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第十二章气动控制元件,第一节方向控制阀,一、概述1方向控制阀的功能方向控制阀是控制压缩空气的流动方向和气路的通断，以控制执行元件动作的一类气动控制元件，它是气动系统中应用最多的一种控制元件。,气动控制元件是气动系统中控制压缩空气的流动方向、压力和流量的各类元件的总称。气动控制元件按功能可分为：方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀、实现逻辑功能的气动逻辑元件和射流元件。,2方向控制阀分类,3方向控制阀的表示方法,（a）常断型（b）常通型（c）常断型（d）常通型图12-1方向控制阀的表示方法,方向控制阀可以用其控制的接口数目来表示，每一个位置对应一个单独的方块。在一个位置上的接口数目叫做通，如图12-1（a）、(b)所示为二位二通阀，图12-1(c)、(d)所示为二位三通阀。也可将二位三通阀写成3/2阀，其中分母表示阀芯位置数，分子表示每个位置上的接口数。,方框外面的短线表示阀芯的初始位置，在初始位置上压缩空气气流路径是切断的，不能流通，像这样的阀称为常断型；反之，初始位置上压缩空气气流路径是流通的称为常通型。,3方向控制阀的表示方法,（a）常断型（b）常通型（c）常断型（d）常通型图12-1方向控制阀的表示方法,4.阀门的控制方式,5.方向控制阀接口的表示方法,为了说明在实际系统中阀门的位置并保证线路连接的正确性，明确控制回路和所用元件的关系，规定了阀的接口及控制接口用的表示方法。现在常用的表示方法有数字符号和字母符号两种。见表12-2。,方向控制阀接口表示方法的具体示例,在用字母符号表示时，一般用Z表示左边控制口，用Y表示右边控制口。在实际应用中一般多为数字符号表示。,图12-2方向控制阀接口的表示方法,1单向阀,单向阀是气体只能沿一个方向流动，反方向不能流动的阀。它与液压阀中的单向阀相似，如图12-3所示。,二、单向型方向控制阀,只允许气流沿着一个方向流动的方向控制阀，通称为单向型方向控制阀。,图12-3单向阀,2梭阀,梭阀又称为双向控制阀，相当于两个单向阀的组合，有两个输入口1，一个输出口2。不管压缩空气从哪一个进气口进入时，阀芯都将另一面的进气口封闭，使工作口2有空气输出。若两端进气口都有压缩空气输入时，按压力加入的先后顺序和压力的大小而定，若压力不同，则高压口的通路打开，低压口的通路关闭，2口输出高压的压缩空气。,图12-4梭阀,梭阀的逻辑功能,梭阀具有一定的逻辑功能，即任何一端有信号输入，就有信号输出，所以它也被称为“或”门型梭阀，多用于一个执行元件或控制阀需要从两个或更多的位置来驱动的场合。在实际操作中，梭阀的逻辑功能也可用两个3/2阀并联来实现。,梭阀的应用实例,用两个手动按钮SB1和SB2操纵气缸进退。当驱动两个按钮阀中的任何一个动作时，双作用气缸活塞杆都伸出。只有同时松开两个按钮阀，气缸活塞杆才回缩。梭阀应与两个按钮阀的工作口相连接，这样，气动回路图才可以正常工作。,图12-5梭阀的应用,3.双压阀,双压阀有两个进气口1和一个工作口2，当仅有一个进气口进气时，压缩空气推动阀芯，封住压缩空气的通道，使工作口2没有压力输出。若两个进气口1同时有压缩空气输入，且气压相同时，阀芯处于中位，此时，两个进气口与工作口相通，使工作口2有压缩空气输出。若两个进气口输入的压缩空气气压不同，那么，其中高压的那一端推动阀芯移动，使压力低的一端进气口与工作口相连，工作口输出低压力的压缩空气。,图12-6双压阀,双压阀的应用实例,只有当两个按钮阀SB1和SB2都压下时，单作用气缸活塞杆才伸出。若二者中有一个不动作，则气缸活塞杆将回缩至初始位置。,双压阀具有一定的逻辑特性，即进气口P1，P2仅有一个有输入，工作口A无输出。当两个进气口均有输入，工作口有输出，符合“与”门逻辑阀的工作特性，也被称为“与”门梭阀。,双压阀的逻辑功能,图12-7安全控制回路,4.快速排气阀,快速排气阀简称快排阀，是为使气缸快速排气，加快气缸运动速度而设置的，一般安装在换向阀和气缸之间。为了降低排气噪声，这种阀一般带消声器。如图所示，当进气口1进气时，推动膜片向下变形，打开进气口1与工作口2的通路，关闭排气口3；当1口没有进气时，2口气体推动膜片向上复位，关闭1口，2口气体经3口快速排出。