氣動控制元件

液壓與氣動技術(shù)氣動控制元件教學(xué)內(nèi)容：方向控制閥的分類；方向控制閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理(重點(diǎn))；流量控制閥(難點(diǎn))；壓力控制閥。在氣壓傳動系統(tǒng)中，氣動控制元件是用來控制和調(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，以保證氣動執(zhí)行元件或機(jī)構(gòu)按設(shè)計(jì)的程序正常工作。控制元件按功能和用途可分為方向控制閥、流量控制閥和壓力控制閥三大類。此外，還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邏輯元件。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(yīng)用，氣動邏輯元件的應(yīng)用范圍正在逐漸減小。0.緒論控制和調(diào)節(jié)壓縮空氣壓力的元件稱為壓力控制閥。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。那什么是氣動邏輯元件呢？通過改變氣流方向和通斷實(shí)現(xiàn)各種邏輯功能的元件。0.緒論0.緒論從控制方式來分，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，通常要用壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥來實(shí)現(xiàn)程序動作；在連續(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(jìn)行連續(xù)控制。

0.緒論方向控制閥：用來改變氣流流動方向或通斷的控制閥。其種類如圖所示：1.方向控制閥

（Directionalcontrolvalves）

方向控制閥換向閥單向閥梭閥雙壓閥快速排氣閥截止閥操作方式通口位置數(shù)其它電磁式氣控式人力式機(jī)械式二位二通閥二位三通閥二位四通閥二位五通閥三位四通閥三位五通閥1.按閥內(nèi)氣流的流通方向分按閥內(nèi)氣流的流通方向可將氣動控制閥分為單向型和換向型。只允許氣流沿一個方向流動的控制閥稱為單向型控制閥，如單向閥、梭閥、雙壓閥和快速排氣閥等。可以改變氣流流動方向的控制閥稱為換向型控制閥，如電磁換向閥和氣控?fù)Q向閥等。1.方向控制閥1.方向控制閥為了使閥換向，必須對閥心施加一定大小的軸向力。使其迅速移動改變閥心的位置。這種獲得軸向力的方式叫做換向閥的操作方式，或控制方式。通常可分為氣壓、電磁、人力和機(jī)械四種操作方式。1.方向控制閥2.按控制方式分2.按控制方式分（1）電磁控制：利用電磁線圈通電時，靜鐵芯對動鐵芯產(chǎn)生電磁吸力使閥切換以改變氣流方向的閥，稱為電磁控制換向閥，簡稱電磁閥。這種閥易于實(shí)現(xiàn)電—?dú)饴?lián)合控制，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作，故得到廣泛應(yīng)用。1.方向控制閥（1）電磁操作用電磁力來獲得軸向力，使閥心迅速移動的換向控制方式稱為電磁操作。它按電磁力作用于主閥閥心的方式分為直動式和先導(dǎo)式兩種。（1）電磁操作1)直動式電磁控制是用電磁鐵產(chǎn)生的電磁力直接推動閥心來實(shí)現(xiàn)換向的一種電磁控制閥。根據(jù)閥芯復(fù)位的控制方式可分為單電控和雙電控，其控制原理如圖所示。（1）電磁操作1)直動式斷電狀態(tài)b)通電狀態(tài)c)電磁鐵a通電b斷電d)電磁鐵b通電a斷電（1）電磁操作2)先導(dǎo)式電磁控制是指由先導(dǎo)式電磁閥(一般為直動式電磁控制換向閥)輸出的氣壓力來操縱主閥閥芯實(shí)現(xiàn)閥換向的一種電磁控制方式。它實(shí)際上是一種由電磁控制和氣壓控制(加壓、卸壓、差壓等)的復(fù)合控制，通常稱為先導(dǎo)式電磁氣控。（1）電磁操作2)先導(dǎo)式（2）氣壓操作用氣壓力來獲得軸向力使閥心迅速移動換向的操作方式叫做氣壓操作。它按施加壓力的方式可分為加壓控制、卸壓控制、差壓控制和時間控制。2.按控制方式分（2）氣壓控制：利用氣體壓力來使主閥芯切換而使氣流改變方向的閥，稱為氣壓控制換向閥，簡稱氣控閥。這種閥在易燃、易爆、潮濕、粉塵大的工作環(huán)境中，工作安全可靠。按控制方式不同可分為加壓控制、卸壓控制、差壓控制和延時控制等。

