張連軍
關(guān)鍵詞:氣動技術(shù) ?壓縮氣體 ?氣缸 ?換向閥
隨著現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,由液壓技術(shù)、氣動技術(shù)、傳感器技術(shù)、PLC技術(shù)等學(xué)科的相互滲透而形成的機(jī)電一體化技術(shù),已成為當(dāng)今工業(yè)科技的重要組成部分。筆者長期從事液壓傳動與氣動技術(shù)的教學(xué),教材中關(guān)于雙缸行程控制回路設(shè)計的講解中,有一部分學(xué)生在設(shè)計思路上不明確,對于障礙信號不知道如何消除,以至于不能正確理解教材中氣路的工作原理。下面筆者就以半自動鉆床純氣動控制系統(tǒng)的設(shè)計來說明氣路的設(shè)計方法與技巧。
在半自動鉆床純氣動控制回路中,有兩個氣缸:一個是起夾緊工件作用的夾緊缸A,另一個是用來驅(qū)動鉆床主軸的軸向運動,產(chǎn)生鉆削進(jìn)給運動的進(jìn)給缸B。該鉆床要求:按下啟動按鈕后,兩個氣缸按照一定的順序要求先后動作,完成一個工作循環(huán)。即工作要求為:夾緊缸伸出夾緊工件→切削缸切削進(jìn)給→切削缸退回→夾緊缸松開工件退回。
對半自動鉆床的工作過程進(jìn)行分析:在該半自動鉆床的工作過程中,進(jìn)給缸和夾緊缸在不同的工作階段分別需要有不同的動作,因此,其回路的控制關(guān)鍵是在相應(yīng)的階段對兩個氣缸的主控元件發(fā)出適當(dāng)?shù)目刂菩盘?,以此來控制氣缸按要求依次工作。也就是說,當(dāng)按下啟動按鈕后,需要夾緊缸伸出,當(dāng)夾緊缸伸出到位后,表示工件已經(jīng)夾緊,此時需要發(fā)出一個位置信號,該信號用來控制切削缸的伸出;當(dāng)切削缸伸出到位后,表明對工件已經(jīng)切削加工完成,此時需要發(fā)出一個位置信號,該信號用來控制切削缸的退回;當(dāng)切削缸退回到位后,需要發(fā)出一個位置信號,該信號用來控制夾緊缸的退回;當(dāng)夾緊缸退回到位后,應(yīng)該發(fā)出一個信號,表明一個工作循環(huán)結(jié)束。當(dāng)然,半自動鉆床的兩個氣缸的初始狀態(tài)必須是夾緊缸和切削缸都處于縮回狀態(tài)。
經(jīng)過以上對半自動鉆床的氣動控制系統(tǒng)的分析,整理出該控制氣路需要以下氣動元件:啟動按鈕,一個常開型的3/2閥;夾緊氣缸A、切削氣缸B,兩個雙作用氣缸;控制A缸的主控元件FA、控制B缸的主控元件FB,兩個雙氣控5/2閥;夾緊氣缸A縮回和伸出時觸發(fā)的行程閥A0、A1,切削氣缸B縮回和伸出時觸發(fā)的行程閥B0、B1,四個滾輪式常開型的3/2閥。
半自動鉆床的氣缸在工作時,在每一個階段,夾緊缸和切削缸需要分別產(chǎn)生不同的動作,在半自動鉆床氣壓傳動回路中,這些動作的產(chǎn)生是由半自動鉆床氣壓傳動回路中的A0、A1、B0、B14個行程閥通過檢測氣缸行程位置來控制氣缸產(chǎn)生相應(yīng)的動作。這種利用行程閥控制兩個或兩個以上氣缸動作的回路,稱之為行程控制多缸動作回路。
