3.1 明确工作要求
    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、定位度、操作力及联锁和自动化程序等。
    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情况必须调查清楚。
    3）和机、电、液控制相配合的情况，及对气动系统的要求。
3.2 设计气控回路
    1）列出气动执行元件的工作程序图。
    2）画信号动作状态线图或卡诺图、扩大卡诺图，也可直接写出逻辑函数表达式。
    3）画逻辑原理图。
    4）画回路原理图。
    5）为得到*的气控回路，设计时可根据逻辑原理图，做出几种方案进行比较，如对气控制、电-气控制、逻辑元件等控制方案进行合理的选定。
3.3 选择、设计执行元件
    其中包括确定气缸或气马达的类型、气缸的安装形式及气缸的体结构尺寸（如缸径、活塞杆直径、缸壁厚）和行程长度、密封形式、耗气量等。设计中要先考虑选用标准缸的参数。
3.4 选择控制元件
    1）确定控制元件类型，要根据表42.6-13进行比较而定。

     2）确定控制元件的通径，一般控制阀的通径可按阀的工作压力与zui大流量确定。由表42.6-14初步确定阀的通径，但应使所选的阀通径尽量一致，以便于配管。至于逻辑元件的类型选定后，它们的通径也就定了（逻辑元件通径常为ф3mm，个别为ф1mm）。对于减压阀或定值器的选择还必须考虑压力调节范围而确定其不同的规格。
3.5 选择气动辅件
    1）分水滤气器其类型主要根据过滤度要求而定。一般气动回路、截止阀及操纵气缸等要求过滤度≤50～75μm，操纵气马达等有相对运动的情况取过滤度≤25μm，气控硬配滑阀、射流元件、密检测的气控回路要求过滤度≤10μm。
    分水滤气器的通径原则上由流量确定（查表42.6-14），并要和减压阀相同。
    2）油雾器根据油雾颗径大小和流量来选取。当与减压阀、分水滤气器串联使用时，三者通径要相一致。

    ①额定流量是限制流速在15～25m/s范围所测得阀的流量。
    3）消声器可根据工作场合选用不同形式的消声器，其通径大小根据通过的流量而定，可查有关手册。
    4）储气罐其理论容积可按《气压传动及控制》教材中介绍的经验公式计算，体结构、尺寸可查《压缩空气站设计手册》。
3.6 确定管道直径、计算压力损失
    1）各段管道的直径可根据满足该段流量的要求，同时考虑和前边确定的控制元件通径相一致的原则初步确定。初步确定管径后，要在验算压力损失后选定管径。
    2）压力损失的验算为使执行元件正常工作，气流通过各种元件、辅件到执行元件的总压力损失，必须满足下式

 

 

注：其它元、辅件可通过实验或按上表各件压力损失类比选定。
3.7 选择空压机
3.7.1 计算空压机的供气量Q_j，以选择空压机的额定排气量
    Q_j可由下式算得

式中 ψ——利用系数；
    K₁——漏损系数，K₁=1.15～1.5；
    K₂——备用系数，K₂=1.3～1.6；
    Q_Z——一台设备在一个周期内的平均用气量（自由空气量）m³/s；
     n——用气设备台数。
3.7.2 计算空压机的供气压力p_g，以选择空压机的排气压力

式中  p——用气设备使用的额定压力（表压）（MPa）；
      ΣΔp——气动系统的总压力损失。
    例10设计某厂鼓风炉钟罩式加料装置气动系统。
    加料机构如图42.6-29所示。图42.6-29a中，Z_A、Z_B分别为鼓风炉上、下部两个料钟（顶料钟、底料钟），W_A、W_B分别为顶、底料钟的配重，料钟平时均处于关闭状态。图中A与B分别为操纵顶、底两个料钟开、闭的气缸。

要求行程末端平缓些。
    3）动力要求顶部料钟的操作力（打开料钟的气缸推力）为F_ZA≥5.10kN；底部料钟开启作用力为F_ZB≥24kN。
    4）工作环境环境温度30～40℃，灰尘较多。
    （2）回路设计
    1）列出气动执行元件的工作程序
    
