气动系统的设计一般应包括：
1）回路设计；
2）元件、辅件选用；
3）管道选择设计；
4）系统压降验算；
5）空压机选用；
6）经济性与可*性分析。
以上各项中，回路设计是一个“骨架”基础，本章着重予以说明，然后结合实例对气对系统的设计计算进行综合介绍。
1 气动回路
1.1 气动基本回路
气动基本回路是气动回路的基本组成部分，可分为：压力与力控制回路、方向控制（换向）回路、速度控制回路、位置控制回路和基本逻辑回路。
表42.6-1气动压力与力控制回路及特点说明
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简图 |
说明 |
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1.压力控制回路 |
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一次压控制回路 |
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主要控制气罐，使其压力不超过规定压力。常采用外控式溢流阀1来控制，也可用带电触点的压力表1′，代替溢流阀1来控制压缩机电动机的启、停，从而使气罐内压力保持在规定压力范围内。采用溢流阀结构简单、工作可*，但无功耗气量大；后者对电动机及其控制要求较高 |
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二次压控制回路 |
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二次压控制主要控制气动控制系统的气源压力，其原理是利用溢流式减压阀1以实现定压控制 |
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高低压控制回路 |
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气源供给某一压力，经二个调压阀（减压阀）分别调到要求的压力
图a利用换向阀进行高、低压切换
图b同时分别输出高低压的情况 |
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差压回路 |
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此回路适用于双作用缸单向受载荷的情况，可节省耗气量
图a为一般差压回路
图b在活塞杆回程时，排气通过溢流阀1，它与定压减压阀2相配合，控制气缸保持一定推力 |
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2.力控制回路 |
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串联气缸增力回路 |
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三段活塞缸串联。工作行程（杆推出）时，操纵电磁换向阀使活塞杆增力推出。复位时，右端的两位四通阀进气，把杆拉回
增力倍数与串联的缸段数成正比 |
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气液增压缸增力回路 |
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利用气液压缸1，把压力较低的气压变为压力较高的液压，以提高气液缸2的输出力。应注意活塞与缸筒间的密封，以防空气混入油中 |
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1.1.1 压力与力控制回路（见表42.6-1）
1.1.2换向回路（见表42.6-2）
表42.6-2 气动换向回路及特点说明
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简图 |
说明 |
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1.单作用气缸换向回路 |
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二位三通电磁阀控制回路 |
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图a为常断二位三通电磁阀控制回路。通电时活塞杆上升，断电时*外力（如弹簧力等）返回
图b为常通二位三通电磁阀控制回路。断电时常通气流使活塞杆伸出，通电时*外力返回 |
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三位三通电磁阀控制回路 |
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控制气缸的换向阀带有全封闭形中间位置，理论上可使气缸活塞在任意位置停止；但实际上由于漏损（即使微量）而降低了定位精度
此三位三通阀可用三位五通阀代替 |
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二位三通阀代用回路 |
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用两个二位二通电磁阀代替二位三通阀以控制单作用缸工作。图示位置为活塞杆缩回位置；需要活塞杆伸出时，必须两个二位二通阀同时通电换向 |
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2.双作用气缸换向回路 |
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二位五通单电（气）控阀控制回路 |
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图a为单电磁控制阀控制回路。电磁阀通电时换向，使活塞杆伸出。断电时，阀芯*弹簧复位，使活塞杆收回
图b为单气控换向阀控制回路。切换二位三通阀时相应切换主气控阀，使活塞杆伸出。二位三通阀复位后主气控阀也复位，活塞杆缩回 |
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二位五通阀代用回路 |
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用两个二位三通电磁阀代替上述二位五通阀的控制回路中，两个阀一为常通，另一为常断，且两阀应同时动作，才能使活塞杆换向 |
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二位五通双电（气）控阀控制回路 |
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图a为双电控双作用缸换向回路
图b为双气控双作用缸换向回路。主控阀两则的两个二位三通阀可作远距离控制用，但两阀必须协调动作，不能同时接通气源 |
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三位五通双电控阀控制回路 |
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此回路除可控制双作用缸换向外，气缸可以在中间位置停留 |
1.1.3速度控制回路（见表42.6-3）
表42.6-3 气动速度控制回路及特点说明
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简图 |
说明 |
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1.单作用缸速度控制回路 |
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调速回路 |
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图a为采用节流阀的回路
图b为采用单向节流阀的回路。两单向节流阀分别控制活塞杆进退速度 |
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快速返回回路 |
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活塞返回时，气缸无活塞杆腔由于经快速排气阀直接排气，就使活塞杆快速返回 |
