第3章 气动控制阀与气动回路及使用与维修

第3章 气动控制阀与气动回路及使用与维修

气动控制阀主要有方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀三大类。方向控制阀可分为单向型控制阀和换向型控制阀，压力控制阀可分为减压阀、溢流阀和顺序阀，流量控制阀可为节流阀、单向节流阀和排气节流阀等。气动控制阀组合成各类气动回路，气动回路能实现较复杂多变的控制功能。

3.1 方向控制阀与方向控制回路及使用与维修

3.1.1 方向控制阀

按气流在阀内的流动方向，方向控制阀可分为单向型控制阀和换向型控制阀；按控制方式，方向阀分为手动控制、气动控制、电磁控制、机动控制等。

1． 单向型方向控制阀

单向型方向控制阀包括单向阀、或门型梭阀、与门型梭阀和快速排气阀等。

（1）单向阀

图3-1 所示为单向阀的典型结构，图a为符号，图b为实物。

图3-1 单向阀

（2）或门型梭阀 图3-2所示为或门型梭阀结构，它有两个输入口P1、P2，一个输出口A，阀芯在两个方向上起单向阀的作用。当P1进气时，阀芯将P2切断，P1与A相通，A有输出。当P2进气时，阀芯将P1切断，P2与A相通，A也有输出。如P1和P2都有进气时，阀芯移向低压侧，使高压侧进气口与A相通。如两侧压力相等，先加入压力一侧与A相通，后加入一侧关闭。图3-3所示是或门型梭阀应用回路，该回路应用或门型梭阀实现手动和自动换向。

图3－2 或门型梭阀结构图

图3－3 或门型梭阀应用回路

（3）与门型梭阀

与门型梭阀又称双压阀。图3-4所示为与门型梭阀结构。它有P1和P2两个输入口和一个输出口A。只有当P1、P2同时有输入时，A才有输出，否则A无输出；当P1和P2压力不等时，则关闭高压侧，低压侧与A相通。图3-5所示是与门型梭阀应用回路。或门型梭阀和与门型梭阀的区别要从输入和输出关系来判断。

图3－4 与门型梭阀结构图

图3－5 与门型梭阀应用回路

（4）快速排气阀

快速排气阀简称快排阀，是为了使气缸快速排气。图3-6a所示为快速排气阀的结构。快速排气阀常安装在气缸排气口。

图3－6 快速排气阀

2．换向型方向控制阀

（1）气压控制换向阀

用气压力来使阀芯移动换向的操作方式称为气压控制。常用的多为加压控制和差压控制。加压控制是指施加在阀芯控制端的压力逐渐升高到一定值时，使阀芯迅速移动换向的控制。差压控制是指阀芯采用气压复位或弹簧复位的情况下，利用阀芯两端受气压作用的面积不等而产生的轴向力之差值，是阀芯迅速移动换向的控制。按阀芯结构特性可分截止式换向阀和滑阀式换向阀，滑阀式换向阀与液压换向阀的结构和工作原理基本相同。图3-7为二位三通截止式气控换向阀工作原理图。

图3－7 气压控制换向阀工作原理图

（2）电磁控制换向阀

由电磁力推动阀芯进行换向。图3-8a 所示为二位三通电磁控制换向阀处于常态，图3-8b为通电状态，图3-8c为图形符号。

图3－8 电磁控制换向阀工作原理图

3.1.2 方向控制回路

1．单作用气缸换向回路

图3-9所示为单作用换向回路。在图3-9a所示回路中，当电磁铁通电时，气压使活塞杆伸出，当电磁铁断电时，活塞杆在弹簧作用下缩回。在图3-9b所示回路中，电磁铁断电后能使活塞停留在行程中任意位置。

图3－9 单作用气缸换向回路

2．双作用气缸换向回路

在图3-10 a所示回路中，对换向阀左右两侧分别输入控制信号，使活塞伸出和收缩。在图3-10 b所示回路中，除控制双作用气缸换向外，还可在行程中的任意位置停止运动。