,图12-8快速排气阀,快速排气阀的应用实例,快速排气阀用于使气动元件和装置迅速排气的场合。为了减小流阻，快速排气阀应靠近气缸安装，例如，把它装在换向阀和气缸之间（应尽量靠近气缸排气口，或直接拧在气缸排气口上），使气缸排气时不用通过换向阀而直接排出。如图12-9所示。,图12-9快速排气阀的应用,三、换向型方向控制阀,换向型方向控制阀的功用是通过各种控制方式使阀芯换向，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。换向型控制阀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。,1气压控制换向阀,气压控制换向阀是利用空气压力推动阀芯运动，使得换向阀换向，从而改变气体的流动方向的换向阀。气压控制换向阀分为加压控制、泄压控制、差压控制和延时控制。常用的是加压控制和差压控制。加压控制阀有单气控和双气控之分。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形式，下面分别通过单气控加压控制换向阀和双气控加压控制换向阀介绍其工作原理。,（1）单气控截止式换向阀,利用空气的压力与弹簧力相平衡的原理来进行控制的。图12-10（a）、（b）所示，当气控信号口12口没有压缩空气输入时，阀芯在弹簧力和1腔气体压力的作用下位于上端，阀口2与阀口3通，阀口3排气，1口关闭。当气控信号口12有压缩空气输入时，阀芯下移，进气口1与工作口2通，阀口2有压缩空气输出，阀口3关闭。故该阀为常闭型二位三通阀，当1与3口换接时，即成为常通型二位三通阀。图12-10（c）是其图形符号。,图12-10单气控截止式换向阀,截止式气控换向阀特点：,用很小的移动量就可以使阀完全开启，阀的流通能力强，便于设计成结构紧凑的大口径阀。截止阀一般采用软质材料（如橡胶等）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。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。比滑阀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）双气控滑阀式换向阀,图12-11（a）为12口有气控信号时阀的状态（此时信号14不存在），阀芯停在右边，其通路状态变为阀口1与4口、阀口2与3口相通。图12-11（b）为14口有气控信号时阀的状态，此时阀芯停在左边，其通路状态是进气口1与工作口2相通、工作口4与排气口5相通。双气控滑阀式换向阀具有记忆功能，即气控信号消失后，阀仍能保持在有信号时的工作状态。,图12-11双气控滑阀换向阀,滑阀式方向控制阀的特点：,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；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；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；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。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。,（3）气控换向阀的应用,气控换向阀结构简单、紧凑、密封可靠，多用于组成全气阀控制的气压传动系统或易燃、易爆、潮湿、粉尘大的工作条件下。,2电磁控制换向阀,电磁控制换向阀是利用电磁力的作用推动阀芯换向，从而改变气流的流动方向。按照电磁控制部分对换向阀的推动方式，可分为直动式和先导式两大类。,（1）直动式电磁换向阀,由电磁铁的衔铁直接推动换向阀阀芯换向的阀称为直动式电磁阀，它有单电控和双电控两种。这种阀阀芯的移动靠电磁铁，而复依靠弹簧，因而换向冲击较大，故一般只制成小型的阀。,直动式双电控5/2电磁阀的工作原理和职能符号图,它有两个电磁铁。图12-12（a）所示，当电磁铁线圈1YA通电、2YA断电时阀芯被推向右端，其通路状态是进气口1与工作口2、工作口4与排气口5相通。而当电磁铁线圈1YA断电时，阀芯仍处于原有状态，即具有记忆性；图12-12（b）所示，当电磁铁线圈2YA通电、1YA断电时阀芯被推向左端，其通路状态为阀口1与阀口4、阀口2与阀口3相通，1口进气，3口排气。