加壓控制是指輸入的控制氣壓是逐漸上升的，當(dāng)壓力上升到某值時，閥被切換。這種控制方式是氣動系統(tǒng)中最常用的控制方式，有單氣控和雙氣控之分。

卸壓控制是指輸入的控制氣壓是逐漸降低的，當(dāng)壓力降至某一值時閥便被切換。

差壓控制是利用閥芯兩端受氣壓作用的有效面積不等，在氣壓的作用下產(chǎn)生的作用力之差值使閥切換。

延時控制是利用氣流經(jīng)過小孔或縫隙節(jié)流后向氣室內(nèi)充氣．當(dāng)氣室里的壓力升至一定值后使閥切換，從而達(dá)到信號延時輸出的目的。（2）氣壓操作（2）氣壓操作1)加壓控制是指施加在閥心控制端的壓力逐漸升到一定值時，使閥心迅速移動換向的控制，閥心沿著加壓方向移動。2)卸壓控制是指施加在閥心控制端的壓力逐漸降到一定值時，閥心迅速換向的控制，常用作三位閥的控制。（2）氣壓操作3)差壓控制是指閥心采用氣壓復(fù)位或彈簧復(fù)位的情況下，利用閥心兩端受氣壓作用的面積不等(或兩端氣壓不等)而產(chǎn)生的軸向力之差值，使閥心迅速移動換向的控制。其原理如圖所示，K為控制氣壓口。這種控制方式只需一個控制信號，故得到廣泛的應(yīng)用，可應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)的主閥。氣壓復(fù)位省去了彈簧，提高了可靠性。差壓控制的特點(diǎn)是所控制的主閥不具有記憶功能，且控制信號和復(fù)位信號均須為長信號。（2）氣壓操作3)差壓控制原理圖（2）氣壓操作4)時間控制是指利用氣流向由氣阻(節(jié)流孔)和氣容構(gòu)成的阻容環(huán)節(jié)充氣，經(jīng)過一定時間后，當(dāng)氣容內(nèi)壓力升至一定值時，閥心在差壓力作用下迅速移動換向的控制。時間控制的信號輸出有脈沖信號和延時信號兩種。（2）氣壓操作4)采用延時原理的脈沖（2）氣壓操作4)延時換向閥2.按控制方式分（3）人力控制用人力來獲得軸向力使閥迅速移動換向的控制方式稱作人力操作。人力控制可分為手動控制和腳踏控制等。按人力作用于主閥的方式可分為直動式、先導(dǎo)式。依靠人力使閥切換的換向閥，稱為手動控制換向閥，簡稱人控閥。它可分為手動閥和腳踏閥兩大類。人控閥與其它控制方式相比，具有可按人的意志進(jìn)行操作、使用頻率較低、動作較慢、操作力不大，通徑較小、操作靈活的特點(diǎn)。人控閥在手動氣動系統(tǒng)中，一般用來直接操縱氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在半自動和全自動系統(tǒng)中，多作為信號閥使用。1.方向控制閥2.按控制方式分（4）機(jī)械控制用機(jī)械力來獲得軸向力使閥芯迅速移動換向的控制方式稱作機(jī)械操作。按機(jī)械力作用于主閥的形式可分為直動式和先導(dǎo)式兩種。用凸輪、撞塊或其它機(jī)械外力使閥切換的閥稱為機(jī)械控制換向閥，簡稱機(jī)控閥。這種閥常用作信號閥使用。這種閥可用于濕度大、粉塵多、油分多，不宜使用電氣行程開關(guān)的場合，但不宜用于復(fù)雜的控制裝置中。1.方向控制閥1、方向控制閥3．按閥的切換通口數(shù)目分閥的通口數(shù)目包括輸入口、輸出口和排氣口。按切換通口的數(shù)目分，有二通閥、三通閥、四通閥和五通閥等。二通閥有兩個口，即一個輸入口(用P表示)和一個輸出口(用A表示)。三通閥有三個口，除P口、A口外，增加一個排氣口(用R或Ｏ表示)。三通閥既可以是兩個輸入口(用P1、P1表示)和一個輸出口，作為選擇閥(選擇兩個不同大小的壓力值)；也可以是一個輸入口和兩個輸出口，作為分配閥。二通閥、三通閥有常通型和常斷型之分。常通型是指閥的控制口未加控制信號(即零位)時，P口和A口相通。反之，常斷型閥在零位時，P口和A口是斷開的。四通閥有四個口，除P、A、R外，還有一個輸出口（用B表示）,通路為P→A、B→R或P→B、A→R。五通閥有五個口，除P、A、B外,有兩個排氣口(用R、S或Ｏ1、Ｏ2表示)。通路為P→A、B→S、或P→B、A→R。五通閥也可以變成選擇式四通閥，即兩個輸入口（P1和P2）、兩個輸出口（A和B）和—個排氣口R。兩個輸入口供給壓力不同的壓縮空氣。1、方向控制閥3．按閥的切換通口數(shù)目分:換向閥的通口數(shù)與圖形符號

