基于串级法的纯气动回路设计研究

张兵

【摘要】气动回路设计是全国职业院校技能大赛液压与气动系统装调与维护竞赛项目中的重点考核模块之一。判断及消除障碍信号是气动回路设计的核心及难点，本文通过研究串级法设计气动回路的策略及方法，并以打标机的气动回路设计过程为例，体现串级法的优点，为竞赛选手在极短的时间内设计出成功率高的纯气动回路提供参考。

【关键词】技能大赛  气动回路设计  障碍信号

引言

气动回路设计是全国职业院校技能大赛液压与气动系统装调与维护竞赛项目中的重点考核模块之一，判断和消除障碍信号是整个气动回路设计的核心及难点。本文通过研究串级法设计纯气动回路的策略及方法，并以打标机的气动回路设计为例，分析串级法设计回路的优势，可供技能大赛选手参考运用。

1、串级法消除障碍信号的思想与方法

串级法是一种控制回路的隔离法，主要是利用记忆元件作为信号的转接作用，即利用5/2双气控阀以阶梯方式顺序连接，以改变各条管路的输出气压，从而保证在任一时间，只有一条管路有气源输出，其他管路都处于排气状态，使主控阀两侧的控制信号不同时出现。

采用此种排列，可以简单、明了、快速的消除障碍信号，而且是建立在回路图的实际操作程序中，是一种有规则可循的气动回路设计方法。在實际设计中，需要多少输出管路和记忆元件，要按动作顺序的分组而定。分组的原则为越少越好，设计也会简洁明了。

2、气动打标机动作分析

气动打标机的控制系统主要是由工件夹紧装置、打标装置和退料装置组成。其动作过程为工件在料仓中靠重力落下，由夹紧缸A将工件推向定位块并夹紧，接着打标缸B打印标志，然后B缸及A缸依次退回，最后由C缸将打印完的工件推出，再退回到初始位置，完成一次循环过程。其动作顺序可以表示为A+B+B-A-C+C-（+表示伸出，-表示退回）。

3、气动打标机回路设计

根据打标机的动作顺序A+B+B-A-C+C-，依据最简分组原则，且同一组内每个英文字母只能出现一次，将其分为2组：A+B+C-为一组，由第Ⅰ条管路供气，B-A-C+为另一组，由第Ⅱ条管路供气，两组输出信号不会同时出现，消除了障碍信号，两条管路只需要一个主控阀，用x1、x2分别表示管路主控阀两侧的气压信号。气缸主控阀两侧的控制信号通过活塞杆驱动压下行程阀产生。涉及的辅助状况，必须在单一循环气动回路设计完成后再一一加入，所以，先设计单一循环回路。

①a1接在B+控制线上，供气口连接在第Ⅰ条管路上;

②b1与x2控制线相连，供气口仍连接在第Ⅰ条管路上;

③将B-控制线直接接到第Ⅱ条输出管路上;

④b0接在A-控制线上，供气口连接在第Ⅱ条管路上;

⑤a0接在C+控制线上，供气口连接在第Ⅱ条管路上;

⑥c1与x1控制线相连，c1的供气口仍连接在第Ⅱ条管路上;

⑦将C-控制线直接连接到第Ⅰ条输出管路上;

⑧c0接在A+控制线上，c0的供气口连接在第Ⅰ条管路上。

就分组而言，气动回路的第一个动作是C-，但分析打标机的动作过程，实际上第一个动作应该是A+，通过启动按钮S1控制单一循环的A+动作，将其安装在第Ⅰ条管路与A+控制线之间，且为了获得启动在连续循环中达到互锁，必须将启动按钮S1与行程阀c0串联。

要实现连续循环模式，关键在于单一循环结束后，气缸C退回到初始位置，压下行程阀c0，输出的信号控制A缸再次伸出，而且单一循环模式与连续循环模式可任意切换。通过设计一个“或”阀在A+控制线上，分别连接单一循环与连续循环的启动按钮，停止切断循环应能随时切断连续循环模式的气信号。

料仓监测功能需实现当料仓中没有工件，气缸不可以伸出，系统必须停在起始位置，可用一个“双压”阀连接单一循环、连续循环的启动按钮与料仓监测的行程开关，以达到系统“互锁”作用。

紧急停止功能是要实现按下急停按钮，所有气缸无论在什么位置，均立即退回到初始位置，需要将供气回路信号送到所有气缸主控阀的退回控制口，同时保证切断气缸主控阀的伸出控制口的信号。而且，必须将管路主控阀复位，以实现急停解除后的重新启动。同时设置一个急停按钮EM与急停解除按钮REM，以控制系统的紧急停止与重新启动。

综上分析，设计的满足辅助状况的完整打标机气动控制回路，如图1所示。

4、结语

气动回路设计的核心及难点是判断及消除障碍信号，本文通过分析串级法设计气动回路的策略与方法，并以打标机的气动回路设计为例，体现出该设计方法的简单明了、思路清晰、回路明确、成功率高等优点，非常适用于技能大赛选手在极短的时间内设计出成功率高的纯气动控制回路。

参考文献：

[1]宋军民，周晓峰.液压传动与气动技术[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2009.

[2]滕士雷.纯气动回路快速设计方法研究[J].无锡职业技术学院学报，2018（6）：43-47.

[3]叶金玲.气动打标机回路设计及仿真[J].机械设计与制造，2015（7）：34-36.