若电磁铁线圈2YA断电，则气流通路仍保持原状态。图12-12（c）是其图形符号。,图12-12直动式双电控电磁阀,（2）先导式电磁换向阀,先导式电磁换向阀由电磁先导阀和主阀组成，它由电磁铁首先控制气路，产生先导压力，再由先导压力推动主阀阀芯，使其换向。按照该类换向阀有无专门的外接控制气口，可分为外控式和内控式两种。,先导式双电控5/2换向阀的工作原理,图12-13（a）所示，当电磁先导阀1的线圈1YA通电，而电磁先导阀2的线圈断电时，主阀左腔进气，右腔排气，主阀阀芯在气信号12的作用下向右移动。此时，主阀进气口1与工作口2相通、工作口4与排气口5相通。,图12-13先导式双电控5/2换向阀,如图13-13（b）所示，当电磁先导阀2的线圈2YA通电，而电磁先导阀1的线圈断电时，主阀右腔进气，左腔排气，主阀阀芯在气信号14作用下向左移动。此时，进气口1与工作口4相通、工作口2与排气口3相通，实现换向。,先导式双电控5/2换向阀的工作原理,图12-13先导式双电控5/2换向阀,先导式双电控电磁阀的特点及应用,先导式双电控电磁阀具有记忆功能，即通电换向，断电保持原状态。为保证主阀正常工作，两个电磁阀不能同时通电，即电路中要考虑互锁。由于先导式电磁控制换向阀便于实现电、气联合控制，所以应用广泛。,3.时间控制换向阀,时间控制换向阀是使气流通过气阻(如小孔、缝隙等)节流后到气容(储气空间)中，经一定时间容器内建立起一定压力后，再使阀芯换向的阀。,（1）延时换向阀,图12-14所示，由延时控制部分和主阀组成。常态时，弹簧的作用使阀芯处在左端位置。当从12口通入气控信号时，气体通过可调节流阀（气阻）使气容腔充气，当气容内的压力达到一定值时，通过阀芯压缩弹簧使阀芯向右动作，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。延时换向阀多用于不允许使用时间继电器（电控）的场合（如易燃、易爆、防尘等）。,图12-14延时换向阀,（2）脉冲阀,进气口1有输入信号时，由于阀芯上腔气容中压力较低，并且阀芯中心阻尼小孔很小，所以阀芯向上移动，使1、2相通，工作口2有信号输出，同时从阀芯中心阻尼小孔不断给上部气容充气，因为阀芯的上、下端作用面积不等，气容中的压力上升达到某值时，阀芯下降封闭1、2通道，阀口2和阀口3（排气口）相通，2口没有信号输出。这样，进气口1的连续信号就变成工作口2输出的脉冲信号。,图12-15滑阀式脉冲阀,第二节压力控制阀,在气压传动系统中，控制压缩空气的压力和依靠气压力来控制执行元件动作顺序的阀统称为压力控制阀。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。压力控制阀按其功能分为减压阀、安全阀（溢流阀）和顺序阀三种。,一、减压阀气动设备和装置的气源一般都来自压缩空气站。压缩空气站供给的压缩空气的压力通常都高于气动设备和装置的实际需要，且波动较大，因此需要用调节压力的减压阀来降低，使其调节到每台气动设备和装置实际需要的压力，并保持压力值的稳定。,1类型及工作原理,减压阀按压力调节方式，可分为直动式和先导式；按有无溢流机构，可分为有溢流机构和无溢流机构两种。直动式减压阀是利用手柄直接调节调压弹簧来改变阀的输出压力的一种减压阀。,QTY型直动式减压阀（带溢流）的结构,（a）实物图（b）结构图（c）图形符号图12-16QTY型直动式减压阀（带溢流）1-旋钮；2、3-弹簧；4-溢流阀座；5-膜片；6-膜片气室；7-阻尼管；8-阀芯；9-复位弹簧；10-进气阀口；1l-排气孔；12-溢流孔,2减压阀使用的注意事项,（1）普通型减压阀,出口压力不要超过进口压力的85；精密型减压阀，出口压力不要超过进口压力的90。（2）安装减压阀时，最好手柄在上，以便于操作。阀体上的箭头方向为气体的流动方向，安装时不要装反。阀体上的堵头可拧下来，装上压力表。（3）要防止油、水进入压力表中，注意压力表寿命。（4）连接管道安装前，要用压缩空气吹净或用酸浊法将锈屑等清洗干净。,2减压阀使用的注意事项,（5）在减压阀前安装分水过滤器，阀后安装油雾器，以防减压阀中的橡胶件过早变质。（6）减压阀不用时，应旋松手柄回零，以免使膜片经常受压而产生塑性变形。