氣動(dòng)控制元件

1、172172第七章氣動(dòng)控制元件及其基本回路在氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的控制元件是控制和調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力、流量、流動(dòng)方向和發(fā)送信號(hào)的重要元件利用它們可以組成各種氣動(dòng)控制回路，使氣動(dòng)執(zhí)行元件按設(shè)計(jì)的程序正常地 進(jìn)行工作。控制元件按功能和用途可分為方向控制閥、壓力控制閥和流量控制閥三大類。此外，尚有通過改變氣流方向和通斷實(shí)現(xiàn)各種邏輯功能的氣動(dòng)邏輯元件等。第一節(jié)氣動(dòng)控制元件一、氣動(dòng)壓力控制閥氣動(dòng)系統(tǒng)不同于液壓系統(tǒng)，一般每一個(gè)液壓系統(tǒng)都自帶液壓源（液壓泵）；而在氣動(dòng)系統(tǒng)中，一般來說由空氣壓縮機(jī)先將空氣壓縮，儲(chǔ)存在貯氣罐內(nèi)，然后經(jīng)管路輸送給各個(gè)氣動(dòng)裝置使用。而貯氣罐的空氣壓力往往比各臺(tái)設(shè)備實(shí)際所需要的壓力高些，同

2、時(shí)其壓力波動(dòng)值也較大。因此需要用減壓閥（調(diào)壓閥）將其壓力減到每臺(tái)裝置所需的壓力，并使減壓后的壓力 穩(wěn)定在所需壓力值上。有些氣動(dòng)回路需要依靠回路中壓力的變化來實(shí)現(xiàn)控制兩個(gè)執(zhí)行元件的順序動(dòng)作，所用的這種閥就是順序閥。順序閥與單向閥的組合稱為單向順序閥。所有的氣動(dòng)回路或貯氣罐為了安全起見，當(dāng)壓力超過允許壓力值時(shí)，需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)向 外排氣，這種壓力控制閥叫安全閥（溢流閥）。（一）減壓閥（調(diào)壓閥）圖 4141 是 QTYQTY 型直動(dòng)式減壓閥結(jié)構(gòu)圖。 其工作原理是：當(dāng)閥處于工作狀態(tài)時(shí)， 調(diào)節(jié)手柄圖 4-14-1 QTYQTY 型直動(dòng)式減壓閥1 1調(diào)節(jié)手柄 2 2、3 3 一壓縮彈簧 4 4 一溢流口 5

3、5 一膜片6 6 一閥桿 7 7 一阻尼管 8 8 一閥芯 9 9 一閥口 1010 復(fù)位彈簧 11-11-排氣孔1731731 1、壓縮彈簧 2 2、3 3 及膜片 5,5,通過閥桿 6 6 使閥芯 8 8 下移，進(jìn)氣閥口被打開，有壓氣流從左 端輸入，經(jīng)閥口節(jié)流減壓后從右端輸出。輸出氣流的一部分由阻尼管 7 7 進(jìn)入膜片氣室，在膜片 5 5 的下方產(chǎn)生一個(gè)向上的推力，這個(gè)推力總是企圖把閥口開度關(guān)小，使其輸出壓力下降。當(dāng)作用于膜片上的推力與彈簧力相平衡后，減壓閥的輸出壓力便保持一定。當(dāng)輸入壓力發(fā)生波動(dòng)時(shí)，如輸入壓力瞬時(shí)升高，輸出壓力也隨之升高，作用于膜片5 5上的氣體推力也隨之增大，破壞了原來

