第五节 方向控制阀

第五节方向控制阀方向控制阀是用来控制管道内压缩空气的流动方向和气流通断的元件，它是气动系统中应用最广泛的一类阀。

按气流在阀内的作用方向，方向控制阀可分为单向型方向控制阀和换向型方向控制阀两类。

只允许气流沿一个方向流动的方向控制阀称为单向型方向控制阀，如单向阀、梭阀、双压阀等。

可以改变气流流动方向的方向控制阀称为换向型方向控制阀，简称换向阀。

一、换向型方向控制阀1.分类（1）按阀的控制方式分类阀的控制方式主要有气压控制、电磁控制、人力控制和机械控制等类型。

（2）按阀的工作位置分类阀的工作位置称为“位”，有几个切换工作位置的阀就称为“几位”阀。

经常使用的有“二位”阀和“三位”阀。

阀在未加控制信号或被操作时所处的位置称为零位。

（3）按阀的接口数目分类阀的接口（包括排气口）称为“通”，阀的接口包括入口、出口和排气口，但不包括控制口。

常见的阀有两通、三通、四通、五通。

根据阀的切换位置和接口数目，便可叫出阀的名称，如二位二通阀、三位五通阀等。

二位和三位换向阀的图形符号见表13－3。

（4）按阀芯结构形式分类常用的阀芯结构形式有截止式、滑柱式两大类。

表13－3 二位和三位换向阀的图形符号（5）按控制数分类 他力来获得（称为复位方式）。

如靠弹簧力复位称为弹簧复位；靠气压力复位称为气压复位；靠弹簧力和气压力复位称为混合复位。

混合复位可减小阀芯复位活塞直径，复位力越大，阀换向越可靠，工作越稳定。

双控式是指阀有两个控制信号，对二位阀采用双控，当一个控制信号消失，另一个控制信号未加入时，能保持原有阀位不变，称阀具有记忆功能。

对三位阀，每个控制信号控制一个阀位。

当两个控制信号都不存在时，靠弹簧力和（或）气压力使阀芯处于中间位置。

（6）按阀的安装连接方式分类 阀的连接方式有管式连接、板式连接、法兰连接和集成式连接等。

2.几种典型换向型方向控制阀（1）气压控制换向阀 气压控制换向阀是靠外加的气压信号为动力切换主阀，控制回路换向或开闭。

外加的气压称为控制压力。

气压控制适用于易燃、易爆、潮湿和粉尘多的场合、操作安全可靠。

按照作用原理气控换向阀可分为加压控制、泄压控制和差压控制三种类型。

加压控制是给阀开闭件上以逐渐增加的压力值，使阀换向的一种控制方式；卸压控制是给阀开闭件以逐渐减少的压力值，使阀换向的一种控制方式；差压控制是利用控制气压作用在阀芯两端不同面积上所产生的压力差，来使阀换向的一种控制方式。

1）单气控加压式换向阀 图13－27所示是二位三通单气控加压截止式换向阀的工作原理图。

K 口没有控制信号时的状态，阀芯在弹簧与P 腔气压作用下，使P 、A 口断开。

A 、O 口接通，阀处于排气状态。

当K 口有控制信号时（图 13－27 b ），P 、A 口接通，A 与O 口断开，A 口进气。

图13－27单气控加压截止式换向阀的工作原理图13－27 单气控加压截止式换向阀的工作原理图13－28 气控阀工作原理 a ）双气控滑阀 b ）单气控滑阀2）双气控加压式换向阀 图13－28所示为气控阀工作原理图，单控式气控阀靠弹簧力复位。