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2.双作用气缸速度控制回路 |
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调速回路 |
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图a为采用单向节流阀的调速回路
图b为采用节流阀的调速回路
图a、b都是排气节流调速回路。对于气动，采用排气节流较进气节流效果好。因为，前者可使进气阻力小；且活塞在有背压情况下向前运动，运动较平稳，受外载变化的影响较小 |
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缓冲回路 |
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缓冲回路即为行程末端变速回路
图a当活塞返回到行程末端时，其左腔压力已下降到打不开溢流阀2，因此残气只能通过节流阀1缓冲排出，节流阀3开度较大，不影响末端行程前的正常排气。它常用于行程长、速度快的场合
图b当活塞杆伸出至撞块切换二通阀时开始缓冲。根据缓冲要求，可改变二通阀的安装位置，达到良好的缓冲效果。此回路适用于气缸惯性力大的场合 |
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3.气液联动速度控制回路 |
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气液传送器 |
调速回路 |
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此回路通过改变油路中节流开度来达到两个运动方向的无级调速。它要求气液传送器T的油量大于液压缸的容积，并有一定余量，同时须注意气、油间的密封、以防气体混入油中 |
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变速回路（快进-慢进-快退） |
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当活塞杆伸出至撞块切换二通行程阀后，活塞运动开始从快进变为慢进。改变单向节流阀节流开度，可获任意低速 |
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气液传动缸 |
调速回路 |
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该回路通过调节两只速度控制阀2的节流开度来分别获得二个运动方向的无级调速。油杯3起补充漏油的作用
图中1为气液传动缸 |
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变速回路之一（快进-慢进-快退） |
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图a回路为液压缸结构变速回路：当活塞右行至封住s孔开始，液压缸右腔油液只能被迫从t孔经节流阀至其左腔，这时快进变为慢进。此回路变速位置不能改变
图b回路为用行程阀变速的回路：当活塞右行至撞块1碰到行程阀后开始作慢速进给。此回路只要改变撞块安装位置即可改变开始变速的位置 |
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变速回路之二（快进-慢进-慢退-快退） |
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图a回路为液压缸结构变速回路：当活塞右行至超过s孔时，开始从快进变为慢进。而当活塞左行时，由于其左腔油液只能被迫从s′孔经节流阀至其右腔，故为慢退，直至活塞左行到超过s孔时，才开始从慢退变为快退
图b回路为采用行程阀的回路。慢退的实现是由于它比采用行程阀的快进→慢进→快退回路少了一只单向阀，活塞开始左行时其左腔的油液只能经节流阀流至其右腔 |
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变速回路之三（中间位置停止） |
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回路中，阻尼缸与气缸并联，液压缸流量由单向节流阀来控制，可得平稳而一定的速度。弹簧式蓄能器2能调节阻尼缸中油量变化，且有补偿少量漏油作用。借助阻尼缸活塞杆上的调节螺母1，可使气缸开始时快速动作，当碰到螺母后，就由阻尼缸来控制，变为慢速前进。同时，由于主控阀采用了中间泄压式三位五通阀，所以当主控阀在中间位置时，油阻尼缸回路被二位二通阀3切断，活塞就停止在该位置上；当主阀被切换到任何一侧，压缩空气就输入气缸，同时经梭阀使阀3换向，使液压回路接通阻尼缸起调速作用。并联活塞杆工作时由于产生附加弯矩，故应考虑设导向装置 |
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1.1.4 位置控制回路（见表42.6-4）
表42.6-4 气动位置控制回路及特点说明
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简图 |
说明 |
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1.有限（选定）位置控制回路 |
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缓冲挡块
定位控制 |
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当执行元件（如气缸活塞杆）把工件推到缓冲器1上时，使活塞杆缓冲行进一小段后，小车碰到定位块上，使小车强迫停止 |
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气控机械
定位机构 |
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水平缸活塞杆前端联接齿轮齿条机构。当活塞杆及其上齿条1往复动作时，推动齿轮3往复摆动以带动齿轮上棘爪摆动，推动棘轮作单向间歇转动，从而带动与棘轮同轴的工作转台作间歇转动。工作台下带有凹槽缸口，当水平缸活塞杆回程时，即齿条脱开行程开关2时，使垂直缸电磁阀4切换，垂直缸活塞杆伸出，进入该凹槽缺口，使工作转台正确定位 |
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多位缸位置控制 |
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多位缸位置控制回路的特点是控制多位缸的活塞杆按设计要求，部分或全部伸出或缩回，以获得多个位置
图a利用三位六通阀的回路：当阀处于位置I时，气缸处于图示位置（两端活塞杆处于收缩状态）；阀处于位置Ⅱ时，孔2、3进气，右活塞杆伸出；阀处于位置Ⅲ时，两端活塞杆全部伸出 |
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图b由二位三通阀1、2、3控制两个换向阀4、5，使气缸两活塞杆处于所要求位置：阀1动作时，两活塞杆均收进；阀2动作时，两杆一伸一缩；阀3动作时，两杆全部伸出 |
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图c四位置定位控制回路。图示位置为按动手控阀1时，压缩空气通过手控阀1，分两路分别由梭阀1′、4′控制两个二位五通阀使主气源进入多位缸而得到位置I。当推动手控阀2、3或4时，可相应得到位置Ⅱ、Ⅲ或Ⅳ |
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图d为A、B两缸串列实现三位定位控制的回路。图示位置为A、B两缸的活塞杆均处于收进状态。当左阀2如图示状态而右阀1通电换向时，由于A缸活塞面积较B缸为大，故A缸活塞杆向左推动B缸活塞杆，其行程长为Ⅰ-Ⅱ。反之，当阀1如图示状态而阀2通电切换时，缸B活塞杆杆端由位置Ⅱ继续前进到Ⅲ（因缸B行程长为Ⅰ-Ⅲ）。此外，可在两缸端盖上&*02;处与活塞杆平行安装调节螺钉，可微调行程位置 |
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1.有限选定控制回路 |
