气动控制元件课件

气压传动及控制

—气动控制元件什么是气动系统控制元件？压力控制阀

减压阀、溢流阀、安全阀、顺序阀、压力比例阀、增压阀流量控制阀

节流阀、单向节流阀、排气节流阀、快速排气阀方向控制阀

换向阀、单向阀、梭阀主要内容什么是气动系统控制元件？在气动系统中，气动控制元件用来调节压缩空气的压力、流量和方向等，以保证执行机构按规定的程序正常进行工作。气动控制元件按功能可分为：压力控制阀流量控制阀方向控制阀调节和控制压力大小的控制元件称为压力控制阀。压力控制阀根据阀的作用，压力控制阀可分为：减压阀用来调节或控制气压的变化，并保持降压后的输出压力值稳定在需要的值上，确保系统压力的稳定。减压阀又称调压阀。溢流阀保证进口压力的稳定，当压力超过一调定值时，流体的一部分从排气口溢出，并在溢流过程中能保持回路中的压力基本稳定。安全阀保证气动回路或贮气罐的安全，当压力超过规定的最高值时，实现自动向外排气，使压力回到调定范围内。压力比例阀输出压力与输入信号成比例变化的阀。增压阀出口压力比入口压力大的阀。压力控制阀减压阀的作用用来调节或控制气压的变化，并保持降压后的输出压力值稳定在需要的值上，确保系统压力的稳定。压力控制阀---减压阀减压阀的分类减压阀的种类繁多，大致可按压力调节方式、排气方式、溢流量大小等等进行分类。压力控制阀---减压阀压力控制阀---减压阀按压力调节方式分类

按压力调节方式分，有直动式减压阀和先导式减压阀两大类。直动式减压阀是利用手柄或旋钮直接调节调压弹簧来改变减压阀输出压力；先导式减压阀是采用压缩空气代替调压弹簧来调节输出压力的。先导式减压阀又可分为外部先导式和内部先导式。当配管口径在20mm以上，而调整压力在0.7MPa以上的调压阀时，一般宜采用先导式结构。按排气方式分类

按排气方式可分为溢流式、非溢流式和恒量排气式三种。溢流式减压阀的特点是减压过程中从溢流孔中排出少量多余的气体，维持输出压力不变。非溢流式减压阀没有溢流孔，使用时回路中要安装一个放气阀，以排出输出侧的部分气体，它适用于调节有害气体压力的场合，可防止大气污染。恒量排气式减压阀始终有微量气体从溢流阀座的小孔排出，因而能更准确地调整压力，但有经常耗气的缺点，故一般用于输出压力要求调节精度高的场合。压力控制阀---减压阀按溢流量大小分类按溢流量大小可分为小溢流量型和大溢流量型。小溢流量型应用比较普遍。一般溢流式减压阀中的溢流孔孔径为1mm左右，在由高调定值调至向低调定值时，必须花费较长时间才能使空气溢流，为了解决这个问题，需要具有大溢流量的溢流结构的减压阀，称为大溢流量型减压阀。压力控制阀---减压阀减压阀的结构原理直动式减压阀的结构原理顺时针方向旋转手柄，经过调压弹簧，推动膜片下移，膜片又推动阀杆下移，进气阀芯被打开，使出口压力增大。同时，输出气压经反馈通道在膜片上产生向上的推力。这个作用力总是企图把进气阀关小，使出口压力降低，这样的作用称为负反馈。当作用在膜片上的反馈力与弹簧的作用力相平衡时，减压阀便有稳定的压力输出。当减压阀输出负载发生变化，如流量增大时，则流过反馈通道处的流速增加，压力降低，进气阀被进一步打开，使出口压力恢复到接近原来的稳定值。反馈通道的另一作用是当负荷突然改变或变化不定时，对输出的压力波动有阻尼作用。压力控制阀---减压阀的构造原理当减压阀的进口压力发生变化时，出口压力直接由反馈通道进入膜片气室，使原有的力平衡状态破坏，改变膜片、阀杆组件的位移和进气阀的开度及溢流孔的溢流作用，达到新的平衡，保持其出口压力不变。逆时针旋转手柄，调压弹簧放松，气压作用在膜片的反馈力大于弹簧作用力，膜片向上弯曲，此时阀杆的顶端与溢流阀座脱开，气流经溢流孔从排气孔排出，在复位弹簧和气压作用下，阀芯上移，减小进气阀的开度直至关闭，从而使出口压力逐渐降低直至回到零位状态。