氣動控制閥的定義,分類及工作原理詳解

1、氣動控制閥的定義，分類及工作原理氣動控制閥（Pneumatic control valves）氣動控制閥是指在氣動系統(tǒng)中控制氣流的壓力、流量和流動方向，并保證氣動執(zhí)行元件或機 構正常工作的各類氣動元件。氣動控制閥的結構可分解成閥體（包含閥座和閥孔等）和閥心兩部分，根據(jù)兩者的相對位置，有常閉型和常開型兩種。閥從結構上可以分為：截止式、滑柱 式和滑板式三類閥。一、氣動控制閥的分類氣動控制閥是指在氣動系統(tǒng)中控制氣流的壓力、流量和流動方向，并保證氣動執(zhí)行元件或機 構正常工作的各類氣動元件?？刂坪驼{(diào)節(jié)壓縮空氣壓力的元件稱為壓力控制閥。國內(nèi)知名的 生產(chǎn)廠家有上海權工閥門設備有限公司和湖南新興水電設備有限公

2、司。其公司是機械工業(yè)部、化工部、中國化工裝備總公司定點管理生產(chǎn)企業(yè)。其產(chǎn)品在業(yè)內(nèi)有一定的價格優(yōu)勢和技術優(yōu) 勢控制和調(diào)節(jié)壓縮空氣流量的元件稱為流量控制閥。改變和控制氣流流動方向的元件稱為方向 控制閥。除上述三類控制閥外，還有能實現(xiàn)一定邏輯功能的邏輯元件，包括元件內(nèi)部無可動部件的射 流元件和有可動部件的氣動邏輯元件。在結構原理上，邏輯元件基本上和方向控制閥相同， 僅僅是體積和通徑較小，一般用來實現(xiàn)信號的邏輯運算功能。近年來，隨著氣動元件的小型 化以及PLC控制在氣動系統(tǒng)中的大量應用，氣動邏輯元件的應用范圍正在逐漸減小。從控制方式來分，氣動控制可分為斷續(xù)控制和連續(xù)控制兩類。在斷續(xù)控制系統(tǒng)中，通常要用

3、壓力 控制閥、流量控制閥和方向控制閥來實現(xiàn)程序動作；連續(xù)控制系統(tǒng)中，除了要用壓力、流量控制閥外，還要采用伺服、比例控制閥等，以便對系統(tǒng)進行連續(xù)控制。氣動控制閥分類如圖 4.1 o二、氣動控制閥和液壓閥的比較（一）使用的能源不同氣動元件和裝置可采用空壓站集中供氣的方法，根據(jù)使用要求和控制點的不同來調(diào)節(jié)各自減 壓閥的工作壓力。液壓閥都設有回油管路，便于油箱收集用過的液壓油。氣動控制閥可以通 過排氣口直接把壓縮空氣向大氣排放。（二）對泄漏的要求不同液壓閥對向外的泄漏要求嚴格，而對元件內(nèi)部的少量泄漏卻是允許的。對氣動控制閥來說， 除間隙密封的閥外，原則上不允許內(nèi)部泄漏。氣動閥的內(nèi)部泄漏有導致事故的危險

4、。對氣動管道來說，允許有少許泄漏；而液壓管道的泄漏將造成系統(tǒng)壓力下降和對環(huán)境的污染。（三）對潤滑的要求不同液壓系統(tǒng)的工作介質為液壓油，液壓閥不存在對潤滑的要求；氣動系統(tǒng)的工作介質為空氣，空氣無潤滑性，因此許多氣動閥需要油霧潤滑。閥的零件應選擇不易受水腐蝕的材料，或者采 取必要的防銹措施。（四）壓力范圍不同氣動閥的工作壓力范圍比液壓閥低。氣動閥的工作壓力通常為 10bar以內(nèi)，少數(shù)可達到40bar以內(nèi)。但液壓閥的工作壓力都很高（通常在50Mpa以內(nèi)）。若氣動閥在超過最高容許壓力下使用。往往會發(fā)生嚴重事故。（五）使用特點不同一般氣動閥比液壓閥結構緊湊、重量輕，易于集成安裝，閥的工作頻率高、使用壽命

5、長。氣動閥正向低功率、小型化方向發(fā)展，已出現(xiàn)功率只有0.5W的低功率電磁閥?？膳c微機和PLC 可編程控制器直接連接，也可與電子器件一起安裝在印刷線路板上，通過標準板接通氣電回 路，省卻了大量配線，適用于氣動工業(yè)機械手、復雜的生產(chǎn)制造裝配線等場合。三、氣動控制閥的結構特性氣動控制閥的結構可分解成閥體（包含閥座和閥孔等）和閥心兩部分，根據(jù)兩者的相對位置，有常閉型和常開型兩種。閥從結構上可以分為：截止式、滑柱式和滑板式三類閥。（一）截止式閥的結構及特性截止式閥的閥心沿著閥座的軸向移動，控制進氣和排氣。圖4.2所示為二通截止式閥的基本結構。圖4.2a中，在閥的P 口輸入工作氣壓后，閥芯在彈簧和氣體壓力

6、作用下緊壓在閥座上， 壓縮空氣不能從 A 口流出；圖4.2b為閥桿受到向下的作用力后，閥芯向下移動，脫離閥座，壓縮空氣就能從 P 口流向A 口輸出。這就是截止式閥的切換原理。圖4.3所示的閥為常通型結構。圖4.3a為初始狀態(tài)，與圖 4.2a相反，閥心在彈簧力作用下離開閥座，壓縮空氣從P 口流向A 口輸出。圖4.3b為工作狀態(tài)，閥桿在向上的力作用下，閥心緊壓在閥座上關閉閥口，流道被關斷，A 口沒有壓縮空氣流出。氣動控制閥是控制、調(diào)節(jié)壓縮空氣的流動方向、壓力和流量的氣動元件，利用它們可以組成 各種氣動回路，使氣動執(zhí)行元件按設計要求正常工作。13.1 常用氣動控制閥（Common pneumatic

