气动控制元件.docx

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气动控制元件

第七章气动控制元件及其基本回路

在气压传动系统中的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利用它们可以组成各种气动控制回路，使气动执行元件按设计的程序正常地进行工作。

控制元件按功能和用途可分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀三大类。

此外，尚有通过改变气流方向和通断实现各种逻辑功能的气动逻辑元件等。

第一节气动控制元件

一、气动压力控制阀

气动系统不同于液压系统，一般每一个液压系统都自带液压源（液压泵）；而在气动系统中，一般来说由空气压缩机先将空气压缩，储存在贮气罐内，然后经管路输送给各个气动装置使用。

而贮气罐的空气压力往往比各台设备实际所需要的压力高些，同时其压力波动值也较大。

因此需要用减压阀（调压阀）将其压力减到每台装置所需的压力，并使减压后的压力稳定在所需压力值上。

有些气动回路需要依靠回路中压力的变化来实现控制两个执行元件的顺序动作，所用的这种阀就是顺序阀。

顺序阀与单向阀的组合称为单向顺序阀。

所有的气动回路或贮气罐为了安全起见，当压力超过允许压力值时，需要实现自动向外排气，这种压力控制阀叫安全阀（溢流阀）。

（一）减压阀（调压阀）

图41是QTY型直动式减压阀结构图。

其工作原理是：

当阀处于工作状态时，调节手柄l、压缩弹簧2、3及膜片5，通过阀杆6使阀芯8下移，进气阀口被打开，有压气流从左

端输入，经阀口节流减压后从右端输出。

输出气流的一部分由阻尼管7进入膜片气室，在膜片5的下方产生一个向上的推力，这个推力总是企图把阀口开度关小，使其输出压力下降。

当作用于膜片上的推力与弹簧力相平衡后，减压阀的输出压力便保持一定。

当输入压力发生波动时，如输入压力瞬时升高，输出压力也随之升高，作用于膜片5上的气体推力也随之增大，破坏了原来的力的平衡，使膜片5向上移动，有少量气体经溢流口4、排气孔11排出。

