液压与气压传动-第13章 气动控制元件

控制元件按功能和用途可分为：方向控制阀（directionalcontrolvalves）流量控制阀（flowcontrolvalves）压力控制阀（pressurevalves）作用：控制和调节压缩空气的压力、流量、流动方向和发送信号；组成气动控制回路，以实现气动执行元件的预定动作。第十三章气动控制元件按切换的通路数目：换向阀分为二通阀、三通阀、四通阀和五通阀；按阀芯工作位置的数目：方向阀分为二位阀和三位阀。13.1方向控制阀一、方向控制阀的分类按阀芯结构不同：滑柱式、截止式、平面式、旋塞式、膜片式按控制方式不同：电磁换向阀、气动换向阀、机动换向阀、手动换向阀按其作用特点：单向型控制阀、换向型控制阀。二、单向型控制阀1、单向阀2、或门型梭阀

相当于两个单向阀的组合。在气动逻辑回路中，起到“或”门的作用。或门型梭阀应用：手动——自动换向回路3、与门型梭阀（双压阀）只有当P1和P2两口同时有输入时，A口才有输出，如图示；当P1≠P2时，则气压低的通过A口输出。

与门型梭阀的应用很广泛，图13-5所示为该阀在互锁回路中的应用。行程阀1为工件定位信号，行程阀2是夹紧工件信号。只有在工件定位并被夹紧后，即只有当1、2两个信号同时存在时，与门型梭阀（双压阀）3才有输出，使换向阀4切换，钻孔缸5进给，钻孔开始。图13-5

双压阀应用回路1、2—行程阀3—双压阀4—换向阀5—钻孔缸

图13-7

快速排气阀应用回路快速排气阀主要用于气缸排气，以加快气缸动作速度。通常，气缸的排气是从气缸的腔室经管路及换向阀而排出的，若气缸到换向阀的距离较长，排气时间亦较长，气缸的动作缓慢。采用快速排气阀后，则气缸内的气体就直接从快速排气阀排向大气。快速排气阀的应用回路如图13-7所示。4、快速排气阀图13-6

快速排气阀a）关闭状态b）排气状态c）图形符号1、2—阀口图13-6所示为快速排气阀。当P腔进气后，活塞上移，阀口2开启，阀口1关闭，P口和A口接通，A有输出。当P腔排气时，活塞在两侧压差作用下迅速向下运动，将阀口2关闭，阀口1开启，A口和排气口接通，管路中的气体经A通过排气口快速排出。三.

换向型控制阀

换向型方向控制阀的功能是改变气体通道使气体流动方向发生变化从而改变气动执行元件的运动方向，以完成规定的操作。（一）气压控制换向阀利用气体压力来获得轴向力使主阀心迅速移动换向而使气体改变流向的，按施加压力的方式不同可分为加压控制、卸压控制、差压控制和延时控制等。（1）加压控制加压控制是指加在阀心控制端的压力信号的压力值是渐升的，当压力升至某一定值时使阀心迅速移动换向的控制，其有单气控和双气控之分。动作原理见图，阀心沿着加压方向移动换向。图

加压控制原理（2）卸压控制卸压控制是指加在阀心控制端的压力信号的压力值是渐降的，当压力降至某一定值时，使阀心迅速移动换向的控制，其也有单气控和双气控之分。动作原理见图，阀心沿着降压方向移动换向。图

卸压控制原理（3）差压控制差压控制是利用阀心两端受气压作用的有效面积不等，在气压作用下产生的作用力之差而使阀切换的，其动作原理见图。图

差压控制原理（4）延时控制延时控制是指利用气流经过小孔或缝隙后再向气容充气，经过一定的延时，当气容内压力升至一定值后再推动阀心切换，从而达到信号延时的目的。延时控制分为固定式和可调式两种，可调延时又分为固定气阻可调气容式和固定气容可调气阻式等。气压控制换向阀按主阀结构不同可分为截止式和滑阀式。仅介绍截止式换向阀的工作原理。1、单气控截止式气控阀2、截止式换向阀的特点（1）阀芯的行程短，适用于大流量的场合。（2）截止式阀一般采用软质材料密封，且阀芯始终存在背压，所以关闭时密封性好，泄漏量小但换向力较大，换向时冲击力也较大，所以不宜用在灵敏度要求较高的场合。（3）抗粉尘及污染能力强，对过滤精度要求不高。（二）电磁控制换向阀电磁控制换向阀是利用电磁力使阀心迅速移动换向的。与液压传动中的电磁阀一样，电磁控制换向阀也由电磁铁和主阀两部分组成。按电磁力作用于主阀阀心方式不同分为直动式电磁阀和先导式电磁阀两种。它们的工作原理分别与液压阀中的电磁换向阀和电液换向阀相似。1.直动式电磁阀电磁力直接推动阀心换向。根据阀心复位的控制方式可分为单电磁控制弹簧复位和双电磁控制两种。

