第三章 气动控制元件

第三章 气动控制元件 control element
功能：
在气压传动系统中，气动控制元 件是用来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，以便能正 确地实现气动执行元件的预定动 作。
原理：
控制元件按功能和用途可分为： 控制和调节压缩空气压力的元件称为 压力控制阀pressure valves 。 控制和调节压缩空气流量的元件称为 流量控制阀flow control valves 。 改变和控制气流流动方向的元件称为 方向控制阀directional control valves 。
排气节流阀与换向阀联用
三、方向控制阀 （directional control valves）
作用：控制气体的流动方向和气路的通断。 气动方向控制阀按阀内气流的流动方向可分 为：单向型和换向型; 按阀芯的结构形式可分为：截止式和滑阀 式； 按密封形式可分为间隙式和软质密封式； 按不同的控制操纵力可分为电磁、气压、机 械、人工控制等。
2．溢流阀（安全阀）
safety valve
安全阀是用来防止系统内压力超过最 大许用压力以保护回路或气动装置的 安全。
工作原理
当系统中的压力 低于调定值时，阀处 于关闭状态（图a）。 当系统的压力升高到安全阀的开启压力时，压缩 空气推动活塞上移，阀门开启排气，直到系统压力 降至低于调定值时，阀口又重新关闭（图b）。 安全阀的开启压力通过调整弹簧的预压缩量来调节。
特点（相比油压）：
能源：集中供气，减压阀调压，向大气排气 泄露：允许少许外泄，内泄漏要求高 润滑：需外加润滑、防锈 压力：范围低，要耐冲击 使用：结构紧凑、重量轻，及集成，适于低 功率、小型化
一、压力控制阀（Pressure valves）
压力控制阀是用来控制气动系统中压缩 空气的压力，满足各种压力需求或用于 节能。压力控制阀有减压阀、安全阀 （溢流阀）和顺序阀三种。 这类阀的共同特点是：利用作用于阀芯 上的压缩空气压力和弹簧力相平衡的原 理来进行工作的。
排气节流阀的工作原理图
气流从A口进入阀内，由节流口节流后经消声套 O排出。因而它不仅能调节执行元件的运动速度， 还能起到降低排气噪声的作用。
排气节流阀的应用
排气节流阀通常安装在换 向阀的排气口处，与换向 阀联用，起单向节流阀的 作用。它实际上只不过是 节流阀的一种特殊形式。 由于其结构简单，安装方 便，能简化回路，故应用 日益广泛.
安全阀的工作原理图
3．顺序阀sequence
valve
顺序阀是依靠回路中的压力变化来控 制气动回路中各执行元件的先后顺序 的一种压力控制阀，常用来控制气缸 的顺序动作。 顺序阀和单向阀组合成单向顺序阀。
二、流量控制阀（flow control valves）
流量控制阀通过调节压缩空气的流量 来控制气动执行元件的运动速度。而 气体流量的控制是通过改变流量控制 阀的流通面积实现的。 常用的流量控制阀有节流阀、单向节 流阀、排气节流阀和柔性节流阀等。
双压阀伸出。若 二者中有一个不动作，则气缸活塞 杆将回缩至初始位置。
4、快速排气阀 （quick exhaust valve）
快排阀是为使气缸 快速排气，加快气 缸运动速度而设置 的专用阀，安装在 换向阀和气缸之间。
原理：当P口进气时， 推动膜片向下变形，打开P与A的通路，关闭O口；当P 口没有进气时，A口的气体推动膜片复位，关闭P 口，A口气体经口快速排出。
非门元件
原理：当a有 信号输入时s无信号 输出；当a无信号输 入时s有信号输出。 逻辑表达式： s≠ a 逻辑符号：见图b 应用：作反相元件 、禁门元件、 发信元件
双稳元件
原理：有控制信号a， 气源p从s1输出，撤 除控制信号a，s1保 持有输出，元件记忆 了控制信号a；当有了控制信号b，则s1关闭，气源p 从s2 输出，撤除控制信号 b ，s2仍保持有输出。 逻辑符号：见图b
双气控换向阀
换向阀的两侧有 两个控制口，但每次 只能输入一个信号。 原理：
左端通气，阀位于右位， P→B接通，A→O1； 右端通气，阀处于左位， P→A接通，B→O2排气。
气压延时式换向阀
是一种带有时间控制信号功能的换向阀 。
原理：由气容和一个单向节流阀组成。当K口通入气
压信号时， 此信号通过节流阀1的节流口进入气容 C，经过一定时间当压力达到一定值后，使主阀阀 芯向右移动而换向。
或门元件 与门元件 非门元件 禁门元件 双稳元件
截止式元件 滑阀式元件 膜片式元件
按结构形式分
是门元件
原理：p为气源输 入口，a为控制信号口
s为输出口。当a 有信
号输入时，气源气流 从s输出；当a无输入 信号时，s与排气口相通元件处于无输出状态 。显示活塞 3用以显示元件的输出状态。手动按钮1用于手动发讯。 逻辑表达式 ：s=a 逻辑符号：见图c 应用：信号波形的整形、隔容和信号的放大 。
