气动系统设计的主要内容和步骤

设计气动系统就是根据工作设备的控制功能要求，从种类与机能众多的元件中选择性能和参数最适合的元件，并将其巧妙合理地组合配置。主要设计内容包括：系统方案的确定，气动元件的选型，管道设计，空压机的选型等。

一、明确工作要求

设计前一定要明确主机对气动系统控制的要求，主要包括以下几个方面：

（1）运动和操作力的要求 如主机的动作顺序，动作时间，运动速度及其可调范围，运动的平稳性，定位精度，操作力以及联锁和自动化程度等。

（2）工作环境条件 如温度，防尘，防爆，防腐蚀要求及工作场地的空间等。

（3）与机、电、液控制相配合的情况，及其对气动系统的要求。

二、设计气动控制回路

（1）列出气动执行元件的工作程序图。

（2）绘制X－D线图或卡诺图等，也可直接写出逻辑函数表达式。

（3）绘制逻辑原理图。

（4）绘制气动回路原理图。

（5）设计控制回路，根据实际情况合理选用全气控、电－气控制、逻辑控制，或者PLC控制等控制方案。

三、确定执行元件的规格

确定执行元件的类型，如：气缸、摆动气缸或气动马达。执行元件的规格和安装形式，例如气缸，在确定其规格时，必须考虑：气缸的驱动力，摩擦阻力，运动速度，气缸的耗气量，结构尺寸和行程，传感器的安装位置，是否需要缓冲，工作温度范围，以及气缸的工作方向等。在设计中，应该优先考虑采用标准规格的气缸。

四、确定气动控制控制阀

1．确定控制元件类型

2．确定控制元件的规格。一般控制阀的通径可按阀的工作压力与最大流量确定。

（1）方向控制阀的规格 根据执行元件的规格来确定方向控制阀的规格，选择时必须明确以下各项：流量特性，响应特性，工作温度范围，安装尺寸，最低工作压力和所用的润滑油等；并确定这些特性与执行元件之间是否匹配，能否满足系统的工作要求。注意，选用方向控制阀的通径应该尽量一致，以便于配管。

（2）流量控制阀的规格 流量控制阀包括节流阀和缓冲阀等，其性能对气缸运动的平稳性具有很大的影响。根据流量控制阀和执行元件的工作速度范围，来确定流量控制阀的规格。

五、确定辅助元件和保护元件

辅助元件和保护元件主要包括：储气罐，油水分离器，分水滤气器，减压阀和油雾器等。由于空气中含有很多水分和尘埃，如果不注意清除，将使气动元件发生故障，因此，辅助元件也是影响气动系统性能的重要因素。

1．储气罐

对于往复式空压机，应该在空压机输出侧设置储气罐，防止压力脉动。同时，也可以促进空气中水分、杂质和油分的分离；对于旋转式空压机，由于其压力脉动小，在耗气量不太高时，可以不设置储气罐。

2．分水滤气器

分水滤气器根据过滤精度的要求来确定：对于一般气动回路、截止阀以及操纵气缸等，要求过滤精度≤50μm～75μm ；对于操纵气动马达等存在高速相对运动金属部件以及向机械部件滑动部分吹入空气等情况，要求过滤精度≤25μm；对于气控滑阀、射流元件、精密检测等，要求过滤精度≤10μm。分水滤气器的通径由流量决定，并与减压阀相同。

3．油雾器

油雾器的规格根据油雾颗粒直径及其流量来确定。一般，流入空气中的油量以每10 m3含1 cm3为基准。与减压阀、分水滤气器串联使用时，三者通径应相同。

4．减压阀

减压器根据流量及其调压范围来确定。减压阀的压力调节范围通常为：微压0～0.01 MPa；低压0～0.3 MPa；标准0～0.8 MPa；高压0～1.6 MPa。

六、确定管道直径，计算压力损失

1、确定管道直径

管道直径主要根据流量、流速要求以及允许的压力损失来确定，详见第十二章。通常情况下，考虑与其连接的控制元件通径相一致的原则初步确定管径，并在验算压力损失以后，再加以修正。

2、验算压力损失

为了保证执行元件正常工作，压缩空气通过各种控制元件、辅助元件及其连接管道以后到达执行元件的总压力损失Δp必须满足下式：

Δp＝Δpl + Δpξ≤ [Δp] （15－26）

式中 Δpl — 沿程压力损失之和；

Δpξ — 局部压力损失之和；

［Δp］— 允许压力损失。一般，对于较大型的空压站，在厂区范围内，从管道的起 点至终点，压力损失不应超过气源初始压力的8％；在车间范围内，不能超过供气压力的5％；流水生产线上，不应超过2％。

实际验算时，可以采用下面的简化公式验算压力损失，即

Δp＝KpΔpξ≤ [Δp] （15－27）

式中 Δpξ — 流经控制元件和辅助元件的压力损失之和，可以查表15－5计算；

Kp — 修正系数，Kp＝1.05～1.3，对于长管道、截面复杂的管道，取大值。

如果验算的压力损失Δp ＞［Δp］，则必须加大管径，或者改进管道布置，直至Δp＜［Δp］，从而得到最后的管道直径。

七、确定空压机的规格

选择空压机规格主要根据空压机的供气压力ps和供气量qz。

1．计算空压机的供气量qz

空压机的供气量qz可以按12章公式估算。

2．计算空压机的供气压力ps

空压机的供气压力ps按下式计算

ps＝p＋Δp （15－28）

式中 p — 用气设备使用的额定压力；

Δp — 气动系统的总压力损失。