4、的力的平衡，使膜片 5 5 向上移動(dòng)，有少量氣體經(jīng)溢流 口 4 4、排氣孔 1111 排出。在膜片上移的同時(shí)，因復(fù)位彈簧1010 的作用，使輸出壓力下降，直到新的平衡為止。重新平衡后的輸出壓力又基本上恢復(fù)至原值。反之，輸出壓力瞬時(shí)下.降，膜片下移，進(jìn)氣口開度增大，節(jié)流作用減小，輸出壓力又基本上回升至原值。調(diào)節(jié)手柄 1 1 使彈簧 2 2、3 3 恢復(fù)自由狀態(tài)，輸出壓力降至零，閥芯 8 8 在復(fù)位彈簧 1010 的作用 下，關(guān)閉進(jìn)氣閥口，這樣，減壓閥便處于截止?fàn)顟B(tài)，無氣流輸出。QTYQTY 型直動(dòng)式減壓閥的調(diào)壓范圍為0.050.050.63MPa0.63MPa。為限制氣體流過減壓閥所造成的壓力損

5、失，規(guī)定氣體通過閥內(nèi)通道的流速在151525m/s25m/s 范圍內(nèi)。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。(二)順序閥順序閥是依靠氣路中壓力的作用而控制執(zhí)行元件按順序動(dòng)作的壓力控制閥，如圖 4-24-2 所示，它根據(jù)彈簧的預(yù)壓縮量來控制其開啟壓力。當(dāng)輸入壓力達(dá)到或超過開啟壓力時(shí)， 頂開彈簧，于是戶到 A A 才有輸出；反之 A A 無輸出。圖 4-24-2 順序閥工作原理圖(a)(a)關(guān)閉狀態(tài) (b)(b)開啟狀態(tài)順序閥一般很少單獨(dú)使用，往往與

6、單向閥配合在一起，構(gòu)成單向順序閥。圖 4-34-3 所示為 單向順序閥的工作原理圖。當(dāng)壓縮空氣由左端進(jìn)入閥腔后，作用于活塞 3 3 上的氣壓力超過壓縮彈簧 3 3 上的力時(shí)，將活塞頂起，壓縮空氣從p經(jīng) A A 輸出，見圖 4-3(a),4-3(a),此時(shí)單向閥 4 4 在壓 差力及彈簧力的作用下處于關(guān)閉狀態(tài)。反向流動(dòng)時(shí)，輸入側(cè)變成排氣口，輸出側(cè)壓力將頂開單向閥 4 4 由 O O 口排氣，見圖 4-3(b)4-3(b)。調(diào)節(jié)旋鈕就可改變單向順序閥的開啟壓力，以便在不同的開啟壓力下，控制執(zhí)行元件的順序動(dòng)作。III174174圖 4-34-3 單向順序閥工作原理圖(a)(a)關(guān)閉狀態(tài)；(b)(b)

7、開啟狀態(tài)1751751 1調(diào)節(jié)手柄2 2 一彈簧3 3 一活塞4 4 一單向閥（三）安全閥當(dāng)貯氣罐或回路中壓力超過某調(diào)定值，要用安全閥向外放氣，安全閥在系統(tǒng)中起過載保護(hù)作用。圖 4-44-4 是安全閥工作原理圖。 當(dāng)系統(tǒng)中氣體壓力在調(diào)定范圍內(nèi)時(shí)，作用在活塞 3 3 上的壓力小于彈簧 2 2 的力，活塞處于關(guān)閉狀態(tài)如圖（a a）所示。當(dāng)系統(tǒng)壓力升高，作用在活塞 3 3 上的壓力大于彈簧的預(yù)定壓力時(shí)，活塞3 3 向上移動(dòng)，閥門開啟排氣如圖 （b b）。直到系統(tǒng)壓力降到調(diào)定范圍以下，活塞又重新關(guān)閉。開啟壓力的大小與彈簧的預(yù)壓量有關(guān)。圖 4-44-4 安全閥工作原理圖（a a）關(guān)閉狀態(tài)（b b）開啟狀