对双气控或气压复位的气控阀，如果阀两边气压控制腔所作用的操作活塞面积存在差别，导致在相同控制压力同时作用下，驱动阀芯的力不相等，而使阀换向，则该阀为差压控制阀。

对气控阀在其控制压力到阀控制腔的气路上串接一个单向节流阀和固定气室组成的延时环节就构成延时阀。

控制信号的气体压力经单向节流阀向固定气室充气，当充气压力达到主阀动作要求的压力时，气控阀换向，阀切换延时时间可通过调节节流阀开口大小来调整。

图13－28气控阀工作原理a ）双气控滑阀b ）单气控滑阀 （2）电磁控制换向阀 电磁换向阀是气动控制元件中最主要的元件。

按动作方式分有直动式和先导式；按密封形式分有间隙密封和弹性密封；按所用电源分有直流电磁换向阀和交流电磁换向阀。

1）直动式电磁换向阀 直动式电磁换向阀是利用电磁力直接推动阀芯换向。

根据操纵线圈的数目有单线圈和双线圈，可分为单电控和双电控两种。

直动式电磁阀的特点是结构简单、紧凑，换向频率高，但当用于交流电磁铁时，如果阀杆卡死就有烧坏线圈的可能。

阀杆的换向行程受电磁铁吸图13－29单电控直动式电磁阀工作原理a ）断电状态b ）通电状态c ）符号。

1－电磁线圈 2－阀芯图13－30 双电控直动式电磁阀工作原理 1、3－电磁铁 2－阀芯合行程的控制，因此只适用于小型阀。

图13－29所示为单电控直动式电磁阀工作原理。

电磁线圈未通电时，P 、A 断开，A 、T 相通；电磁线圈通电时，电磁力通过阀杆推动阀芯向下移动，使P 、A 接通，T 与A 断开。

图13－29单电控直动式电磁阀工作原理 图13－30 双电控直动式电磁阀工作原理1、3－电磁铁2－阀芯a ）断电状态b ）通电状态c ）符号。

1－电磁线圈2－阀芯图13－30所示为双电控直动式电磁阀工作原理。

电磁铁1通电、电磁铁3断电时，阀芯2被推至右侧，A 口有输出，B 口排气。

若电磁铁1断电，阀芯位置不变，仍为A 口有输出，B 口排气，即阀具有记忆功能，直到电磁铁3通电，则阀芯被推至左侧，阀被切换，此时B 口有输出，A 口排气。

同样，电磁铁3断电时，阀的输出状态保持不变，使用时两电磁铁不允许同时得电。

2）先导式电磁换向阀 先导式电磁阀是由小型直动式电磁阀和大型气控换向阀构成。

（3）机械控制换向阀 靠机械外力使阀芯切换的阀称为机控阀，它利用执行机构或者其他机构的机械运动，借助阀上的凸轮、滚轮、杠杆或撞块等机构来操作阀杆，驱动阀换向。

常用机械操作形式如图13－31所示。

机控阀不能用作挡块或停止器使用。

图13－32单向阀工作原理图 a ）A －P 关闭状态 b ）P －A 开启状态图13－31 常用的机械控制方式（a）结构b）直动式c）滚轮杠杆式d）单向滚轮杠杆式（4）人力控制换向阀靠手或脚使阀芯换向的阀称为人力控制换向阀。

手动阀和机控阀，常用来产生气信号用于系统控制，但其操作频率不能太高。

二、单向型方向控制阀13－32单向阀工作原理图a ）A －P 关闭状态b ）P －A 开启状态图13－32为单向阀的工作原理图。

图13－32a ）是单向阀进气腔P 没有压缩空气时的状态。

此时活塞在弹簧力和工作腔气体余压作用 下处于关闭状态，从A 向P 方向气流不通。

图13－32 b ）为进气腔P 有压缩空气进入，气体压力克服弹簧力和摩擦力，单向阀处于开启状态，气流从P 腔向A 方向流动。

图13－33为单向阀结构。

图13－34 梭阀工作原理图和结构图a ）P 1进气状态b ）P 2进气状态c ）图形符号 1－阀座 2－阀体 3－阀芯 4－O 形圈（2）梭阀 梭阀相当于是两个单向阀组合的阀，其作用相当于“或”门逻辑功能。

工作原理如图13－34 所示，它有两个进气口P 1和P 2，一个出口A ，其中P 1和P 2都可与A 相通，但P 1和P 2不相通。

无论P 1或P 2有信号，A 口都有输出。

当P 1和P 2都有信号输入时，A 口将和较大的压力信号接通；若两边压力相等，A 口一般将和先加入的信号输入口接通较大的压力信号接通，有时决定于阀芯的原始状态。

图13－35 双压阀结构图和工作原理图a ）A 无输出b ）A 无输出c ）A 有输出d ）图形符图13－33 单向阀结构1－弹簧 2－阀体 3－阀芯梭阀与单向阀不同，没有复位弹簧，全靠气压密封。

所以，密封表面的质量要求较高。

把阀芯推向一边并保证密封的气压尽量要低，防止阀芯停止在中间位置造成浪费气体或发生误动作。

一般梭阀的最低工作压力要求在0.05MPa 左右。

（3）双压阀 双压阀的作用相当于“与”门逻辑功能。

图13－35所示为双压阀，有两个输入口 P 1 、P 2，一个输出口 A 。

只有当两个输入都进气时，A 口才有输出，当P 1与P 2口输入的气压不等时，气压低的通过A 口输出。

双压阀常应用在安全互锁回路中。

（4）快速排气阀 当气缸或压力容器需短时间排气时，在换向阀和气缸之间加上快速排气阀，这样气缸中的气体就不再通过换向阀而直接通过快速排气阀排气，加快气缸运动速度。

尤其当换向阀距离气缸较远，在距气缸较近处设置快速排气阀，气缸内气体可迅速排入大气。

图13－36为快速排气阀的一种结构形式。

当P 口进气后，阀芯关闭排气口 T ，P 与A 相通，A 有输出；当P 口无气输入时，A 口的气体使阀芯将P 口封住，A 与T 接通，气体快速排出，通口流通面积大、排气阻力小。

图13－36快速排气阀结构图和工作原理图a ）进气b ）排气三、方向控制阀的选择合理地选用各种控制阀是设计气动控制系统的重要环节，能保证气动系统准确、可靠、成本低、耗气量小。

选择控制阀应注意如下几点：1）阀的技术条件与使用场合是否一致 如气源压力的大小、电源条件（交直流、电压等）、介质温度、环境温度、湿度、粉尘状况、振动情况等。

2）根据任务要求选择阀的机能。

图13－35 双压阀结构图和工作原理图a ）A 无输出b ）A 无输出c ）A 有输出d ）图形符图13－36 快速排气阀结构图和工作原理图a ）进气b ）排气3）根据执行元件需要的流量，选择阀的通径及连接管径的尺寸对于直接控制气动执行元件的主阀，需根据执行元件在工作压力状态下的额定流量来选择阀的通径。

选用阀的流量应略大于所需要的流量。

对于信号阀（手控阀、机控阀），应根据它所控制的阀的远近、控制阀的数量和要求的动作时间等因素来选择阀的通径。

4）根据使用条件选择阀的结构形式如要求泄漏量小，应选用软质密封的阀。

如气源过滤条件差，应选用截止阀。

如容易发生爆炸的场合，应选用气控阀。

如需要远距离控制的情况，可选用电磁阀。