在膜片上移的同时，因复位弹簧10的作用，使输出压力下降，直到新的平衡为止。

重新平衡后的输出压力又基本上恢复至原值。

反之，输出压力瞬时下．降，膜片下移，进气口开度增大，节流作用减小，输出压力又基本上回升至原值。

调节手柄1使弹簧2、3恢复自由状态，输出压力降至零，阀芯8在复位弹簧10的作用下，关闭进气阀口，这样，减压阀便处于截止状态，无气流输出。

QTY型直动式减压阀的调压范围为0.05～0.63MPa。

为限制气体流过减压阀所造成的压力损失，规定气体通过阀内通道的流速在15～25m／s范围内。

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。

（二）顺序阀

顺序阀是依靠气路中压力的作用而控制执行元件按顺序动作的压力控制阀，如图4-2所示，它根据弹簧的预压缩量来控制其开启压力。

当输入压力达到或超过开启压力时，顶开弹簧，于是户到A才有输出；反之A无输出。

图4-2顺序阀工作原理图

（a）关闭状态（b）开启状态

顺序阀一般很少单独使用，往往与单向阀配合在一起，构成单向顺序阀。

图4-3所示为单向顺序阀的工作原理图。

当压缩空气由左端进入阀腔后，作用于活塞3上的气压力超过压缩弹簧3上的力时，将活塞顶起，压缩空气从

经A输出，见图4-3（a），此时单向阀4在压差力及弹簧力的作用下处于关闭状态。

反向流动时，输入侧变成排气口，输出侧压力将顶开单向阀4由O口排气，见图4-3（b）。

调节旋钮就可改变单向顺序阀的开启压力，以便在不同的开启压力下，控制执行元件的顺序动作。

图4-3单向顺序阀工作原理图

（a）关闭状态；（b）开启状态

1—调节手柄2—弹簧3—活塞4—单向阀

（三）安全阀

当贮气罐或回路中压力超过某调定值，要用安全阀向外放气，安全阀在系统中起过载保护作用。

图4-4是安全阀工作原理图。

当系统中气体压力在调定范围内时，作用在活塞3上的压力小于弹簧2的力，活塞处于关闭状态如图（a）所示。

当系统压力升高，作用在活塞3上的压力大于弹簧的预定压力时，活塞3向上移动，阀门开启排气如图（b）。

直到系统压力降到调定范围以下，活塞又重新关闭。

开启压力的大小与弹簧的预压量有关。

图4-4安全阀工作原理图

（a）关闭状态（b）开启状态

二、气动流量控制阀

在气压传动系统中，有时需要控制气缸的运动速度，有时需要控制换向阀的切换时间和气动信号的传递速度，这些都需要调节压缩空气的流量来实现。

流量控制阀就是通过改变阀的通流截面积来实现流量控制的元件。

流量控制阀包括节流阀、单向节流阀、排气节流阀和快速排气阀等。

1．节流阀

图4-5所示为圆柱斜切型节流阀的结构图。

压缩空气由p口进入，经过节流后，由A口流出。

旋转阀芯螺杆，就可改变节流口的开度，这样就调节了压缩空气的流量。

由于这种节流阀的结构简单、体积小，故应用范围较广。

图4-5节流阀工作原理图4-6单向节流阀工作原理图

2．单向节流阀

单向节流阀是由单向阀和节流阀并联而成的组合式流量控制阀，如图4-6所示。

当气流沿着一个方向，例如P→A[见图（a）]流动时，经过节流阀节流；反方向[见图（b）]流动，由A→P时单向阀打开，不节流，单向节流阀常用于气缸的调速和延时回路。