    2）画信号动作状态线图（图42.6-30）
    3）画逻辑原理图（图42.6-31）
    4）画回路原理图（图42.6-32）
    回路图中YA₁和YA₂为延时换向阀（常断延时通型），由该阀延时经主控阀QF_A、QF_B放大去控制缸A₁和缸B₀状态。料钟的关闭靠自重。
    （3）选择执行元件
    1）确定执行元件类型根据料钟开闭（升降）行程较小，炉体结构限制（料钟中心线上下方不宜安装气缸）及安全性要求（机械支力有故障时，两料钟处于封闭状态），故采用重力封闭方案，如图42.6-9所示。同时，在炉体外部配上使料钟开启（即配重抬起）的传动装置，由于行程小，故采用摆块机构，即相应地采用尾部铰接式气缸做执行元件。
    考虑料钟的开启动作是：开启靠气动，关闭靠配重，所以选用单作用缸。又考虑开闭平稳，可采用缓冲型的气缸。因此，初步选择执行元件为两台标准缓冲型、尾部铰接式气缸。

2）主要参数尺寸  气缸内径D  顶部料钟气缸，其内径由下式计算，即

式中  工作推力F₁=F_ZA=5.1×10³N，当υ≤0.2m/s时，η=0.8，p=0.4MPa则

查有关手册，取标准缸径D_A=160mm，行程s=600mm。
    底钟气缸，由于炉体总体布置限制，气缸的操作力为拉力，由下式计算，即

考虑缸径较大，取上式前边的系数为1.03，且当υ≤0.2m/s时η=0.8，F₂=2.4×10⁴N，p=4×10⁵Pa则

查手册，也选择冶金用气缸，取标准缸径D_B=320mm，行程s=600mm。
    综上，取顶钟气缸A为：气缸JB160×600；取底钟气缸B为：气缸JB320×600，活塞杆直径d=90mm。
    3）耗气量计算
    缸A：已知缸径D_A=160mm，行程s=600mm，全行程需时间t₁=6s压缩空气量

缸B：已知D_B=320mm、s=600mm、t₂=6s，由于缸B的供气端是有杆腔，所以缸B一个行程的耗气量为

   （4）选择控制元件
    1）选择类型 根据系统对控制元件工作压力及流量的要求，按照气动回路原理图初选各控制阀如下：
    主控换向阀：QF_A、QF_B均为JQ23-L型，通径待定；
    行程阀：x₀初选为可通过式，其型号为Q23JC₄A-L3；
    行程阀：a₀、a₁、b₀初选为杠杆滚轮式，其型号为Q23JC₃A-L3；
    逻辑阀：QF₁，初选为JQ230631型两位三通双气控阀；
    梭阀：QF₂初选为QS-L3型；
    手动阀：S初选为推拉式，其型号为Q23R₅-L3；
    手动阀：g初选为按钮式，其型号为Q23R₁A-L3。
    2）选择主控阀 对A缸主控换向阀QF_A的选择：
    因A缸要求压力p_B=0.4MPa，流量Q_A=2.09×10^-3m³/s，查表42.6-14初选QF_A的通径为φ15mm，其额定流量Q_A=2.778×10^-3m³/s。故初选其型号为Q25Q₂C-L15（堵死两个不用的气口）。
    对B缸主控换向阀QF_B的选择：
    因B缸要求压力p_B≤0.4MPa流量Q_B=8.3333×10^-3m³/s，故初选其型号为Q25Q₂C-L25（堵死两个不用的气口）。
    3）选择减压阀根据系统所要求的压力、流量，同时考虑A、B缸因联锁关系不会同时工作的特点，即按其中流量、压力消耗zui大的一个缸（B缸）选择减压阀。由供气压力为0～0.7MPa，额定流量为8.3333×10^-3m³/s，选择减压阀订货号为395、291～294。
    （5）选择气动辅件
    辅件的选择要与减压阀相适应。
    分水滤气器：394、49
    油雾器：396、49
    消声器：配于两主控阀排气口、气缸排气口处，起消声、滤尘作用。对于A缸及主控阀选FXS₂-L15，对于B缸及主控阀选FXS₂-L25
    （6）确定管道直径、验算压力损失
    1）确定管径本例按各管径与气动元件通径相一致的原则，初定各段管径（图42.6-33）。同时考虑A、B缸不同时工作的特点，按其中用气量zui大的B缸主控阀的通径初步确定oe段的管径也是25mm。而总气源管yo段的管径，考虑为两台炉子同时供气、由流量为供给两台炉子流量之和的关系