按照以上分析過程,設(shè)計出半自動鉆床的行程控制純氣動回路,該氣路中共用到以下元件:系統(tǒng)的啟動按鈕常開型3/2閥1.2;A缸和B缸的主控元件雙氣控5/2閥FA、FB;在A缸縮回和伸出位置分別放置滾輪杠桿式3/2行程閥A0、A1(常開型);在B缸縮回和伸出位置分別放置滾輪杠桿式3/2閥B0、B1(常開型);系統(tǒng)中用于消除障礙信號的兩個雙氣控3/2閥1.6、2.6,該氣路可以按照初始狀態(tài)和工作狀態(tài)來分析。
1.初始狀態(tài)
兩個主控閥FA、FB初始狀態(tài)右位接入回路,使得兩個氣缸A缸和B缸處于完全縮回的位置,行程閥A0、B0分別被壓下。
2.工作狀態(tài)
(1)A缸伸出。在初始狀態(tài),行程閥A0被A缸活塞桿壓下,行程閥A0左位接通,按下啟動按鈕1.2后,壓縮空氣經(jīng)過啟動按鈕1.2和行程閥A0進(jìn)入主控閥FA的左位氣控口,使閥FA獲得左位接通的控制信號a0,同時行程閥A0發(fā)出的控制信號a0還控制閥K和閥K,分別是:a0信號使控制閥K(1.6)右位氣控口有信號,從而切斷行程閥B0發(fā)出的b0信號;a0信號使控制閥K左位氣控口有信號,為下一步導(dǎo)通行程閥A1發(fā)出a1信號做準(zhǔn)備。由于主控閥FA的右位信號b0已經(jīng)不存在,主控閥FA只有左位有a0信號,因此主控閥FA換向,閥芯右移,左位接入系統(tǒng)回路,壓縮空氣進(jìn)入A缸的左腔,A缸活塞桿伸出。當(dāng)活塞桿離開行程閥A0時,在彈簧力的作用下行程閥A0復(fù)位,又由于雙氣控閥具有“記憶”特性,主控閥FA和閥K仍保持左位接通,閥K仍保持右位接通。
(2)B缸伸出。當(dāng)A缸活塞桿伸出,到達(dá)a1時,壓下行程閥A1,行程閥A1左位接通,壓縮空氣經(jīng)閥K與行程閥A1進(jìn)入主控閥FB的左位氣控口,使主控閥FB換向,左位接入系統(tǒng)回路,壓縮空氣進(jìn)入B缸的左腔,B缸活塞桿伸出,行程閥B0復(fù)位。由于主控閥FB具有“記憶”特性,主控閥FB仍保持左位接入系統(tǒng)回路,B缸繼續(xù)伸出。
(3)B缸縮回。當(dāng)B缸的活塞桿伸出,壓下行程閥B1后,行程閥B1左位接通,壓縮空氣經(jīng)行程閥B1進(jìn)入主控閥FB的右位氣控口,使主控閥FB獲得向右換向控制信號b1,同時b1信號控制閥K右位氣控口,使閥K工作在右位,切斷行程閥A1發(fā)出的信號a1,b1信號還控制閥K左位氣控口,為下一步動作導(dǎo)通行程閥B0發(fā)出的b0信號做準(zhǔn)備。此時,主控閥FB的兩端氣控口只有右位氣控口有信號,主控閥FB換向,右位接入系統(tǒng),壓縮空氣進(jìn)入B缸的右腔,B缸活塞桿縮回。當(dāng)B缸活塞桿離開行程閥B1時,在彈簧力的作用下行程閥B1復(fù)位,由于主控閥FB具有“記憶”特性,所以主控閥FB仍保持右位接通,B缸的活塞桿繼續(xù)回縮。
(4)A缸縮回。當(dāng)B缸的活塞桿縮回,壓下行程閥B0后,行程閥B0發(fā)出b0信號,使主控閥FA的右位氣控口有信號,主控閥FA換向,右位接入回路,壓縮空氣進(jìn)入A缸的右腔,A缸活塞桿縮回。
若再次按下啟動按鈕,開始新一輪循環(huán)。
1.采用兩個K閥進(jìn)行消障處理
當(dāng)主控閥兩端氣控口同時都有控制信號存在時(如FA兩端的a0、b0信號),由于主控閥FB具有“記憶”特性,因此,它只會保持之前的位置狀態(tài)而不會換向。筆者把影響主控閥換向的控制信號稱為障礙信號,把控制主控閥換向的控制信號稱為執(zhí)行信號。K閥的作用就是保證了在需要主控閥氣控口信號起作用時,導(dǎo)通控制信號的輸入;而不需要氣控口信號起作用時,切斷控制信號的輸入,從而使得主控閥兩端氣控口不會同時存在控制信號。
