液壓與氣壓傳動(dòng)-第13章 氣動(dòng)控制元件

控制元件按功能和用途可分為：方向控制閥（directionalcontrolvalves）流量控制閥（flowcontrolvalves）壓力控制閥（pressurevalves）作用：控制和調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力、流量、流動(dòng)方向和發(fā)送信號；組成氣動(dòng)控制回路，以實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)執(zhí)行元件的預(yù)定動(dòng)作。第十三章氣動(dòng)控制元件按切換的通路數(shù)目：換向閥分為二通閥、三通閥、四通閥和五通閥；按閥芯工作位置的數(shù)目：方向閥分為二位閥和三位閥。13.1方向控制閥一、方向控制閥的分類按閥芯結(jié)構(gòu)不同：滑柱式、截止式、平面式、旋塞式、膜片式按控制方式不同：電磁換向閥、氣動(dòng)換向閥、機(jī)動(dòng)換向閥、手動(dòng)換向閥按其作用特點(diǎn)：單向型控制閥、換向型控制閥。二、單向型控制閥1、單向閥2、或門型梭閥

相當(dāng)于兩個(gè)單向閥的組合。在氣動(dòng)邏輯回路中，起到“或”門的作用?；蜷T型梭閥應(yīng)用：手動(dòng)——自動(dòng)換向回路3、與門型梭閥（雙壓閥）只有當(dāng)P1和P2兩口同時(shí)有輸入時(shí)，A口才有輸出，如圖示；當(dāng)P1≠P2時(shí)，則氣壓低的通過A口輸出。

與門型梭閥的應(yīng)用很廣泛，圖13-5所示為該閥在互鎖回路中的應(yīng)用。行程閥1為工件定位信號，行程閥2是夾緊工件信號。只有在工件定位并被夾緊后，即只有當(dāng)1、2兩個(gè)信號同時(shí)存在時(shí)，與門型梭閥（雙壓閥）3才有輸出，使換向閥4切換，鉆孔缸5進(jìn)給，鉆孔開始。圖13-5

雙壓閥應(yīng)用回路1、2—行程閥3—雙壓閥4—換向閥5—鉆孔缸

圖13-7

快速排氣閥應(yīng)用回路快速排氣閥主要用于氣缸排氣，以加快氣缸動(dòng)作速度。通常，氣缸的排氣是從氣缸的腔室經(jīng)管路及換向閥而排出的，若氣缸到換向閥的距離較長，排氣時(shí)間亦較長，氣缸的動(dòng)作緩慢。采用快速排氣閥后，則氣缸內(nèi)的氣體就直接從快速排氣閥排向大氣?？焖倥艢忾y的應(yīng)用回路如圖13-7所示。4、快速排氣閥圖13-6

快速排氣閥a）關(guān)閉狀態(tài)b）排氣狀態(tài)c）圖形符號1、2—閥口圖13-6所示為快速排氣閥。當(dāng)P腔進(jìn)氣后，活塞上移，閥口2開啟，閥口1關(guān)閉，P口和A口接通，A有輸出。當(dāng)P腔排氣時(shí)，活塞在兩側(cè)壓差作用下迅速向下運(yùn)動(dòng)，將閥口2關(guān)閉，閥口1開啟，A口和排氣口接通，管路中的氣體經(jīng)A通過排氣口快速排出。三.

換向型控制閥

換向型方向控制閥的功能是改變氣體通道使氣體流動(dòng)方向發(fā)生變化從而改變氣動(dòng)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)方向，以完成規(guī)定的操作。（一）氣壓控制換向閥利用氣體壓力來獲得軸向力使主閥心迅速移動(dòng)換向而使氣體改變流向的，按施加壓力的方式不同可分為加壓控制、卸壓控制、差壓控制和延時(shí)控制等。（1）加壓控制加壓控制是指加在閥心控制端的壓力信號的壓力值是漸升的，當(dāng)壓力升至某一定值時(shí)使閥心迅速移動(dòng)換向的控制，其有單氣控和雙氣控之分。動(dòng)作原理見圖，閥心沿著加壓方向移動(dòng)換向。圖

加壓控制原理（2）卸壓控制卸壓控制是指加在閥心控制端的壓力信號的壓力值是漸降的，當(dāng)壓力降至某一定值時(shí)，使閥心迅速移動(dòng)換向的控制，其也有單氣控和雙氣控之分。動(dòng)作原理見圖，閥心沿著降壓方向移動(dòng)換向。圖