由此可知，溢流式减压阀的工作原理是：靠进气阀口的节流作用减压；靠膜片上的力平衡作用和溢流孔的溢流作用稳定输出压力；调节手柄可使输出压力在规定的范围内任意改变。压力控制阀---减压阀压力控制阀---减压阀先导式减压阀的工作原理先导式减压阀工作原理和结构与直动式调压阀基本相同，所不同的是，先导式调压阀的调压气体一般是由小型的直动式减压阀供给，用调压气体代替调压弹簧来调整输出压力。先导式减压阀可分为内部先导和外部先导。压力控制阀---减压阀内部先导式减压阀的工作原理内部先导式减压阀是将小型直动式减压阀装在主阀内部，来控制主阀输出压力。它的先导控制部分是由喷嘴、挡板、固定节流孔及气室所组成的喷嘴挡板环节。由于先导气压的调节部分采用了具有高灵敏度的喷嘴挡板机构，当喷嘴与挡板之间的距离发生微小变化时（零点几毫米），就会使气室中压力发生很明显的变化，从而引起膜片有较大的位移，并去控制阀芯的上下移动，使阀口开大或开小，提高了对阀芯控制的灵敏度，故有较高的调压精度。压力控制阀---减压阀外部先导式减压阀的工作原理外部先导式减压阀的主阀没有弹簧，作用在膜片上的力是靠主阀外部的一只小型直动溢流式减压阀供给压缩气体来控制膜片上下移动，实现调整输出压力的目的外部先导式减压阀又称远距离控制式减压阀。压力控制阀---减压阀压力控制阀---减压阀压力控制阀---减压阀减压阀的基本性能进口压力p1：气动回路中使用的压力一般为0.25～1.00MPa，故一般规定最大进口压力为1.00MPa。调压范围：是指减压阀输出压力p2的可调范围。在此压力范围内，要求达到规定的调节精度。调压范围主要与调压弹簧的刚度有关。一般减压阀的调压范围分为：低压用，调压范围0～0.25MPa；中压用，调压范围0～0.63MPa和0～1.00MPa两种；高压用，调压范围有0.05～1.60MPa和0.05～2.50MPa两种。额定流量为限制气体流过减压阀造成的压力损失过大，规定气体通过阀通到的流速在15～25m/s范围内，计算各种通径的阀允许通过的流量，并对这些值加以规范而得到的流量值称其为额定流量。压力控制阀---减压阀减压阀的压力特性表示流量Q为定值时，由于输入压力p1的波动而引起输出压力p2的波动的特性。输出压力波动越小，减压阀的压力特性越好。从理论上讲，输入压力变化时，输出压力应保持不变。实际上，输出压力比输入压力大约低0.1MPa，才基本上不随进口压力波动而波动。压力控制阀---减压阀压力控制阀---减压阀流量特性

表示输入压力p1为定值时，输出压力p2随输出流量Q变化的特性。减压阀性能的好坏，主要看当输出流量有变化时，所调定的输出压力p2是否在允许的范围内变化。压力控制阀---减压阀压力控制阀---减压阀为了改善减压阀的压力特性和流量特性，宜采用平衡式进气阀芯结构形式。即进气阀芯上部与下部沟通，都受输出压力p2的作用，且上部与下部的有效面积相等。这样，输入压力的波动将不影响输出压力。减小弹簧刚度，加大膜片的有效面积，都能改善流量特性。用压缩空气（如外部先导阀）代替调压弹簧也可提高流量特性。压力控制阀---减压阀减压阀的选型根据调压精度的不同，选择不同形式的减压阀。要求出口压力波动小时，如出口压力波动不大于工作压力最大值±0.5%，则选用精密减压阀。根据系统控制的要求，如需遥控或通径大于20mm以上时应选用外部先导式减压阀。确定阀的类型后，由所需最大输出流量选择阀的通径，决定阀的气源压力时应使其大于最高输出压力0.1MPa。压力控制阀---减压阀安全阀的作用是限制回路中的最高压力，当回路压力达到最大值时，能自动排气。