可导出：

取标准管径为40mm。
    2）验算压力损失 如图42.6-33所示，本例中验算供气管y处到A缸进气口x处的损失（因A缸的管路较细，损失要比B缸管路的大）是否在允许范围内

沿程压力损失
    ① y—o段的沿程压力损失
    由式（1-40）

式中  △p_l——沿程压力损失；
       d——管内径，d=0.04m；
       l——管长，l=0.6m；
      υ——管中流速，

λ——沿程阻力系数，由雷诺数Re和管壁相对粗糙度确定。

根据温度30℃，由表42.1-5查得运动粘度υ=1.66×10^-5m²/s

根据Re、查有关手册得λ=0.0265，温度30℃、压力0.4MPa时γ值可由式（42.1-2、42.6-4）算出

 ② o－e段的沿程压力损失

由

和Re1=2.27×104可查得λ1=0.029

③ e-x段沿程压力损失

可查得λ₃=0.035

④ 由y-x的所有沿程损失

局部压力损失
    ① 流经管路中的局部压力损失

各局部阻力系数
               ζ_y——入口局部阻力系数ζ_y=0.5；
          ζ₀、ζ_e——分别为三通管局部阻力系数ζ₀=2，ζ_e=1.2；
          ζ_a、ζ_ƒ——流经截止阀处局部阻力系数，ζ_a=ζ_ƒ=3.1；
ζ_h、ζ_i、ζ_j、ζ_k——弯头局部阻力系数；分别为ζ_h=ζ_i=ζ_j=0.29，ζ_k=2×2×0.29=0.58；
              ζ_l——软管处局部阻力系数，近似计算

ζl=2×

=0.16；

ζ_x——出口局部阻力系数，ζ_x=1

② 流经元、辅件的压力损失 流经减压阀的压力损失较小可忽略不计，其余损失：

式中  △p_b——流经分水滤气器的压力损失；
      △p_d——流经油雾器的压力损失；
      △p_g——流经截止式换向阀的压力损失。
查表42.6-15得△p_b=0.02MPa，△p_d=0.015MPa，△p_g=0.015MPa。

③ 总局部压力损失

总压力损失

考虑排气口消声器等未计入的压力损失：

则

从

供气压力为

说明供气压力满足了执行元件需要的工作压力，故以上选择的通径和管径是可以的。
    （7）空压机的选择
    在选择空压机之前，必须算出自由空气量（一个标准大气压状态下的流量）Q′

气缸的理论用气量由下式计算

其中  Q_Z——一台用气设备上的气缸总用气量；
     n——用气设备台数，本例中考虑左右两台炉子有两组同样的气缸，故n=2；
     m——一台设备上的用气执行元件个数，本例中一台炉子上有A和B两个缸用气，故m=2；
    α——气缸在一个周期内单程作用次数，本例中，每个气缸一个周期内单程作用一次α=1；
    Q_z——一台设备中某一气缸在一个周期内的平均用气量，本例中Q′_A=9.95×10^-3×10^-3m³/s，Q′_B=3.68×10^-2m³/s；
     t——某个气缸一个单行程的时间，本例中t_A=t_B=6s；
     T——某设备的一次工作循环时间，本例中T=2t_A+2t_B=24s。
    若考虑左右两台炉子的气缸都由一台空压机供气，则气缸的理论用气量

取设备利用系数φ=0.95；漏损系数K₁=1.2；备用系数K₂=1.4。则两台炉子气缸的理论用气量；

如无气源系统而需单独供气时，可按供气压力≥0.5MPa，流量Q_j=2.08m³/min，查有关手册选用4S-2.4/7型空压机，该空压机的额定排气压力为0.7MPa，额定排气量为2.4 m³/min（自由空气量）。