7、 control valves）和液壓控制閥類似，常用的基本氣動控制閥分為：氣動方向控制閥、氣動壓力控制閥和氣動流量控制閥。此外還有通過改變氣流方向和通斷以實現(xiàn)各種邏輯功能的氣動邏輯元件。13.1.1 氣動方向控制閥（Pneumatic direction control valves）氣動方向控制閥是用來控制壓縮空氣的流動方向和氣流通、斷的氣動元件。13.1.1.1氣動方向控制閥的分類氣動方向控制閥和液壓系統(tǒng)的方向控制閥類似，也分為單向閥和換向閥，其分類方法也基本 相同。但由于氣壓傳動具有自己獨有的特點，氣動方向控制閥可按閥芯結構、控制方式等進 行分類。1. 截止式方向控制閥圖13.1截止式

8、換向閥芯1-截止閥芯2-密封材料3-截止閥座截止式方向控制閥的截止閥口和閥芯的 關系如圖13.1，圖中用箭頭表示了閥口 開啟后氣流的流動方向。分析截止式方向控制閥具有如下特點：1）用很小的移動量就可以使閥完全開 啟，閥的流通能力強，便于設計成結構 緊湊的大口徑閥。2）截止閥一般采用軟質材料 （如橡膠等） 密封，當閥門關閉后始終存在背壓，因此，密封性好、泄漏量小、勿須借助彈 簧也能關閉。3）因背壓的存在，所以換向力較大，沖 擊力也較大。不適合用于高靈敏度的場合。4）比滑柱式方向控制閥阻力損失小，抗粉塵能力強，對氣體的過濾精度要求不高。2. 滑柱式方向控制閥滑柱式氣動方向控制閥工作原理與滑閥式液壓

9、控制元件類似，這里不具體說明。 滑柱式方向控制閥的特點：1） 閥芯較截止式長，增加了閥的軸向尺寸，對動態(tài)性能有不利影響， 大通徑的閥一般不易采 用滑柱式結構；2）由于結構的對稱性， 閥芯處在靜止狀態(tài)時，氣壓對閥芯的軸向作用力保持平衡，容易設計 成氣動控制中比較常用的具有記憶功能的閥；3）換向時由于不受截止式密圭寸結構所具有的背壓阻力，換向力較??；4）通用性強。同一基型閥只要調(diào)換少數(shù)零件便可改變成不同控制方式、不同通路的閥；同一 只閥，改變接管方式，可以做多種閥使用。5） 閥芯對介質的雜質比較敏感，需對氣動系統(tǒng)進行嚴格的過濾和潤滑，對系統(tǒng)的維護要求高。 13.1.1.2常用的氣動方向控制閥1.單

10、向型方向控制閥1）單向閥單向閥的結構原理如圖13.2。其工作原理和圖形符號和液壓單向閥一致，只不過氣動單向閥的閥芯和閥座之間是靠密封墊密封的。艾遜MR0工業(yè)品3氣動控制閥的定義，分類及工作原理艾遜MR0工業(yè)品#氣動控制閥的定義，分類及工作原理P2PlP21 23APiAP2Pi圖13.2氣動單向閥1-閥體2-彈簧3-閥芯4-密封材料5-截止型閥口圖13.3氣動梭閥1-閥體2-閥芯3-密封材料4-截止型閥口2）或門型梭閥如圖13.3為或門型梭閥的結構原理。其工作特點是不論 P1和P2哪條通路單獨通氣， 都能導通其與A的通路；當P1和P2同時通氣時，哪端壓力高，A就和哪端相通，另一端關閉，其邏輯關

11、系為“或”，圖形符號如圖。3）與門型梭閥1 23 4A圖13.4雙壓閥1-閥體2-閥芯3-截止型閥口 4-密封材料Pa)1 2 34 eA >-b)圖13.5快速排氣閥1-閥體2-截止型閥口 3-唇型密封圈4-閥套與門型梭閥又稱雙壓閥，結構原理如圖13.4所示。其工作特點是只有P1和P2同時供氣，A口才有輸出；當 P1或P2單獨通氣時，閥芯就被推至相對端，封閉截止型閥口；當P1 和 P2同時通氣時，哪端壓力低， A 口就和哪端相通，另一端關閉，其邏輯關系為“與”，圖形符號如圖。4）快速排氣閥艾遜MR0工業(yè)品4氣動控制閥的定義，分類及工作原理氣動控制閥的定義，分類及工作原理快速排氣閥是為加

12、快氣體排放速度而采用的氣壓控制閥。如圖13.5為快速排氣閥的結構原理。當氣體從P通入時，氣體的壓力使唇型密封圈右移封閉快速排氣口 e，并壓縮密封圈的唇邊，導通 P 口和A 口，當P 口沒有壓縮空氣時，密封圈的 唇邊張開，封閉 A和P通道，A 口氣體的壓力使唇型密封圈左移，A、T通過排氣通道e連通而快速排氣（一般排到大氣中）。2.換向型方向控制閥換向型方向控制閥（簡稱換向閥），是通過改變氣流通道而使氣體流動方向發(fā)生變化，從而達到改變氣動執(zhí)行元件運動方向的目的。它包括氣壓控制換向閥、電磁控制換向閥、機械控制 換向閥、人力控制換向閥和時間控制換向閥等。（1 ）氣壓控制換向閥氣壓控制換向閥是利用氣體壓

13、力使主閥芯和閥體發(fā)生相對運動而改變氣體流向的元件。1 ）氣壓控制換向閥的分類 按控制方式不同分為加壓控制、卸壓控制和差壓控制三種。加壓控制是指所加的控制信號壓 力是逐漸上升的，當氣壓增加到閥芯的動作壓力時，主閥便換向；卸壓控制是指所加的氣控 信號壓力是逐漸減小的，當減小到某一壓力值時，主閥換向；差壓控制是使主閥芯在兩端壓 力差的作用下?lián)Q向。氣控換向閥按主閥結構不同，又可分為截止式和滑閥式兩種主要型式?；y式氣控換向閥的 結構和工作原理與液動換向閥基本相同。在此只介紹截止式換向閥。2）截止式方向控制閥圖13.6所示為二位三通單氣控截止式換向閥的結構原理。圖示為K 口沒有控制信號時的狀態(tài)，閥芯4在

