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3.1 明確工作要求
    1）運(yùn)動(dòng)和操作力的要求 如主機(jī)的動(dòng)作順序、動(dòng)作時(shí)間、運(yùn)動(dòng)速度及其可調(diào)范圍、運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性、定位度、操作力及聯(lián)鎖和自動(dòng)化程序等。
    2）工作環(huán)境條件如溫度、防塵、防爆、防腐蝕要求及工作場(chǎng)地的空間等情況必須調(diào)查清楚。
    3）和機(jī)、電、液控制相配合的情況，及對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)的要求。
3.2 設(shè)計(jì)氣控回路
    1）列出氣動(dòng)執(zhí)行元件的工作程序圖。
    2）畫信號(hào)動(dòng)作狀態(tài)線圖或卡諾圖、擴(kuò)大卡諾圖，也可直接寫出邏輯函數(shù)表達(dá)式。
    3）畫邏輯原理圖。
    4）畫回路原理圖。
    5）為得到*的氣控回路，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)邏輯原理圖，做出幾種方案進(jìn)行比較，如對(duì)氣控制、電-氣控制、邏輯元件等控制方案進(jìn)行合理的選定。
3.3 選擇、設(shè)計(jì)執(zhí)行元件
    其中包括確定氣缸或氣馬達(dá)的類型、氣缸的安裝形式及氣缸的體結(jié)構(gòu)尺寸（如缸徑、活塞桿直徑、缸壁厚）和行程長(zhǎng)度、密封形式、耗氣量等。設(shè)計(jì)中要先考慮選用標(biāo)準(zhǔn)缸的參數(shù)。
3.4 選擇控制元件
    1）確定控制元件類型，要根據(jù)表42.6-13進(jìn)行比較而定。

     2）確定控制元件的通徑，一般控制閥的通徑可按閥的工作壓力與zui大流量確定。由表42.6-14初步確定閥的通徑，但應(yīng)使所選的閥通徑盡量一致，以便于配管。至于邏輯元件的類型選定后，它們的通徑也就定了（邏輯元件通徑常為ф3mm，個(gè)別為ф1mm）。對(duì)于減壓閥或定值器的選擇還必須考慮壓力調(diào)節(jié)范圍而確定其不同的規(guī)格。
3.5 選擇氣動(dòng)輔件
    1）分水濾氣器其類型主要根據(jù)過(guò)濾度要求而定。一般氣動(dòng)回路、截止閥及操縱氣缸等要求過(guò)濾度≤50～75μm，操縱氣馬達(dá)等有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況取過(guò)濾度≤25μm，氣控硬配滑閥、射流元件、密檢測(cè)的氣控回路要求過(guò)濾度≤10μm。
    分水濾氣器的通徑原則上由流量確定（查表42.6-14），并要和減壓閥相同。
    2）油霧器根據(jù)油霧顆徑大小和流量來(lái)選取。當(dāng)與減壓閥、分水濾氣器串聯(lián)使用時(shí)，三者通徑要相一致。

    ①額定流量是限制流速在15～25m/s范圍所測(cè)得閥的流量。
    3）消聲器可根據(jù)工作場(chǎng)合選用不同形式的消聲器，其通徑大小根據(jù)通過(guò)的流量而定，可查有關(guān)手冊(cè)。
    4）儲(chǔ)氣罐其理論容積可按《氣壓傳動(dòng)及控制》教材中介紹的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，體結(jié)構(gòu)、尺寸可查《壓縮空氣站設(shè)計(jì)手冊(cè)》。
3.6 確定管道直徑、計(jì)算壓力損失
    1）各段管道的直徑可根據(jù)滿足該段流量的要求，同時(shí)考慮和前邊確定的控制元件通徑相一致的原則初步確定。初步確定管徑后，要在驗(yàn)算壓力損失后選定管徑。
    2）壓力損失的驗(yàn)算為使執(zhí)行元件正常工作，氣流通過(guò)各種元件、輔件到執(zhí)行元件的總壓力損失，必須滿足下式

 

 

注：其它元、輔件可通過(guò)實(shí)驗(yàn)或按上表各件壓力損失類比選定。
3.7 選擇空壓機(jī)
3.7.1 計(jì)算空壓機(jī)的供氣量Q_j，以選擇空壓機(jī)的額定排氣量
    Q_j可由下式算得

