气动自动化系统的优化设计PDF电子书下载

一、采用气动自动化的经济效果 1

0.1 气动自动化控制技术 1

二、气动的持续发展必须体现的特点 2

三、气动自动化系统的发展趋势 2

1.功能不断增强，体积不断缩小 2

2.模块化和集成化 3

4.整套供应 4

0.2 本书的主要内容 4

3.智能气动 4

第一章 气源系统及空气净化处理装置 5

1.1 压缩空气 5

一、干空气与湿空气 5

1.干空气与湿空气 5

2.相对湿度 6

3.含湿量 6

4.露点 6

5.压缩空气的相对湿度和露点 6

2.污染的影响 8

1.污染源 8

二、压缩空气的污染 8

三、空气的质量等级 9

四、空气的净化处理 9

1.2 空气压缩站 11

一、空气压缩站的组成 11

1.空压机 11

2.贮气罐 14

3.后冷却器 15

1.输出流量 16

二、空压站机组的选择 16

2.输出压力 17

3.噪声 17

三、空压站机组的控制 17

1.3 空气净化处理装置 18

一、干燥器 18

1.冷冻式空气干燥器 18

2.吸附式空气干燥器 19

3.膜式空气干燥器 20

1.分水过滤器 21

二、过滤器 21

三、油雾器 23

1.普通型油雾器 23

2.凝聚式过滤器 23

2.微雾型油雾器 25

四、自动排水器 27

1.4 管道网路 28

一、管道设计 28

1.管道直径计算 28

2.压力降校核 28

3.管道中流阻元件的影响 30

二、管道布置的基本原则 31

1.从供气压力要求来考虑 31

2.从供气净化质量要求来考虑 32

3.从供气的可靠性和经济性要求来考虑 32

2.2 气缸 34

1.按结构分类 34

一、分类 34

2.1 概述 34

第二章 气动执行元件 34

2.按缸径分类 35

3.按安装形式分类 35

4.按缓冲形式分类 36

5.按驱动方式分类 36

6.按润滑方式分类 36

二、普通气缸 36

1.动作原理 36

2.结构 38

3.密封 39

4.规格 41

5.工作特性 43

三、普通气缸的设计计算 44

1.气缸的输出力 44

2.负载率β 47

3.缸径计算 47

4.活塞杆的弯曲强度和挠度 48

5.缓冲性能 51

6.耗气量 53

四、标准气缸 54

1.结构特点 55

2.派生及特殊设计 55

3.活塞杆承载能力 56

五、变型气缸 58

1.多位气缸 58

2.串联气缸 59

3.短行程气缸 59

4.阻挡气缸 60

5.双活塞杆气缸 62

6.微型气缸 63

六、无杆气缸 63

1.结构和特点 64

2.使用时的注意事项 64

七、磁性气缸 68

1.结构和原理 68

2.安装使用 68

1.磁性开关 69

八、开关气缸 69

2.开关性能 70

3.SME-8/SMT-8磁性开关 71

4.使用时的注意事项 71

九、制动气缸 72

1.结构和原理 72

2.气动控制回路 73

3.选用 74

1.结构和原理 75

十、摆动气缸 75

2.性能 76

3.应用举例 77

十一、滑台气缸 78

1.导向气缸 78

2.精密导向气缸 79

3.长行程精密导向气缸 80

4.滑块气缸 82

十二、坐标气缸 85

1.结构和原理 85

2.主要性能 86

3.安装方式 88

十三、异形气缸 88

1.扁平气缸 88

2.矩形气缸 91

3.螺纹气缸 91

4.多面安装气缸 91

十四、手指气缸 92

1.平行手指气缸 92

3.旋转手指气缸 97

2.摆动手指气缸 97

4.三点手指气缸 104

十五、膜片气缸 104

1.结构和原理 104

2.膜片式夹紧气缸 106

3.气囊式气缸 107

2.3 摆动马达 108

一、概述 108

二、叶片式摆动马达 108

2.工作原理 109

1.结构 109

3.主要性能 110

4.选用 110

三、齿轮齿条式摆动马达 111

1.结构 111

2.工作原理 111

3.主要性能 112

2.速度控制 113

1.载荷方式 113

四、使用时的注意事项 113

4.连接方式 113

2.4 气马达 114

一、概述 114

二、结构和原理 115

三、特性 115

1.基本特性 115

2.工作特性与工作压力的关系 116

1.缸径 117

一、气缸的选择 117

2.5 气缸的选择与使用 117

2.行程 118

3.工作压力 118

4.活塞杆的连接 118

5.气缸安装方式 119

二、在特殊环境下工作的气缸选择 120

三、安全规范 120

四、工作环境 120

1.环境温度 120

2.活塞的运动速度 121

六、维护保养 121

3.速度调整 121

2.润滑 121

1.活塞杆径向载荷 121

五、安装操作注意事项 121

3.接管 121

2.对泄漏的要求 122

1.使用的能源 122

二、和液压阀的比较 122

