氣動控制元件

1、第七章氣動控制元件及其基本回路在氣壓傳動系統(tǒng)中的控制元件是控制和調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力、流量、流動方向和發(fā)送信號的重要元件利用它們可以組成各種氣動控制回路，使氣動執(zhí)行元件按設(shè)計的程序正常地進(jìn)行工作?？刂圃垂δ芎陀猛究煞譃榉较蚩刂崎y、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現(xiàn)各種邏輯功能的氣動邏輯元件等。第一節(jié)氣動控制元件一、氣動壓力控制閥氣動系統(tǒng)不同于液壓系統(tǒng)，一般每一個液壓系統(tǒng)都自帶液壓源（液壓泵）；而在氣動系統(tǒng)中，一般來說由空氣壓縮機先將空氣壓縮，儲存在貯氣罐內(nèi)，然后經(jīng)管路輸送給各個氣動裝置使用。而貯氣罐的空氣壓力往往比各臺設(shè)備實際所需要的壓力高些，同時其壓力波動值

2、也較大。因此需要用減壓閥（調(diào)壓閥）將其壓力減到每臺裝置所需的壓力，并使減壓后的壓力穩(wěn)定在所需壓力值上。有些氣動回路需要依靠回路中壓力的變化來實現(xiàn)控制兩個執(zhí)行元件的順序動作，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。所有的氣動回路或貯氣罐為了安全起見，當(dāng)壓力超過允許壓力值時，需要實現(xiàn)自動向外排氣，這種壓力控制閥叫安全閥（溢流閥）。（一）減壓閥（調(diào)壓閥）圖41是QTY型直動式減壓閥結(jié)構(gòu)圖。其工作原理是：當(dāng)閥處于工作狀態(tài)時，調(diào)節(jié)手柄圖4-1QTY型直動式減壓閥1一調(diào)節(jié)手柄2、3一壓縮彈簧4一溢流口5膜片6一閥桿7一阻尼管8閥芯9閥口10一復(fù)位彈簧11-排氣孔1、壓縮彈簧2、3及膜片

3、5,通過閥桿6使閥芯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進(jìn)入膜片氣室，在膜片5的下方產(chǎn)生一個向上的推力，這個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)生波動時，如輸入壓力瞬時升高，輸出壓力也隨之升高，作用于膜片5上的氣體推力也隨之增大，破壞了原來的力的平衡，使膜片5向上移動，有少量氣體經(jīng)溢流口4、排氣孔11排出。在膜片上移的同時，因復(fù)位彈簧10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，輸出壓力瞬時下.降，膜

4、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使彈簧2、3恢復(fù)自由狀態(tài)，輸出壓力降至零，閥芯8在復(fù)位彈簧10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。QTY型直動式減壓閥的調(diào)壓范圍為0.050.63MPa。為限制氣體流過減壓閥所造成的壓力損失，規(guī)定氣體通過閥內(nèi)通道的流速在1525m/s范圍內(nèi)。安裝減壓閥時，要按氣流的方向和減壓閥上所示的箭頭方向，依照分水濾氣器一減壓閥一油霧器的安裝次序進(jìn)行安裝。調(diào)壓時應(yīng)由低向高調(diào)，直至規(guī)定的調(diào)壓值為止。閥不用時應(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)行元件按順序動作

5、的壓力控制閥，如圖4-2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，頂開彈簧，于是戶到A才有輸出；反之A無輸出。圖4-2順序閥工作原理圖(a)關(guān)閉狀態(tài)(b)開啟狀態(tài)順序閥一般很少單獨使用，往往與單向閥配合在一起，構(gòu)成單向順序閥。圖4-3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上的氣壓力超過壓縮彈簧3上的力時，將活塞頂起，壓縮空氣從p經(jīng)A輸出，見圖4-3(a),此時單向閥4在壓差力及彈簧力的作用下處于關(guān)閉狀態(tài)。反向流動時，輸入側(cè)變成排氣口，輸出側(cè)壓力將頂開單向閥4由O口排氣，見圖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

6、在不同的開啟壓力下，控制執(zhí)行元件的順序動作。III圖4-3單向順序閥工作原理圖(a)關(guān)閉狀態(tài)；(b)開啟狀態(tài)1一調(diào)節(jié)手柄2彈簧3活塞4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4-4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，作用在活塞3上的壓力小于彈簧2的力，活塞處于關(guān)閉狀態(tài)如圖（a）所示。當(dāng)系統(tǒng)壓力升高，作用在活塞3上的壓力大于彈簧的預(yù)定壓力時，活塞3向上移動，閥門開啟排氣如圖（b）o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4-4安全閥工作原理圖（a）關(guān)閉狀態(tài)（b）開啟狀態(tài)、氣動

