气动系统

宁波理工学院气动系统设计与分析大作业

题目题目三气动系统的设计与分析

姓名朱齐昊

学号 3100612085

专业班级机电102班

学院机电与能源工程学院

1、设计任务

3.如下图所示的阀门低压开启密封检测系统，其功能是检测燃气阀门在0.05MPa 压力下的密封性能。已知工装盘大小为400×400，工装盘和阀门总质量为15kg。气缸动作如下：顶起气缸（图片中被支架挡住）伸出→下压气缸伸出→支撑气缸伸出→堵嘴气缸伸出→密封性测试开始→密封性测试结束→堵嘴气缸缩回→支

撑气缸缩回→下压气缸缩回→顶起气缸缩回。要求选择气缸、控制电磁阀的型号，并画出控制程序流程图（忽略密封性测试，只设计气动动作）。

（提交设计说明书，automation 仿真图）

图1：气动示意图

图2：气动示意图（反面）

2、方案设计

有四个气缸，每个气缸由一个三位五通换向阀控制，在气缸伸出位置有传感器。

于是设计如下图3所示

图3：气动原理图

3、相关选择和计算

、

3.1确定管道直径、计算压力损失

（1）确定管道直径：根据下式计算管道内径：式中 q ——管道内压缩空气的流量 m3/s v ——管道内压缩空气的流速 m/s 。

24

q d v π

= 0.9d =

（2） 计算压力损失

p p p

p l ζ⎡⎤∑∆=∑∆+∑∆≤∆⎣⎦ 0.863p M p a ∑∆

= p ∑∆——总的压力损失,

p l ∑∆——沿程压力损失之和

p

ζ

∑∆——局部压力损失之和 p ⎡⎤∆⎣⎦——允许压力损失

3.2.列出气动执行元件的工作程序

1、工作流程

顶起气缸伸出→下压气缸伸出→支撑气缸伸出→堵嘴气缸伸出→密封性测试开始→密封性测试结束→堵嘴气缸缩回→支撑气缸缩回→下压气缸缩回→顶起气缸缩回 2.对程序进行校核及校正，写出校正后的程序

程序校核如表，校正后的程序为：[A1 X1 A0 B0 X0 B1]

3.3选择执行元件气缸

1.确定类型：

根据题目要求，并考虑到气缸的受力，可采用两个单作用、缓冲型、中间摆轴式气缸。

2.气缸内径计算：

系统压力p =0.4MPa ，气缸活塞杆平均速度v=600/6=100mm/s ，效率

=0.8。

则顶部料钟气缸内径为：

= =

= 0.142（m ） = 142（mm ） 若考虑 B

B

d D =0.16～0.4 ，底部料钟气缸内径为B D =（1.01—1.09

因炉体总体布置限制，底部料钟气缸的操作力为拉

力，同时考虑缸径较大，前面系数取 1.03。故底部料钟气缸内径为：

B D

= 1.03

=

（m ） = 318（mm ）。

查《机械设计手册》取标准缸径Da=160mm,Db=320mm ，活塞杆直径

d A=80mm,dB=80mm,缸行程均为s =600mm 。

3.选择气缸：

气缸型号为：顶部料钟气缸A ：QGB Ⅱ160×600MT4 , 底部料钟气缸B ：QGB Ⅱ320×600MT4。 4.验算气缸力的大小： 顶部料钟气缸：

2253.140.164100.8

64304

4

A A D p F πη

⨯⨯⨯⨯=

==

底部料钟气缸：

ηA D

22

225() 3.14(0.320.08)4100.8

241154

4

B B B D d p F πη

-⨯-⨯⨯⨯=

==

3.4选择控制元件

根据系统对控制元件工作压力及流量的要求，选定下列各阀。行程阀、逻辑阀、手动换向阀、延时阀等均为控制气路上的阀，所以可选通径较小的阀，此处通径选为6mm 。 1.主控换向阀：

缸A 主控换向阀：系统要求压力

p =0.4MPa,qa=2.23×10 -3m3/s ，查表，故通径为15mm ，主控换向阀A 型

号为：23Q2-L15-G1。

缸B 主控换向阀：系统要求压力 p =0.4MPaqb=8.37× 10-3 m3/s ，查表，故通径为25mm ，主控换向阀B 型号为：23Q2-L25-G1。 2.减压阀：

根据系统要求的压力、流量，同时考虑A 、B 缸不会同时工作的特点，减压阀可按流量、压力最大的缸（B 缸）选取，选择气动三联件型号为：Q3LJW-C25-F1。

3.行程阀： a0、a1、b0、b1均为二位三通常闭杠杆滚轮式行程阀。型号为：Q23JC3-L6。

3.5计算压力损失

因A 缸的管路较B 缸细，压力损失较大，所以验算供气管从y 处到A 缸进气口x 处的压力损失是否在允许的范围内，即

p p p

p l ζ⎡⎤

∑∆=∑∆+∑∆≤∆⎣⎦

1）

沿程压力损失：

2

2

l l v p d ρ

λ

∆=

式中 λ——沿程阻力系数，值由雷诺数和管壁相对粗糙度确定； l —— 管道的长度，m ； d —— 管道直径，m ；

v ——气体的运动速度，m/s ；

ρ——气体的密度，kg/m3，在基准状态下， =1.293kg/m3。 2）流经元、辅件的压力损失：

查表得流经分水滤气器的压力损失b p ∆=0.02

流经油雾器的压力损失

d p ∆ =0.015MPa ；流经截止阀式换向阀的压力损失 g p ∆ =0.015MPa 。

则流经元、辅件的局部压力损失为

2p

p p p b d g ζ∆=∆+∆+∆

=0.02+0.015+0.015=0.05 （MPa ）。 总的局部压力损失：

12p

p p ζζζ∑∆=∑∆+∑∆

=0.0077+0.05=0.0576（ MPa ）