式中 ψ——利用系數(shù)；
    K₁——漏損系數(shù)，K₁=1.15～1.5；
    K₂——備用系數(shù)，K₂=1.3～1.6；
    Q_Z——一臺(tái)設(shè)備在一個(gè)周期內(nèi)的平均用氣量（自由空氣量）m³/s；
     n——用氣設(shè)備臺(tái)數(shù)。
3.7.2 計(jì)算空壓機(jī)的供氣壓力p_g，以選擇空壓機(jī)的排氣壓力

式中  p——用氣設(shè)備使用的額定壓力（表壓）（MPa）；
      ΣΔp——氣動(dòng)系統(tǒng)的總壓力損失。
    例10設(shè)計(jì)某廠鼓風(fēng)爐鐘罩式加料裝置氣動(dòng)系統(tǒng)。
    加料機(jī)構(gòu)如圖42.6-29所示。圖42.6-29a中，Z_A、Z_B分別為鼓風(fēng)爐上、下部?jī)蓚€(gè)料鐘（頂料鐘、底料鐘），W_A、W_B分別為頂、底料鐘的配重，料鐘平時(shí)均處于關(guān)閉狀態(tài)。圖中A與B分別為操縱頂、底兩個(gè)料鐘開、閉的氣缸。

要求行程末端平緩些。
    3）動(dòng)力要求頂部料鐘的操作力（打開料鐘的氣缸推力）為F_ZA≥5.10kN；底部料鐘開啟作用力為F_ZB≥24kN。
    4）工作環(huán)境環(huán)境溫度30～40℃，灰塵較多。
    （2）回路設(shè)計(jì)
    1）列出氣動(dòng)執(zhí)行元件的工作程序
    
    2）畫信號(hào)動(dòng)作狀態(tài)線圖（圖42.6-30）
    3）畫邏輯原理圖（圖42.6-31）
    4）畫回路原理圖（圖42.6-32）
    回路圖中YA₁和YA₂為延時(shí)換向閥（常斷延時(shí)通型），由該閥延時(shí)經(jīng)主控閥QF_A、QF_B放大去控制缸A₁和缸B₀狀態(tài)。料鐘的關(guān)閉靠自重。
    （3）選擇執(zhí)行元件
    1）確定執(zhí)行元件類型根據(jù)料鐘開閉（升降）行程較小，爐體結(jié)構(gòu)限制（料鐘中心線上下方不宜安裝氣缸）及安全性要求（機(jī)械支力有故障時(shí)，兩料鐘處于封閉狀態(tài)），故采用重力封閉方案，如圖42.6-9所示。同時(shí)，在爐體外部配上使料鐘開啟（即配重抬起）的傳動(dòng)裝置，由于行程小，故采用擺塊機(jī)構(gòu)，即相應(yīng)地采用尾部鉸接式氣缸做執(zhí)行元件。
    考慮料鐘的開啟動(dòng)作是：開啟靠氣動(dòng)，關(guān)閉靠配重，所以選用單作用缸。又考慮開閉平穩(wěn)，可采用緩沖型的氣缸。因此，初步選擇執(zhí)行元件為兩臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)緩沖型、尾部鉸接式氣缸。

2）主要參數(shù)尺寸  氣缸內(nèi)徑D  頂部料鐘氣缸，其內(nèi)徑由下式計(jì)算，即

式中  工作推力F₁=F_ZA=5.1×10³N，當(dāng)υ≤0.2m/s時(shí)，η=0.8，p=0.4MPa則

查有關(guān)手冊(cè)，取標(biāo)準(zhǔn)缸徑D_A=160mm，行程s=600mm。
    底鐘氣缸，由于爐體總體布置限制，氣缸的操作力為拉力，由下式計(jì)算，即

考慮缸徑較大，取上式前邊的系數(shù)為1.03，且當(dāng)υ≤0.2m/s時(shí)η=0.8，F(xiàn)₂=2.4×10⁴N，p=4×10⁵Pa則