卸壓控制原理（3）差壓控制差壓控制是利用閥心兩端受氣壓作用的有效面積不等，在氣壓作用下產(chǎn)生的作用力之差而使閥切換的，其動(dòng)作原理見圖。圖

差壓控制原理（4）延時(shí)控制延時(shí)控制是指利用氣流經(jīng)過小孔或縫隙后再向氣容充氣，經(jīng)過一定的延時(shí)，當(dāng)氣容內(nèi)壓力升至一定值后再推動(dòng)閥心切換，從而達(dá)到信號延時(shí)的目的。延時(shí)控制分為固定式和可調(diào)式兩種，可調(diào)延時(shí)又分為固定氣阻可調(diào)氣容式和固定氣容可調(diào)氣阻式等。氣壓控制換向閥按主閥結(jié)構(gòu)不同可分為截止式和滑閥式。僅介紹截止式換向閥的工作原理。1、單氣控截止式氣控閥2、截止式換向閥的特點(diǎn)（1）閥芯的行程短，適用于大流量的場合。（2）截止式閥一般采用軟質(zhì)材料密封，且閥芯始終存在背壓，所以關(guān)閉時(shí)密封性好，泄漏量小但換向力較大，換向時(shí)沖擊力也較大，所以不宜用在靈敏度要求較高的場合。（3）抗粉塵及污染能力強(qiáng)，對過濾精度要求不高。（二）電磁控制換向閥電磁控制換向閥是利用電磁力使閥心迅速移動(dòng)換向的。與液壓傳動(dòng)中的電磁閥一樣，電磁控制換向閥也由電磁鐵和主閥兩部分組成。按電磁力作用于主閥閥心方式不同分為直動(dòng)式電磁閥和先導(dǎo)式電磁閥兩種。它們的工作原理分別與液壓閥中的電磁換向閥和電液換向閥相似。1.直動(dòng)式電磁閥電磁力直接推動(dòng)閥心換向。根據(jù)閥心復(fù)位的控制方式可分為單電磁控制彈簧復(fù)位和雙電磁控制兩種。

圖(a)為常態(tài)情況，即激勵(lì)線圈不通電，此時(shí)閥在復(fù)位彈簧的作用下處于上端位置。其通路狀態(tài)為A與T相通，A口排氣。當(dāng)通電時(shí)，電磁鐵1推動(dòng)閥芯向下移動(dòng)，氣路換向，其通路為P與A相通，A口進(jìn)氣，見圖(b)。(a)斷電時(shí)狀態(tài)；(b)通電時(shí)狀態(tài)1-電磁鐵；2-閥芯直動(dòng)式雙電控電磁閥：有兩個(gè)電磁鐵當(dāng)1+、2-[圖(a)]時(shí)，閥芯推向右端，P與A、B與O2相通，A口進(jìn)氣、B口排氣。當(dāng)1-時(shí)，閥芯仍處于原有狀態(tài)，即具有記憶性。當(dāng)2+、1-[圖(b)]時(shí)，閥芯被推向左端，P與B、A與O1相通，B口進(jìn)氣、A口排氣。若電磁線圈斷電，氣流通路仍保持原狀態(tài)。直動(dòng)式電磁閥的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，與先導(dǎo)式電磁閥相比，控制相同通徑主閥時(shí)，所需的電磁鐵較大。當(dāng)主閥心換向不靈或卡住時(shí)，交流電磁鐵易燒毀線圈。2.先導(dǎo)式電磁閥