一、分类 122

3.1 概述 122

第三章 气动控制元件 122

3.润滑要求 123

4.压力范围 123

5.使用特点 123

三、阀的结构特性 123

1.截止式 123

2.滑柱式 125

3.同轴截止式 127

3.2 压力控制阀 128

一、减压阀 128

1.基本工作原理 129

2.结构 130

3.受力分析 131

4.特性 133

5.常用减压阀 134

6.选用 135

1.工作原理 138

二、溢流阀(安全阀) 138

2.特性分析 139

3.结构 140

4.使用原则 141

5.溢流阀的使用 141

三、顺序阀 141

1.工作原理 141

二、节流阀 143

一、流量控制原理 143

3.3 流量控制阀 143

2.应用举例 143

1.常用节流阀结构 144

2.针阀的基本性能 145

三、单向节流阀 146

四、先导式速度控制阀 147

五、行程节流阀 147

六、排气节流阀 148

七、选择与使用 148

2.按控制方式分类 149

1.按阀内气流的作用方向分类 149

3.4 方向控制阀 149

一、分类 149

3.按阀的通口数目分类 150

4.按切换状态数分类 150

5.按阀芯结构分类 152

6.按连接方式分类 152

7.按公称通径分类 155

二、电磁阀 155

1.基本结构 155

2.电气结构 158

3.电气性能 161

4.非接触式电磁阀操作器 163

5.防爆电磁阀 164

三、气控阀 167

1.基本结构 167

2.差压控制 168

3.延时控制 168

四、ISO阀 170

五、人控阀 172

六、机控阀 174

七、单向型控制阀 176

1.单向阀、气控单向阀 176

2.梭阀 178

3.双压阀 178

4.快排阀 178

八、换向阀的主要性能参数 180

1.工作压力范围 180

2.控制压力 180

3.介质温度和环境温度 180

4.响应时间 181

5.最高换向频率 181

6.流量特性 182

1.选用原则 184

九、方向控制阀的选用方法 184

10.环境适应性 184

9.电气性能 184

8.耐久性 184

7.泄漏量 184

2.使用注意事项 185

3.5 阀岛 186

一、阀岛的技术背景 186

二、第一代阀岛：带多针接口的阀岛 187

三、第二代阀岛：带现场总线的阀岛 188

2.模块式阀岛 190

1.可编程阀岛 190

四、阀岛技术的进一步发展 190

3.紧凑型阀岛(CP阀岛) 192

4.ASI接口与阀岛的结合 193

五、阀岛技术的应用 194

1.带现场总线阀岛用于电机零件生产的自动线 194

2.模块式ISO阀岛在汽车工业中的应用 194

3.可编程阀岛用于模块式生产线 195

4.带ASI接口的CP阀岛用于医疗器件的包装自动线 196

1.背压式传感器 197

一、气动位置传感器 197

4.1 传感器 197

第四章 气动辅助元件 197

2.反射式传感器 200

3.遮断式传感器 201

4.对冲式传感器 202

二、电感式传感器 203

1.结构和原理 203

2.特点 203

3.一般特性 204

三、光电式传感器 205

四、光纤式传感器 207

1.光导纤维的结构和传输原理 207

2.光纤电缆 208

3.光纤式传感器 208

4.2 转换器 208

一、气-电转换器 208

1.8通道气-电转换器 208

2.膜片式气-电转换器 209

1.高低压控制器 211

二、压力开关 211

2.可调压力开关 212

3.多用途压力开关 212

4.3 气-液元件 213

一、气-液转换器 213

1.结构和原理 213

2.使用 213

二、气-液阻尼缸 214

1.工作原理 214

2.应用 215

三、气-液增压缸 216

1.结构和原理 216

2.用途 217

4.4 缓冲器 219

一、液压缓冲器 220

1.自调式液压缓冲器 220

2.可调式液压缓冲器 220

二、计算与应用 221

1.缓冲器能量计算 221

一、对消声器的基本要求 223

二、阀用消声器 223

2.使用时的注意事项 223

4.5 消声器 223

4.6 管件 224

一、管道 224

1.螺纹连接 225

1.管路接头 226

2.扩口式管接头 226

3.卡套式管接头 226

二、接头 226

2.焊接连接 226

三、软管 227

1.橡胶管 227

2.尼龙管 227

3.聚胺酯管 227

4.聚乙烯管 227

5.螺旋管 227

四、软管接头 227

4.倒钩式管接头 228

3.快拧式管接头 228

2.快换式管接头 228

1.快插式管接头 228

第五章 真空元件 230

5.1 概述 230

一、真空度 230

二、真空系统的组成 230

5.2 真空发生器 231

一、工作原理 231

