3.1 明確工作要求
    1）運動和操作力的要求 如主機的動作順序、動作時間、運動速度及其可調范圍、運動的平穩性、定位度、操作力及聯鎖和自動化程序等。
    2）工作環境條件如溫度、防塵、防爆、防腐蝕要求及工作場地的空間等情況必須調查清楚。
    3）和機、電、液控制相配合的情況，及對氣動系統的要求。
3.2 設計氣控回路
    1）列出氣動執行元件的工作程序圖。
    2）畫信號動作狀態線圖或卡諾圖、擴大卡諾圖，也可直接寫出邏輯函數表達式。
    3）畫邏輯原理圖。
    4）畫回路原理圖。
    5）為得到*的氣控回路，設計時可根據邏輯原理圖，做出幾種方案進行比較，如對氣控制、電-氣控制、邏輯元件等控制方案進行合理的選定。
3.3 選擇、設計執行元件
    其中包括確定氣缸或氣馬達的類型、氣缸的安裝形式及氣缸的體結構尺寸（如缸徑、活塞桿直徑、缸壁厚）和行程長度、密封形式、耗氣量等。設計中要先考慮選用標準缸的參數。
3.4 選擇控制元件
    1）確定控制元件類型，要根據表42.6-13進行比較而定。

     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，個別為ф1mm）。對于減壓閥或定值器的選擇還必須考慮壓力調節范圍而確定其不同的規格。
3.5 選擇氣動輔件
    1）分水濾氣器其類型主要根據過濾度要求而定。一般氣動回路、截止閥及操縱氣缸等要求過濾度≤50～75μm，操縱氣馬達等有相對運動的情況取過濾度≤25μm，氣控硬配滑閥、射流元件、密檢測的氣控回路要求過濾度≤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）油霧器根據油霧顆徑大小和流量來選取。當與減壓閥、分水濾氣器串聯使用時，三者通徑要相一致。

    ①額定流量是限制流速在15～25m/s范圍所測得閥的流量。
    3）消聲器可根據工作場合選用不同形式的消聲器，其通徑大小根據通過的流量而定，可查有關手冊。
    4）儲氣罐其理論容積可按《氣壓傳動及控制》教材中介紹的經驗公式計算，體結構、尺寸可查《壓縮空氣站設計手冊》。
3.6 確定管道直徑、計算壓力損失
    1）各段管道的直徑可根據滿足該段流量的要求，同時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，要在驗算壓力損失后選定管徑。
    2）壓力損失的驗算為使執行元件正常工作，氣流通過各種元件、輔件到執行元件的總壓力損失，必須滿足下式

 

 

注：其它元、輔件可通過實驗或按上表各件壓力損失類比選定。
3.7 選擇空壓機
3.7.1 計算空壓機的供氣量Q_j，以選擇空壓機的額定排氣量
    Q_j可由下式算得

式中 ψ——利用系數；
    K₁——漏損系數，K₁=1.15～1.5；
    K₂——備用系數，K₂=1.3～1.6；
    Q_Z——一臺設備在一個周期內的平均用氣量（自由空氣量）m³/s；
     n——用氣設備臺數。
3.7.2 計算空壓機的供氣壓力p_g，以選擇空壓機的排氣壓力

式中  p——用氣設備使用的額定壓力（表壓）（MPa）；
      ΣΔp——氣動系統的總壓力損失。
    例10設計某廠鼓風爐鐘罩式加料裝置氣動系統。
    加料機構如圖42.6-29所示。圖42.6-29a中，Z_A、Z_B分別為鼓風爐上、下部兩個料鐘（頂料鐘、底料鐘），W_A、W_B分別為頂、底料鐘的配重，料鐘平時均處于關閉狀態。圖中A與B分別為操縱頂、底兩個料鐘開、閉的氣缸。

要求行程末端平緩些。
    3）動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）工作環境環境溫度30～40℃，灰塵較多。
    （2）回路設計
    1）列出氣動執行元件的工作程序
    
    2）畫信號動作狀態線圖（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為延時換向閥（常斷延時通型），由該閥延時經主控閥QF_A、QF_B放大去控制缸A₁和缸B₀狀態。料鐘的關閉靠自重。
    （3）選擇執行元件
    1）確定執行元件類型根據料鐘開閉（升降）行程較小，爐體結構限制（料鐘中心線上下方不宜安裝氣缸）及安全性要求（機械支力有故障時，兩料鐘處于封閉狀態），故采用重力封閉方案，如圖42.6-9所示。同時，在爐體外部配上使料鐘開啟（即配重抬起）的傳動裝置，由于行程小，故采用擺塊機構，即相應地采用尾部鉸接式氣缸做執行元件。
    考慮料鐘的開啟動作是：開啟靠氣動，關閉靠配重，所以選用單作用缸。又考慮開閉平穩，可采用緩沖型的氣缸。因此，初步選擇執行元件為兩臺標準緩沖型、尾部鉸接式氣缸。