安全阀的结构如图所示。安全阀主要用于贮气罐和重要的气路中起安全保护作用。压力控制阀---安全阀气动压力比例阀是输出压力与输入信号成比例的气动控制阀。根据电－机械变换器的不同，压力比例阀又可分比例电磁铁型和电磁阀开关型等。比例电磁铁型压力比例阀采用比例电磁铁作为电－机械变换器，其吸力与输入信号电流大小成正比，根据这个吸力和输出压力相平衡来调压。电磁开关型采用由高速开关电磁阀组成的先导控制单元来控制主阀的压力，同样可以实现输入信号和输出压力的比例控制。压力控制阀---压力比例阀压力控制阀---压力比例阀压力控制阀---压力比例阀压力控制阀---压力比例阀工厂的气源压力一般不高于1MPa。但有些情况需要少量、局部高压气体，可以通过增压阀，将工厂气路中的压力增高2倍或4倍。这样作与建立高压气源相比，可节省成本和能源。压力控制阀---增压阀压力控制阀---增压阀在气动系统中，对气缸运动速度、信号延迟时间、气缓冲气缸的缓冲能力等的控制，都是依靠控制流量来实现的。控制流量的方法很多，大致可分成两大类。一类是不可调的流量控制，如细长管、孔板等；另一类是可调的流量控制，如喷嘴挡板机构、各种流量控制阀等。流量控制阀流量控制阀是通过改变阀的流通面积来实现流量控制的元件。流量控制阀可分为:节流阀单向节流阀（或称速度控制阀）排气节流阀快速排气阀等。流量控制阀作用调节流量。原理结构原理如图所示。通过改变阀的流通面积来调节流量的。节流特性节流阀的节流特性是指调节杆的位移量与通过阀的流量之间的关系。当阀的位移量小时节流阀的流量变化较大，即调节比较灵敏，且在一定范围内呈线性变化。为使针阀能进行微小流量的调节，调节螺杆用细牙螺纹。流量控制阀---节流阀流量控制阀---节流阀节流阀的结构原理节流阀节流特性曲线单向节流阀是由单向阀和节流阀组合而成的流量控制阀，常用于气缸的速度控制，又称速度控制阀。速度控制阀在回路中有两种连接方式：排气节流方式和进气节流方式。原理当气流沿着一个方向，由P→A流动时，经过节流阀节流；反方向流动时，由A→P单向阀打开，不节流。流量控制阀---单向节流阀节流特性速度控制阀的节流特性曲线是在0.5MPa入口压力下，节流阀杆旋转圈数与通过流量之间的关系曲线。在曲线的线性段，速度改变比较均匀；在曲线的水平段，属于调节死区；在曲线很陡的段，微调性能不好。流量控制阀---单向节流阀流量控制阀---单向节流阀单向节流阀的结构原理流量控制阀---单向节流阀流量控制阀---单向节流阀进气节流方式排气节流方式流量控制阀---单向节流阀电/气流量比例阀与比例电磁铁型压力比例阀的结构相类似。其工作原理是比例电磁铁在控制输入信号的作用下，产生一个吸引力直接驱动阀芯位移，并与作用在阀芯上的弹簧力相平衡，线圈电流和阀的开度（有效断面积）成比例，从而实现输出流量与输入控制信号成比例关系。流量控制阀---流量比例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气动控制元件，它是气动系统中应用最广泛的一类阀。根据方向控制阀按气流在阀内的作用方向，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。方向控制阀按阀的切换位置和接口数目分类阀的切换位置称为“位”，有几个切换位置的阀就称为“几位”阀。经常使用的有“二位”阀和“三位”阀。阀的接口（包括排气口）称为“通”，有几个管接口就称为“几通”。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。