14、彈簧2與P腔 氣壓作用下右移，使 P與A 斷開，A與T導通；當K 口有控制信號時，推動活塞 5通過閥芯壓縮彈簧打開P與A通道，封閉A與T通 道。圖示為常斷型閥，如果 P、T換接則成為常通型。這 里，換向閥芯換位采用的是 加壓的方法，所以稱為加壓 控制換向閥。相反情況則為 減壓控制換向閥。電磁控制方向控制閥 1）單電控換向閥 由一個電磁鐵的銜鐵推動換向閥芯移位的閥稱為單電控換向閥。單電控換向閥有單電控直動 換向閥和單電控先導換向閥兩種。如圖13.7為單電控直動式電磁換向閥的工作原理。靠電磁鐵和彈簧的相互作用使閥芯換位實現(xiàn)換向。圖示為電磁鐵斷電狀態(tài)，彈簧的作用導通A、T通道，封閉P 口通道；電磁鐵

15、通電AP Tb)a)圖13.6二位三通單氣控截止式換向閥1-閥體2-彈簧3-閥芯4-密封材料5-控制活塞PrrTpl aT -=rr氣動控制閥的定義，分類及工作原理氣動控制閥的定義，分類及工作原理圖13.7單電控直動換向閥圖13.8單電控先導換向閥氣動控制閥的定義，分類及工作原理氣動控制閥的定義，分類及工作原理時，壓縮彈簧導通 P、A通道，封閉T 口通道。圖13.8為單電控先導換向閥的工作原理。它是用單電控直動換向閥作為氣控主換向閥的先導閥來工作的。圖示為斷電狀態(tài)，氣控主換向閥在彈簧力的作用下，封閉P 口，導通A、T通道；當先導閥帶電時，電磁力推動先導閥芯下移，控制壓力P1推動主閥芯右移，導通

16、 P、A通道，封閉T通道。類似于電液換向閥，電控先導換向閥適用于較大通徑的場合。2）雙電控電磁換向閥由兩個電磁鐵的銜鐵推動換向閥芯移位的閥稱為雙電控換向閥。雙電控換向閥有雙電控直動 換向閥和雙電控先導換向閥兩種。如圖13.9為雙電控直動二位五通換向閥的工作原理。圖示為左側電磁鐵通電的工作狀態(tài)。其圖13.9雙電控直動式換向閥圖13.10雙電控先導式換向閥氣動控制閥的定義，分類及工作原理氣動控制閥的定義，分類及工作原理圖13.11直動式行程換向閥11門JAI-1T*圖13.12 杠桿滾輪式行程換向閥P工作原理顯而易見，不再說明。注意，這里的兩個電磁鐵不能同時通電。這種換向閥具有記憶功能，即當左側的

17、電磁鐵通電后，換向閥芯處在右端位置，當左側電磁鐵斷電而右側電磁 鐵沒有通電前閥芯仍然保持在右端位置。圖13.10為雙電控先導換向閥的工作原理，圖示為左側先導閥電磁鐵通電狀態(tài)。工作原理與單電控先導換向閥類似，不再敘述。（3）機械控制或人力控制方向換向閥通過機械或人力控制使換向閥芯換位的換向閥有機動換向閥和手動 （腳踏）換向T閥等。艾遜MRO工業(yè)品b)5a)圖13.13 可通過式杠桿滾輪行程換向閥氣動控制閥的定義，分類及工作原理它們的換向原理很簡單。如圖13.11為通過推桿工作的行程換向閥。圖13.12為通過杠桿和滾輪作用推動推桿的行程換向閥；圖 13.13為可通過式杠桿滾輪控制的行程換向閥，當機

18、械撞 塊向右運動時，壓下滾輪，實現(xiàn)換向動作；當撞塊通過滾輪后，閥芯在彈簧力的作用下回復；撞塊回程時，由于滾輪的頭部可彎折，閥芯不換向。此閥由A 口輸出脈沖信號，常被用來排除回路中的障礙信號，簡化設計回路。（4 ）時間控制換向閥時間換向閥是通過氣容或氣阻的作用對閥的換向時間進行控制的換向閥。包括延時閥和脈沖 閥。1）延時閥如圖13.14為二位三通氣動延時閥的結構原理。由延時控制部分和主閥組成。常態(tài)時，彈簧的作用使閥芯2處在左端位置。當從 K 口通入氣控信號時，氣體通過可調(diào)節(jié)流閥4 （氣阻）使氣容腔1充氣，當氣容內(nèi)的壓力達到一定值時，通過閥芯壓縮彈簧使閥芯向右動作，換向54T PK一1-11-K-

19、T P K2艾遜MRO工業(yè)品#氣動控制閥的定義，分類及工作原理艾遜MRO工業(yè)品#氣動控制閥的定義，分類及工作原理b)1-氣容2-閥芯3-單向閥牛節(jié)流閥5-閥體a)圖13.14 氣動延時換向閥艾遜MRO工業(yè)品#氣動控制閥的定義，分類及工作原理艾遜MRO工業(yè)品#氣動控制閥的定義，分類及工作原理/jf /32T 1 -P 3 r一斗Z i 'k-E“ ”建|a= 1 1 丿 1a)b)圖13.15 氣動脈沖閥1-閥體2-閥芯3-氣容當壓力降到某值時，閥芯左閥換向；氣控信號消失后，氣容中的氣體通過單向閥快速卸壓， 移，換向閥換向。2）脈沖閥脈沖閥是靠氣流經(jīng)過氣阻、 氣容的延時作用，使輸入的長信

