純氣動回路的串級法設計

合肥市經貿旅游學校現代制造部電工組 洪建政

在純氣動回路設計中，對于氣缸數少的回路，用經驗法、狀態圖法設計，簡單直觀。但消除障礙信號過程較為繁瑣、易錯，特別在氣缸數比較多的時候更為明顯。對于多氣缸回路，文章基于串級級法設計理念，結合具體案例設計，介紹純氣動回路設計法，可完成較復雜的純氣動回路設計。

純氣動系統不存在任何電氣元件，這樣純氣動系統在易燃易爆場所、復雜電磁環境等特殊領域有著不可替代的優越性，得到非常廣泛的應用。但因為沒有電氣元件，要實現復雜的純氣動控制系統設計，其難度很大。純氣動系統設計一直是全國職業技能大賽液壓與氣動系統安裝與維護項目的重點考核內容。筆者多年輔導學生參加比賽。經驗證明，純氣動順序動作控制回路設計關鍵之一是障礙信號的排除，同時也是難點之一，串級法容易消除障礙信號，在短時間內，可以速迅速對較復雜的純氣動控制回路進行設計。

1 用串級法轉換氣路

純氣動回路控制中，某個氣缸的伸、縮動作由雙氣控換向閥控制，而雙氣控換向閥兩個控制端不能同時供氣，否則會出現故障。串級法主要是利用換向閥作為信號的轉接作用，以階梯方式按順序連接，從而確保任一時間只有一個組信號輸出，其余的組為排氣狀態，使主控閥兩側的控制信號不同時出現，如圖1所示。

圖1 串級法轉換氣路圖

(a)、(b)、(c)分別為二、三、四級串級轉換氣路，I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示管路線號。每個圖中只有一線（即一組）為進氣狀態，其他線為排氣狀態，是一種有規則可依的氣動回路設計法。

2 串級法設計純氣動控制回路步驟

（1）回路設計時，用a、b、c、d表示氣缸，用＋表氣缸伸出、－表示氣缸縮回。a＋表示a氣缸伸出，a－表示a氣缸縮回等。用a1、a0、b1、b0、c1、c0、d1、d0等分別表示與動作a＋、a－、b＋、b－、c＋、c－、d＋、d－等相對應的行程閥信號。

（2）設計回路時，按氣缸動作順序的分級，動作順序分為n級，則要n條輸出管路，記憶元件的數量則為n－1個。

（3）對氣缸動作順序進行分組時，原則是相同的英文字母不能出現在同一組內。例如a+，b+，c+，‖(c-，b-)，a-，即分為二組；‖a+，b+，‖a-，c+，b-，d+，‖d-，c-‖，即分為三組；‖a+，b+，‖b-，c+‖b+‖b-，(c-，a-)‖，即分為四組。分組的組數即是輸出管路數。

（4）畫出幾組線即輸出管路數、記憶元件、各個氣缸符號及主控閥，氣缸應在起始位置。

（5）輸出信號靠氣缸活塞桿驅動a1、a0、b1、b0、c1、c0、d1、d0等行程閥，行程閥按照動作順序依次標示英文字母。

3 串級法設計純氣動控制回路

3.1 案例1

（1）根據圖2位移-步驟圖，首先對氣缸A、B、C、D動作順序進行分組，得出A+，B+，C+，D+‖(D-，C-，B-)，A-，二組即二級。

圖2 位移-步驟圖

（2）A缸前進，閥A1被壓下，輸出信號使B缸伸出，所以A1應接在B+控制線上；B缸伸出，閥B1被壓下，輸出信號使C缸伸出，所以B1接在C+控制線上；C缸伸出,閥C1被壓下，輸出信號使D缸伸出，所以C1接在D+控制線上；而A+、B+、C+、D+在第一組，A1、B1、C1的供氣口應接在第I條線上。

（3）D缸伸出,閥D1被壓下，輸出信號要換組，使第I條線即輸出管路改變為第II條線即輸出管路供氣，所以D1應接在二位五通換向閥左邊的控制線上，D1的供氣口要接在氣源上。這時第I條線為排氣管路，第II條線和氣源接通，使D、C、B缸都縮回。

（4）第II組的B缸后退，閥B0被壓下，輸出信號讓A缸縮回，所以B0應連到A-控制線上，B0的供氣口連到第II條線上。

（5）A缸縮回，閥A0被壓下，輸出信號使第II條線為排氣管路，第I條線為供氣管路，所以A0要連到二位五通換向閥右邊的控制線上。

（6）根據以上步驟，加上手動換向閥，畫出純氣動控制回路圖如圖3所示。

圖3 串級法單一循環純氣動控制回路設計

3.2 案例2

（1）根據圖4位移-步驟圖，首先對氣缸A、B、C、D動作順序進行分組，得出‖A+，B+，‖A-，C+，B-，D+，‖D-，C-‖，三組即三級。

圖4 位移-步驟圖

（2）A缸伸出，閥A1被壓下，輸出信號使B缸伸出，所以A1應連到B+控制線上，而A+、B+是第一組的，A1的供氣口應接在第I條線上。

（3）B缸伸出，閥B1被壓下，輸出信號要換相，即使第I條線改變為第II條路供氣，故B1應接在第一個二位五通換向閥左邊的控制線上，B1的供氣口要接在第I條輸出管路上。

（4）此時第I條線變成排氣管路，第II條線和氣源相通。第II組的A缸后退，壓下行程閥A0，輸出的信號使C缸伸出，故A0接在C+控制線上；C缸伸出，壓下行程閥C1，輸出的信號使B缸縮回，故C1接在B-控制線上；B缸縮回，閥B0被壓下，輸出信號使D缸前進，所以B0接在D+控制線上，A0、C1、B0的供氣口要連到第II條線上。

（5）D缸伸出，閥D1被壓下，輸出信號要換相，即使第II條線改變為第Ⅲ條線供氣，故D1要接在第二個二位五通換向閥左邊的控制線上，D1的供氣口要接在第II條線上。

（6）此時第I、II條線為排氣管路，第Ⅲ條線和氣源相通，第Ⅲ組的D缸縮回，閥D0被壓下，輸出的信號使C缸縮回，所以D0接在C-控制線上，D0的供氣口接在第Ⅲ條線上。

（7）C缸縮回，閥C0被壓下，輸出信號換相，使第Ⅲ條線為排氣管路，第I條線為供氣管路，所以C0應接在第二個位五通換向閥右邊的控制線上。

（8）根據以上步驟，加上手動換向閥，畫出純氣動控制回路圖如圖5所示。

圖5 串級法單一循環純氣動控制回路設計

采用串級法設計純氣動控制回路，其優點在于設計思路清晰、回路一目了然，準確率很高，速度快。其缺點是元件比較多、搭建較困難。適用于穩定性較高的運行氣動回路中。在具體設計中，應根據氣缸數量多少，靈活采用設計方法。