现将常用的二位阀和三位阀的图形符号列于下表中方向控制阀---换向阀的分类方向控制阀---换向阀的分类按阀的控制方式分类按阀的控制方式主要有电磁控制、气压控制、人力控制和机械控制等类型。电磁控制：电磁线圈通电时，静铁芯对动铁芯产生电磁吸力，利用电磁力使阀芯切换，以改变气流方向的阀。易于实现电气联合控制和复杂的控制，能实现远距离操作，得到广泛使用。气压控制：靠气压力使阀芯切换以改变气流方向的阀。在易燃、易爆、潮湿、粉尘大、强磁场和高温等恶劣工作环境中使用。人力控制：依靠人力使阀芯切换的换向阀。可分为手动和脚动阀。机械控制：用凸轮、撞块或其他机械外力推动阀芯动作，实现换向的阀。这种阀常作为信号阀使用。常在全气动系统中使用。方向控制阀---换向阀的分类按阀的动作方式分类按阀的控制方式分类，可分为直动式和先导式。直动式：直接依靠电磁力、气压力、人力和机械力使阀芯换向的阀，称为直动式换向阀。直动式换向阀的通径较小。常用于小流量控制或作为先导式电磁阀的电磁先导阀使用。先导式：由先导阀和主阀组成。依靠先导阀输出的气压力，通过控制活塞等推动主阀阀芯换向。通径大的换向阀大都为先导式换向阀。先导式换向阀又分为内部先导式和外部先导式。先导控制的气源是主阀提供的为内部先导式；先导控制的起源是外部供给的为外部先导式；外部先导式换向阀的切换不受换向阀使用压力大小的影响，故该类换向阀可以在低压或真空压力条件下工作。方向控制阀---换向阀的分类按控制数分类按控制数可分成单控式和双控式。单控式是指阀的一个工作位置由控制信号获得，另一个工作位置是当控制信号消失后，靠其它力来获得。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，混合复位可减小复位活塞的直径。双控式是指阀有两个控制信号。对两位阀，两个阀位分别由一个控制信号获得。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，这种阀称为具有记忆功能的阀。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。方向控制阀---换向阀的分类按阀芯结构形式分类阀芯结构形式是影响阀的特性的重要因素之一。常用的阀芯结构形式有滑柱式、截止式、滑柱截止式等。滑柱式 它是利用带有环形槽的圆柱阀芯，在阀套内做轴向移动来改变气流的通路。这种阀的特点是：由于结构的对称性，静止时用气压保持轴向力平衡，容易做到记忆功能。切换时，不受背压阻力，所以换向力小，动作灵敏。通用性强。同一基型，只要调换少数零件便可变成不同的控制方式。同一个阀，稍加改变，可以得到多种通路。阀芯的换向行程较截止式长，故大通径的阀最好不采用滑阀式结构。滑阀的阀芯对介质比较敏感，对气动系统的过滤、润滑、维护要求较高。滑动部分需精密加工，故制造成本高。方向控制阀---换向阀的分类截止式：用大于导管直径的圆盘或其它形状的密封件作轴向移动来切换空气通路的阀。用很小的移动量，便可使阀芯完全开启。截止阀的流通能力强，大通径的气阀都采用截止式阀芯结构。截止式阀芯一般采用软质平面密封，故泄漏很小，能吸收阀芯关闭时的冲击力。开闭件的磨损小。对气源处理要求比滑柱式低。阀芯关闭时，阀芯上始终存在入口压力的作用，对密封有利，但是会形成很大的切换阻力。通径大的截止阀，采用气压控制或先导控制。阀的通口多时，结构太复杂，主要用于二通阀和三通阀。滑柱截止式：发挥滑柱式和截止式阀芯的优点，避开其缺点的一种结构形式。方向控制阀---换向阀的分类方向控制阀---换向阀的分类按密封形式分类按密封形式可分为间隙密封和弹性密封。间隙密封又称硬质密封或金属密封。它是靠阀芯与阀套内孔之间很小的间隙（2～5μm）来维持密封。