1、方向控制閥4．按閥芯工作的位置數(shù)分閥芯的切換工作位置簡稱“位”,閥芯有幾個切換位置就稱為幾位閥。有兩個通口的二位閥稱為二位二通閥（常表示為2/2閥，前一位數(shù)表示通口數(shù)，后一位數(shù)表示工作位置數(shù)），它可以實(shí)現(xiàn)氣路的通或斷。有三個通口的二位閥，稱為二位三通閥（常表示為3/2閥）。在不同的工作位置，可實(shí)現(xiàn)P、A相通，或A、R相通。常用的還有二位五通閥（常表示為5/2閥），它可以用于推動雙作用氣缸的回路中。閥芯具有三個工作位置的閥稱為三位閥。當(dāng)閥芯處于中間位置時，各通口呈關(guān)斷狀態(tài)，則稱為中間封閉式；若輸出口全部與排氣口接通則稱中間卸壓式；若輸出口都與輸入口接通稱中間加壓式。若在中間卸壓式閥的兩個輸出口都裝上單向閥，則稱為中位式止回閥。換向閥處于不同工作位置時，各通口之間的通斷狀態(tài)是不同的。閥處于各切換位置時，各通口之間的通斷狀態(tài)分別表示在一個長方形的方塊上，就構(gòu)成了換向閥的圖形符號。1、方向控制閥4．按閥芯工作的位置數(shù)分常見換向閥的名稱和圖形符號1、方向控制閥4．按閥芯工作的位置數(shù)分閥中的通口用數(shù)字表示，符合ISO5599-3標(biāo)準(zhǔn)。通口即可用數(shù)字，也可用字母表示。1、方向控制閥5．按閥芯結(jié)構(gòu)分:閥芯結(jié)構(gòu)是影響閥性能的重要因素之一。常用的閥芯結(jié)構(gòu)有滑柱式、提動式（又稱截止式）和滑板式等。

1、方向控制閥6．按連接方式分:閥的連接方式有管式連接、板式連接、集裝式連接和法蘭連接等幾種。管式連接有兩種：一種是閥體上的螺紋孔直接與帶螺紋的接管相連；另一種是閥體上裝有快速接頭，直接將管插入接頭內(nèi)。對不復(fù)雜的氣路系統(tǒng)，管式連接簡單，但維修時要先拆下配管。板式連接需要配專用的過渡連接板，管路與連接板相連，閥固定在連接板上，裝拆時不必拆卸管路，對復(fù)雜氣動系統(tǒng)維修方便。

