唐德棟，舒慶，劉瑞，李斌

(哈爾濱理工大學機械動力工程學院，黑龍江哈爾濱150080)

多氣缸順序動作氣壓控制回路設計時，首先應分析是否存在障礙信號，常用的方法有很多，如信號動作狀態(tài)圖法、卡諾圖圖解法等，這些方法較繁瑣且易出錯［1－2］。

氣動節(jié)拍器是近幾年發(fā)展起來的一種新型氣動自動控制元件，它具有線路連接清晰、自動消除障礙信號、工作安全可靠、改變控制程序方便快捷的特點。具有手動－自動控制、復位、緊急停車、互鎖保護、控制動作顯示等功能。是一種符合現(xiàn)代氣動發(fā)展趨勢的微型化、集成化、模塊化的新型智能氣動控制元件。

1 氣動節(jié)拍器的結構

節(jié)拍器由若干個獨立的控制單元連接而成，單個控制單元的結構如圖1所示，雙氣控換向閥2 控制本單元的氣體輸出，完成本步的執(zhí)行元件的動作控制，單氣控換向閥1 實現(xiàn)下一個控制單元的激活控制，當下一個控制單元成為活動步時，通過梭閥3 控制本單元成為不活動步(即A 口沒有氣體輸出)。

各氣口的功能說明:

P:氣源進氣口。當多個模塊組合使用時，各模塊P 口應相通連接;

A:氣控信號輸出口。當多個模塊組合使用時，各模塊的A 口分別輸出氣控信號;

X:氣控信號輸入口。當多個模塊組合使用時，各模塊的X 口分別接受來自外部的控制氣體;

L:總復位控制口，當L 口與氣源接通時，節(jié)拍器恢復為初始狀態(tài)，程序執(zhí)行完本步動作后停止;

Zn:轉換條件信號輸出口;控制其前級步成為不活動步。

Zn+1:轉換條件信號輸入口，當多個模塊組合使用時，前一個模塊的Zn +1 口應與后一個模塊的Zn 口相接;

Yn:起動信號口;

Yn+1:步進指令控制口，當多個模塊組合使用時，前一個模塊的Yn+1 口應與后一個模塊的Yn 口相接，以觸發(fā)Yn 起動。

圖1 單個控制單元結構圖

2 氣動節(jié)拍器的工作原理

節(jié)拍器的設計思想是將所有的原始信號(不管是否有障礙)全部經(jīng)過一個信號分配器處理為無障礙信號后作為執(zhí)行信號，去控制主控閥動作，根據(jù)程序要求改變信號分配器的輸入、輸出信號的順序，就可滿足所需程序的動作要求。

氣動節(jié)拍器的工作原理需遵循的基本控制規(guī)則如下:

(1)當前控制單元控制的動作為活動步，且轉換條件滿足時，下一個控制單元激活。

(2)下一個控制單元成為活動步的同時，前級的控制單元變?yōu)椴换顒硬健?/p>

下面以3 個控制單元組成的節(jié)拍器(如圖2)說明其具體的工作原理:

在啟動信號Yn 的作用下，換向閥2 處于左位，控制單元ST1 成為活動步(即A1 口有氣體輸出)，從而可以控制該步對應的外部氣路氣控換向閥動作，氣源驅(qū)動相應的執(zhí)行元件完成本步動作，本步動作完成時，轉換條件X1 得到滿足(即X1 口有氣體進入)，換向閥1 切換到左位，氣源氣體經(jīng)閥2 左位、閥1 左位控制閥5 切換到左位，實現(xiàn)控制單元ST2 成為活動步(即A2 口有氣體輸出)，與此同時，氣源氣體經(jīng)閥5 左位，梭閥3 控制閥2 切換到右位，控制單元ST1 成為不活動步。對于連接多個控制單元的節(jié)拍器的工作原理以此類推。節(jié)拍器最末的控制單元ST3 結構與前面的稍有不同，主要是保證在最后的控制單元處于活動步的狀態(tài)，且轉換條件滿足時，才能實現(xiàn)第一步成為活動步。

圖2 節(jié)拍器工作原理

圖3 采用節(jié)拍器的雙氣缸順序動作控制回路

3 氣動節(jié)拍器的在行程程序控制中的應用

下面以多缸多往復全氣動控制回路為例說明其具體的應用。用A、B 代表氣缸，用下標1、0 代表氣缸活塞桿的伸出和縮回，設計兩氣缸的動作順序A1A0B1B0的程序控制回路。由于該控制系統(tǒng)回路存在障礙信號，利用傳統(tǒng)的設計方法分析過程復雜，設計效率較低［3－4］。根據(jù)前述節(jié)拍器的工作原理，圖3給出了利用節(jié)拍器設計的氣動回路圖。如果兩缸的動作順序發(fā)生變化，氣動元件無需變化，只需改變每個控制單元A 口輸出與被控換向閥的氣控端口的連接順序即可，氣動回路調(diào)整簡單方便。

4 結束語

多缸往復行程程序控制回路的設計難點之一是障礙信號的排除，如果不能發(fā)現(xiàn)并排除這些障礙信號勢必會造成整個動作過程無法正常進行。采用節(jié)拍器后，可自動消除障礙信號，保證在上一步順序動作已經(jīng)完成并檢測到以后，下一步順序動作才能開始。能有效節(jié)省氣動控制回路的分析、設計和調(diào)試時間，保證回路的可靠工作。

【1】吳振順.氣壓傳動與控制中［M］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社，1995.

【2】林榮川，魏莎莎.多氣缸順序回路信號障礙消除及程序控制系統(tǒng)設計［J］.包裝與食品機械，2009，27(2):24－26.

【3】唐德棟.Festo 氣壓實驗臺在《液壓與氣壓傳動》實驗教學中的應用［J］.機床與液壓，2004(2):125－126.

【4】唐德棟.基于Festo 實驗臺氣動綜合實驗的開發(fā)［J］.機床與液壓，2006(4):109－110.