由微型直動(dòng)式電磁鐵控制輸出的氣壓推動(dòng)主閥閥心實(shí)現(xiàn)閥通路切換的閥類，稱為先導(dǎo)式電磁閥。它實(shí)際上是由電磁控制和氣壓控制（加壓、卸壓、差壓等）組成的一種復(fù)合控制閥。其特點(diǎn)是起動(dòng)功率小，主閥閥心行程不受電磁控制部分影響，不會(huì)因主閥心卡住而燒毀線圈。先導(dǎo)式電磁閥也分單電磁氣控和雙電磁氣控兩種。先導(dǎo)式雙電控電磁閥具有記憶功能，即通電換向，斷電保持原狀態(tài)。為保證主閥正常工作，兩個(gè)電磁閥不能同時(shí)通電，電路中要考慮互鎖。先導(dǎo)式電磁換向閥便于實(shí)現(xiàn)電、氣聯(lián)合控制，所以應(yīng)用廣泛。（三）時(shí)間控制換向閥1、延時(shí)閥使氣流通過氣阻（如小孔、縫隙等）節(jié)流后到氣容（儲氣空間）中，經(jīng)過一定時(shí)間氣容內(nèi)建立起一定的壓力后，再使閥芯動(dòng)作的換向閥。由延時(shí)部分和換向部分組成。當(dāng)K=0時(shí)，P與A斷開，A排氣；K≠0時(shí)，經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流后進(jìn)入a腔，不斷充氣，P達(dá)到一定值時(shí)，閥芯右移，P與A通。氣控信號消失后，經(jīng)單向閥排氣，時(shí)間在0~20秒內(nèi)調(diào)整。2、脈沖閥當(dāng)P有輸入時(shí)，閥芯上移，A有輸出；同時(shí)經(jīng)阻尼孔向a腔充氣，達(dá)到一定值時(shí)，閥芯下移，輸出消失。P=0.15~0.8MPa，脈沖時(shí)間小于2S。在氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中壓力控制可分為三類：一類是起降壓穩(wěn)壓作用的減壓閥、定值閥；一類是起限壓安全保護(hù)作用的安全閥、限壓切斷閥等；一類是根據(jù)氣路壓力不同進(jìn)行某種控制的順序閥、平衡閥等。13.2壓力控制閥1.氣動(dòng)調(diào)壓閥（減壓閥）的工作原理減壓閥按壓力調(diào)節(jié)方式，可分為直動(dòng)式和先導(dǎo)式；按有無溢流機(jī)構(gòu)，可分為有溢流機(jī)構(gòu)和無溢流機(jī)構(gòu)兩種。

必須指出，在介質(zhì)為有害氣體的氣路中，應(yīng)選用非溢流式減壓閥。QTY型減壓閥結(jié)構(gòu)圖及其職能符號l-手柄;2、3-調(diào)壓彈簧;4-溢流口;5-膜片;6-閥桿;7-阻尼孔;8-閥芯;9-閥座;10-復(fù)位彈簧;1l-排氣孔閥口開啟閥口關(guān)閉安裝減壓閥時(shí)，要按氣流的方向和減壓閥上所示的箭頭方向，依照分水濾氣器→減壓閥→油霧器的安裝次序進(jìn)行安裝。調(diào)壓時(shí)應(yīng)由低向高調(diào)，直至規(guī)定的調(diào)壓值為止。閥不用時(shí)應(yīng)把手柄放松，以免膜片經(jīng)常受壓變形。2、氣動(dòng)調(diào)壓閥的基本性能（1）調(diào)壓閥的調(diào)壓范圍一般調(diào)壓閥最大輸出壓力是0.6MPa,調(diào)壓范圍是0.1~0.6MPa。（2）調(diào)壓閥的壓力特性指流量q一定時(shí)，輸入壓力p1波動(dòng)而引起輸出壓力p2波動(dòng)的特性。輸出壓力波動(dòng)越小，減壓閥的特性越好。輸出壓力必須低于輸入壓力一定值后，才基本上不隨輸入壓力變化而變化。（3）調(diào)壓閥的流量特性調(diào)壓閥的輸入壓力一定時(shí)，輸出壓力隨輸出流量而變化的特性。當(dāng)流量發(fā)生變化時(shí)，輸出壓力的變化越小越好。第3.減壓閥的使用要點(diǎn)1)減壓閥的進(jìn)口壓力應(yīng)比最高出口壓力大0.1MPa以上。2)安裝減壓閥時(shí)，最好手柄在上，以便于操作。3)連接管道安裝前，要用壓縮空氣吹凈或用酸濁法將銹屑等清洗干凈。4)在減壓閥前安裝分水過濾器，閥后安裝油霧器，以防減壓閥中的橡膠件過早變質(zhì)。5)減壓閥不用時(shí)，應(yīng)旋松手柄回零，以免使膜片經(jīng)常受壓而產(chǎn)生塑性變形。13.3流量控制閥