20、號變成脈沖信號輸出的閥。圖13.15A 口有信號輸出，同時從閥芯中為一滑閥式脈沖閥的結構原理。.P 口有輸入信號時，由于閥芯上腔氣容中壓力較低，并且閥 芯中心阻尼小孔很小，所以閥芯向上移動，使P、A相通心阻尼小孔不斷給上部氣容充氣，因為閥芯的上、下端作用面積不等，氣容中的壓力上升達 到某值時，閥芯下降封閉 P、A通道，A、T相通，A 口沒有信號輸出。這 樣，P 口的連續(xù)信號就變成 A 口輸出 的脈沖信號。13.1.2 氣動壓力控制閥（Pn eumatic pressure con trol valves）氣動壓力控制閥在氣動系統(tǒng)中主要起調(diào)節(jié)、降低或穩(wěn)定氣源壓力、控制 執(zhí)行元件的動作順序、保證系

21、統(tǒng)的工 作安全等作用。13.1.2.1氣動壓力控制閥的分類 氣動壓力控制閥分為減壓閥（調(diào)壓 閥）、順序閥、安全閥等。13.1.2.2常用的氣動壓力控制閥1 .減壓閥減壓閥是氣動系統(tǒng)中的壓力調(diào)節(jié)元件。氣動系統(tǒng)的壓縮空氣一般是由壓縮機將空氣壓縮，儲 存在儲氣罐內(nèi)，然后經(jīng)管路輸送給氣動裝置使用，儲氣罐的壓力一般比設備實際需要的壓力 高，并且壓力波動也較大，在一般情況下，需采用減壓閥來得到壓力較低并且穩(wěn)定的供氣。 減壓閥按調(diào)節(jié)壓力的方式分為直動式和先導式兩種。（1）直動式減壓閥圖13.16為直動式減壓閥的結構原理。輸入氣流經(jīng)P1進入閥體，經(jīng)閥口2節(jié)流減壓后從P2口輸出，輸出口的壓力經(jīng)過阻尼孔4進入膜片

22、室，在膜片上產(chǎn)生向上的推力，當出口的壓力P2瞬時增高時，作用在膜片上向上的作用力增大，有部分氣流經(jīng)溢流口和排氣口排出，同時 減壓閥芯在復位彈簧 1的作用下向上運動，關小節(jié)流減壓口，使出口壓力降低；相反情況不 難理解。調(diào)解手輪 8就可以調(diào)節(jié)減壓閥的輸出壓力。采用兩個彈簧調(diào)壓的作用是調(diào)節(jié)的壓力更穩(wěn)定。（2）先導式減壓閥I I511109P1皿臟L _P2a）圖13.16直動式減壓閥1-復位彈簧2-閥口 3-閥心4-阻尼孔5-膜片6、7-調(diào)壓彈簧8-調(diào)壓手輪P1P1P2P2如圖13.17為某先導式減壓閥的結構原理圖。與直動式減壓閥相比，該閥增加了由噴嘴10、4321b)圖13.17先導式減壓閥1-排

23、氣口 2-復位彈簧3-閥口 4-閥心5-固定節(jié)流口 6-膜片7-調(diào)壓彈簧&調(diào)壓手輪9-孔道10-噴嘴11-擋板擋板11、固定節(jié)流孔5及氣室所組成的噴嘴擋板放大環(huán)節(jié)。當噴嘴與擋板之間的距離發(fā)生微 小變化時，就會使氣室中的壓力發(fā)生很明顯的變化，從而引起膜片6有較大的位移，去控制閥芯4的上下移動，使進氣閥口3開大或關小，提高了對閥芯控制的靈敏度，也就提高了閥的穩(wěn)壓精度。（3）定值器定值器是一種高精度的減壓閥，主要用于壓力定值。圖13.18為定值器的工作原理圖。它由三部分組成：一是直動式減壓閥的主閥部分；二是恒壓降裝置，相當于一定差值減壓閥，主 要作用是使噴嘴得到穩(wěn)定的氣源流量；三是噴嘴擋板裝

24、置和調(diào)壓部分，起調(diào)壓和壓力放大作 用，禾U用被它放大了的氣壓去控制主閥部分。由于定值器具有調(diào)定、比較和放大的功能，因 而穩(wěn)壓精度高。圖13.18定值器工作原理1、6、9-彈簧2-閥芯3-截止閥口 4-膜片組5-節(jié)流口 7-活門8-膜片10-噴嘴11-擋板12-膜片13-調(diào)壓彈簧14-調(diào)壓手輪定值器處于非工作狀態(tài)時，由氣 源輸入的壓縮空氣進人 A室和 E室。主閥芯2在彈簧1和氣源 壓力作用下壓在截止閥座 3 上, 使A室與B室斷開。進人E室 的氣流經(jīng)閥口（又稱為活門 7） 進至F室，再通過節(jié)流孔5降壓 后，分別進人G室和D室。由 于這時尚未對膜片12加力，擋 板5與噴嘴4之間的間距較大， 氣體從

25、噴嘴10流出時的氣流阻 力較小，C室及D室的氣壓較 低，膜片8及4皆保持原始位置。 進人H室的微量氣體主要部分 經(jīng)B室通過溢流口從排氣口排 出；另有一部分從輸出口排空。 此時輸出口輸出壓力近似為零， 由噴嘴流出而排空的微量氣體 是維持噴嘴擋板裝置工作所必 須的，因其為無功耗氣量，所以 希望其耗氣量越小越好。定值器處于工作狀態(tài)時，轉動手柄14壓下彈簧13并推動膜片12連同擋板11 一同下移，擋板11與噴嘴10的間距縮小，氣流阻力增加，使C室和D室的氣壓升高。膜片 4在D室氣壓的作用下下移，將溢流閥口關閉，并向下推動主閥芯2,打開閥口，壓縮空氣即經(jīng)B室和H室由輸出口輸出。與此同時，H室壓力上升并反