2.K閥所表示的含義
以符號K說明:K右上角的“b1”表示b1信號導(dǎo)通時需要消障的信號,右下角的“a0”表示信號a0切斷需要消障的信號。符號K表示含義也是如此。我們把具有這種消除障礙信號功能的閥K稱為輔助閥。
通過對半自動鉆床行程控制回路的分析可以看出,在氣壓傳動系統(tǒng)中,如果一個雙氣控閥的兩個控制口都有信號輸入,其中一個信號就屬于障礙信號,這種情況叫做信號重疊,障礙信號會造成雙氣控閥不能按照既定要求進(jìn)行動作。因此,必須采用適當(dāng)?shù)姆椒ò颜系K信號消除。在實際應(yīng)用中,人們常采用換向閥消障和單向式滾輪杠桿行程閥消障。
(1)換向閥消障。為了避免信號重疊,通常采用換向閥消除障礙信號作為基本方法,通過將換向閥與行程閥串聯(lián)使用,將長信號變成短信號,以達(dá)到消除障礙信號的目的。
消除方法:將有障礙的原始信號“m”,與另一個合適的控制信號“x”串聯(lián),得出一個消除障礙信號的新信號“m”。把消除障礙得到的信號稱為執(zhí)行信號。根據(jù)消障信號的選取可分為直接消障法和間接消障法。
第一,直接消障法。直接消障法就是控制信號x利用系統(tǒng)中現(xiàn)有的原始信號或主控閥的伸出信號來進(jìn)行消障,在控制回路中其壓下行程閥m閥左位進(jìn)入,回路導(dǎo)通,得到消障后的信號m*;當(dāng)x輸入信號,同時壓下m,使得兩閥左位接入,回路導(dǎo)通,得到消障后的信號m*。
第二,間接消障法。間接消障法就是在系統(tǒng)中沒有能直接左位消障信號x的原始信號,所以必須在系統(tǒng)中加一個輔助閥K以得到消障信號x。這個輔助閥K一般為具有記憶功能的雙氣控?fù)Q向閥。
Kx0x1信號表示雙氣控閥的輸出信號,x0、x1分別為輔助閥K的兩個控制信號,當(dāng)x0有氣時,輔助閥K有輸出,和m串聯(lián),得到執(zhí)行信號m*;同理,x1有氣時,輔助閥K無輸出,和m串聯(lián),用來消除m的障礙信號。
(2)單向式滾輪桿行程閥消障。消除障礙信號的方法除了換向閥消障以外,還可以采用單向式滾輪桿行程閥進(jìn)行消障。它的消障方法是使控制信號變?yōu)橐粋€短暫的脈沖信號。
利用單向式滾輪桿行程閥的工作原理,使原本是障礙的信號只發(fā)出一個短信號,從而對另一信號不造成干擾。但是需要注意的是:單向式行程閥在活塞桿伸出時,必須安裝在未到達(dá)終端的一小段距離的位置上;在活塞桿縮回時,必須安裝在活塞桿未到達(dá)始端的一小段距離上,使得行程閥只發(fā)出一個短暫的脈沖信號,以便活塞桿壓下行程閥以后還能通過。此時,雖然信號已經(jīng)不存在,但由于主控閥FB具有“記憶”特性,這個位置的狀態(tài)仍被保持。
用單向式行程閥消除障礙信號回路比較簡單,但是可靠性較差,因而在實際應(yīng)用中一般采用換向閥來消除障礙信號。
通過對以上半自動鉆床純氣動控制回路的分析和學(xué)習(xí),基本能夠掌握氣動回路的設(shè)計技巧以及障礙信號的消除方法。
參考文獻(xiàn):
[1]周曉峰.液壓傳動與氣動技術(shù)[M].北京:中國勞動社會保障出版社,2011.
(作者單位:河南省南陽市高級技工學(xué)校)