8、態(tài)、氣動(dòng)流量控制閥在氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中， 有時(shí)需要控制氣缸的運(yùn)動(dòng)速度，有時(shí)需要控制換向閥的切換時(shí)間和氣動(dòng)信號(hào)的傳遞速度，這些都需要調(diào)節(jié)壓縮空氣的流量來實(shí)現(xiàn)。流量控制閥就是通過改變閥的通流截面積來實(shí)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)流閥和快速排氣閥等。1 1 . .節(jié)流閥圖 4-54-5 所示為圓柱斜切型節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)圖。壓縮空氣由p p 口進(jìn)入，經(jīng)過節(jié)流后，由 A A口流出。旋轉(zhuǎn)閥芯螺桿，就可改變節(jié)流口的開度，這樣就調(diào)節(jié)了壓縮空氣的流量。 由于這種 節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)簡單、體積小，故應(yīng)用范圍較廣。很形符號(hào)沖。176176圖 4-54-5 節(jié)流閥工作原理圖4-64-6 單向節(jié)流閥工

9、作原理圖177177圖 4-74-7 排氣節(jié)流閥工作原理圖1 1 一節(jié)流口 2 2 一消聲套圖 4-74-7 為排氣節(jié)流閥工作原理圖。其工作原理和節(jié)流.閥類似，靠調(diào)節(jié)節(jié)流口1 1 處的通流面積來調(diào)節(jié)排氣流量，由消聲套2 2 來減小排氣噪聲。用流量控制的方法控制氣缸內(nèi)活塞的運(yùn)動(dòng)速度，采用氣動(dòng)比采用液壓困難。特別是在極低速控制中，要按照預(yù)定行程變化來控制速度，只用氣動(dòng)很難實(shí)現(xiàn)。在外部負(fù)載變化很大時(shí)，僅用氣動(dòng)流量閥也不會(huì)得到滿意的調(diào)速效果。為提高其運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，建議采用氣液聯(lián)動(dòng)。4.4.快速排氣閥圖 4-84-8 為快速排氣閥工作原理圖。 進(jìn)氣口 P P 進(jìn)入壓縮空氣，并將密封活塞迅速上推， 開 啟閥

10、口 2,2,同時(shí)關(guān)閉排氣口 O,O,使進(jìn)氣口 P P 和工作口 A A 相通見圖(a)(a)。圖 4-8(b)4-8(b)是 P P 口沒有 壓縮空氣進(jìn)入時(shí)，在 A A 口和 P P 口壓差作用下，密封活塞迅速下降，關(guān)閉戶口，使 A A 口通過 O O 口快速排氣。MW)圖 4-84-8 快速排氣閥工作原理圖2.2.單向節(jié)流閥單向節(jié)流閥是由單向閥和節(jié)流閥并聯(lián)而成的組合式流量控制閥，如圖 沿著一個(gè)方向，例如 f f A A見圖(a)(a)流動(dòng)時(shí)，經(jīng)過節(jié)流閥節(jié)流；反方向 P P 時(shí)單向閥打開，不節(jié)流，單向節(jié)流閥常用于氣缸的調(diào)速和延時(shí)回路。4-64-6 所示。當(dāng)氣流見圖(b)(b)流動(dòng)，由 A A3

11、.3.排氣節(jié)流閥排氣節(jié)流閥是裝在執(zhí)行元件的排氣口處，調(diào)節(jié)進(jìn)入大氣中氣體流量的一種控制閥。它不僅能調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度，還常帶有消聲器件，所以也能起降低排氣噪聲的作用。178178快速排氣閥常安裝在換向閥和氣缸之間。圖 4-94-9 為快速排氣閥在回路中的應(yīng)用。缸的排氣不用通過換向閥而快速排出，從而加速了氣缸往復(fù)的運(yùn)動(dòng)速度，縮短了工作周期。三、氣動(dòng)方向控制閥氣動(dòng)方向閥和液壓相似、 分類方法也大致相同。 氣動(dòng)方向閥是氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中通過改變 壓縮空氣的流動(dòng)方向和氣流的通斷，來控制執(zhí)行元件啟動(dòng)、停止及運(yùn)動(dòng)方向的氣動(dòng)元件。根據(jù)方向控制閥的功能、 控制方式、結(jié)構(gòu)方式、閥內(nèi)氣流的方向及密封形式等，可將方向