3．排气节流阀

排气节流阀是装在执行元件的排气口处，调节进入大气中气体流量的一种控制阀。

它不仅能调节执行元件的运动速度，还常带有消声器件，所以也能起降低排气噪声的作用。

图4-7排气节流阀工作原理图

1—节流口2—消声套

图4-7为排气节流阀工作原理图。

其工作原理和节流．阀类似，靠调节节流口1处的通流面积来调节排气流量，由消声套2来减小排气噪声。

用流量控制的方法控制气缸内活塞的运动速度，采用气动比采用液压困难。

特别是在极低速控制中，要按照预定行程变化来控制速度，只用气动很难实现。

在外部负载变化很大时，仅用气动流量阀也不会得到满意的调速效果。

为提高其运动平稳性，建议采用气液联动。

4.快速排气阀

图4-8为快速排气阀工作原理图。

进气口P进入压缩空气，并将密封活塞迅速上推，开启阀口2，同时关闭排气口O，使进气口P和工作口A相通[见图（a）]。

图4-8（b）是P口没有压缩空气进入时，在A口和P口压差作用下，密封活塞迅速下降，关闭户口，使A口通过O口快速排气。

图4-8快速排气阀工作原理图

快速排气阀常安装在换向阀和气缸之间。

图4-9为快速排气阀在回路中的应用。

它使气缸的排气不用通过换向阀而快速排出，从而加速了气缸往复的运动速度，缩短了工作周期。

图4-9快速排气阀应用回路

三、气动方向控制阀

气动方向阀和液压相似、分类方法也大致相同。

气动方向阀是气压传动系统中通过改变压缩空气的流动方向和气流的通断，来控制执行元件启动、停止及运动方向的气动元件。

根据方向控制阀的功能、控制方式、结构方式、阀内气流的方向及密封形式等，可将方向控制阀分为几类。

见表4-1。

表4-1方向控制阀的分类

分类方式

形式

按阀内气体的流动方向

单向阀、换向阀

按阀芯的结构形式

截止阀、滑阀

按阀的密封形式

硬质密封、软质密封

按阀的工作位数及通路数

二位三通、二位五通、三位五通等

按阀的控制操纵方式

气压控制、电磁控制、机械控制、手动控制

下面仅介绍几种典型的方向控制阀。

（一）气压控制换向阀

气压控制换向阀是以压缩空气为动力切换气阀，使气路换向或通断的阀类。

气压控制换向阀的用途很广，多用于组成全气阀控制的气压传动系统或易燃、易爆以及高净化等场合。

（1）单气控加压式换向阀

图4-10为单气控加压式换向阀的工作原理。

即4-10（a）是无气控信号K时的状态（即常态），此时，阀芯1在弹簧2的作用下处于上端位置，使阀A与O相通，A口排气。

图4-10（b）是在有气控信号K时阀的状态（即动力阀状态）。

由于气压力的作用，阀芯1压缩弹簧2下移，使阀口A与O断开，P与A接通，A口有气体输出。

图4-11为二位三通单气控截止式换向阀的结构图。

这种结构简单、紧凑、密封可靠、换向行程短，但换向力大。

若将气控接头换成电磁头（即电磁先导阀），可变气控阀为先导式电磁换向阀。

图4-10单气控加压截止式换向阀的工作原理图

（a）

无控制信号状态；（b）有控制信号状态

1-阀芯；2-弹簧

图4-11二位三通单气控截止式换向阀的结构图图4-12双气控滑阀式换向阀的工作原理图

（2）双气控加压式换向阀

图4-12为双气控滑阀式换向阀的工作原理图。

图4-12（a）为有气控信号K2时阀的状态，此时阀停在左边，其通路状态是P与A、B与O相通。

图4-12（b）为有气控信号K1时阀的状态（此时信号K2已不存在），阀芯换位，其通路状态变为P与B、A与O相通。

双气控滑阀具有记忆功能，即气控信号消失后，阀仍能保持在有信号时的工作状态。

（二）电磁控制换向阀

电磁换向阀是利用电磁力的作用来实现阀的切换以控制气流的流动方向。

常用的电磁换向阀有直动式和先导式两种。

（1）直动式电磁换向阀

图4-13为直动式单电控电磁阀的工作原理图。

它只有一个电磁铁。

图4-14（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l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4-13（b）。

图4-13直动式单电控电磁阀的工作原理图

（a）断电时状态（b）通电时状态1—电磁铁2—阀芯

图4-14为直动式双电控电磁阀的工作原理图。

它有两个，当线圈l通电、2断电[见图4-14（a）]，阀芯被推向右端，其通路状态是P口与A口、B口与O2口相通，A口进气、B口排气。

当线圈l断电时，阀芯仍处于原有状态，即具有记忆性。

当电磁线圈2通电、l断电[见图4-14（b）]，阀芯被推向左端，其通路状态是P口与B口、A口与O1口相通，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。

图4-14直动式双电控电磁阀的工作原理图

1、2—电磁铁3—阀芯

（2）先导式电磁换向阀

直动式电磁阀是由电磁铁直接推动阀芯移动的，当阀通径较大时，用直动式结构所需的电磁铁体积和电力消耗都必然加大，为克服此弱点可采用先导式结构。

先导式电磁阀是由电磁铁首先控制气路，产生先导压力，再由先导压力推动主阀阀芯，使其换向。

图4-15为先导式双电控换向阀的工作原理图。

当电磁先导阀l的线圈通电，而先导阀2断电时[见图4-15（a）]，由于主阀3的K1腔进气，K2腔排气，使主阀阀芯向右移动。

此时P与A、B与O2相通，A口进气、B口排气。

当电磁先导阀2通电，而先导阀l断电时见图4-15（b），主阀的K2腔进气，K1腔排气，使主阀阀芯向左移动。

此时P与B、A与O1相通，B口进气、A口排气。

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。

图4-15先导式双电控换向阀的工作原理图

（a）先导阀1通电、2断电时状态（b）先导阀2通电、1断电时状态

（三）机械控制换向阀

机械控制换向阀又称行程阀，多用于行程程序控制，作为信号阀使用。

常依靠凸轮、挡块或其它机械外力推动阀芯，使阀换向。

图4-16为机械控制换向阀的一种结构形式。

当机械凸轮或挡块直接与滚轮1接触后，通过杠杆2使阀芯5换向。

其优点是减少了顶杆3所受的侧向力；同时，通过杠杆传力也减少了外部的机械压力。

图7-16机械控制换向阀

1—滚轮2—杠杆3—顶杆4—缓冲弹簧5—阀芯6—密封弹簧7—阀体

（四）人力控制换向阀

有手动及脚踏两种操纵方式。

阀的主体部分与气控阀类似，图7-17为按钮式手动阀的工作原理和结构图。

当按下按钮时、见图7-17（b）阀芯下移，则P与A相通、A与T断开。

当松开按钮时，弹簧力使阀芯上移，关闭阀口，则P与A断开、A与T相通。

（a）结构图（b）工作原理图（c）图形符号

图7-17二位三通按钮式手动换向阀

1—按钮2—上阀芯3—下阀芯4—阀体

（五）梭阀

梭阀相当于两个单向阀组合的阀。

图7-18为梭阀的工作原理图。

梭阀有两个进气口P1和P2，一个工作口A，阀芯l在两个方向上起单向阀的作用。

其中P1和P2都可与A口相通，但这P1与P2不相通。

当P1进气时，阀芯l右移，封住P2口，使P1与A相通，A口进气，见图7-18（a）。

反之，P2进气时，阀芯1左移，封住P1口，使P2与A相通，A口也进气。

若P1与P2都进气时，阀芯就可能停在任意一边，这主要看压力加入的先后顺序和压力的大小而定。

若P1与P2不等，则高压口的，通道打开，低压口则被封闭，高压气流从A口输出。

梭阀的应用很广，多用于手动与自动控制的并联回路中。

图7-18梭阀的工作原理图

（a）P1进气状态（b）P2进气状态

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