当入口压力下降至一定值时，出口有 压力气体自动从排气口迅速排气的 阀，称为快速排气阀。快速排气阀可 使气缸活塞运动速度加快，特别是在 单作用气缸情况下，可以避免其回程 时间过长。
快速排气阀图的应用
用于使气动元件和装置迅速排气的场合。 譬如，把它装在换向阀和气缸之间，使 气缸排气时不用通过换向阀而直接排 空，可大大提高气缸运动。这对缸阀之 间是长管路回路尤明显。快速排气阀也 可用于气阀的速度控制。如图，按下手 动阀4，由于节流阀3的作用，气缸缓慢 进气。手动阀复位，气缸中的气体通过 快排阀2迅速排空，因而缩短了气缸回程 时间，提高了劳动生产率。
1、单向阀（no-return valve）
单向阀是指气流只能向一个方向流动 而不能反向流动的阀。
2、梭阀(shuttle valve)
梭阀又称为双向控制阀（或门梭 阀）相当于二个单向阀的组合。
有两个输入信号口1和一个输出信号口2。 若在一个输入口上有气信号，则与该输 入口相对的阀口就被关闭， 同时在输 出口2上有气信号输出。这种阀具有“或” 逻辑功能，即只要在任一输入口1上有 气信号，在输出口2上就会有气信号输 出。
1、节流阀throttle
节流阀常用的孔 口结构。 a）平板阀 b）针阀 c）球阀
2．单向节流阀
单向节流阀是由 单向阀和节流阀 组合而成，常用 于控制气缸的运 动速度，也称为 速度控制阀。
液气压传动与控制
工作原理
3.排气节流阀
排气节流阀的节流原理和节流阀一样， 也是靠调节通流面积来调节阀的流量的。 它们的区别是，节流阀通常是安装在系 统中调节气流的流量，而排气节流阀由 节流阀和消声器组成只能安装在排气口 处，调节排入大气的流量，以此来调节 执行机构的运动速度。
压力特性：它是指流量为定值时，输出 压力p2和输入压力p1之间的关系。输出 压力波动越小，减压阀的特性越好。输 出压力必须低于输入压力一定值才基本 上不随输入压力变化而变化。 流量特性：它是指输入压力—定时，输 出压力随输出流量Q的变化而变化的持 性。当流量Q发生变化时，输出压力的 变化越小越好。一般输出压力越低，它 随输出流量的变化波动就越小。
6.气动逻辑元件
含义：通过元件内部的可动部件的动 作改变气流方向来实现一定逻辑功能 的气动控制元件。 特点：抗污染能力强，无功耗气量 低，带负载能力强。
分类：
按工作压力分
高压元件（工作压力0.2～0.8MPa） 低压元件（工作压力0.02～0.2MPa） 微压元件（工作压力0.02MPa以下）
按逻辑功能分
（a）溢流式；（b）恒量排气式；（c）非溢流式
原理：压缩空气从阀左端 输入，经节流减压后从右 端输出，经阻尼管进入膜 片气室的部分气流，作用 在膜片下面产生向上推 力，此力能把阀口关小， 使输出压力下降；作用在 膜片上的推力与弹簧力互 相平衡，使阀的输出压力 保持稳定。
直动式减压阀
减压阀的压力特性和流量特性
5、换向阀reversing valve
换向型方向控制阀（简称换向阀）的功 用是改变气流通道，使气体流动方向发 生变化，从而改变气动执行元件的运动 方向。
(1)气压控制换向阀
它是利用压缩空气的压力推动阀芯换向。 分为： 加压控制 泄压控制 差压控制 延时控制
单气控换向阀 原理：当K口没有压缩气时，阀芯在弹簧力和P 腔空气体压力作用下，阀芯位于上端，A与O通 P不通。当K口有压缩空气输入时，阀芯下移P 与A通O不通。
与门元件
原理：当a、b 同 时有信号s 有信号输出； 当a、b 只有一个有信 号时，s 无信号输出。 逻辑表达式：
s =a · b
逻辑符号：见图b 应用：用作输入输出信号波形的整形、隔容和信 号的放大。
或门元件
原理：当a、b有 一个有气信号，s就有 信号输出；若a、b两 个均有输入，则信号 强者将关闭信号弱的 阀口，s仍然有气信号输出。 逻辑表达式 ：s = a + b 逻辑符号：见图b 应用：常用于两个或多个信号相加。例如要求加入手动 信号时 也可加入自动信号。
3、双压阀(dual pressure valve)
双压阀又称“与”门梭阀。在气动逻辑回 路中，它的作用相当于“与”门作用。
该阀有两个输入口1和一个输出口2。 若只有一个输入口有气信号，则输出 口2没有气信号输出，只有当双压阀的 两个输入口均有气信号，输出口2才有 气信号输出。双压阀相当于两个输入 元件串联。双压阀主要用于互锁控制、 安全控制、检查功能或者逻辑操作。
1．减压阀pressure reducing valve 作用： 减压、稳压
图形符号
减压阀（调压阀）是将较高的入口压力 调节并降低到符合使用的出口压力，并 保持调节后出口压力的稳定。 减压阀按压力调节方式可分为直动式和 先导式；按溢流结构分为溢流式、非溢 流式和恒量排气式三种。
减压阀溢流口结构
（2）电磁控制换向阀
是利用电磁力的作用推 动阀芯。分为直动式和先 导式两大类 直动式电磁换向阀 直动式电磁换向阀换向 阀又分为单电控和双电控 两种，工作原理与液压传 动中的电磁换向阀相似。