气动实验工作台设计研究

气动实验工作台设计研究

方晓辉

迪斯泰克（上海）贸易有限公司  200233

摘要：近些年来，气动控制在企业的使用中越来越广泛，因而在企业中常常会选择搭建起气动实验工作台，来利用工作台的运作优点实现高效率的气动产品实验效果。本文将从气动实验工作台的设计意义出发，提出相应的气动实验工作台设计研究策略，希望能为气动实验工作台的设计优化提供一些参考。

关键词：气动实验工作台；虚拟仿真技术；设计研究

引言：在现如今的企业应用中，通常会用到气动技术来实现生产过程的自动化，气动技术是以压缩空气为工作介质来进行能量传递的技术，具有节能环保、无污染等使用优点，在工业中得到了广泛的应用，对于国民经济建设起到的了重要的作用，通常在气动技术的使用中会通过搭建气动实验工作台来进行对气动产品的测试和校核。

1. 气动实验工作台设计意义

气动实验工作台在使用中能够有效地发挥气压传动的优点，实现更高质量的能源使用效果。通常气压传动装置的主要结构比较简单，通常是由能源装置、运行元件、控制调节元件、辅助元件以及工作介质来构成的，整体上的前期安装和后期的使用维护都比较便捷，并且气压传动装置主要使用的气动元件的工作使用寿命都很长，平常在运行中的磨损消耗较小，能够实现长时间的工作运行，系统的稳定性强。气动实验工作台所使用的主要工作介质是空气。空气作为生存环境中取之不尽用之不竭的资源，利用起来十分的便捷，并且在气压传动使用后的空气处理起来十分的简单，不会对环境造成污染。另外气压传动在使用中具有十分安全的效果，相比较于液压能够在高温的环境下得到使用，并且具有防爆、防火等功效，同时由于在气动运行中进行空气压缩时产生的工作压力较低，这就对于气动元件的材料以及制造精度要求相对较低，在进行元件制造时工艺压力相对较低[1]。

在目前的现实发展中，气动行业的发展速度在不断地加快，在一些工业技术先进发达的国家中已经诞生了大量比较知名的气动行业企业。这些企业对于气动实验工作台的设计、研发、制造都形成了比较完备的流程体系，并且对于自家的员工基本都能够做到进行良好的气动相关内容的定期培训，内部的工作人员对于气动实验工作台等气压传动类的机电设备都有着比较深刻的了解，整体上对于气动实验工作台之类的设备相对上领先于我国的制造实际，我国目前已经重视起对于气动技术的应用，在一些高校的机械以及机电等专业都设置了气技术相关的课程，但在教学中存在着缺少实际设备进行应用的现状。并且在高校教育以外，实际工业的应用中，我国的气动工业相对于国外，起步较晚，这就导致在我国的气动工业中整体上的设计水平、制造标准化、高质量人才储备等都仍存在不足，因此需要加强对气动实验工作台的优化设计，让更加高质量的气动实验工作台走进高校教学以及工业运行中，有效地促进我国气动产业更加高效健康的发展，追赶上世界气动行业的发展步伐。图1为气动实验工作台。

图 1 气动实验工作台

2. 气动实验工作台设计研究策略

2.1气动实验工作台主要结构

气动实验工作台在设计上的主要结构可以分为两大部分，分别是气动平台以及控制平台。在气动实验工作台中气动平台主要包括汽缸和气爪等运行执行元件、电磁阀和行程开关等控制元件以及气源等模块元件要素。气动平台的运行主要是依照控制平台对整个气动运行系统的控制实现的，工作人员通过操作工具台来对控制系统进行指令的输入，控制系统依照指令来运行气动平台。整个控制系统的运行逻辑为，在电源打开以后，气动平台会进行气源的压缩，内部的控制逻辑电路会对操作人员的操作信号进行检测。控制逻辑电路在检测到操作信号以后，会对气动平台的控制阀进行操作，驱动器在气压的作用下完成实验工作。图2为控制系统流程图。

