气动控制元件

第一节 方向控制阀
一、方向控制阀的分类
按阀芯结构不同分:滑柱式(又称柱塞式、也称滑阀)、截 止式(又称提动式)、平面式(又称滑块 式)、旋转式和膜片式。 按控制方式不同分:电磁换向阀、气动换向阀、机动换向 阀和手动换向阀。 按作用特点不同分:单向型控制阀和换向型控制阀。
二、单向型控制阀
1. 单向阀 单向阀:指气流只能向一个方 向流动而不能反向流动的阀。 工作原理、结构和图形符号： 见图13-1。 2. “或”门型梭阀 “或”门型梭阀:属气动逻辑元件, 其功能起到“或”门 逻辑运算功能, 按其阀芯的工作原理又称梭 阀。 工作原理：图13-2。 应用案例：图13-3。
一、气动逻辑元件的分类
(1) 按工作压力来分 高压元件(工作压力为0.2～0.8MPa), 低压元件(工作压力为0.02～0.2MPa)及微压元件(工作 压力为0.02MPa以下)三种。 (2) 按逻辑功能分 可分为“是门”(S=A)元件、“或门” (S=A+B)元件、“与门”(S=A· B)元件、“非 S A 门”( )元件和双稳态元件等。
注意：滑阀式气动换向阀与液压滑阀原理基本相同，这 里只介绍截止式。
1. 截止式气控阀的工作原理 工作原理：图13-8。图13-8a为没有控制信号时的状态， 图13-8b为有控制信号K时的状态，该阀属常 闭型二位三通阀。
2. 截止式换向阀的特点 (1) 阀芯的行程短 故开启时间短，通流能力强，流量特 性好，结构紧凑，适用于大流量的场合。 图13-9所示为两种截止式换向阀芯的结构形式。 分析：图13-9a形式，按通流面积相等有
(3) 调压阀的流量特性 流量特性： 指输入压力p1一定时，输 出压力p2随输出流量q而变化 的特性。见图13-17。输出流 量变化越小越好，如图13-17 中可见，p1较小和流量稍大 时，流量特性较好。
第三节 流量控制阀
由于节流阀和单向节流阀的工作原理与液压阀中的同 类阀类似。这里仅介绍排气节流阀和柔性节流阀。
原理分析:当A有信号时，P→S1，使S1=1，且当B有信号 之前，即使A的信号消失，仍然S1=1。 同理，当B有信号时，P→S2，使S2=1，且当A 有信号之前，即使B的信号消失，仍然S2=1。 注意：使用时不能在两个输入端同时加入信号，否则将 处于不定工作状态。
A B S K S K 5. 双稳态元件 ( 1 B 和 2 A )
作用:用于控制气动执行元件的运动速度。 分类:节流阀、单向节流阀、排气节流阀和柔性节流阀等。
一、排气节流阀
排气节流阀：安装在排气口处， 调节排入大气的流量，达到调 节执行机构运动速度。 典型结构：图13-18。 安装位置：通常安装在换向阀 的排气口处。其一般与消声器 组合使用。
二、柔性节流阀 结构与工作原理：图13-19。 特点：结构简单，动作可靠， 对污染不敏感。通常工作 压力在0.3～0.63MPa。
3. 非门和禁门元件 （ S A 和 S AB ） 若把中间的孔不作气源孔P， 而改为另一个信号孔B，则成 为“禁门”元件，A的输入信 号对B的输入信号起“禁止” 作用，满足 S AB 。
4. 或非门元件 ( S A B C ) 图13-23为或非门的工作原理图。满足“或非”运算 SABC 。
4. 或非门元件 ( S A B C ) 或非门元件是一种多功能逻辑元件，用这种元件可以 实现是门、或门、非门积记忆等多种逻辑功能，见表131。
A B S K S K 5. 双稳态元件 ( 1 B 和 2 A )
双稳态元件属记忆元件，在逻辑元件中起着重要的作 用。图13-24为双稳态元件的工作原理，满足 S1 K A B ， S2 K B A 。
（二）电磁控制换向阀
组成：电磁控制部分和主阀部分组成。 分类：按控制方式不同分：电磁铁直接控制（直动）式 和先导电磁式两种。 1. 直动式电磁阀 原理：电磁铁的衔铁直接推动换向阀阀芯换向的阀。 分类：单电磁铁和双电磁铁。 典型结构： 图13-10为单 电磁换向阀的 工作原理。
图13-11为双电磁铁直动式电磁阀的工作原理。图1311a 为 1 通电、 2 断电状态，图 13-11b 为 2 通电、 1 断电状 态，图13-11c为图形符号。
A口为输入口 B口为输出口 C口为控制口
分析： 当C无气时，A口输入的气流将膜片顶开从B输出； 当C有气时： 若B口同大气，则由于A、C气室工作面积不相等，A 口输入的气流无法顶开膜片，B口无输出。 若B口带负载时，则必须使升高C口的压力，使C、B 口的压力差足够才可能管闭B口。
A口为输入口 B口为输出口 C口为控制口
（三）时间控制换ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ阀
原理和作用：使气流通过气阻（如小孔、缝隙）节流后 到气容（储气空间）中，经一定时间气容内 建立起一定压力后，再使阀芯换向的阀。 1. 延时阀 图13-13为二位三通延时换向阀，其延时时间可在0～ 20s间调整。