2）主要參數尺寸  氣缸內徑D  頂部料鐘氣缸，其內徑由下式計算，即

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

查有關手冊，取標準缸徑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，由下式計算，即

考慮缸徑較大，取上式前邊的系數為1.03，且當υ≤0.2m/s時η=0.8，F₂=2.4×10⁴N，p=4×10⁵Pa則

查手冊，也選擇冶金用氣缸，取標準缸徑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）耗氣量計算
    缸A：已知缸徑D_A=160mm，行程s=600mm，全行程需時間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一個行程的耗氣量為

   （4）選擇控制元件
    1）選擇類型 根據系統對控制元件工作壓力及流量的要求，按照氣動回路原理圖初選各控制閥如下：
    主控換向閥：QF_A、QF_B均為JQ23-L型，通徑待定；
    行程閥：x₀初選為可通過式，其型號為Q23JC₄A-L3；
    行程閥：a₀、a₁、b₀初選為杠桿滾輪式，其型號為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；
    手動閥：S初選為推拉式，其型號為Q23R₅-L3；
    手動閥：g初選為按鈕式，其型號為Q23R₁A-L3。
    2）選擇主控閥 對A缸主控換向閥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。故初選其型號為Q25Q₂C-L15（堵死兩個不用的氣口）。
    對B缸主控換向閥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，故初選其型號為Q25Q₂C-L25（堵死兩個不用的氣口）。
    3）選擇減壓閥根據系統所要求的壓力、流量，同時考慮A、B缸因聯鎖關系不會同時工作的特點，即按其中流量、壓力消耗zui大的一個缸（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，選擇減壓閥訂貨號為395、291～294。
    （5）選擇氣動輔件
    輔件的選擇要與減壓閥相適應。
    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。對于A缸及主控閥選FXS₂-L15，對于B缸及主控閥選FXS₂-L25
    （6）確定管道直徑、驗算壓力損失
    1）確定管徑本例按各管徑與氣動元件通徑相一致的原則，初定各段管徑（圖42.6-33）。同時考慮A、B缸不同時工作的特點，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，考慮為兩臺爐子同時供氣、由流量為供給兩臺爐子流量之和的關系

可導出：

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

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——管內徑，d=0.04m；
       l——管長，l=0.6m；
      υ——管中流速，

λ——沿程阻力系數，由雷諾數Re和管壁相對粗糙度確定。

根據溫度30℃，由表42.1-5查得運動粘度υ=1.66×10^-5m²/s

根據Re、查有關手冊得λ=0.0265，溫度30℃、壓力0.4MPa時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 流經管路中的局部壓力損失

各局部阻力系數
               ζ_y——入口局部阻力系數ζ_y=0.5；
          ζ₀、ζ_e——分別為三通管局部阻力系數ζ₀=2，ζ_e=1.2；
          ζ_a、ζ_ƒ——流經截止閥處局部阻力系數，ζ_a=ζ_ƒ=3.1；
ζ_h、ζ_i、ζ_j、ζ_k——彎頭局部阻力系數；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，近似計算

ζl=2×

=0.16；

ζ_x——出口局部阻力系數，ζ_x=1

② 流經元、輔件的壓力損失 流經減壓閥的壓力損失較小可忽略不計，其余損失：

式中  △p_b——流經分水濾氣器的壓力損失；
      △p_d——流經油霧器的壓力損失；
      △p_g——流經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入的壓力損失：

則

從

供氣壓力為

說明供氣壓力滿足了執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）空壓機的選擇
    在選擇空壓機之前，必須算出自由空氣量（一個標準大氣壓狀態下的流量）Q′

氣缸的理論用氣量由下式計算

其中  Q_Z——一臺用氣設備上的氣缸總用氣量；
     n——用氣設備臺數，本例中考慮左右兩臺爐子有兩組同樣的氣缸，故n=2；
     m——一臺設備上的用氣執行元件個數，本例中一臺爐子上有A和B兩個缸用氣，故m=2；
    α——氣缸在一個周期內單程作用次數，本例中，每個氣缸一個周期內單程作用一次α=1；
    Q_z——一臺設備中某一氣缸在一個周期內的平均用氣量，本例中Q′_A=9.95×10^-3×10^-3m³/s，Q′_B=3.68×10^-2m³/s；
     t——某個氣缸一個單行程的時間，本例中t_A=t_B=6s；
     T——某設備的一次工作循環時間，本例中T=2t_A+2t_B=24s。
    若考慮左右兩臺爐子的氣缸都由一臺空壓機供氣，則氣缸的理論用氣量

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

如無氣源系統而需單獨供氣時，可按供氣壓力≥0.5MPa，流量Q_j=2.08m³/min，查有關手冊選用4S-2.4/7型空壓機，該空壓機的額定排氣壓力為0.7MPa，額定排氣量為2.4 m³/min（自由空氣量）。