查手冊(cè)，也選擇冶金用氣缸，取標(biāo)準(zhǔn)缸徑D_B=320mm，行程s=600mm。
    綜上，取頂鐘氣缸A為：氣缸JB160×600；取底鐘氣缸B為：氣缸JB320×600，活塞桿直徑d=90mm。
    3）耗氣量計(jì)算
    缸A：已知缸徑D_A=160mm，行程s=600mm，全行程需時(shí)間t₁=6s壓縮空氣量

缸B：已知D_B=320mm、s=600mm、t₂=6s，由于缸B的供氣端是有桿腔，所以缸B一個(gè)行程的耗氣量為

   （4）選擇控制元件
    1）選擇類型 根據(jù)系統(tǒng)對(duì)控制元件工作壓力及流量的要求，按照氣動(dòng)回路原理圖初選各控制閥如下：
    主控?fù)Q向閥：QF_A、QF_B均為JQ23-L型，通徑待定；
    行程閥：x₀初選為可通過(guò)式，其型號(hào)為Q23JC₄A-L3；
    行程閥：a₀、a₁、b₀初選為杠桿滾輪式，其型號(hào)為Q23JC₃A-L3；
    邏輯閥：QF₁，初選為JQ230631型兩位三通雙氣控閥；
    梭閥：QF₂初選為QS-L3型；
    手動(dòng)閥：S初選為推拉式，其型號(hào)為Q23R₅-L3；
    手動(dòng)閥：g初選為按鈕式，其型號(hào)為Q23R₁A-L3。
    2）選擇主控閥 對(duì)A缸主控?fù)Q向閥QF_A的選擇：
    因A缸要求壓力p_B=0.4MPa，流量Q_A=2.09×10^-3m³/s，查表42.6-14初選QF_A的通徑為φ15mm，其額定流量Q_A=2.778×10^-3m³/s。故初選其型號(hào)為Q25Q₂C-L15（堵死兩個(gè)不用的氣口）。
    對(duì)B缸主控?fù)Q向閥QF_B的選擇：
    因B缸要求壓力p_B≤0.4MPa流量Q_B=8.3333×10^-3m³/s，故初選其型號(hào)為Q25Q₂C-L25（堵死兩個(gè)不用的氣口）。
    3）選擇減壓閥根據(jù)系統(tǒng)所要求的壓力、流量，同時(shí)考慮A、B缸因聯(lián)鎖關(guān)系不會(huì)同時(shí)工作的特點(diǎn)，即按其中流量、壓力消耗zui大的一個(gè)缸（B缸）選擇減壓閥。由供氣壓力為0～0.7MPa，額定流量為8.3333×10^-3m³/s，選擇減壓閥訂貨號(hào)為395、291～294。
    （5）選擇氣動(dòng)輔件
    輔件的選擇要與減壓閥相適應(yīng)。
    分水濾氣器：394、49
    油霧器：396、49
    消聲器：配于兩主控閥排氣口、氣缸排氣口處，起消聲、濾塵作用。對(duì)于A缸及主控閥選FXS₂-L15，對(duì)于B缸及主控閥選FXS₂-L25
    （6）確定管道直徑、驗(yàn)算壓力損失
    1）確定管徑本例按各管徑與氣動(dòng)元件通徑相一致的原則，初定各段管徑（圖42.6-33）。同時(shí)考慮A、B缸不同時(shí)工作的特點(diǎn)，按其中用氣量zui大的B缸主控閥的通徑初步確定oe段的管徑也是25mm。而總氣源管yo段的管徑，考慮為兩臺(tái)爐子同時(shí)供氣、由流量為供給兩臺(tái)爐子流量之和的關(guān)系

可導(dǎo)出：

取標(biāo)準(zhǔn)管徑為40mm。
    2）驗(yàn)算壓力損失 如圖42.6-33所示，本例中驗(yàn)算供氣管y處到A缸進(jìn)氣口x處的損失（因A缸的管路較細(xì)，損失要比B缸管路的大）是否在允許范圍內(nèi)

沿程壓力損失
    ① y—o段的沿程壓力損失
    由式（1-40）

式中  △p_l——沿程壓力損失；
       d——管內(nèi)徑，d=0.04m；
       l——管長(zhǎng)，l=0.6m；
      υ——管中流速，