图 2 气动控制系统流程图

气动实验工作台中的控制平台，主要包括PLC、继电器接口电路板、电源、控制面板、插座等。通常对于控制平台的硬件结构设计比较简单，控制平台通常连接在工作台的键盘板上，在需要进行试验工作时就可以将键盘拿出进行控制操作，而不需要进行实验时就可以将键盘放置在工作台内。对于软件设置使用PLC来实现对可编程序进行控制，并在PLC的直接输出端口部位以及实际输出端口之间安装继电器接口电路板，来将PLC的输出转换为继电器输出，在出现短路等故障时，继电器会对PLC产生保护效果，代替PLC受损，对整个控制平台的安全性起到提高效果。

气动实验工作台的主要操作步骤主要分为以下几个顺序。第一，工作人员需要依照气动实验的操作目的确定需要涉及的气动元件，并根据气动元件的连接来构建起气动系统回路，以满足实验需要。第二，依照构建起的气动回路进行控制程序的编写，并在编写完成后进行检查、编译工作，保证程序能够合理地对气动回路进行控制，正常地发挥出控制平台对于气动平台的精确化控制。第三，连接外部电源，为PLC和控制面板进行供电，让PLC处在可以进行编辑的模式下，再将已经编写好的程序传输到PLC上，并依照编写好的程序运作方式，对控制面板上的各级端口进行连接。第四，在将电子线路以及气动回路连接完毕以后，将空气压缩机以及两位两通手动阀开启，将PLC转换到运行模式，开启工作台的气动运行。

2.2虚拟仿真测试系统搭建

    通常在气动实验工作台设计中，为了提高工作台的实际运行质量，应当使用LabVIEW程序来对气动实验台的运行状态搭建虚拟仿真测试。在气动实验工作台运行中需要对气源的压力变化进行控制以保证系统能够在允许的压力范围内进行工作。因此应当在气源上设置相应的压力传感器，对气源的压力进行采集，再应用比较器来对采集到的压力值和气源允许的最高以及最低压力值进行比较，以实现对气源压力以及气压传动过程中的压力控制。并在传动过程中也设置一定的传感器，对传动过程中的力学变化数值进行采集，依照传感器收集到的数据建立起气动实验工作台的运行模型，通过模拟测试来对整个气动工作实验台的运行状态进行检验，在LabVIEW程序创建相关的波形图表来作为虚拟示波器，检查运行中是否存在接线不当或是压力输出过大等问题，对气动工作实验台的运行变量进行虚拟运行测试检验，并及时地进行校正，提高整体的设计效果[2]。

2.3气动系统搭建

    气动实验工作台的气源通常会使用储气罐，而储气罐作为气源在工作台中使用能够构成一种闭环的压力控制系统。在工作台的电源打开时，压缩机会对储气罐进行充气，当内部压力上升到设定好的最大值时，压缩机就会自动断开，停止对储气罐内的加压操作，而当储气罐内的气压在使用中下降至设定的最低值时，压缩机就会连接电源，继续对储气罐内进行充气加压操作。因此在进行气动循环系统的设计时，还应当设置一个单向节流阀来对储气罐的压力进行保障性调整，保证储气罐在运行过程中受到单向节流阀的调控能够避免出现内部压力过低的现象，提高储气罐作为气源的稳定性。并且在气动系统的搭建中，为了进行对储气罐状态的压力监控，还应当安装压力传感器。压力传感器应当安装在整个系统中气压波动较小的部位，以保证其敏感度，因此可以安装在气动系统中储气罐的后面，对气动系统的气压变化做到有效监控，提高整个气动实验工作台的运行工作质量，保证气压传动的高质量效果。

结语：对于气动实验工作台的搭建，应当在对结构充分了解的基础上，积极使用虚拟仿真技术，实现气动实验工作台的设计结构优化，使控制系统与气动平台之间形成良好的联动运行效果，提高气动实验工作台的设计质量，推进我国的气动行业进一步发展，争取早日步入世界气动行业的发展前列。

参考文献：

[1]江兴刚,罗明.气压传动系统仿真装调设计与实践[J].液压气动与密封,2022,42(03):36-38+78.

[2]孙光宇.一种PLC气动控制系统的联合仿真方法与实现[J].机械工程与自动化,2021(02):59-60+63.