集裝式連接是將多個板式連接的閥安裝在集裝塊（又稱匯流板）上，各閥的輸入口或排氣口可以共用，各閥的排氣口也可單獨(dú)排氣。這種方式可以節(jié)省空間，減少配管，便于維修。1、換向閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

換向閥按結(jié)構(gòu)可分為提動閥（或稱截止閥）和滑動閥，根據(jù)兩者的相對位置，有常閉型和常開型兩種。其中提動閥又可分為球座閥和盤座閥?；瑒娱y可分為縱向滑軸閥、縱向滑板閥和旋轉(zhuǎn)滑軸閥。1、換向閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

圖4.2二通截止閥（常閉型）圖4.3二通截止閥（常通型）1．

提動閥(Poppetvalve)提動閥是利用圓球、圓盤、平板或圓錐閥芯，在垂直方向相對閥座移動以控制通路的開啟或切斷。

1、換向閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

1．

球座閥(Ballseatvalve)這種換向閥結(jié)構(gòu)緊湊、簡單，可安裝各種類型的驅(qū)動頭。對于直接驅(qū)動方式來說，驅(qū)動推桿動作的驅(qū)動力限制了其應(yīng)用。大流量時，閥芯有效面積也大，需要較大的驅(qū)動力才能將閥口打開，因此，此類型換向閥通徑不宜過大。這種閥的操作皆由人力或機(jī)械驅(qū)動，彈簧復(fù)位。1、換向閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

初始狀態(tài)工作狀態(tài)瞬時狀態(tài)圖4.4所示為三通截止式閥的結(jié)構(gòu)1．

提動閥(Poppetvalve)：2位3通此時，P、A、0三個孔口同時相通，而發(fā)生串氣現(xiàn)象。實(shí)際上，對于快速切換的閥，這種串氣現(xiàn)象對閥的動作不存在什么影響。但緩慢切換時，應(yīng)予以注意。

1、換向閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

1．

提動閥(Poppetvalve)：盤座閥(Discseatvalve)常閉型這種換向閥采用圓盤密封結(jié)構(gòu)，較小的閥芯位移就可產(chǎn)生較大的過流面積，具有響應(yīng)快、抗污染能力強(qiáng)、壽命長、具有較大通流能力的特點(diǎn)。1、換向閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

1．

提動閥(Poppetvalve)：盤座閥(Discseatvalve)常開型這種換向閥采用圓盤密封結(jié)構(gòu)，較小的閥芯位移就可產(chǎn)生較大的過流面積，具有響應(yīng)快、抗污染能力強(qiáng)、壽命長、具有較大通流能力的特點(diǎn)。1、換向閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

為了使提動（截止式）閥密封可靠，操縱方便，另一種方法是采用壓力平衡的方法，如圖所示，在閥桿兩側(cè)增加了活塞，活塞受氣壓作用面積和閥心受壓面積相等，這種閥稱為壓力平衡式閥。由于初始狀態(tài)時，工作氣壓作用在閥桿上的合力為零，使開啟閥門的操作力大大降低。圖4.5壓力平衡閥1．

提動閥(Poppetvalve)：壓力平衡閥1、換向閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

圖滑拄式閥的基本結(jié)構(gòu)2．滑動閥(Slidevalve)：滑動閥是利用滑柱、滑板或旋轉(zhuǎn)滑軸在閥體里運(yùn)動，來實(shí)現(xiàn)氣路通斷的閥。

1、換向閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

2．滑動閥(Slidevalve)：

縱向滑柱式(Longitudinalslidevalve)，具有記憶1、換向閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

2．滑動閥(Slidevalve)：縱向滑板閥（Longitudinalflatslidevalve），縱向滑板閥是利用滑柱的移動帶動滑板來接通或斷開各通口?；蹇繗鈮夯驈椈蓧合蜷y座，能自動調(diào)節(jié)。這種閥的滑板既使產(chǎn)生磨耗，也能保證有效的密封。