7、流量控制閥在氣壓傳動系統(tǒng)中，有時需要控制氣缸的運動速度，有時需要控制換向閥的切換時間和氣動信號的傳遞速度，這些都需要調(diào)節(jié)壓縮空氣的流量來實現(xiàn)。流量控制閥就是通過改變閥的通流截面積來實現(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)流閥和快速排氣閥等。1 .節(jié)流閥圖4-5所示為圓柱斜切型節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)圖。壓縮空氣由p口進(jìn)入，經(jīng)過節(jié)流后，由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。圖4-5節(jié)流閥工作原理圖4-6單向節(jié)流閥工作原理圖2 .單向節(jié)流閥4-6所示。當(dāng)氣流見圖(b)流動，由A單向節(jié)流閥是由單向閥和節(jié)流

8、閥并聯(lián)而成的組合式流量控制閥，如圖沿著一個方向，例如PA見圖(a)流動時，經(jīng)過節(jié)流閥節(jié)流；反方向一P時單向閥打開，不節(jié)流，單向節(jié)流閥常用于氣缸的調(diào)速和延時回路。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)行元件的運動速度，還常帶有消聲器件，所以也能起降低排氣噪聲的作用。圖4-7排氣節(jié)流閥工作原理圖1一節(jié)流口2消聲套圖4-7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處的通流面積來調(diào)節(jié)排氣流量，由消聲套2來減小排氣噪聲。用流量控制的方法控制氣缸內(nèi)活塞的運動速度，采用氣動比采用液壓困難。特別是在極低速控制中，要按照預(yù)定行

9、程變化來控制速度，只用氣動很難實現(xiàn)。在外部負(fù)載變化很大時，僅用氣動流量閥也不會得到滿意的調(diào)速效果。為提高其運動平穩(wěn)性，建議采用氣液聯(lián)動。4 .快速排氣閥圖4-8為快速排氣閥工作原理圖。進(jìn)氣DP進(jìn)入壓縮空氣，并將密封活塞迅速上推，開啟閥口2,同時關(guān)閉排氣口O,使進(jìn)氣口P和工作口A相通見圖(a)。圖4-8(b)是P口沒有壓縮空氣進(jìn)入時，在A口和P口壓差作用下，密封活塞迅速下降，關(guān)閉戶口，使A口通過O口快速排氣。圖4-8快速排氣閥工作原理圖它使氣圖4-9快速排氣閥應(yīng)用回路快速排氣閥常安裝在換向閥和氣缸之間。圖4-9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)的運動

10、速度，縮短了工作周期。三、氣動方向控制閥氣動方向閥和液壓相似、分類方法也大致相同。氣動方向閥是氣壓傳動系統(tǒng)中通過改變壓縮空氣的流動方向和氣流的通斷，來控制執(zhí)行元件啟動、停止及運動方向的氣動元件。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，可將方向控制閥分為幾類。見表4-1。表4-1方向控制閥的分類分類方式形式按閥內(nèi)氣體的流動力1可一單向閥、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、機械控制、手動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

11、制換向閥是以壓縮空氣為動力切換氣閥，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系統(tǒng)或易燃、易爆以及高凈化等場合。（1）單氣控加壓式換向閥圖4-10為單氣控加壓式換向閥的工作原理。即4-10（a）是無氣控信號K時的狀態(tài)（即常態(tài)），此時，閥芯1在彈簧2的作用下處于上端位置，使閥A與O相通，A排氣。圖4-10（b）是在有氣控信號K時閥的狀態(tài)（即動力閥狀態(tài)）。由于氣壓力的作用，閥芯1壓縮弓t簧2下移，使閥口A與O斷開，P與A接通，A有氣體輸出。圖4-11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

12、頭（即電磁先導(dǎo)閥），可變氣控閥為先導(dǎo)式電磁換向閥。明慝.蛇套(a)(b)圖4-10單氣控加壓截止式換向閥的工作原理圖(a)無控制信號狀態(tài)；(b)有控制信號狀態(tài)1-閥芯；2-彈簧圖4-12(a)為有氣控信P與A、B與O相通。圖4-12(b)為有氣控信圖4-11二位三通單氣控截止式換向閥的結(jié)構(gòu)圖(2)雙氣控加壓式換向閥圖4-12為雙氣控滑閥式換向閥的工作原理圖。此時閥停在左邊，其通路狀態(tài)是0,戶0皂(b)(c)圖4-12雙氣控滑閥式換向閥的工作原理圖號K2時閥的狀態(tài)，號Ki時閥的狀態(tài)(此時信號K2已不存在)，閥芯換位，其通路狀態(tài)變?yōu)镻與B、A與O相通。雙氣控滑閥具有記憶功能，即氣控信號消失后，閥仍