原方案的阀芯右端没有复位弹簧，当控制口K无压力 信号时工作状态（位置）不定。如下图。
(3) 按结构形式分 可分为截止式逻辑元件、膜片式逻辑 元件和滑阀式逻辑元件等。 二、高压截止式逻辑元件 高压截止式逻辑元件：是依靠控制气压信号推动阀芯或 通过膜片的变形推动阀芯动作，改变气流的流动 方向以实现一定逻辑功能的逻辑元件。 特点：行程短、流量大、工作压力高、对气源净化要求 低，便于实现集成集中控制。 1. 或门（S=A+B） 图13-20为或门 元件的工作原理和 图形符号，满足 “或”运算S=A+B。
第二节 压力控制阀
作用：主要用于控制系统的气体压力，满足各种压力要 求或用以节能。 气动系统的特点：集中供气，故每一台气动系统都要减 压阀。 分 类： 1) 起降压作用的减压阀、定值器； 2) 起限压安全保护作用的安全阀、限压切断阀； 3) 根据气路压力不同进行某种控制的顺序阀、平衡阀等 工作原理：都是利用空气压力和弹簧力相平衡的原理来 工作的。 由于安全阀、顺序阀的工作原理与液压控制阀中的溢 流阀（安全阀）和顺序阀基本相同。这里主要讨论气动 减压阀（调压阀）的工作原理和主要性能。
分析： 当C有气时： 若B口封闭，则由于A、C气室工作面积相等，膜片处 于平衡位置，B口可以保持有压力，但不能输出气流。 这种情况用的不多。
2. 四门元件 图13-25是四门元件的工作原理，有两个气室，四个外 接口，其中A、C为输入口，B、D为输出口。四门逻辑 元件是一个压力比较元件，哪端输出取决于A和C口的压 力大小。
A P 1P 2
3. “与”门型梭阀（双压阀） “与”门型梭阀： 又称双压阀，属气动逻 辑元件，其功能起到“与” 门逻辑运算功能。 工作原理：图13-4。 应用案例：图13-5。
A P 1P 2
定位信号
夹紧信号
钻床控制回路
4. 快速排气阀 快速排气阀：又称快排阀，它是为了加快气缸运动速度 作快速排气用的。实践证明安装快速排 气阀后，气缸的速度可以提高4～5倍。 工作原理：图13-6。应用案例：图13-7。
D l 4
（13-1）
图13-9b形式，有
D2 d 2 D l （13-2） 4D 4
结论：当位移达到孔径的1/4时就可使阀完全打开。 (2) 密封部分一般采用软质材料（如橡胶）、且阀芯始 终存在背压，所以关闭时的密封性好，泄漏量小， 但换向力较大，换向冲击力较大。
(3) 抗粉尘及污染能力强，对过滤精度要求不高。
1. 气动调压阀的工作原理 图13-15为直动式调压阀的工 作原理与图形符号。目前常用 的QTY型调压阀的最大输入压 力为1.0MPa，其输出流量随阀 的通径大小而改变。
原理分析： (1) 当p1↑→p2↑→阀芯上移→阀 口减小→Δp↑→p2=( p1-Δp)↓， 使p2趋于稳定。 (2) 当p2↑→阀芯上移→阀口减 小→Δp↑→p2=( p1-Δp)↓，使 p2趋于稳定。
三、换向型控制阀
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。 分类：气压控制阀、电磁控制阀、机械控制阀、人力控 制阀和时间控制阀等。
（一）气压控制换向阀
气压控制换向阀：是利用气体压力来使主阀芯运动而使 气体改变流向的。
分类：按控制方式不同分加压控制、减压控制和差压控 制三种。 按阀芯结构不同分截止式和滑阀式。
2. 气动调压阀的基本性能 (1) 调压阀的调压性能 调压范围: 指输出压力p2的可调范围。要求在规定的调压 范围内达到规定的精度。 调压弹簧: 为保证输出压力的高低调定值下都能得到较好 的流量特性,常采用并联或串联的调压弹簧。 图13-15为串联弹簧。 调压范围: 一般在0.1～0.6MPa内可调。 (2) 调压阀的压力特性 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 的波动特性。输出压力波 动越小越好。压力特性曲 线见图13-16。 图中低压时的压力特性较好。
气动控制元件
第一节 方向控制阀 第二节 压力控制阀 第三节 流量控制阀 第四节 气动逻辑元件 第五节 气动比例阀及气动是伺服阀(略)
气动控制元件:是控制和调节压缩空气的压力、流量、 流动方向和发送信号的重要元件，是组成气压回路和系 统的重要元件。气动控制元件通称为气动阀，简称为阀。 分类:按功能和用途不同可分为方向控制阀、压力控 制阀和流量控制阀。此外,还有气动逻辑元件和射流元 件。
2. 脉冲阀 作用：可输出短暂的脉冲信号。 原理：与延时阀类似。 典型结构与工作原理：图13-14为脉 冲阀的工作原理，其工作 压力为0.15～0.8MPa，脉 冲时间小于2s。
上部的调节螺钉可控制气容体积 的大小，用于调节脉冲宽度的大小。 机械控制和人力控制换向阀的 工作原理与液压类似，这里不再 重复。
S =A
S=A· B
2. 是门和与门元件（S=A和S=AB） 图13-21为是门和与门元件的 工作原理和图形符号。满足 “是”运算S=A和“与”运算 S=AB。
S =A