（7）使用塑料材料的减压阀应避免阳光直射，在化学溶剂的雾气中工作的减压阀其外部材料用金属。（8）减压阀底部螺塞处要留出60mm以上空间，以便于维修。,3减压阀的选择,（1）根据调压精度和调压范围来选择减压阀。气动调压阀的调压范围是指它的输出压力的可调范围，在此范围内要求达到规定的精度。调压范围主要与调压弹簧的刚度有关。为使输出压力在高低调定位下都能得到较好的流量特性，常采用两个并联或串联的调压弹簧。一般调压阀最大输出压力是0.6MPa，调压范围是0.10.6MPa。（2）按气流方向和减压阀上所示箭头的方向，依照过滤器减压阀油雾器的顺序安装减压阀。（3）常将过滤器、减压阀、油雾器组合成三联件使用。,二、安全阀,当管路中的压力超过允许压力时，为了保证系统的工作安全，往往用安全阀实现自动排气，使系统的压力下降。,1安全阀的功能当储气罐或气动回路中的压力超过一定值时，安全阀能立即打开放气，以阻止压力继续升高产生危险，在系统中起过压保护作用。,2工作原理,如图12-17b所示，当系统压力小于此阀的调定压力时，作用在阀芯3上的压力小于弹簧2的力，阀处于关闭状态图所示；如图12-17c所示，当系统压力升高，达到或超过安全阀的开启压力时，则阀芯3上移，打开阀门排气，直到系统压力降至调定范围以下时，阀口又重新关闭。安全阀的开启压力可由调节旋钮1调整弹簧2的预压缩量确定。,图12-17安全阀,三、顺序阀,气动装置中不便安装行程阀而要依据气压的大小来控制两个以上的气动执行机构的顺序动作时，就要用到顺序阀。顺序阀是依靠气路中压力的作用而控制执行组件按顺序动作的压力控制阀。,1顺序阀,在气动系统中，顺序阀通常安装在需要某一特定压力的场合，以便完成某一操作。只有达到需要的操作压力后，顺序阀才有气信号输出。其工作原理如图13-18所示。其开启压力由弹簧的预压缩量来控制。当输入压力达到或超过开启压力时，顶开弹簧，A口才有输出；反之，A口无输出。,2单项顺序阀,图12-19a所示，当压缩空气进入气腔4，并且作用在活塞3上的气压力超过弹簧2作用力时，活塞被顶起，压缩空气从P口经气腔4、5到A口输出。此时，单向阀6在压差及弹簧力的作用下处于关闭状态。图12-19b所示，当压缩空气反向流动时，P侧排气而变成排气口，A侧进气压力将顶开单向阀6由P口排气。调节旋钮l可改变单向顺序阀的开启压力，以便在不同的开启压力下，控制执行元件的顺序动作。,图12-18顺序阀,第三节流量控制阀,一、节流阀,节流阀是安装在气动回路中，通过调节阀的开度来限制流量的控制阀。,流量控制阀就是通过改变阀的流通截面积来实现流量控制的元件。流量控制阀包括节流阀、单向节流阀、排气节流阀等。,第三节流量控制阀,如图所示为圆柱斜切型节流阀的结构原理和职能符号图。压缩空气由1口进入，经过节流后，由2口流出。旋转阀芯调节手柄，就可改变节流口的开度，这样就调节了压缩空气的流量。由于这种节流阀的结构简单，体积小，故应用范围较广。,二、单向节流阀,单向节流阀是由单向阀和节流阀并联而成的组合式流量控制阀，它一般安装在主控阀和执行元件之间进行速度控制。,如图12-21a所示。当压缩空气从接口1流向接口2时，单向阀关闭，压缩空气经节流阀节流口通过，节流口的开口大小可以通过调节手柄进行调节。当反向流通时，如图13-21b所示，单向阀打开，不经节流口快速从接口1排出。单向节流阀常用于气缸的调速和延时回路。,2单向节流阀使用注意事项,安装时，应确认阀的流动方向没有装反。接头螺纹用手拧上后，用工具再旋23圈，安装力矩要适当。管接头螺纹上，一般都已涂好密封剂，通常可使用23次。顺时针旋转调节手轮。速度控制阀的调节圈数不得超过给定值。速度控制阀可能存在微漏。不得把它当截止阀使用。速度控制阀应保管在40以下的环境中，避免阳光直射。,图12-22所示为排气节流阀。其工作原理和节流阀相类似，靠调节节流口的流通面积来调节排气流量，从而调节执行元件的运动速度。另外，它带有消声器件，也能起到降低排气噪声的作用。,带消声器的排气节流阀通常装在换向阀的排气口上控制排入大气的流量以改变气缸的运动速度。它不仅能调节执行元件的运动速度，还带有消声器件，所以也能起降低排气噪声的作用。,三、排气节流阀,四、柔性节流阀,图12-23所示为柔性节流阀的工作原理图，依靠阀杆夹紧柔韧的橡胶管而产生节流作用，也可以利用气体压力来代替阀杆压缩胶管。