12、控制閥分為幾類。見表 4-14-1。表 4-14-1 方向控制閥的分類分類方式形式按閥內(nèi)氣體的流動(dòng)方向單向閥、換向閥按閥芯的結(jié)構(gòu)形式截止閥、滑閥按閥的密封形式硬質(zhì)密封、軟質(zhì)密封按閥的工作位數(shù)及通路數(shù)二位三通、二位五通、三位五通等按閥的控制操縱方式氣壓控制、電磁控制、機(jī)械控制、手動(dòng)控制卜面僅介紹幾種典型的方向控制閥。（一） 氣壓控制換向閥氣壓控制換向閥是以壓縮空氣為動(dòng)力切換氣閥，使氣路換向或通斷的閥類。氣壓控制換向閥的用途很廣，多用于組成全氣閥控制的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)或易燃、易爆以及高凈化等場合。（1 1）單氣控加壓式換向閥圖 4-104-10 為單氣控加壓式換向閥的工作原理。即 4-104-10（a

13、 a）是無氣控信號(hào) K K 時(shí)的狀態(tài)（即常 態(tài)）, ,此時(shí)，閥芯 1 1 在彈簧 2 2 的作用下處于上端位置， 使閥 A A 與 O O 相通，A A 口排氣。圖 4-104-10（b b） 是在有氣控信號(hào) K K 時(shí)閥的狀態(tài)（即動(dòng)力閥狀態(tài)）。由于氣壓力的作用，閥芯 1 1 壓縮彈簧 2 2 下移， 使閥口 A A 與 O O 斷開，P P 與 A A 接通，A A 口有氣體輸出。圖 4-114-11 為二位三通單氣控截止式換向閥的結(jié)構(gòu)圖。這種結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、密封可靠、 換向行程短，但換向力大。若將氣控接頭換成電磁頭（即電磁先導(dǎo)閥），可變氣控閥為先導(dǎo)式它使氣圖 4-94-9 快速排氣閥應(yīng)用回

14、路179179電磁換向閥。(a)(b)圖 4-104-10 單氣控加壓截止式換向閥的工作原理圖(a)(a)無控制信號(hào)狀態(tài)；(b(b)有控制信號(hào)狀態(tài)1-1-閥芯；2 2-彈簧圖 4-114-11 二位三通單氣控截止式換向閥的結(jié)構(gòu)圖(2)(2)雙氣控加壓式換向閥圖 4-124-12 為雙氣控滑閥式換向閥的工作原理圖。此時(shí)閥停在左邊， 其通路狀態(tài)是0,0,戶0*0*(a)(a)(b)(b)(c)(c)圖 4-124-12 雙氣控滑閥式換向閥的工作原理圖號(hào) K K2時(shí)閥的狀態(tài)，號(hào) K Ki時(shí)閥的狀態(tài)(此時(shí)信號(hào) K K2已不存在) )，閥芯換位，其通路狀態(tài)變?yōu)镻 P 與 B B、A A 與 O O 相通

15、。雙氣控滑閥 具有記憶功能，即氣控信號(hào)消失后，閥仍能保持在有信號(hào)時(shí)的工作狀態(tài)。(二)電磁控制換向閥電磁換向閥是利用電磁力的作用來實(shí)現(xiàn)閥的切換以控制氣流的流動(dòng)方向。常用的電磁換向閥有直動(dòng)式和先導(dǎo)式兩種。(1)(1)直動(dòng)式電磁換向閥圖 4-12(a)4-12(a)為有氣控信P P 與 A A、B B 與 O O 相通。圖 4-12(b)4-12(b)為有氣控信180180圖 4-134-13 為直動(dòng)式單電控電磁閥的工作原理圖。它只有一個(gè)電磁鐵。圖4-14(a)4-14(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 A 與 T T相通，A A 口排氣。當(dāng)通電