λ——沿程阻力系數(shù)，由雷諾數(shù)Re和管壁相對(duì)粗糙度確定。

根據(jù)溫度30℃，由表42.1-5查得運(yùn)動(dòng)粘度υ=1.66×10^-5m²/s

根據(jù)Re、查有關(guān)手冊(cè)得λ=0.0265，溫度30℃、壓力0.4MPa時(shí)γ值可由式（42.1-2、42.6-4）算出

 ② o－e段的沿程壓力損失

由

和Re1=2.27×104可查得λ1=0.029

③ e-x段沿程壓力損失

可查得λ₃=0.035

④ 由y-x的所有沿程損失

局部壓力損失
    ① 流經(jīng)管路中的局部壓力損失

各局部阻力系數(shù)
               ζ_y——入口局部阻力系數(shù)ζ_y=0.5；
          ζ₀、ζ_e——分別為三通管局部阻力系數(shù)ζ₀=2，ζ_e=1.2；
          ζ_a、ζ_ƒ——流經(jīng)截止閥處局部阻力系數(shù)，ζ_a=ζ_ƒ=3.1；
ζ_h、ζ_i、ζ_j、ζ_k——彎頭局部阻力系數(shù)；分別為ζ_h=ζ_i=ζ_j=0.29，ζ_k=2×2×0.29=0.58；
              ζ_l——軟管處局部阻力系數(shù)，近似計(jì)算

ζl=2×

=0.16；

ζ_x——出口局部阻力系數(shù)，ζ_x=1

② 流經(jīng)元、輔件的壓力損失 流經(jīng)減壓閥的壓力損失較小可忽略不計(jì)，其余損失：

式中  △p_b——流經(jīng)分水濾氣器的壓力損失；
      △p_d——流經(jīng)油霧器的壓力損失；
      △p_g——流經(jīng)截止式換向閥的壓力損失。
查表42.6-15得△p_b=0.02MPa，△p_d=0.015MPa，△p_g=0.015MPa。

③ 總局部壓力損失

總壓力損失

考慮排氣口消聲器等未計(jì)入的壓力損失：

則

從

供氣壓力為

說(shuō)明供氣壓力滿足了執(zhí)行元件需要的工作壓力，故以上選擇的通徑和管徑是可以的。
    （7）空壓機(jī)的選擇
    在選擇空壓機(jī)之前，必須算出自由空氣量（一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓狀態(tài)下的流量）Q′

氣缸的理論用氣量由下式計(jì)算

其中  Q_Z——一臺(tái)用氣設(shè)備上的氣缸總用氣量；
     n——用氣設(shè)備臺(tái)數(shù)，本例中考慮左右兩臺(tái)爐子有兩組同樣的氣缸，故n=2；
     m——一臺(tái)設(shè)備上的用氣執(zhí)行元件個(gè)數(shù)，本例中一臺(tái)爐子上有A和B兩個(gè)缸用氣，故m=2；
    α——氣缸在一個(gè)周期內(nèi)單程作用次數(shù)，本例中，每個(gè)氣缸一個(gè)周期內(nèi)單程作用一次α=1；
    Q_z——一臺(tái)設(shè)備中某一氣缸在一個(gè)周期內(nèi)的平均用氣量，本例中Q′_A=9.95×10^-3×10^-3m³/s，Q′_B=3.68×10^-2m³/s；
     t——某個(gè)氣缸一個(gè)單行程的時(shí)間，本例中t_A=t_B=6s；
     T——某設(shè)備的一次工作循環(huán)時(shí)間，本例中T=2t_A+2t_B=24s。
    若考慮左右兩臺(tái)爐子的氣缸都由一臺(tái)空壓機(jī)供氣，則氣缸的理論用氣量

取設(shè)備利用系數(shù)φ=0.95；漏損系數(shù)K₁=1.2；備用系數(shù)K₂=1.4。則兩臺(tái)爐子氣缸的理論用氣量；

如無(wú)氣源系統(tǒng)而需單獨(dú)供氣時(shí)，可按供氣壓力≥0.5MPa，流量Q_j=2.08m³/min，查有關(guān)手冊(cè)選用4S-2.4/7型空壓機(jī)，該空壓機(jī)的額定排氣壓力為0.7MPa，額定排氣量為2.4 m³/min（自由空氣量）。