柔性节流阀结构简单，压力降小，动作可靠性高。对污染不敏感，通常用于工作压力范围为0.30.63MPa的场合。,图12-23柔性节流阀,逻辑元件是指以压缩空气为介质，在控制信号作用下，通过其内部可动部件（如膜片、阀芯）的动作来改变气流流动方向，从而实现各种逻辑功能的元件。,第四节逻辑元件,一、逻辑元件的种类和特点,1特点逻辑元件抗污染能力强，对气源净化要求较低，通常元件在完成动作后，有关断能力，所以耗气量小。逻辑元件主要有两部分组成：一是开关部分，其功能是改变气体流动的通断，二是控制部分，其功能是当控制信号状态改变时，使开关部分完成一定的动作。,2分类,（1）按工作压力来分可分为高压元件（工作压力为0.20.8MPa）、低压元件（0.020.2MPa)及微压元件(工作压力0.02MPa以下)三种。（2）按逻辑功能分可分为“是”门元件、“非”门元件、“与”门元件、“或”门元件和双稳元件等。（3）按结构形式分可分为高压截止式逻辑元件、膜片式逻辑元件、滑阀式逻辑元件和其他气动逻辑元件等。,二、基本逻辑元件（高压截止式逻辑元件）,高压截止式逻辑元件的动作是依靠气压信号推动阀芯或通过膜片变形推动阀芯动作。改变气流通路以实现一定的逻辑功能。,1“与”门元件,“与”门元件有两个输入控制信号和一个输出信号，它的逻辑含义是只有两个控制信号同时输入时，才有信号输出。,图中A为信号输入孔，Y为信号输出孔。若将中间孔接另一输入信号B，为“与”门元件。由图可见，只有当A、B同时有输入信号时，Y才有输出，即Y=AB。,“与”门元件的逻辑功能,实际应用中一般以双压阀来实现“与”的逻辑功能。双压阀的逻辑功能如表所示。它只有在控制口A、B都有压缩空气输入时，Y口才有压缩空气输出；而若只有A口或B口有压缩空气输入时，输出口Y都没有压缩空气输出。表中，“A”、“B”表示控制信号，“Y”表示输出信号。在辑上用逻“1”和“0”表示两个对立的状态，“1”表示有信号输出，而“0”表示没有信号输出。应用：用作输入、输出信号波形的整形、隔容和信号的放大。,2“是”门元件,“是”的逻辑含义就是在控制的时候，只要有控制信号输入，就有信号输出。在气动控制系统中就是指凡是有控制信号就有压缩空气输出，没有控制信号就没有压缩空气输出。,在图12-24中，如果中间孔不接信号B而接气源P时，气源压力P使阀芯上移，关闭输出通道。当有信号从A口输入时，阀芯下移，气源气流可从Y口输出，为“是”门元件，即A有输入信号时Y就有输出，A无输入信号时Y无输出，元件的输入和输出信号之间始终保持相同的状态，即Y=A。,“是”门元件的逻辑功能,实际应用中可以用常断型3/2阀来实现“是”的逻辑功能。其逻辑功能见表12-4所示。应用：用于信号波形的整形、隔容和信号的放大。,3“非”门元件,“非”的逻辑含义与“是”相反，就是当有控制信号输入时，没有压缩空气输出；当没有控制信号输入时，有压缩空气输出。,图12-25所示为“非”门元件的工作原理。若P为气源时，A有信号输入则Y就没有输出，A没有信号输入则Y就有输出，即，此情况下元件为“非”门元件。,“非”门元件的逻辑功能,表13-5中的“非”门元件是常通型3/2阀，当有控制信号A时，阀左位接入系统，就没有信号Y输出；当没有控制信号A时，在弹簧力的作用下，阀右位接入系统，有信号Y输出。应用：作为反相元件、禁门元件和发信元件。,4“或”门元件,“或”门元件也有两个输入控制信号和一个输出信号，它的逻辑含义是只要有任何一个控制信号输入，就有信号输出。图12-26所示为“或”门元件的工作原理。A、B为输入信号，Y为输出信号。由图可见，在两个输入口中，只要有一个输入信号或同时有两个输入信号，Y都有输出，即Y=A+B。,“或”门元件的逻辑功能,如表12-6所示，“或”门元件的逻辑功能在气动控制中可以用梭阀来实现。应用：常用于两个或多个信号相加。例如：要求加入手动信号的同时，也可以加入自动信号。,5“禁”门元件,如图12-27所示为“禁”门元件的原理图，其中，A是B的禁止信号。当无禁止信号A时，信号B可通过，此时，输出端Y有信号输出。当有禁止信号A时，膜片在压缩空气的作用下使阀芯右移，B端进气口被堵住，也就是信号B被禁止通过，输出端Y无信号输出。可见A的输入信号对B的输入信号起“禁止”作用，即此情况下元件为“禁”门元件。,“禁”门元件的逻辑功能,如表13-6所示，“或”门元件的逻辑功能在气动控制中可以用