13、能保持在有信號時的工作狀態(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現(xiàn)閥的切換以控制氣流的流動方向。常用的電磁換向閥有直動式和先導(dǎo)式兩種。(1)直動式電磁換向閥圖4-13為直動式單電控電磁閥的工作原理圖。它只有一個電磁鐵。圖4-14(a)為常態(tài)情況，即激勵線圈不通電，此時閥在復(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，電磁鐵l推動閥芯向下移動，氣路換向，其通路為P與A相通，A口進(jìn)氣，見圖4-13(b)。S)(b)圖4-13直動式單電控電磁閥的工作原理圖(a)斷電時狀態(tài)(b)通電時狀態(tài)1電磁鐵2閥芯圖4-14為直動式雙電控電磁閥的工作原理圖。它有兩個，當(dāng)

14、線圈l通電、2斷電見圖4-14(a),閥芯被推向右端，其通路狀態(tài)是P口與A口、B口與O2口相通，A口進(jìn)氣、B口排氣。當(dāng)線圈l斷電時，閥芯仍處于原有狀態(tài)，即具有記憶性。當(dāng)電磁線圈2通電、l斷電見圖4-14(b),閥芯被推向左端，其通路狀態(tài)是P口與B口、A與。1口相通，B進(jìn)氣、A排氣。若電磁線圈斷電，氣流通路仍保持原狀態(tài)。圖形符號4B圖4-14直動式雙電控電磁閥的工作原理圖1、2電磁鐵3閥芯(2)先導(dǎo)式電磁換向閥直動式電磁閥是由電磁鐵直接推動閥芯移動的，當(dāng)閥通徑較大時，用直動式結(jié)構(gòu)所需的電磁鐵體積和電力消耗都必然加大，為克服此弱點可采用先導(dǎo)式結(jié)構(gòu)。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，

15、再由先導(dǎo)壓力推動主閥閥芯，使其換向。圖4-15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的線圈通電，而先導(dǎo)閥2斷電時見圖4-15(a),由于主閥3的Ki腔進(jìn)氣，K2腔排氣，使主閥閥芯向右移動。此時P與A、B與O2相通，A進(jìn)氣、B排氣。當(dāng)電磁先導(dǎo)閥2通電，而先導(dǎo)閥l斷電時見圖4-15(b),主閥的K2腔進(jìn)氣，Ki腔排氣，使主閥閥芯向左移動。此時P與B、A與Oi相通，B進(jìn)氣、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)。為保證主閥正常工作，兩個電磁閥不能同時通電，電路中要考慮互鎖。先導(dǎo)式電磁換向閥便于實現(xiàn)電、氣聯(lián)合控制，所以應(yīng)用廣泛。圖4-15先導(dǎo)式雙電控?fù)Q向閥的工作

16、原理圖(a)先導(dǎo)閥1通電、2斷電時狀態(tài)(b)先導(dǎo)閥2通電、1斷電時狀態(tài)(三)機械控制換向閥機械控制換向閥又稱行程閥，多用于行程程序控制，作為信號閥使用。常依靠凸輪、擋塊或其它機械外力推動閥芯，使閥換向。圖4-16為機械控制換向閥的一種結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)機械凸輪或擋塊直接與滾輪1接觸后，通過杠桿2使閥芯5換向。其優(yōu)點是減少了頂桿3所受的側(cè)向力；同時，通過杠桿傳力也減少了外部的機械壓力。圖/符號圖7-16機械控制換向閥1一滾輪2一杠桿3一頂桿4一緩沖彈簧5閥芯6-密封彈簧7一閥體（四）人力控制換向閥有手動及腳踏兩種操縱方式。閥的主體部分與氣控閥類似，圖7-17為按鈕式手動閥的工作原理和結(jié)構(gòu)圖。當(dāng)按下按鈕時、見圖7-17（b）閥芯下移，則P與A相通、A與T斷開。當(dāng)松開按鈕時，彈簧力使閥芯上移，關(guān)閉閥口，則P與A斷開、A與T相通。（a）結(jié)構(gòu)圖（b）工作原理圖（c）圖形符號圖7-17二位三通按鈕式手動換向閥1按鈕2一上閥芯3一下閥芯4閥體(五)梭閥梭閥相當(dāng)于兩個單向閥組合的閥。圖7-18為梭閥的工作原理圖。梭閥有兩個進(jìn)氣口Pi和P2,一個工作口A,閥