1、換向閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

3.延時閥（Timedelayvalve）：延時閥是一種時間控制元件，它的作用是使閥在一特定時間發(fā)出信號或中斷信號，在氣動系統(tǒng)中做信號處理元件。延時閥是一個組合閥，由二位三通換向閥、單向可調(diào)節(jié)流閥和氣室組成。二位三通換向閥既可以是常閉式，也可以是常開式。1、換向閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

3.延時閥（Timedelayvalve）：若壓縮空氣是潔凈的，且壓力穩(wěn)定，則可獲得精確的延時時間。通常，延時閥的時間調(diào)節(jié)范圍為0～30秒，通過增大氣室，可以使延時時間加長。延時閥通常帶可鎖定的調(diào)節(jié)桿，可用來調(diào)節(jié)延遲時間。

1、換向閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

4.單向閥（No-returnvalve）：單向閥是指氣流只能向一個方向流動而不能反向流動的閥，且壓降較小。單向閥的工作原理、結(jié)構(gòu)和職能符號與液壓傳動中的單向閥基本相同。這種單向阻流作用可由錐密封、球密封、圓盤密封或膜片來實(shí)現(xiàn)。圖10-15所示單向閥，利用彈簧力將閥芯頂在閥座上，故壓縮空氣要通過單向閥時必須先克服彈簧力。

1、換向閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

5.梭閥(Shuttlevalve)：梭閥又稱為雙向控制閥。如圖所示梭閥，有兩個輸入信號口1和一個輸出信號口2。若在一個輸入口上有氣信號，則與該輸入口相對的閥口就被關(guān)閉，同時在輸出口2上有氣信號輸出。這種閥具有“或”邏輯功能，即只要在任一輸入口1上有氣信號，在輸出口2上就會有氣信號輸出1、換向閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

5.梭閥(Shuttlevalve)：梭閥在邏輯回路和氣動程序控制回路中應(yīng)用廣泛，常用作信號處理元件。圖10-17為數(shù)個輸入信號需連接（并聯(lián)）到同一個出口的應(yīng)用方法，所需梭閥數(shù)目為輸入信號數(shù)減一。1、換向閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

5.梭閥(Shuttlevalve)：圖10-18為梭閥的應(yīng)用實(shí)例，用兩個手動按鈕1S1和1S2操縱氣缸進(jìn)退。當(dāng)驅(qū)動兩個按鈕閥中的任何一個動作時，雙作用氣缸活塞桿都伸出。只有同時松開兩個按鈕閥，氣缸活塞桿才回縮。梭閥應(yīng)與兩個按鈕閥的工作口相連接，這樣，氣動回路圖才可以正常工作。

1、換向閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

6.雙壓閥(Dualpressurevalve)：雙壓閥又稱“與”門梭閥。在氣動邏輯回路中，它的作用相當(dāng)于“與”門作用。圖10-19所示，該閥有兩個輸入口1和一個輸出口2。若只有一個輸入口有氣信號，則輸出口2沒有氣信號輸出，只有當(dāng)雙壓閥的兩個輸入口均有氣信號，輸出口2才有氣信號輸出。雙壓閥相當(dāng)于兩個輸入元件串聯(lián)。

1、換向閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

6.雙壓閥(Dualpressurevalve)：與梭閥一樣，雙壓閥在氣動控制系統(tǒng)中也作為信號處理元件，數(shù)個雙壓閥的連接方式如圖，只有數(shù)個輸入口皆有信號時，輸出口才會有信號。雙壓閥的應(yīng)用也很廣泛，主要用于互鎖控制、安全控制、檢查功能或者邏輯操作。

1、換向閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

6.雙壓閥(Dualpressurevalve)：圖10-21為一個安全回路。只有當(dāng)兩個按鈕閥1S1和1S2都壓下時，單作用氣缸活塞桿才伸出。若二者中有一個不動作，則氣缸活塞桿將回縮至初始位置。

1、換向閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

7.快速排氣閥（Quickexhaustvalve）：快速排氣閥可使氣缸活塞運(yùn)動速度加快，特別是在單作用氣缸