2.带喷射开关的真空发生器 232

1.普通真空发生器 232

二、结构 232

3.组合真空发生器 233

三、主要性能 233

1.耗气量 233

2.真空度 234

3.抽吸时间 234

5.3 真空吸盘 234

一、结构 234

一、真空电磁阀 236

二、性能 236

5.4 其它真空元件 236

二、真空安全阀 237

三、真空顺序阀 238

四、气-电信号转换器 238

5.5 真空元件造型计算尺 239

第六章 气动机器人及机械手 243

6.1 概述 243

一、气动机器人与气动机械手的定义 243

二、近代气动机器人(气动机械手)的发展 244

6.2 气动机器人(气动机械手)的模块化和集成化 248

一、智能阀岛 248

1.气动阀门模块 248

2.控制模块 249

3.电信号输入/输出模块 249

4.总线转换和扩展模块 250

5.智能阀岛的分散与集中控制 250

二、气动伺服定位系统的成套化 251

1.特点 252

三、气动机械手的模块化拼装 252

2.性能对比 253

6.3 典型模块 253

6.4 常用模块化气动机械手 256

一、立柱型气动机械手 256

二、门架型气动机械手 258

三、滑块型气动机械手 258

四、模块化连接方式 258

一、手指气缸 264

6.5 气动机械手手指及真空吸盘 264

二、真空吸盘 265

三、其它抓取方式 266

四、手指气缸及真空吸盘的计算 266

1.抓手气缸的计算 266

2.真空吸盘的计算 268

第七章 气动机构 272

7.1 常用气动机构 272

一、气动扩力机构 272

三、多级行程的运动机构 273

二、行程扩大机构 273

四、断续输送机构 274

五、阻挡机构 275

六、水平运动机构 277

七、直线运动机构 278

7.2 气动进给装置 278

一、结构 278

二、动作原理 279

1.二位八通组合阀 279

2.气动回路 280

三、主要性能 281

7.3 气动分度盘 281

一、结构 282

二、动作原理 283

三、主要性能 284

7.4 气动机构设计中的几个问题 285

一、气缸的缓冲 285

1.高缓冲气缸 286

2.外部缓冲器 286

二、气缸的导向 287

3.采用缓冲回路 287

三、气缸的速度 292

第八章 气动程序控制系统 294

8.1 引言 294

8.2 气动常用回路 294

一、操作回路 294

1.安全启动回路 294

3.手动/自动操作回路 295

4.急停回路 295

2.启动及停车回路 295

5.清零信号回路 297

二、安全保护回路 297

1.过载保护回路 297

2.气压降低保护回路 297

3.双手操作回路 297

4.互锁回路 298

三、速度控制回路 298

1.单作用气缸的速度控制回路 298

3.缓冲回路 299

2.双作用气缸的速度控制回路 299

5.气-液联动速度控制回路 300

4.变速回路 300

四、位置控制回路 301

1.三位阀位置控制回路 302

2.气-液联动位置控制回路 302

3.多位缸位置控制回路 302

1.刚性连接的同步回路 303

3.气-液阻尼缸的同步回路 303

2.气-液转换的同步回路 303

五、同步动作回路 303

4.手动阀位置控制回路 303

8.3 气动逻辑控制回路 304

一、概述 304

二、逻辑回路 304

1.“是”回路 304

2.“非”回路 305

3.“与”回路 305

4.“或”回路 305

7.“禁”回路 306

5.“或非”回路 306

6.“与非”回路 306

8.“蕴含”回路 307

9.“同或”回路 307

10.“异或”回路 307

11.记忆回路 307

三、延时回路 308

8.4 程序控制 308

一、行程程序控制 308

三、混合程序控制 309

二、时间程序控制 309

8.5 程序设计方法 310

一、基本单元 310

二、程序表示方法 310

三、障碍信号 312

1.Ⅰ型障碍信号 313

2.Ⅱ型障碍信号 313

3.滞消障碍信号 313

1.X/D线图法 314

四、障碍信号的判别 314

2.区间直观法 316

五、障碍信号的排除方法 317

1.脉冲信号排障法 318

2.逻辑回路法 320

1.行程发信装置 325

3.主控阀 325

2.逻辑回路 325

一、绘制逻辑控制原理图 325

8.6 单往复程序回路的设计 325

二、气动控制回路图 327

1.气动控制回路图的内容 327

2.绘制气动控制回路图的注意事项 327

3.完整的气控回路图包括的其它内容 327

4.国际标准ISO1219-2：1995 327

四、等效置换与回路简化 329

2.单气控执行信号 329

3.逻辑控制原理图 329

1.单气控执行信号的特点 329

三、单气控换向阀的控制回路 329

