基于电气相似性全气控系统设计方法研究



基于电气相似性全气控系统设计方法研究

主要研究气压传动与控制及结构分析。

林少玲

(福建信息职业技术学院机电工程系，福州 350003)

摘要：电气传动与流体传动是两大主要的传动方式，两者无论在基本原理还是基本元件上均具有很大的相似性。因此，利用电气相似原理，创造性地将气控元件抽象出来，借鉴典型的电气控制回路的特点，实现全气控系统中连续往复和两地控制模块的设计，并以弹药压装装置的全气控系统为例进行说明，通过Fluidsim—P仿真验证。

关键词：电气相似性；全气控系统；自锁回路

0引言

由于机电一体化设备存在敏感的电气信号，无法从本质上解决设备的安全性等问题，而全气压传动具有防火、防爆、节能、高效、价廉、无污染、使用维修方便和安全可靠的优点，使全气控系统的应用在非电气控制的工业领域中的地位逐步突出，在易燃、易爆、多粉尘及潮湿等恶劣环境场合得到了广泛的应用。

电气与气动控制技术虽然分属不同学科，但是在基本概念与原理、基本元件、基本回路上却具有很多相似性[1]；邱裕[2]提出电—气的基本物理量是一致的，刘青凤等[3]提出可控硅与液控单向阀的功能作用相似，均可实现可控单向导通的作用。因此，分析电—气元件的相似性是有必要的，具有实际应用的价值。

1电—气元件的相似性

电气控制的基本组成元素是继电器，继电器由线圈、常开触点和常闭触点组成，利用继电器的控制线路可实现“两地控制”“自锁连动回路”“互锁回路”等典型回路。而全气控系统的基本组成元素是各种气控阀，其中2/3单气控换向阀在功能上与继电器极其相似，在气压作用下阀芯的滑动导致换向在功能上相当于线圈通电，就如电磁阀电磁铁通电一般。而阀芯换向后产生的效果就是气流通道的通断，这又如线圈通电后引起相应继电器通断一样，只不过继电器通断的是电路，而阀通断的是气路[4]。

在电气回路中，并联电路的实质是“或”的关系，串联电路的实质是“与”的关系，而气控元件的梭阀和双压阀可分别实现逻辑关系“或”和“与”双压阀。因此，可以充分利用这些“电—气相似性”(表1)，将电气控制中的典型回路移植于全气动控制回路中。

表1　电—气元件相似性比较

在全气控回路中，由于失去易于控制的电气控制器件的参与，使得对它的控制变得比较困难，特别对于初学者或是没有一定经验的人员，难以实现全气控系统回路的设计和控制。

本文创造性地将电气元件与气控元件的相似性抽象出来，并借鉴电气控制回路的设计思想，实现连续往复和两地控制等回路的设计。

2利用典型电气控制回路实现全气动典型控制回路

2.1连续往复模块

启动：按下启动按纽SB2，KM的线圈得电，KM的自锁触头闭合。

自锁：松开启动按纽SB2，由于KM的自锁触头与启动按纽SB2并联，从而保证KM的线圈连续得电，实现电路的自锁，电机连续运转。

停车：按下停车按纽SB1，KM的线圈失电，KM的自锁触头断开，电机停止运转。

实质上自锁回路(图1)控制的核心就是将线圈的常开触点与启动按纽并联构成自锁回路，为线圈提供连续的电源，实现电机的连续转动。

图1　电气控制回路——自锁回路

借鉴自锁回路的控制思路，结合继电器与单气控换向阀的相似性：1)将换向阀SB2(启动按纽)2口和单气控换向阀K2口分别与梭阀左右的气控口1相连；梭阀输出口2与单气控换向阀气控口K相接，逻辑上与电气控制电路中KM自锁触头与启动按纽SB2并联相一致；2)将换向阀SB1(停车按纽)2口与单气控换向阀K口串联，逻辑上与电气控制电路中的停车一致。据此，全气控回路的连续往复回路如图2所示。

图2　连续循环模块

该连续循环回路的工作过程如下：

启动：按下手动2/3换向阀(启动按纽)SB2，其输出经过梭阀与单气控换向阀的气控口K相连，使其换向阀换位——常开变常闭，如图3所示。此过程在设计思路上，与电气控制回路中KM线圈得电，KM自锁触头闭合相吻合。