26、饋到膜片12上，當膜片12所受的反饋作用力與彈簧力平衡時，定值器便輸出一定壓力的氣體。當輸入的壓力發(fā)生波動，如壓力上升，若活門、進氣閥芯2的開度不變，則B、F、H室氣壓瞬時增高，使膜片 12上移，導致?lián)醢?1與噴嘴10之間的間距加大，C室和D室的氣壓下降。由于B室壓力增高，D室壓力下降，膜片 4在壓差的作用下向上移動，使主閥口減小， 輸出壓力下降，直到穩(wěn)定在調(diào)定壓力上。此外，在輸入壓力上升時，E室壓力和F室瞬時壓力也上升，膜片 8在上下壓差的作用下上移，關小活門口7。由于節(jié)流作用加強，F(xiàn)室氣壓下降，始終保持節(jié)流孔 5的前后壓差恒定，故通過節(jié)流孔門的氣體流量不變，使噴嘴擋板的 靈敏度得到提高。當

27、輸入壓力降低時，B室和H室的壓力瞬時下降，膜片 12連同擋板11由于受力平衡破壞而下移，噴嘴10與擋板11間的間距減小，C室和D室壓力上升，膜片 8和4下移。膜片4的下移使主閥口開度加大，B室及H室氣壓回升，直到與調(diào)定壓力平衡為止。而膜片8下移，開大活門口， F室氣壓上升，始終保持節(jié)流孔 5前后壓差恒定。同理，當輸出壓力波動時，將與輸入壓力波動時得到同樣的調(diào)節(jié)。由于定值器利用輸出壓力的反饋作用和噴嘴擋板的放大作用控制主閥，使其能對較小的壓力 變化作出反應，從而使輸出壓力得到及時調(diào)節(jié)，保持出口壓力基本穩(wěn)定， 定值穩(wěn)壓精度較高。艾遜MRO工業(yè)品10氣動控制閥的定義，分類及工作原理艾遜MR0工業(yè)品1

28、1氣動控制閥的定義，分類及工作原理2.順序閥順序閥是根據(jù)入口處壓力的大小 控制閥口啟閉的閥。目前應用較 多的是單向順序閥。如圖13.19為單向順序閥的結構原理。當氣 流從P1 口進入時，單向閥反向關 閉，壓力達到順序閥彈簧6調(diào)定值時，閥芯上移，打開P、A通道，實現(xiàn)順序打開；當氣流從P2口流入時，氣流頂開彈簧剛度很 小的單向閥，打開 P2、P1通道， 實現(xiàn)單向閥的功能。3安全閥氣動安全閥在系統(tǒng)中起安全保護圖13.19單向順序閥作用。當系統(tǒng)壓力超過規(guī)定值時， 打開安全閥保證系統(tǒng)的安全。安全閥在氣動系統(tǒng)中又稱溢流閥。 其結構型式很多，這里僅介紹幾 例。如圖13.20a為直動截止式安 全閥結構原理，當

29、壓力超過彈簧 的調(diào)定值時頂開截止閥口；圖 13.20b為直動膜片式安全閥結 構原理；圖13.21為氣動控制先 導式安全閥的結構原理圖。它是靠作用在膜片上的控制口氣體 的壓力和進氣口作用在截止閥 口的壓力進行比較來進行工作 的。13.1.3氣動流量控制閥(Pn eumatic flow con trol valves)流量控制閥是通過改變閥的通流面積來實 現(xiàn)流量控制的元件。流量控制閥包括節(jié)流 閥、單向節(jié)流閥、排氣節(jié)流閥、柔性節(jié)流 閥等。1-單向閥芯2-彈簧34單向閥口Tq順序閥口1.節(jié)流閥節(jié)流閥原理很簡單。節(jié)流口的形式有多種。 常用的有針閥型、三角溝槽型和圓柱削邊 型等。圖13.22a為圓柱削邊

30、型閥口結構的節(jié)流閥。P為進氣口， A為出氣口。2.柔性節(jié)流閥5-順序閥芯1 I321TFSa)6-調(diào)壓彈備7.TF§321/ |LJA TLJ-JT ",b)圖43.20氣動直動安全閥a)b)圖13.21氣動先導安全閥1-閥座2-閥芯3-膜片4-先導壓力控制口艾遜MR0工業(yè)品12氣動控制閥的定義，分類及工作原理柔性節(jié)流閥的結構原理如圖13.22b。其工作原理是依靠閥桿夾緊柔韌的橡膠管2產(chǎn)生變型來減小通道的口徑實現(xiàn)節(jié)流調(diào)速作用的。圖13.22氣動節(jié)流閥1-閥體2-閥芯3-調(diào)節(jié)手輪c)1-下閥座2-閥芯3-上閥座氣動控制閥的定義，分類及工作原理1-下閥座2-閥芯3-上閥座氣動控

31、制閥的定義，分類及工作原理3 排氣節(jié)流閥排氣節(jié)流閥安裝在系統(tǒng)的排氣口處限制氣流的流量，一般情況下還具有減小排氣噪聲的作用, 所以常稱排氣消聲節(jié)流閥。圖13.22c為排氣節(jié)流閥的結構原理。節(jié)流口的排氣經(jīng)過由消聲材料制成的消聲套，在節(jié)流的 同時減少排氣噪聲，排出的氣體一般通入大氣。4.單向節(jié)流閥圖13.23為單向節(jié)流閥結 構原理。其節(jié)流閥口為針 型結構。氣流從 P 口流入 時，頂開單向密封閥芯1,a)b)圖13.23氣動單向節(jié)流閥1-單向閥芯2-單向截止閥口 3-節(jié)流閥座4-節(jié)流閥芯5-調(diào)節(jié)手輪6-閥座氣流從閥座6的周邊槽口 流向A，實現(xiàn)單向閥功能； 當氣流從A流入時，單向 閥芯1受力向左運動緊抵

32、 截止閥口 2，氣流經(jīng)過節(jié) 流口流向P，實現(xiàn)反向節(jié) 流功能。13.2氣動邏輯控制閥 (Pneumatic logical control valves)13.2.1邏輯控制概述任何一個實際的控制問題都可以用邏輯關系來進行描述。從邏輯角度看，事物都可以表示為I”和“ 0”來表示。它們之間兩個對立的狀態(tài)，這兩個對立的狀態(tài)又可以用兩個數(shù)字符號 的邏輯關系遵循布爾代數(shù)的二進制邏輯運算法則。同樣任何一個氣動控制系統(tǒng)及執(zhí)行機構的動作和狀態(tài)，亦可設定為“1”和“ 0”。例如將氣缸前進設定為“ I”，后退設定為“ 0”；管道有壓設定為“ 1”，無壓設定為“ 0”；元件有輸出信 艾遜MR0工業(yè)品10號設定為“1