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多位缸位置控制 |
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图e不三柱塞数字缸位置控制回路。A、B、C、D为气缸的四个通口：A、B、C供正常工作压力p1，通口D供低压，以控制各柱塞复位或停于某个需要位置。1、2、3为三个柱塞。当控制不同换向阀工作时，可得到包括原始位置在内的活塞杆的八个位置：1、2、3三个柱塞各自分别伸出时可相应得到三个不同位置；1、2同时伸出，2、3同时伸出或1、3同时伸出时又可得三个不同位置；1、2、3全部伸出为此数字缸最大行程位置；1、2、3均收进为图示原始位置 |
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2.任意位置停止控制回路 |
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三位阀位置控制回路 |
用三位三通阀或三位、五通阀控制普通气缸位置（参阅表42.6-2中的有关回路） |
三位三通阀控制普通单作用气缸，三位五通阀控制普通双作用气缸
这类位置控制回路由于要求气动系统，主要是缸与阀元件的密封性很严，否则不易正确控制位置，对于要求保持一定时间的中停位置更为困难。所以这类回路可用于不严格要求位置精度的场合 |
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气液联动控制位置回路 |
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图a由于采用了气液传送器2、3，所以与上述普通气缸的位置控制回路的精度要高得多。缸的活塞杆伸出端装有单向节流阀4以控制回程速度；缸的另一端装有两位两通换向阀6，需要在中间位置停止时，将液压回路切断，迅速地使活塞停留在所要求的位置上
图b为采用气液阻尼缸的气液联动位置控制回路。换向阀1为中泄式三位五通阀。图示位置时，气液缸的气缸部分排空；而液压缸部分由于两位两通阀3处于封闭位置，回路断开，故可保持活塞杆停在该位置。当阀1切换时，由于压缩空气除进入气缸外，还可经梭阀2而切换阀3，使气液阻尼缸的阻尼油路通，即可由气缸推动液压缸工作 |
1.1.5 基本逻辑回路（见表42.6-5）
表42.6-5 气动基本逻辑回路及特点说明
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简图 |
说明 |
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逻辑符号及表示式 |
真值表、其他信号动作关系 |
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是回路 |
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非回路 |
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或回路 |
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a |
b |
s |
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0 |
0 |
0 |
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0 |
1 |
1 |
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1 |
0 |
1 |
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1 |
1 |
1 |
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与回路 |
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a |
b |
s |
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0 |
0 |
0 |
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0 |
1 |
0 |
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1 |
0 |
0 |
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1 |
1 |
1 |
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或非回路 |
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a |
b |
s |
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0 |
0 |
1 |
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0 |
1 |
0 |
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1 |
0 |
0 |
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1 |
1 |
0 |
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与非回路 |
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a |
b |
s |
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0 |
0 |
1 |
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0 |
1 |
1 |
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1 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
0 |
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禁回路 |
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a |
b |
s |
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0 |
0 |
0 |
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0 |
1 |
1 |
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1 |
0 |
0 |
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1 |
1 |
0 |
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独或回路 |
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a |
b |
s |
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0 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
1 |
|
1 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
0 |
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同或回路 |
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a |
b |
s |
|
0 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
