Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓ＆Ｓｅａｌｓ／Ｎｏ．，２．２０１０ 大型定位气缸技术与应用 张志凌 （无锡气动技术研究所有限公司，江苏无锡摘点，以及在不同应用场合的不同功能与控制方式。 关键词：定位气缸；定位精度；定位器；信号反馈 中图分类号：ＴＨ１３８．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—０８１３（２０１０）０２—０００７—０２ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｃｙｌｉｎｄｅｒ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｆｏｒ ｔｈｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ＺＨＡＮＧ Ｚｈｉ—ｌｉｎｇ ２１４００） 要：本文介绍了一种采用定位系统进行气缸行程控制的大型定位气缸，介绍了其与传统式定位控制方法的区别、工作原理和特 （Ｐｎｅｕｍａｔｉｃ Ｃｅｎｔｅｒ。Ｗｕｘｉ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ，Ｌｔｄ．Ｗｕｘｉ ２１４００．Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ Ｌａｒｇｅ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｔｈａｔ ｉｔｓ ｓｔｒｏｋｅ ｂｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ａ ｎｅｗ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｃｙｌｉｎｄｅｒ’Ｓ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ａｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｈａｎ ｆｏｒｍｅｒ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｃｙｌｉｎｄｅｒ’Ｓ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，ａｎｄ ｉｔｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｕｓｅｆｕｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｃｙｌｉｎｄｅｒ；ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ；ｕｓｅｆｕｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｅｘｐａｎｄ Ｏ 引言 “气缸”是气动系统中的执行元件，“阀”是气动系统 中的控制元件，气缸可以通过阀的控制，执行各种特定的 动作。如由ＰＬＣ发出工作指令，通过阀来控制气缸工 缸 作，又通过传感器将气缸的动作信号传递给ＰＬＣ，再由 ＰＬＣ发出下一个执行指令，再由阀控制下一个气缸工作 ……１ 现，必须满足如下条件：①每次动作时气压必须保持不 变；②每次动作时的负载要保持不变；③比较正确的位 由此循环实现自动化作业。随着工业自动化程度的 但是，由“阀”控制的气缸通常只能实现几个端点之 不断提高，气动元件的应用领域愈趋广泛。 间的运动，即使由多个阀通过传感器加以控制，由于传感 器采集到的只是放置传感器的某些特定点的位置信号， 也无法实现连续的和无级的控制信息。而由多个阀控制 一置要经过现场多次调试。它的特点是：①条件苛刻，不 易实现；②重复定位精度差；③调试至理想状态十分困 难；④无法实现无级控制。 （２）用多个气缸串联来实现不同位置的控制，其结 构如图２所示。 个气缸的不同行程位置，不但控制气路复杂，而且位置 下文介绍的定位气缸，就是对大型气缸行程实现 精度也较差，通常无法满足使用要求。 无级控制的一种新型气缸。 １ 传统气缸不同位置的定位控制方法 （１）用一个气缸通过多个传感器来实现不同位置 控制，其结构如图１所示。 一图２ 为了实现不同的位置要求，由多个气缸串联起来， 每个气缸配置一个电磁阀，再配以一定的控制电路来 个气缸为了实现在不同位置停止，它要配置多 实现。当要实现四个位置时，它需要用四个气缸串联 起来并用四个阀分别加以控制，才能实现四个事先设 个传感器，一个中封阀，一个ＰＬＣ。