1.主控阀合并于行程阀 331

2.排障用的中间记忆元件合并于行程阀 332

8.7 多缸多往复行程程序回路的设计 333

一、程序动作的特点 333

二、X/D线图的画法 334

三、障碍信号排除方法 334

3.引入中间记忆元件排障法 335

2.逻辑与门排障法 335

1.逻辑或门排障法 335

4.计数触发器信号分配法 337

5.采用辅助机构和辅助行程阀排障法 339

8.8 分组供气法设计程序控制回路 342

一、分组供气原理 342

二、分组规则 342

三、分组供气回路 343

四、分组供气法与X/D线图法的比较 345

8.9 通用程序控制回路 345

一、通用程序控制器的回路原理 345

二、气动通用程序控制回路的组成 347

三、程序编排方法 348

1.工作程序的节拍数等于信号分配器的位数 349

2.工作程序的节拍数小于信号分配器的位数 350

3.工作程序的节拍数大于信号分配器的位数 350

4.并列动作和多往复动作程序的编排 351

四、快速步进器 351

1.电器元件的图形符号 353

3.时间继电器 353

2.控制继电器 353

一、电-气控制的基本知识 353

8.10 电-气程序控制 353

二、电-气逻辑回路 354

1.是门电路(通断电路) 354

2.或门电路(并联电路) 355

3.与门电路(串联电路) 355

4.记忆电路(自保持电路) 355

5.延时电路 355

三、典型的电控气动回路 356

1.电控气动回路图说明 356

2.典型回路 357

四、电控气动程序回路的设计 359

1.电-气程序回路的说明 359

2.电-气控制回路 361

8.11 气动程序控制系统设计 362

一、了解工况和明确设计依据 362

二、方案的选择 363

三、系统设计 363

1.动力回路的设计 364

2.举例 364

3.控制回路的设计 365

4.综合动力回路和控制回路 366

5.确定执行元件，计算耗气量 366

6.选择控制元件和辅助元件 366

7.空气管路设计 366

8.选择空压机 367

9.绘制非标准件、部件及设备图纸 367

10.设计管路并绘制管路 367

11.编写技术文件 367

三、可编程控制器的发展趋势 368

二、可编程控制器的特点 368

第九章 可编程控制器的应用 368

一、可编程控制器的定义 368

9.1 概述 368

四、可编程控制器在气动控制中的应用 369

9.2 PLC的基本构成 369

一、PLC的组成 369

1.中央处理单元 369

2.存储器 369

4.编程工具 370

3.输入/输出部件 370

二、PLC的基本结构 371

1.单元式结构 371

2.模块式结构 371

9.3 PLC的工作原理 371

一、扫描技术 371

二、I/O管理 372

9.4 可编程控制器的基本技术指标 372

2.FST软件的基本特征 373

1.FST编程环境 373

9.5 可编程控制器的编程语言 373

一、FST编程软件 373

3.FST软件的使用 374

二、FST操作数 374

1.位操作数 375

2.字操作数 376

三、梯形图程序结构 378

1.概述 378

2.操作指令 379

2.语句 384

3.STL的执行规则 384

四、STL程序结构 384

1.程序步指令 384

4.STL指令 385

五、程序举例 386

1.采用梯形图编制 386

2.采用指令表编制 388

9.6 可编程控制器控制系统设计步骤 388

9.7 气动控制系统设计举例 388

2.输出信号 389

一、系统分析 389

1.输入信号 389

二、可编程控制器的选用 390

三、建立I/O地址分配表 390

四、PLC硬件接线图 390

五、编程 391

1.采用指令表编写 391

2.采用梯形图编写 392

1.按动态特性分类 394

2.按电-机械转换器结构分类 394

10.1 气动比例伺服控制阀 394

一、分类 394

第十章 气动比例、伺服控制阀及系统 394

3.按应用分类 395

二、比例伺服控制阀的构成 395

1.驱动机构 395

2.气动放大器 395

三、电磁铁驱动的比例控制阀 395

四、开关控制的压力比例阀 397

五、喷嘴挡板式压力比例阀 398

六、气动伺服阀 399

10.2 气动伺服定位系统 401

一、概述 401

二、系统描述以及最优控制参数的理论设计 402

三、控制参数的修正及进一步智能化 404

1.气控回路的饱和现象 404

4.系统的滞环和偏差 405

3.伺服阀的阀口叠量及其泄漏 405

2.气缸的摩擦力 405

四、控制效果 406

10.3 应用实例 406

一、布料卷扬纠偏装置 406

二、用于焊接机器人的气动伺服定位系统 406

三、冷却液灌输 408

四、搬运机器人 409

五、SGM副车架左、右梁点焊机 409

主要参考文献 412