33、”無輸出信號設定為“ 0”等。這樣，一個具體的氣動系統(tǒng)可以用若干個邏輯函 數(shù)式來表達。由于邏輯函數(shù)式的運算是有規(guī)律的，對這些邏輯函數(shù)式進行運算和求解，可使 問題變得明了、易解，從而可獲得最簡單的或最佳的系統(tǒng)?？傊?，邏輯控制即是將具有不同邏輯功能的元件，按不同的邏輯關系組配，實現(xiàn)輸入、輸出口狀態(tài)的變換。氣動邏輯控制系統(tǒng)，遵循布爾代數(shù)的運算規(guī)則，其設計方法已趨于成熟和規(guī)范化，然而元件的結構原理發(fā)展變化較大，自60年代以來已經(jīng)歷了三代更新。第一代為滑閥式元件，可動部件是滑柱，在閥孔內(nèi)移動，禾U用了空氣軸承的原理，反應速度快，但要求很 高的制造精度；第二代為注塑型元件，可動件為橡膠塑料膜片，結構簡單，

34、成本低，適于大 批量生產(chǎn)；第三代為集成化組合式元件，綜合利用了電、磁的功能，便于組成通用程序回路 或者與可編程序控制器(PLC)匹配組成氣一一電混合控制系統(tǒng)。13.2.2 邏輯元件(Pneumatic logical elements)氣動邏輯元件是用壓縮空氣為介質，通過元件的可動部件(如膜片、閥心)在氣控信號作用 下動作，改變氣流方向以實現(xiàn)一定邏輯功能的氣體控制元件。實際上氣動方向控制閥也具有 邏輯元件的各種功能，所不同的是它的輸出功率較大，尺寸大。而氣動邏輯元件的尺寸較小,因此在氣動控制系統(tǒng)中廣泛采用各種形式的氣動邏輯元件(邏輯閥)。13.2.3氣動邏輯元件的分類氣動邏輯元件的種類很多，可

35、根據(jù)不同特性進行分類。1 按工作壓力(1) 高壓型 工作壓力 0.20.8MPa(2) 低壓型 工作壓力 0.050.2MPa(3) 微壓型 工作壓力 0.0050.05MPa2.按結構型式元件的結構總是由開關部分和控制部分組成。開關部分是在控制氣壓信號作用下來回動作，改變氣流通路，完成邏輯功能。根據(jù)組成原理，氣動邏輯元件的結構型式可分為三類：(1) 截止式 氣路的通斷依靠可動件的端面(平面或錐面)與氣嘴構成的氣口的開啟或關閉 來實現(xiàn)。(2) 滑柱式(滑塊型)依靠滑柱(或滑塊)的移動，實現(xiàn)氣口的開啟或關閉。(3) 膜片式 氣路的通斷依靠彈性膜片的變形開啟或關閉氣口。3 按邏輯功能對二進制邏輯功

36、能的元件，可按邏輯功能的性質分為兩大類：(1) 單功能元件每個元件只具備一種邏輯功能，如或、非、與、雙穩(wěn)等。(2) 多功能元件每個元件具有多種邏輯功能，各種邏輯功能由不同的連接方式獲得。如三 膜片多功能氣動邏輯元件等。13.2.4主要邏輯元件13.2.4.1高壓截止式邏輯元件 高壓截止式邏輯元件是依靠控制氣壓信號推動閥心或通過膜片的變形推動閥芯動作，改變氣 流的流動方向以實現(xiàn)一定邏輯功能的邏輯元件。氣壓邏輯系統(tǒng)中廣泛采用高壓截止式邏輯元件。它具有行程小、流量大、工作壓力高、對氣源壓力凈化要求低，便于實現(xiàn)集成安裝和實現(xiàn)集中控制控制等，其拆卸也方便。1 .或門元件圖示13.24為或門元件的 結構原

37、理。A、B為元件的 信號輸入口，S為信號的輸 出口。氣流的流通關系是：艾遜MRO工業(yè)品11 a)b)1-下閥座2-閥芯3-上閥座氣動控制閥的定義，分類及工作原理1-下閥座2-閥芯3-上閥座氣動控制閥的定義，分類及工作原理圖13.24氣動或門元件1-下閥座2-閥芯3-上閥座氣動控制閥的定義，分類及工作原理艾遜MRO15氣動控制閥的定義，分類及工作原理A、B 口任意一個有信號或同時有信號，則2 是門和與門元件圖13.25為是門和與門元件的結構原理。在S 口有信號輸出；邏輯關系式：S二A B。A 口接信號，S為輸出口，中間孔接氣源P情況下,元件為是門。在A 口沒有信 號的情況下，由于彈簧力的 作用，

38、閥口處在關閉狀態(tài)； 當A 口接入控制信號后，氣 流的壓力作用在膜片上，壓 下閥芯導通P、S通道，S有 輸出。指示活塞 8可以顯示 S有無輸出；手動按鈕 7用 于手動發(fā)訊。元件的邏輯關 系為：S=A。若中間孔不接氣源 P而接信 號B，則元件為與門。也就 是說，只有A、B同時有信 號時S 口才有輸出。邏輯關系式：S = A B。3 非門和禁門元件 非門和禁門元件的結構原理 如圖13.26。在P 口接氣源， A 口接信號，S為輸出口情 況下元件為非門。在A 口沒 有信號的情況下，氣源壓力 P將閥心推離截止閥座 1，S 有信號輸出；當A 口有信號 時，信號壓力通過膜片把閥 芯壓在截止閥座1上，關斷 P