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1 |
1 |
1 |
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记忆回路 |
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a |
b |
s1 |
s2 |
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1 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
|
0 |
0 |
0 |
1 |
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延时回路 |
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当有控制信号a时，需经一定时间延迟后才有输出s
延时τ的长短可由节流元件调节。回路要求信号a的持续时间大于τ |
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脉冲信号
形成回路 |
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回路可把一长信号a变为一定宽度的脉冲信号s，脉冲宽度可由回路中节流元件进行调节
回路要求输入信号a的持续时间大于脉冲宽度 |
1.2 常用回路
实际应用中经常遇到的典型回路简称常用回路。
1.2.1 安全保护回路（见表42.6-6）
1.2.2往复动作回路（见表42.6-7、8）
表42.6-6 气动安全保护回路及特点说明
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简图 |
说明 |
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1.过载保护回路 |
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气缸活塞在右行途中，若遇障碍或其它原因而使气缸过载时，气缸左腔压力急剧升高，当超过预定值时，顺序阀1打开，二通阀2打开，主控阀控制气由阀2排空而复位，从而使气缸左腔排气，活塞杆收回。因此本回路实质为限压回路 |
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2.互锁及供气选择回路 |
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互锁回路 |
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互锁回路可保证同时只有一个缸动作。回路主要利用梭阀1、2、3及换向阀4、5、6进行互锁。如气控阀7动作，换向阀4换向使A缸动作；但同时缸A进气腔管路使梭阀1、2动作，把换向阀5、6锁住；这样，此时即使有气控阀8、9的动作信号，B、C缸也不会动作。如需换缸动作，必须把前面动作缸的气控阀复位才行。 |
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供气选择回路 |
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此回路为四个空气供应站A、B、C、D的选择回路：同时只允许有一个站供气（输出）。其动作原理与上述互锁回路相似 |
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3.双手“同时”操作回路 |
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此回路为需双手“同时”操作才能使活塞运动的回路。若双手不是“同时”按下，则气容3都将首先与阀1的排气口接通而排空，使无K信号。若阀1或2未能复位，则气容3都将得不到充气，亦就不可能有K气信号。故此回路能确保手的安全 |
表42.6-7 气动往复动作回路及特点说明
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简图 |
说明 |
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1.单往复动作回路 |
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行程阀控制回路 |
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这是利用右端行程阀控制的单（一次）往复动作回路。其结构较简单、操作方便（按一下左端按钮阀，气缸活塞进行一次往复动作） |
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延时返回回路 |
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此回路与上述回路比较多了一个气容c。活塞右行达到所定行程，压下行程阀后，气源对c充气后主控阀才换向，使活塞返回 |
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2.连续往复动作回路 |
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图a为较简单的利用行程阀实现连续自动往复的回路，其可*性常取决于行程阀的密封性与弹簧的质量 |
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图b为时间控制式回路。利用气容元件c充气达一定值时切换主控阀，从而实现活塞行程连续自动往复。回路较a复杂，但是可不用行程阀，且外接管路也较少 |
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图c为压力控制式回路。它适用于行程短、不便安装行程阀的场合。当载荷变化较大时，为使缸正常工作，应使缸径选择有较大余量。当要求行程位置较准确时，主控阀应选为差压阀（如图c中之1），两侧两个阀2、3也要选择合适 |
表42.6-8 气动程序动作控制回路举例及特点说明
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简图 |
说明 |
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A1－B1－B0－A0双缸程序动作回路 |
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两缸A、B按A1－B1－B0－A0程序进行工作
回路中行程阀b1为气控复位式的，它与a1、b0采用可通过式行程阀的回路比较，能在速度较快的情况下正常工作
图中Q为起动阀。当按下Q阀时，缸A的主控阀将气源与缸A左侧联通，使缸A处于A1状态，以下即按程序A1－B1－B0－A0工作 |
1.2.3程序动作控制回路
程序动作控制回路（表42.6-8）在实际中应用广、类型多。下面仅举一个双缸程序动作（A1－B1－B0－A0）为例（表42.6-8）说明。而不同执行缸以及各种不同程序动作的回路，将在本章第2节中介绍其基本设计方法。
1.2.4同步动作控制回路（见表42.6-9）
表42.6-9 气动同步动作控制回路及特点说明
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简图 |
说明 |
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1）为较简单的同步回路。使A、B两缸同步的主要措施是采用刚性零件G连接两缸的活塞杆
2）是通过把油封入回路中来达到两缸正确地同步的。由于两缸为单活塞杆缸故要求气液缸B的内径大于缸A的内径，以使气液缸B上腔的有效截面积与缸A的下腔截面积完全相等。若两缸为双活塞杆缸，则要求两缸内径与活塞杆直径均相等
3）是使加有不等载荷F1、F2的工作台作水平上下运动的同步动作回路。当三位主控阀处于中间位置时，蓄能器自动地通过补给回路对缸补充漏油。若主控阀处于另两位置，则蓄能器的补给回路被切断，回路中还安装了空气塞1、2，可将混入油中的空气放掉并由蓄能器补油 |
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