方向控制阀工作原理

第13章气动控制阀(Pneumatic control valves)

气动控制阀是控制、调节压缩空气的流动方向、压力和流量的气动元件，利用它们可以组成各种气动回路，使气动执行元件按设计要求正常工作。

13.1常用气动控制阀(Common pneumatic control valves)

和液压控制阀类似，常用的基本气动控制阀分为：气动方向控制阀、气动压力控制阀和气动流量控制阀。此外还有通过改变气流方向和通断以实现各种逻辑功能的气动逻辑元件。

13.1.1 气动方向控制阀(Pneumatic direction control valves)

气动方向控制阀是用来控制压缩空气的流动方向和气流通、断的气动元件。

13.1.1.1 气动方向控制阀的分类

气动方向控制阀和液压系统的方向控制阀类似，也分为单向阀和换向阀，其分类方法也基本相同。但由于气压传动具有自己独有的特点，气动方向控制阀可按阀芯结构、控制方式等进行分类。

1．截止式方向控制阀

芯的关系如图13.1

阀口开启后气流的流动方向。

点：

1）

构紧凑的大口径阀。

2

胶等）密封，当阀门关闭后始终存在背压，因此，密封性好、泄漏量小、勿须借助弹簧也能关闭。

3）因背压的存在，所以换向力较大，冲击力也较大。不适合用于高灵敏度的场合。

4）比滑柱式方向控制阀阻力损失小，抗粉尘能力强，对气体的过滤精度要求不高。

2. 滑柱式方向控制阀

滑柱式气动方向控制阀工作原理与滑阀式液压控制元件类似，这里不具体说明。

滑柱式方向控制阀的特点：

1）阀芯较截止式长，增加了阀的轴向尺寸，对动态性能有不利影响，大通径的阀一般不易采用滑柱式结构；

2）由于结构的对称性，阀芯处在静止状态时，气压对阀芯的轴向作用力保持平衡，容易设计成气动控制中比较常用的具有记忆功能的阀；

3）换向时由于不受截止式密封结构所具有的背压阻力，换向力较小；

4）通用性强。同一基型阀只要调换少数零件便可改变成不同控制方式、不同通路的阀；同一只阀，改变接管方式，可以做多种阀使用。

5）阀芯对介质的杂质比较敏感，需对气动系统进行严格的过滤和润滑，对系统的维护要求高。

13.1.1.2 常用的气动方向控制阀

1. 单向型方向控制阀

1）单向阀

其逻辑关系为“或”，图形符号如图。

3）与门型梭阀

A口才有输出；当P1或P2单独通气时，阀芯就被推至相对端，封闭截止型阀口；当P1和P2同时通气时，哪端压力低，A口就和哪端相通，另一端关闭，其逻辑关系为“与”，图形符号如图。

4）快速排气阀

快速排气阀是为加快气体排放速度而采用的气压控制阀。

如图13.5为快速排气阀的结构原理。当气体从P通入时，气体的压力使唇型密封圈右移封闭快速排气口e，并压缩密封圈的唇边，导通P口和A口，当P口没有压缩空气时，密封圈的唇边张开，封闭A和P通道，A口气体的压力使唇型密封圈左移，A、T通过排气通道e 连通而快速排气（一般排到大气中）。

2. 换向型方向控制阀

换向型方向控制阀（简称换向阀），是通过改变气流通道而使气体流动方向发生变化，从而达到改变气动执行元件运动方向的目的。它包括气压控制换向阀、电磁控制换向阀、机械控制换向阀、人力控制换向阀和时间控制换向阀等。

（1）气压控制换向阀

气压控制换向阀是利用气体压力使主阀芯和阀体发生相对运动而改变气体流向的元件。

1）气压控制换向阀的分类

按控制方式不同分为加压控制、卸压控制和差压控制三种。加压控制是指所加的控制信号压力是逐渐上升的，当气压增加到阀芯的动作压力时，主阀便换向；卸压控制是指所加的气控信号压力是逐渐减小的，当减小到某一压力值时，主阀换向；差压控制是使主阀芯在两端压力差的作用下换向。

气控换向阀按主阀结构不同，又可分为截止式和滑阀式两种主要型式。滑阀式气控换向阀的结构和工作原理与液动换向阀基本相同。在此只介绍截止式换向阀。

2）截止式方向控制阀

图13.6的状态，阀芯4P 与A 断开，A 与T 5与A 通道，封闭A 与T 图示为常断型阀，控制换向阀。

(2)阀

1) 单电控换向阀

由一个电磁铁的衔铁推动换向阀芯移位的阀称为单电控换向阀。单电控换向阀有单电控直动换向阀和单电控先导换向阀两种。

如图13.7为单电控直动式电磁换向阀的工作原理。靠电磁铁和弹簧的相互作用使阀芯换位实现换向。图示为电磁铁断电状态，弹簧的作用导通A 、T 通道，封闭P 口通道；电磁铁通

图13.8为单电控先导换向阀的工作原理。它是用单电控直动换向阀作为气控主换向阀的先导阀来工作的。图示为断电状态，气控主换向阀在弹簧力的作用下，封闭P口，导通A、T 通道；当先导阀带电时，电磁力推动先导阀芯下移，控制压力P1推动主阀芯右移，导通P、A 通道，封闭T通道。类似于电液换向阀，电控先导换向阀适用于较大通径的场合。

2) 双电控电磁换向阀

图示为左侧先导阀电磁铁通电状态。工作原理与单电控先导换向阀类似，不再叙述。

（4）时间控制换向阀

时间换向阀是通过气容或气阻的作用对阀的换向时间进行控制的换向阀。包括延时阀和脉冲阀。

1）延时阀

如图13.14为二位三通气动延时阀的结构原理。由延时控制部分和主阀组成。常态时，弹簧的作用使阀芯2处在左端位置。当从K 口通入气控信号时，气体通过可调节流阀4（气

换向阀换向； 气控信号消失后，气容中的气体通过单向阀快速卸压，当压力降到某值时，阀芯左移，换向阀换向。

2）脉冲阀

脉冲阀是靠气流经过气阻、气容的延时作用，使输入的长信号变成脉冲信号输出的阀。图13.15原理。P 使P 、A 相通，A 气容充气，面积不等，T 相通，A 冲信号。

13.1.2 气动压力控制阀在气动系统中主要起调节、降低或稳定气源压力、控制执行元件的动作顺序、保证系统的工作安全等作用。

13.1.2.1 气动压力控制阀的分类

气动压力控制阀分为减压阀（调压阀）、顺序阀、安全阀等。 13.1.2.2 常用的气动压力控制阀