流量控制閥是通過改變閥口的通流截面積來控制壓縮空氣流量的元件。在氣動(dòng)系統(tǒng)中，對氣缸的運(yùn)動(dòng)速度的調(diào)節(jié)、控制信號延遲時(shí)間的調(diào)節(jié)、油霧器油滴量的控制和氣缸的緩沖能力的調(diào)節(jié)等，均需要通過調(diào)節(jié)壓縮空氣的流量來實(shí)現(xiàn)。一、排氣節(jié)流閥原理與節(jié)流閥相同，只是安裝在元件的排氣口（如換向閥的排氣口），用改變排氣流量來控制氣缸的運(yùn)動(dòng)速度。圖13-18

排氣消聲節(jié)流閥圖13-18所示為一種排氣消聲節(jié)流閥。它是由節(jié)流閥和消聲器構(gòu)成，直接擰在換向閥的排氣口上。由于其結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，能簡化回路，故應(yīng)用日益廣泛。二.柔性節(jié)流閥圖13-19

柔性節(jié)流閥1—上閥桿2—橡膠管3—下閥桿圖13-19所示為柔性節(jié)流閥的原理圖，其節(jié)流作用主要是依靠上下閥桿夾緊柔韌的橡膠管而產(chǎn)生的。當(dāng)然，也可以利用氣體壓力來代替閥桿壓縮橡膠管。柔性節(jié)流閥結(jié)構(gòu)簡單，壓力降小，動(dòng)作可靠性高，對污染不敏感，通常工作壓力范圍為0.3~0.63MPa。三、單向節(jié)流閥單向節(jié)流閥常用于氣缸的調(diào)速和延時(shí)回路。圖12-29單向節(jié)流閥的工作原理原理：通過元件內(nèi)部的可動(dòng)部件的動(dòng)作改變氣流方向來實(shí)現(xiàn)一定邏輯功能的氣動(dòng)控制元件。特點(diǎn)：抗污染能力強(qiáng)，無功耗氣量低，帶負(fù)載能力強(qiáng)。一、氣動(dòng)邏輯元件的分類：高壓元件（工作壓力0.2～0.8MPa）低壓元件（工作壓力0.02～0.2MPa）微壓元件（工作壓力0.02MPa以下）截止式元件滑閥式元件膜片式元件按邏輯功能分按結(jié)構(gòu)形式分按工作壓力分或門元件與門元件非門元件禁門元件雙穩(wěn)元件13.4氣動(dòng)邏輯元件二、高壓截止式邏輯元件依靠控制信號或通過膜片的變形推動(dòng)閥芯動(dòng)作，改變氣流方向來實(shí)現(xiàn)一定邏輯功能的邏輯元件。特點(diǎn)：行程小、流量大、工作壓力高、對氣源凈化要求低，便于實(shí)現(xiàn)集成安裝和集中控制，拆卸方便。1、或門元件

原理：當(dāng)a、b有一個(gè)有氣信號，s就有信號輸出；若a、b兩個(gè)均有輸入，則信號強(qiáng)者將關(guān)閉信號弱的閥口，s仍然有氣信號輸出。邏輯表達(dá)式：s=a+b邏輯符號：見圖b應(yīng)用：常用于兩個(gè)或多個(gè)信號相加。例如要求加入手動(dòng)信號時(shí)也可加入自動(dòng)信號。2、是門元件原理：p為氣源輸入口，a為控制信號口s為輸出口。邏輯表達(dá)式：s=a邏輯符號：見圖c應(yīng)用：信號波形的整形、隔容和信號的放大。3、與門元件

中間孔接信號原理：當(dāng)a、b同時(shí)有信號s有信號輸出；當(dāng)a、b只有一個(gè)有信號時(shí)，s

無信號輸出。邏輯表達(dá)式：s=a·b邏輯符號：見圖b應(yīng)用：用作輸入輸出信號波形的整形、隔容和信號的放大。

3、非門和禁門元件

中間孔接氣源為非門原理：當(dāng)a有信號輸入時(shí)s無信號輸出；當(dāng)a無信號輸入時(shí)s有信號輸出。邏輯表達(dá)式：

s≠

a邏輯符號：見圖b應(yīng)用：作反相元件、禁門元件、發(fā)信元件中間孔接信號為禁門4、或非元件5、雙穩(wěn)元件具有記憶功能。邏輯符號：見圖b注意：在使用中不能在雙穩(wěn)元件的兩個(gè)輸入端同時(shí)加輸入信號，否則元件將處于不定工作狀態(tài)。三、高壓膜片式邏輯元件1、三門元件2、四門元件四、邏輯元件的選