39、、S通路，這時S沒有信 號。其邏輯關系式：S=A。 若中間孔不接氣源 P而接信 號B，則元件為禁門。也就 是說，在A、B同時有信號時， 由于作用面積的關系，閥芯緊抵 下截止閥口 1，S 口沒有輸出。 在A 口無信號而B 口有信號時， S有輸出。A信號對B信號起禁 止作用，邏輯關系式：S=AB。4.或非元件7413265A SRB)a)b)圖13.25氣動是門和與門元件1-彈簧2-下密封閥芯3-下截止閥座牛上截止閥座5-上密封閥芯6-膜片7-手動按鈕8-指示活塞754132RB)a)b)圖13.26氣動非門和禁門元件工業(yè)品a)圖13.27氣動或非元件b)1-下截止閥座2-密封閥芯3-上截止閥座閥

40、芯4-6-手動按鈕7-指示活塞BC1A54325-膜片P SABC1-下截止閥座2-密封閥芯3-上截止閥座牛膜片5-閥柱艾遜MRO16氣動控制閥的定義，分類及工作原理如圖13.27,或非元件是在非門元件的基礎上增加了兩個輸入端，即具有A、B、C三個信號輸入端。在三個輸入端都沒有信號時，P、S導通，S有輸出信號。當存在任何一個輸入信號時，元件都沒有輸出。元件的邏輯關系式：A B C ?；蚍窃且环N多功能邏輯元件，可以實現(xiàn)是門、或門、與門、非門或記憶等邏輯功能。表13-1或非元件組合可實現(xiàn)的邏輯功能。ASB+A 1、S=A+BS=ASiS2SiAS2B5 雙穩(wěn)元件雙穩(wěn)元件屬于記憶型元件，在邏輯線

41、路中具有重要的作用。圖示 理。a)b)圖13.28雙穩(wěn)元件1-滑塊2-閥芯3-手動按鈕牛密封圈13.28為雙穩(wěn)元件的工作原當A有信號輸入時，閥芯移動 到右端極限位置，由于滑塊的 分隔作用，P 口的壓縮空氣通 過S1輸出，S2與排氣口 T相 通；在A信號消失后B信號到 來前，閥芯保持在右端位置， S1總有輸出；當 B有信號輸 入時，閥芯移動到左端極限位 置，P 口的壓縮空氣通過 S2 輸出，S1與排氣口 T相通；在 B信號消失后A信號到來前， 閥芯保持在右端位置，S2總有ASA_r>|丿S=A輸出；這里，兩個輸入信號不能同時存在。元件的邏輯關系式為:Si = kB.S2 = kA。13.2

42、.4.2高壓膜片式邏輯元件1 三門元件圖示13.29為三門元件的 工作原理。它由上、下氣 室及膜片組成，下氣室有 輸入口 A和輸出口 S,上 氣室有一個輸入口 B,膜 片將上、下兩個氣室隔 開。因為元件共有三個 口，所以稱為三門元件。A 口接氣源（輸入），S 口為輸出口， B 口接控制 信號。若B 口無控制信 號，則A 口輸入的氣流 頂開膜片從S 口輸出，如 圖13.29b;如S口接大氣， 若A 口和B 口輸入相等1 2a)圖13.29三門元件1-截止閥口 2-膜片b)ASQId)A Sc)e)的壓力，由于膜片兩邊作用面積不同，受力不等，S 口通道被封閉，A、S氣路不通，如圖13.29c。若S

43、 口封閉，A、B 口通入相等的壓力信號，膜片受力平衡，無輸出，13.29d。但在S 口接負載時，三門的關斷是有條件的，即S口降壓或B 口升壓才能保證可靠地關斷。利用這個壓力差作用的原理，關閉或開啟元件的通道，可組成各種邏輯元件。其圖形符號如圖13.29e。2 四門元件四門元件的工作原理如圖 13.30。膜片將元件分成上、下兩個氣室，下氣室有輸入口A和輸出口 B，上氣室有輸入口 C和輸出口 D，因為共有四個口，所以稱之為四門元件。四門元件 是一個壓力比較元件。 就是說膜片兩側都有壓力且壓力不相等時，壓力小的一側通道被斷開，壓力高的一側通道被導通；若膜片兩側氣壓相等，則要看那一通道的氣流先到達氣室

44、先到 者通過，遲到者不能通過。當A、C 口同時接氣源，B 口通大氣，D 口封閉時，貝U D 口有氣無流量，B 口關閉無輸出，C Db)A Bl_rrQC Dd)e)AC止BDf)艾圖1MR30工業(yè)品元件141-下截止閥口 2-膜片3-上截止閥口高壓膜片式邏輯元件是利用膜片式閥芯的變形來實現(xiàn)其邏輯功能的。最基本的單元是三門元 件和四門元件。氣動控制閥的定義，分類及工作原理如圖13.30b;此時若封閉B 口，情況與上述狀態(tài)相同，如圖13.30c此時放開D，貝U C至D氣體流動，放空，下氣室壓力很小，膜片上氣室氣體由A輸入，為氣源壓力，膜片下移，關閉D 口，則D無氣，B有氣但無流量，如圖 13.0d

45、;同理，此時再將 D封閉，元件仍保持這 狀態(tài)。根據(jù)上述三門和四門這兩個基本元件，就可構成邏輯回路中常用的或門、與門、非門、記憶 元件等。13.2.4.3邏輯元件的選用氣動邏輯控制系統(tǒng)所用氣源的壓力變化必須保障邏輯元件正常工作需要的氣壓范圍和輸出端 切換時所需的切換壓力，邏輯元件的輸出流量和響應時間等在設計系統(tǒng)時可根據(jù)系統(tǒng)要求參 照有關資料選取。無論采用截止式或膜片式高壓邏輯元件，都要盡量將元件集中布置，以便于集中管理。由于信號的傳輸有一定的延時，信號的發(fā)出點（例如行程開關）與接收點（例如元件）之間， 不能相距太遠。一般說來，最好不要超過幾十米。當邏輯元件要相互串聯(lián)時一定要有足夠的流量，否則可能