16、時(shí)，電磁鐵 l l 推動(dòng)閥芯向下移動(dòng)，氣路換向，其通路為 P P 與 A A 相通，A A 口進(jìn)氣，見圖 4-13(b)4-13(b)。(b)圖 4-134-13 直動(dòng)式單電控電磁閥的工作原理圖(a)(a)斷電時(shí)狀態(tài)(b)(b)通電時(shí)狀態(tài) 1 1電磁鐵 2 2 一閥芯圖 4-144-14 為直動(dòng)式雙電控電磁閥的工作原理圖。它有兩個(gè)，當(dāng)線圈 l l 通電、2 2 斷電見圖 4-144-14 (a)(a), ,閥芯被推向右端，其通路狀態(tài)是 P P 口與 A A 口、B B 口與 O O2口相通，A A 口進(jìn)氣、B B 口排氣。當(dāng)線圈 l l 斷電時(shí)，閥芯仍處于原有狀態(tài)，即具有記憶性。當(dāng)電磁線圈2

17、2 通電、l l 斷電見圖 4-14(b)4-14(b)，閥芯被推向左端，其通路狀態(tài)是 P P 口與 BEBE A A 口與。1口相通，B B 口進(jìn) 氣、A A 口排氣。若電磁線圈斷電，氣流通路仍保持原狀態(tài)。圖形符號(hào)(b)圖 4-144-14 直動(dòng)式雙電控電磁閥的工作原理圖1 1、2 2 一電磁鐵 3 3 一閥芯(2)(2)先導(dǎo)式電磁換向閥直動(dòng)式電磁閥是由電磁鐵直接推動(dòng)閥芯移動(dòng)的，當(dāng)閥通徑較大時(shí)，用直動(dòng)式結(jié)構(gòu)所需的電磁鐵體積和電力消耗都必然加大，為克服此弱點(diǎn)可采用先導(dǎo)式結(jié)構(gòu)。181181先導(dǎo)式電磁閥是由電磁鐵首先控制氣路，產(chǎn)生先導(dǎo)壓力，再由先導(dǎo)壓力推動(dòng)主閥閥芯，182182使其換向。圖 4-1

18、54-15 為先導(dǎo)式雙電控?fù)Q向閥的工作原理圖。當(dāng)電磁先導(dǎo)閥 l l 的線圈通電，而先導(dǎo)閥 2 2斷電時(shí)見圖 4-15(a)4-15(a)，由于主閥 3 3 的 K Ki腔進(jìn)氣，K K2腔排氣，使主閥閥芯向右移動(dòng)。此時(shí) P P 與 A A、B B 與。2相通，A A 口進(jìn)氣、B B 口排氣。當(dāng)電磁先導(dǎo)閥 2 2 通電，而先導(dǎo)閥 l l 斷電時(shí)見圖 4-15(b),4-15(b),主閥的 K K2腔進(jìn)氣，K Ki腔排氣，使主閥閥芯向左移動(dòng)。此時(shí) P P 與 B B、A A 與 O Oi相通， B B 口進(jìn)氣、A A 口排氣。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

19、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。圖 4-154-15 先導(dǎo)式雙電控?fù)Q向閥的工作原理圖(a)(a)先導(dǎo)閥 1 1 通電、2 2 斷電時(shí)狀態(tài)(b)(b)先導(dǎo)閥 2 2 通電、1 1 斷電時(shí)狀態(tài)(三)機(jī)械控制換向閥機(jī)械控制換向閥又稱行程閥，多用于行程程序控制，作為信號(hào)閥使用。常依靠凸輪、擋塊或其它機(jī)械外力推動(dòng)閥芯，使閥換向。圖 4-164-16 為機(jī)械控制換向閥的一種結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)機(jī)械凸輪或擋塊直接與滾輪1 1 接觸后，通過杠桿 2 2 使閥芯 5 5 換向。其優(yōu)點(diǎn)是減少了頂桿 3 3 所受的側(cè)向力；同時(shí)，通過杠桿傳力也減 少了外部的機(jī)械壓力。tb)183183明形符號(hào)圖 7-167-16 機(jī)械控制換向閥1 1一 滾 輪2 2一 杠 桿3 3一 頂 桿4 4一 緩 沖 彈 簧5 5一 閥 芯6 6一 密 封 彈 簧7 7一 閥 體（四）人力控制換向閥有手動(dòng)及腳踏兩種操縱方式。閥的主體部分與氣控閥類似，圖 7-17