图(a)为常态情况，即激励线圈不通电，此时阀在复位弹簧的作用下处于上端位置。其通路状态为A与T相通，A口排气。当通电时，电磁铁1推动阀芯向下移动，气路换向，其通路为P与A相通，A口进气，见图(b)。(a)断电时状态；(b)通电时状态1-电磁铁；2-阀芯直动式双电控电磁阀：有两个电磁铁当1+、2-[图(a)]时，阀芯推向右端，P与A、B与O2相通，A口进气、B口排气。当1-时，阀芯仍处于原有状态，即具有记忆性。当2+、1-[图(b)]时，阀芯被推向左端，P与B、A与O1相通，B口进气、A口排气。若电磁线圈断电，气流通路仍保持原状态。直动式电磁阀的特点：结构简单，与先导式电磁阀相比，控制相同通径主阀时，所需的电磁铁较大。当主阀心换向不灵或卡住时，交流电磁铁易烧毁线圈。2.先导式电磁阀

由微型直动式电磁铁控制输出的气压推动主阀阀心实现阀通路切换的阀类，称为先导式电磁阀。它实际上是由电磁控制和气压控制（加压、卸压、差压等）组成的一种复合控制阀。其特点是起动功率小，主阀阀心行程不受电磁控制部分影响，不会因主阀心卡住而烧毁线圈。先导式电磁阀也分单电磁气控和双电磁气控两种。先导式双电控电磁阀具有记忆功能，即通电换向，断电保持原状态。为保证主阀正常工作，两个电磁阀不能同时通电，电路中要考虑互锁。先导式电磁换向阀便于实现电、气联合控制，所以应用广泛。（三）时间控制换向阀1、延时阀使气流通过气阻（如小孔、缝隙等）节流后到气容（储气空间）中，经过一定时间气容内建立起一定的压力后，再使阀芯动作的换向阀。由延时部分和换向部分组成。当K=0时，P与A断开，A排气；K≠0时，经节流阀节流后进入a腔，不断充气，P达到一定值时，阀芯右移，P与A通。气控信号消失后，经单向阀排气，时间在0~20秒内调整。2、脉冲阀当P有输入时，阀芯上移，A有输出；同时经阻尼孔向a腔充气，达到一定值时，阀芯下移，输出消失。P=0.15~0.8MPa，脉冲时间小于2S。在气压传动系统中压力控制可分为三类：一类是起降压稳压作用的减压阀、定值阀；一类是起限压安全保护作用的安全阀、限压切断阀等；一类是根据气路压力不同进行某种控制的顺序阀、平衡阀等。13.2压力控制阀1.气动调压阀（减压阀）的工作原理减压阀按压力调节方式，可分为直动式和先导式；按有无溢流机构，可分为有溢流机构和无溢流机构两种。