46、無力推動下一級元件。 另外，盡管高壓邏輯元件對氣源過濾要求不高但最好使用過濾后的氣源，一定不要使加入 油霧的氣源進人邏輯元件。13.3 氣動比例、伺服、數(shù)字控制閥（pneumatic ratio servo numerical control valves ）工業(yè)自動化的發(fā)展，一方面對氣動控制系統(tǒng)的精度和調(diào)節(jié)性能等提出了更高的要求，如在高 技術領域中的氣動機械手、柔性自動生產(chǎn)線等部分，都需要對氣動執(zhí)行機構的輸出速度、壓 力和位置等按比例進行們服調(diào)節(jié)；另一方面氣動系統(tǒng)各組成元件在性能及功能廠都得到了極 大的改進；同時，氣動元件與電子元件的結合使控制回路的電于化得到迅速發(fā)展，禾U用微型 計算0L使

47、新型的控制思想得以實現(xiàn)，傳統(tǒng)的點位控制已不能滿足更高要求，并逐步被一些 新型系統(tǒng)所取代?，F(xiàn)已實用化的氣動系統(tǒng)大多為斷續(xù)控制，在和電于技術結合之后，可連續(xù) 控制位置、速度及力等的電一氣伺服控制系統(tǒng)將得到大的發(fā)展。在工業(yè)較為發(fā)達的國家電， 電一氣比例伺服技術、氣動位置伺服控制系統(tǒng)、氣動力伺服控制系統(tǒng)等已從實驗室走向工業(yè) 應用。本節(jié)主要介紹氣動電液比例控制閥及氣動伺服閥的工作原理。13.3.1氣動比例控制閥氣動電液比例控制閥是一種輸出量與輸入信號成比例的氣動控制閥，它可以按給定的輸入信 號連續(xù)、按比例地控制氣流的壓力、流量和方向等。由于電液比例控制閥具有壓力補償?shù)男?能，所以其輸出壓力、流量等可不受

48、負載變化的影響。接控制信號的類型，可將氣動電液比例控制閥分為氣控電液比例控制閥和電控電液比例控制 閥。氣控電液比例控制閥以氣流作為控制信號，控制閥的輸出參量、可以實現(xiàn)流量放大，在 實際系統(tǒng)中應用時一般應與電一氣轉換器相結合，才能對各種氣動執(zhí)行機構進行壓力控制。 電控電液比例控制閥則以電信號作為控制信號。P1艾遜MRO工業(yè)品15 圖13.31氣控比例壓力閥1.氣控比例壓力閥 氣控比例壓力閥是一種比例元件， 閥的輸出壓力與信號壓力成比例， 如圖13.31為比例壓力閥的結構原 理。當有輸入信號壓力時，膜片6變形，推動硬芯使主閥芯2向下運動，打開主閥口，氣源壓力經(jīng)過主 閥芯節(jié)流后形成輸出壓力。膜片5起

49、反饋作用，并使輸出壓力信號與 信號壓力之間保持比例。當輸出壓1-彈簧2-閥芯3-溢流閥芯4-閥座5-輸出壓力膜片6-控制壓力膜片7-調(diào)節(jié)針閥氣動控制閥的定義，分類及工作原理艾遜MR0工業(yè)品20氣動控制閥的定義，分類及工作原理力小于信號壓力時，膜片組向下運動。使主閥口開大，輸出壓力增大。當輸出壓力大于信號 壓力時，膜片6向上運動，溢流閥芯 3開啟，多余的氣體排至大氣。調(diào)節(jié)針閥的作用是使輸 出壓力的一部分加到信號壓力腔形成正反饋，增加閥的工作穩(wěn)定性。2.電控比例壓力閥 如圖13.32所示為噴嘴擋板式電控比例壓力 噴嘴檔板放大器、氣 比例電磁鐵由永久磁鐵 當電流輸入時，線圈9改變其與噴嘴6之間的由動

50、圈式比例電磁鐵、 壓力閥三部分組成， 9和片簧8構成。 板7產(chǎn)生微量位移，使噴嘴6的背壓改變。膜片組4為比例壓力 號膜片及輸出壓力反饋膜片。背壓的變化通 4控制閥芯2的位置，從而控制輸出壓力。 的壓縮空氣由氣源節(jié)流閥 5供給。13.3.2氣動伺服控制閥氣動伺服闊的工作原理與氣動比例閥類似， 通過改變輸入信號來對輸出信號的參數(shù)進 續(xù)、成比例的控制。與電液比例控制閥相比， 結構上有差異外，主要在于伺服閥具有很高 響應和靜態(tài)性能。但其價格較貴， 難。氣動伺服閥的控制信號均為電信 又稱電一氣伺服閥。是一種將電 換成氣壓信號的電氣轉換裝置。 一氣伺服系統(tǒng)中的核心部件。圖 力反饋式電一氣伺服閥結構原理 中

51、第一級氣壓放大器為噴嘴擋板 力矩馬達控制，第二級氣壓放大 閥。閥芯位移通過反饋桿 5轉換 力矩反饋到力矩馬達上。其工作 當有一電流輸入力矩馬達控制線 矩馬達產(chǎn)生電磁力矩，使擋板偏（假設其向左偏轉），反饋桿變 兩個噴嘴檔板閥的噴嘴前腔產(chǎn)生（左腔高于右腔），在此壓力差的 滑閥移動（向右），反饋桿端點隨 移動，反饋桿進一步變形，變形 力矩與力矩馬達的電磁力矩相平 板停留在某個與控制電流相對應 角上。反饋桿的進一步變形使擋 分拉回中位，反饋桿端點對閥芯 用力與閥芯兩端的氣動力相平 芯停留在與控制電流相對應的位移上。 控制流量的目的。使用維護11109813.3.3氣動數(shù)字控制閥Pi43FS10987651098765圖13.32電控比例壓力閥1-彈簧2-閥芯3-溢流口 4-膜片組5-節(jié)流閥6-噴嘴7-擋板8-片簧9-線圈10-磁鐵7654321<rn irvrmi p a Tnrl圖 13.331-節(jié)流口 2-濾氣器6-噴嘴7-擋板8-線圈電-氣伺服閥3-氣室4-補償彈簧5-反饋桿9-支撐彈簧10-導磁體11-磁鐵這樣，伺服閥