图3－10双作用气缸换向回路

3.1.3 方向控制阀常见故障及排除 1 方向阀的维护与检查

方向阀在使用过程中应注意日常的保养和检修。这不仅是防止发生故障的有力措施，而且是延长元件使用寿命的必要条件。

日常的保养和检修一般分日检、周检、季检和年检等几种层次的管理制度。

各种检查主要任务见表3-1。

表3-1 各种检查主要任务

检查种类 检查主要任务内容

日检 对冷凝水、污物的处理，及时排放空气压缩机、冷却装置、储气罐、管道中的冷凝水及污物，以免它们进入方向阀中造成故障

周检 对油雾器的管理，使方向阀得到适中的油雾润滑，避免方向阀因润滑不良而造成故障

季检 检查方向阀是否漏气、动作是否正常，发现问题及时采取措施处理

年检 更换即将损坏的元件，使平常工作中经常出现的故障，通过大修彻底解决

检修方向阀时，首先要了解故障的原因，这对节省修理时间，提高修理质量，都有很大帮助。因此，需要详细了解阀的结构，才能从故障现象迅速找到故障的根源。

气动单向阀主要技术性能指标如表3-2所示。 表3-2 气动单向阀主要技术性能指标

公称通径／mm 有效截面积 A＞／mm2 泄漏量／

(mL／min) 耐久性／万次

开启压力／MPa 关闭压差／MPa 换向时间／s

3 3

6 10 50 200 ＜0.030 ＜0.025 <0. 03

8 20

10 40 100 150 ＜0.025 ＜0.020 ＜0.04

15 60

20 110 200 100 ＜0.020 ＜0.015 ＜0.05

25 190

32 300

40 400 300 50 ＜0.015 ＜0.010 ＜0.06

50 650

2 电磁阀故障及排除方法

要找到电磁换向阀的故障原因，必须掌握气动阀主要技术性能指标和常见故障及排除方法。主阀故障还要参考气动三通气控换向阀主要技术性能指标，才能彻底解决电磁换向阀故障。气动三通气控投向阀主要技术性能指标包括：软质密封、间隙密封的公称通径(mm)、有效截面积(mm2)、泄漏量(m L ／min)、耐久性(万次)、最低控制压力(MPa)、换向时间(s)、最高换向频率(Hz)、工作频度等。以上具体数据查阅有关方向阀的技术性能指标。

电磁阀的故障可分为铁心的机械故障，异物等侵入后引起的故障和由电气原因引起的故障。

先导电磁阀的故障及排除方法见表3-3。

表3-3 电磁换向阀的故障原因及处理对策

3.1.4 方向阀用于系统故障排除实例

1 故障现象

某小型气动冲击试验台(俗称空气炮)，气动原理如图3-11。

当操作者按下起动按钮时，Y1通电，压缩空气从工作缸顶部进入。当气压达到设定压力时，电接点压力表MH使Y2通电，压缩空气同时进入锁定触发缸，但是锁定触发活塞未能后移，“试验舱”没有被释放。

图3-11 冲击试验台气动原理图

2 直接故障原因

经详细检查 直接故障可能原因有3个：

1)电磁阀Y2内有异物，造成阀芯动作失灵；

2)MI-I电接点电阻增大，造成Y2电磁铁吸力降低；

3)锁定触发缸活塞密封圈磨损，造成外泄，减小了活塞推力。

3 寻找故障深层次的原因

当维修工将这些故障点逐一排除以后，设备仍不能恢复正常，甚至毛病越来越重。最初是在额定压力0.25 MPa时不能击发，而在0.2 MPa时尚可；后来0.2 MPa也不行了。这台设备虽说是国外进口的，但其工作原理和结构并不复杂。抽动锁定销的力F1由锁定触发缸活塞提供，阻力F2则主要来源于锁定销与试验舱之间，锁定活塞与缸体之间的摩擦。显然，正常击发须满足的条件为：F1>F2。

对有关数据进行验算。当设定压力为0.25 MPa时，计算得F1的理论值为2215 N；F2为2087 N(摩擦系数取0.3，复位弹簧的阻力未计算在内)，于是有：F1-F2=128 N。

128N显然太小，看来，这是故障产生的真正原因。

为排除内泄更换了密封圈，却同时大大增加了阻力—由于国产密封圈硬，弹性差，阻力还非常大。为了证实这一分析，重新将原密封圈装上，为减少泄漏，多涂了些“黄油”，果然，锁定触发机构又突然恢复了“正常”。不过这个“正常”也不可靠。在0.20-0.25 Mpa之间它一共只触发了4次，就又不动了。

4 改进办法

很显然，原气路在设计上确实存在明显不足。Y2接通时，由于Y1并未截断，气源与工作缸仍是接通的。所以尽管锁定触发缸体积只有253cm，但在瞬时缸内并不能达到气源压力。只是由于工作缸的体积要比它大240倍，才能使它在触发的瞬时内部气压稍高于工作缸气压(当气源一定，MH调得越低，两缸压力差越大；F2也越小，便有利击发)。当工作缸MN为设定压力0.25MPa时，压力表显示锁定缸压力为0.3MPa(气源压力为0.5 MPa)。如果瞬时(零点几秒)不能触发，说明此时Fl≤F2。并且随着时间的延长。两缸的气压将同时增高，很快趋于平衡，等于气源压力。由于工作缸径远大于触发缸径，FI

改造方法是在Y1前A、B处串接一个两位两通电磁阀(常开型)，如图1中的虚线所示(电源与压力表MH并联)。实施后一次成功。压力表显示触发缸瞬时压力为0.45MPa(MH调定0.25MPa，气源压力仍为0.5MPa)。按此计算，F2不变，F1却比改进前增加862N。

3.2 压力控制阀与压力控制回路及使用与维修

压力控制阀按其控制功能可分为减压阀、溢流阀和顺序阀三种。

3.2.1 减压阀

减压阀又称调压阀，可分为直动式、先导式，其中先导式又分为内部先导式和外部先导式两种。

1 直动型减压阀

图3-12a所示为QTY型直动型减压阀的结构图。其工作原理如下：

阀处于工作状态时，压缩空气从左端输入，经阀口11节流减压后再从阀出口流出。当旋转手柄1，压缩调压弹簧2、3推动膜片5下凹，通过阀杆6带动阀芯9下移，打开进气阀口11，压缩空气通过阀口11的节流作用，使输出压力低于输入压力，以实现减压作用。与此同时，有一部分气流经阻尼孔7进入膜片室12，在膜片下部产生一向上的推力。当推力与弹簧的作用相互平衡后，阀口开度稳定在某一值上，减压阀的出口压力便保持一定。阀口11开度越小，节流作用越强，压力下降也越多。