件。 7.真空发生器：真空发生器的主要功能是产生一定程度的真空。 8.负压表：负压表是检测气路真空程度的仪表，它通常作为一种传感器使用。 9.快换接头：直接插拔式的气管接头。 10.气管：通常，气管规格都是以气管外径来区分的。我们常用的气管规格有：Φ4，Φ6，Φ8，Φ10，Φ12。 气动元器件选型及应用 声明：本节内容所有的计算过程中气动回路的压力供应按照 6bar 进行。本节内容中所采用的气动元件样本为 FESTO 气动产品。 一空气压缩机通常是由工厂配备，所以，这里不介绍其选型计算。 二 空气过滤组合件的选型及计算方法：空气过滤组合件常用的主要包含以下四种种元件：空气过滤器、减压阀、油雾器、压力表。通常，供应商会根据其产品使用状况将这四种元件集成配置成一个组件以方便客户选择使用。所以，在选择此组合件的时候，我们只需要关注两个问题即可：本组件的流量和过滤器的排水方式。在工程实践中，空气流量的计算单位为：升/分钟（L/min）。所以，我们只要保证此组件供气的所有回路中最大耗气时刻的气体流量小于本组件的额定供气流量，并根据工厂实际使用需要选择适当的排水方式（手动排水或自动排水）即可。最大耗气时刻气体消耗量即在耗气量最大的时候所有气动元件工作的耗气量。 请看下面的示例： 图 2.1-1 中显示的负载是 40kg，设定提升行程是 90mm。所以，根据图中的气缸安装方式其回程推力应大于 40kgf。而在实际工程应用中，气缸的效率大约是 85%，所以，而我们再乘以一个安全系数 Sp，则实际要求的推力为：F = (Fl X Sp) / 0.85 气缸作用力的计算公式：F = A X P 根据图示的安装方式，可以知道，气缸的回程方向为负载提升方向，所以，其气体作用于活塞的面积为：A = 3.14 X (D/2)2 - 3.14 X (d/2)2 所以,我们假设选择标准气缸 DNC 系列，则根据 FESTO 的样本可以选择气缸缸径为：40mm。 根据要求，提升行程 90mm,则选取气缸标准行程为 100mm。气缸两端或者单端加限位调整装置，调整到需要行程即可。注意：通常普通气缸的行程都会有+/-1mm 的误差，所以在需要精确定位的时候，需要选择气缸行程大于需要行程而在定位处加设限位装置。 那么，现在气缸的主要参数确定完毕。接下来看看气缸的辅助参数。如果，需要选择直接检测气缸活塞的位置，则需要选择带磁性的活塞。如果，在结构设计时允许外设缓冲装置则可以选择不带气动缓冲的气缸，否则选择带有气动缓冲的气缸。以使气缸平稳停下。至于外设缓冲器的选择计算，我们将在后面模块设计中给诸位介绍。 剩下最后一个参数确定，即气管规格。40mm 缸径气缸我们通常配管规格选择 6mm 气管。 至此，气缸选择完毕：DNC-40-100-P-A 四 节流阀选择：为了气缸运行更趋于平稳状态，我们选择排气节流型节流阀。根据气缸气接口螺纹（G1/4）和选定的气缸规格选择节流阀型号即可。 两位阀： 单线圈两位五通电磁换向阀：即电磁换向阀阀芯只有两个工作位置，换向阀的一端有电磁线圈进行控制电磁阀动作。此线圈得电动作，失电复位。即阀芯在线圈通电时移向靠近线圈的位置，线圈断电时移向远离线圈的位置。即线圈断电后阀芯复位，气缸也复位。 双线圈两位五通电磁换向阀：即电磁换向阀阀芯只有两个工作位置，换向阀两端都有电磁线圈进行控制电磁阀动作。A 线圈通电且 B 线圈断电，阀芯移向靠近 A 线圈位置；B 线圈通电且 A 线圈断电，阀芯移向靠近 B 线圈位置。此款双线圈电磁阀的特点即意味着当设备异常断电时，气缸不会动作。 三位阀： 三位五通中封式电磁换向阀：即电磁换向阀阀芯有三个工作位置，换向阀两端都有电磁线圈进行控制电磁阀动作。A 线圈通电且 B 线圈断电，阀芯移向靠近A 线圈位置；B 线圈通电且 A 线圈断电，阀芯移向靠近 B 线圈位置。两端同时断电，则电磁阀阀芯回到中间位置，两个气管都不形成回路，即气缸两个腔体完全封闭，不供气，不排气，气缸活塞保持位置不动。 三位五通中泄式电磁换向阀：即电磁换向阀阀芯有三个工作位置，换向阀两端都有电磁线圈进行控制电磁阀动作。A 线圈通电且 B 线圈断电，阀芯移向靠近A 线圈位置；B 线圈通电且 A 线圈断电，阀芯移向靠近 B 线圈位置。两端同时断电，则电磁阀阀芯回到中间位置，两个气管同时排气，即气缸两个腔体同时排气，气缸活塞可通过任何外力随意移动，气缸为不受控状态。 第二节油压缓冲器的选型计算 鉴于诸多初级设计师不知道怎样通过计算的方式选择油压缓冲器，而且大学教材也没有关于这方面的内容，所以，在此为大家做一个简单介绍。缓冲器是设备中使用非常广泛的一种器件，诸位有必要了解其计算选型方法。实际上，缓冲器的使用场合很多，但是在工业自动化设备中，其主要使用场合还是配合气缸使用。所以，将缓冲器的知识放在气缸内容后面介绍，以方便大家查阅。特别是现代工厂自动化设备中气缸使用日益广泛的基础上，缓冲器已经成为一种常用的标准器件，本节内容也主要介绍在气功作为驱动力的冲击情况下，怎样对缓冲器的选型进行计算分析。 水平冲击： 下面，我们举例说明其计算方法（由于各厂家制造的缓冲器规格型号及性能并不一致，本例采用 CKD 的样本性能参数做介绍）： 未完待续 |
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