图3　连续循环启动

自锁：松开启动按纽SB2，由于单气控2/3换向阀的K2口经过梭阀2口与其自身的气控口K相连，使得单气控2/3换向阀一直保持受控的状态，即自锁，保证其K2口为全气控系统连续供气，实现气路自锁，如图4所示。此过程在设计思路上与电气控制回路中的SB2与KM自锁触头并联一致。

图4　连续循环自锁

停车： 按下换向阀SB1(停车按纽) ，换向阀SB1换位， 常闭变常开， 单气控2/3换向阀气控口K通空气， 弹簧复位， 使单气控2/3换向阀换位， 断开气源， 连续循环结束。此过程KM线圈失电， KM自锁触头断开相一致。连续循环停车过程如图5所示。

图5　连续循环停车

2.2两地控制模块

两地控制电气回路的特点是在自锁回路的基础上，将继电器线圈的支路上串联2个常闭按纽作为停车按纽，将2个常开按纽并联作为两地的启动按纽，从而实现两地控制，如图6所示，其工作过程与自锁回路基本一致。

图6　电气控制——两地控制

因此，可依据两地控制电气回路的特点，在连续循环回路的基础上设计全气控两地控制回路。1)停车按纽串联：同理，在2/3单气控换向阀气控口(相当于继电器的线圈)的气路上串联一个2/3手动常闭按纽作为停车按纽，全气控系统中气控元件的串联和电气控制回路一致：将1个控制阀的输出作为另一个控制阀的输入，即头尾相接。2)启动按纽并联：将2个2/3手动常开按纽并联，全气控系统中气控元件的并联可以利用梭阀。根据电气相似性的性质，全气控两地控制回路如图7所示，其工作过程与连续循环回路基本一致。

图7　全气控两地控制回路

2.3实例验证

为了验证电—气元件和回路的相似性，设计了弹药压装装置的全气控回路，如图8所示。当按下启动按纽后，气缸对物品进行压装，其压装过程的速度是可调的。当压装到指定位置并使气缸停留一段时间再回缩进行第二次压装，一直如此循环，直到按下停止按纽后气缸才停止动作。

图8　弹药压装装置

3结语

本文重点分析气控元件(2/3单气控换阀)与电气元件(继电器)的相似性，并联电路与梭阀的相似性，创造性地将气控元件按功能进行分解，并抽象出来，同时，借鉴典型电气控制回路并剖析电路的控制原理，实现了全气控系统回路中连续循环和两地控制回路的设计。利用这种新的方法和思路，完成了弹药压装装置全气控回路的设计，该回路能满足弹药压装装置的功能和安全性要求，并通过Fluidsim—p软件验证。可为全气控回路的设计提供了一种新的设计思路和行之有效的方法。实践证明，应用这种设计思想设计全气动回路，的确起到事半功倍的效果，特别是针对初学者或是没有经验的相关设计人员。

参考文献

[1] 朱玉川.电气与液压技术的相似性比较[J].机床与液压，2011，39(24)：61-62.

[2] 邱裕.浅谈液压与电气的相似性[J].液压与气动,2002(3)：17.

[3] 刘青凤，周广生，刘辉.从相似原理对液控单向阀和可控硅进行比较[J].流体传动与控制,2008(11)：54-55.

[4] 熊伟，王海涛，包钢，等.基于梯形图的全气动系统快速设计方法研究[J].机床与液压，2006(8):132-134 .

The study on all air control system design based on electro-pneumatic similarity

LIN Shao-ling

(DepartmentofMechanicalandElectricalEngineering,

FujianPolytechnicofInformationTechnology,Fuzhou350003,China)

Abstract：Electric drives and fluid power transmission are two main drive ways. Both of them have great similarity no mater in terms of basic principles or basic components. Therefore, the air control components can be creatively extracted by applying electro-pneumatic similar principle. The design to continuous and reciprocal control module in all air control system has been realized by using the typical characteristics of the electrical control circuit. The all air control system by taking ammunition crimping device as an example has been proved by Fluidsim-P simulation.

Key words：electro-pneumatic similarity; all air control system; self-locking

文献标志码：A

文章编号：1009-8984(2015)04-0036-04

中图分类号：THl38

作者简介：林少玲(1979-)，女(汉)，福建莆田，讲师，硕士

收稿日期：2015-10-26

doi:10.3969/j.issn.1009-8984.2015.04.009