必须指出，在介质为有害气体的气路中，应选用非溢流式减压阀。QTY型减压阀结构图及其职能符号l-手柄;2、3-调压弹簧;4-溢流口;5-膜片;6-阀杆;7-阻尼孔;8-阀芯;9-阀座;10-复位弹簧;1l-排气孔阀口开启阀口关闭安装减压阀时，要按气流的方向和减压阀上所示的箭头方向，依照分水滤气器→减压阀→油雾器的安装次序进行安装。调压时应由低向高调，直至规定的调压值为止。阀不用时应把手柄放松，以免膜片经常受压变形。2、气动调压阀的基本性能（1）调压阀的调压范围一般调压阀最大输出压力是0.6MPa,调压范围是0.1~0.6MPa。（2）调压阀的压力特性指流量q一定时，输入压力p1波动而引起输出压力p2波动的特性。输出压力波动越小，减压阀的特性越好。输出压力必须低于输入压力一定值后，才基本上不随输入压力变化而变化。（3）调压阀的流量特性调压阀的输入压力一定时，输出压力随输出流量而变化的特性。当流量发生变化时，输出压力的变化越小越好。第3.减压阀的使用要点1)减压阀的进口压力应比最高出口压力大0.1MPa以上。2)安装减压阀时，最好手柄在上，以便于操作。3)连接管道安装前，要用压缩空气吹净或用酸浊法将锈屑等清洗干净。4)在减压阀前安装分水过滤器，阀后安装油雾器，以防减压阀中的橡胶件过早变质。5)减压阀不用时，应旋松手柄回零，以免使膜片经常受压而产生塑性变形。13.3流量控制阀

流量控制阀是通过改变阀口的通流截面积来控制压缩空气流量的元件。在气动系统中，对气缸的运动速度的调节、控制信号延迟时间的调节、油雾器油滴量的控制和气缸的缓冲能力的调节等，均需要通过调节压缩空气的流量来实现。一、排气节流阀原理与节流阀相同，只是安装在元件的排气口（如换向阀的排气口），用改变排气流量来控制气缸的运动速度。图13-18

排气消声节流阀图13-18所示为一种排气消声节流阀。它是由节流阀和消声器构成，直接拧在换向阀的排气口上。由于其结构简单，安装方便，能简化回路，故应用日益广泛。二.柔性节流阀图13-19

柔性节流阀1—上阀杆2—橡胶管3—下阀杆图13-19所示为柔性节流阀的原理图，其节流作用主要是依靠上下阀杆夹紧柔韧的橡胶管而产生的。当然，也可以利用气体压力来代替阀杆压缩橡胶管。柔性节流阀结构简单，压力降小，动作可靠性高，对污染不敏感，通常工作压力范围为0.3~0.63MPa。三、单向节流阀单向节流阀常用于气缸的调速和延时回路。图12-29单向节流阀的工作原理原理：通过元件内部的可动部件的动作改变气流方向来实现一定逻辑功能的气动控制元件。特点：抗污染能力强，无功耗气量低，带负载能力强。一、气动逻辑元件的分类：高压元件（工作压力0.2～0.8MPa）低压元件（工作压力0.02～0.2MPa）微压元件（工作压力0.02MPa以下）截止式元件滑阀式元件膜片式元件按逻辑功能分按结构形式分按工作压力分或门元件与门元件非门元件禁门元件双稳元件13.4气动逻辑元件二、高压截止式逻辑元件依靠控制信号或通过膜片的变形推动阀芯动作，改变气流方向来实现一定逻辑功能的逻辑元件。特点：行程小、流量大、工作压力高、对气源净化要求低，便于实现集成安装和集中控制，拆卸方便。1、或门元件

原理：当a、b有一个有气信号，s就有信号输出；若a、b两个均有输入，则信号强者将关闭信号弱的阀口，s仍然有气信号输出。逻辑表达式：s=a+b逻辑符号：见图b应用：常用于两个或多个信号相加。例如要求加入手动信号时也可加入自动信号。2、是门元件原理：p为气源输入口，a为控制信号口s为输出口。逻辑表达式：s=a逻辑符号：见图c应用：信号波形的整形、隔容和信号的放大。3、与门元件

中间孔接信号原理：当a、b同时有信号s有信号输出；当a、b只有一个有信号时，s

无信号输出。逻辑表达式：s=a·b逻辑符号：见图b应用：用作输入输出信号波形的整形、隔容和信号的放大。

3、非门和禁门元件

中间孔接气源为非门原理：当a有信号输入时s无信号输出；当a无信号输入时s有信号输出。逻辑表达式：

s≠

a逻辑符号：见图b应用：作反相元件、禁门元件、发信元件中间孔接信号为禁门4、或非元件5、双稳元件具有记忆功能。逻辑符号：见图b注意：在使用中不能在双稳元件的两个输入端同时加输入信号，否则元件将处于不定工作状态。三、高压膜片式逻辑元件1、三门元件2、四门元件四、逻辑元件的选