当活塞到达传感器 设定位置时，传感器发出信号给ＰＬＣ去控制电磁阀，使 电磁阀回归中位，从而使活塞在设定的位置停止。 计好的固定位置。它的特点是：①定位精度高；②气缸 体积大，结构复杂；③不能实现无级控制。 为了使气缸活塞杆在所需位置停止，且能重复实 收稿日期：２００９—０６—１０ ２大型定位气缸的工作原理 该大型定位气缸由气缸本体、智能定位器和位置 信号反馈机构三大部份组成，如图３所示。智能定位 ７ 作者简介：张志凌（１９８４一），男，毕业于长春理工大学机械设计专业，现在 无锡气动技术研究所有限公司技术中心工作。 液压气动与密封／２０１０年第２期 器的接受信号为４～２０ｍＡ的直流电，当操作人员输入 电流大时，气缸伸出就多，输入电流小时，气缸伸出就 ３ 定位缸气缸的应用特点与功能扩展 少，输入电流与气缸行程之间理论上成线性关系。 气缸 图３ 工作过程是：智能定位器在接收到电流信号后，同 时向气缸两端气口按一定比例输人气流，活塞杆向前 或向后伸出，活塞杆的即时位置通过“位置信号反馈机 构”及时反馈给智能定位器，智能定位器根据接收到的 反馈信号及时调整向两端输气的比例，当达到设定值 时，活塞两端气压与作用面积的乘积处于平衡状态，活 塞杆将保持在该位置不动，改变输入的电流值，活塞两 端的平衡将被打破，为了达到新的平衡，活塞必须做向 前或向后运动。 输入电流与活塞杆的伸出位置需要加以调整，理 想位置与实际调整结果之间有一定的差距，差距的大 小就是定位气缸的精度，如图４所示。 曲线 玎 呈 图４ 定位精度的高低取决于三个方面：①位置信号反 馈机构的结构和精度；②智能定位器的精度；③调试 水平。 以上原理的定位气缸在实际应用时，只要输入额 定的电流就能输出额定的气缸行程，并且在达到额定 行程后自动停止在该位置，不会前进也不会后退，同时 定位气缸能将当前的位置以模拟信号反馈给计算机， 告知控制人员当前气缸运行所达到的位置，从而实现 无级、远程操控。 无锡气动技术研究所有限公司研制的大型定位气 缸达到的主要技术指标如下：①行程误差：≤０．５％； ②死区：≤１％；③回差：≤０．５％。 Ｒ （１）该定位气缸的应用特点是：①控制方便，调整 方便；②可实现远距离操作和控制，并能实时监控当前 位置；③可实现无级定位操作；④能实现“三断”保护功 能并可附手动调整装置；⑤定位精度较高。 （２）为了满足客户对定位气缸不同的要求，无锡 气动技术研究所有限公司开发了如下多种扩展功能的 定位气缸。 １）具有三断（断气、断电、断信号）保护功能的定 位气缸，即，在使用过程中一旦发生“三断”中的任一状 态时，要求气缸立即能实现下列某一种功能：①立即 实现气缸活塞杆在即时位置的锁定（相当于锁紧气缸， 使气缸既不能前进也不能后退）；②气缸的活塞杆全部 伸出，以保持设备需要的一种安全状态；③气缸的活塞 杆全部退回，以保持设备需要的另一种安全状态。 ２）具有手动调节功能的定位气缸。有的客户在某 些场合是不允许停止工作的，即使有“三断”保护仍无 法满足其使用要求，它要求即使在停气、断电时也能实 现气缸工作位置的调整。为此我们在原有气缸的尾部 设计了一套手动调节机构。在正常工作状态时，手动 机构与气缸活塞杆脱离；停电或断气时，将气缸活塞杆 与手动机构连接，即可方便实现手动位置调整。 参考文献 ［１］成大先．机械设计手册［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００８． ［２］ 赵彤．气动技术的发展及在新领域中的应用［Ｊ］．液压气 动与密封，２００４（２）：１—５． ［３］ ＳＭＣ（中国）有限公司．现代实用气动技术［Ｍ］．北京：机械 工业出版社，１９９８． ［４］ 武卫，等．气动比例控制系统的机理建模与实验研究［Ｊ］． 液压与气动，２００５（９）：３４—３６． ［５］ Ｍｉｎｇ—Ｃｈａｎｇ Ｓｈｉｈ，Ｍｉｎｇ—Ａｎ Ｍａ．Ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ａ ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｕｓｉｎｇ ｆｕｚｚｙ ＰＷＭ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］． Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ，１９９８．８（２）：２４１—２５３． ［６］ 赵弘，林立，董霞，等．基于反馈线性化的非线性气动伺服 系统跟踪控制［Ｊ］．系统仿真学报，２００５，１７（４）：９７１—９７３． ［７］吴金波，李蘅．神经网络控制在气动位置伺服中的应用 ［Ｊ］．液压气动与密封，２００２（４）：２２—２４．