因为间隙小，故制造精度要求高，对工作介质中的硬质微粒很敏感，希望气源过滤精度不低于5μm。阀的换向灵敏，切换频率高。换向时冲击力较大，故要在适当位置增加切换阻力加以缓冲。使用温度较宽。弹性密封又称软质密封或非金属密封。即在各工作腔之间加合成橡胶等材料制成的各种密封圈来保证密封。弹性密封与间隙密封相比，制造精度可低些。泄漏少。对工作介质的过滤要求低些，过滤精度一般为40～60μm。弹性密封件受温度影响，阀的使用温度为5-60℃方向控制阀---换向阀的分类方向控制阀---换向阀的分类方向控制阀---换向阀的分类按连接形式分类按连接形式可分为管式连接、板式连接、法兰连接和集装式连接。管式连接有两种。一种是阀体上带螺纹管，一种是带快换接头。对于不复杂的气动系统，管式连接简单，但装拆维修不便。拆下阀时，先要拆下配管。板式连接需配专用的过渡连接板，管路与连接板连接，阀固定在连接板上。装拆时不必拆卸管路。对复杂气动系统维修方便。法兰连接主要用于大通径的阀上。集装式连接是将多个板式连接气阀安装在集装块上。各气阀的气源口和排气口可以共用，排气口也可单独排气。这种方式可节省空间、减少配管，便于维修。方向控制阀---换向阀的分类方向控制阀---换向阀的分类方向控制阀---换向阀的分类电磁换向阀电磁换向阀是气动控制元件中最主要的元件，品种繁多，结构各异。电磁阀的电磁铁可分为直流电磁铁和交流电磁铁，在使用过程中多要注意，由于电磁铁为感性元件，当断电时会产生电压很高的感应电动势，有些情况需要加触点保护电路。直动式电磁阀的原理。先导式电磁阀的原理内部先导：使用时压力过低，换向不稳定。外部先导方向控制阀---电磁换向阀方向控制阀---电磁换向阀方向控制阀---电磁换向阀方向控制阀---电磁换向阀方向控制阀---电磁换向阀方向控制阀---电磁换向阀方向控制阀---电磁换向阀方向控制阀---电磁换向阀气控换向阀气动换向阀是靠气压力使阀芯切换的阀。该气压称为先导压力或控制压力，由外部供给。气控换向阀相当于去掉电磁控制换向阀的电磁和先导部分，保留主阀部分。二位三通单气控滑柱截止型气阀的结构原理图。方向控制阀---气控换向阀机械控制换向阀靠机械外力使阀芯切换的阀称为机械控制换向阀。主阀部分与电磁阀的主阀类似。操作机构可分为：直动式、滚轮式、横向滚轮式、杠杆滚轮式、可调杆式、可调杠杆滚轮式和可通过式等。直动式机控阀不能承受非轴向推力。滚轮式机控阀加一个滚轮使撞块沿滚轮切向接触，再由滚轮传力给推杆，这样可减少推杆受到的侧向力。杠杆滚轮式是借助杠杆以增大推杆的向下压力。可通过式又称为单向动作杠杆滚轮式。撞块正向运动时，阀芯被压下。可走过滚轮，阀芯靠弹簧力返回。撞块返回时，由于头部小杠杆可折回，阀芯不动，不换向。方向控制阀---机械控制换向阀方向控制阀---机械控制换向阀方向控制阀---机械控制换向阀方向控制阀---机械控制换向阀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。与机控换向阀的区别，仅操作机构有所不同。人力控制阀的操作机构有按钮式、旋钮式、锁式、推拉式、肘杆式和脚踏式。旋钮式、锁式、推拉式、肘杆式都具有定位功能或自保持功能，称为双稳态功能。即阀被切换后，撤出人力操作，能保持切换后的阀芯位置不变。要改变切换位置，必须反向施加操作力。按钮式无保持功能，除去操作力，阀芯靠弹簧复位，称为单稳态功能。方向控制阀---人力控制换向阀方向控制阀---人力控制换向阀流量特性：流量特性有三种表示方法：有效截面积S、流通能力C值（或Cv值）及通过额定流量时阀前后的压降。具体内容请参阅第一章有关内容。阀的流量特性是选择阀的重要依据。响应时间:指阀在额定压力下从接受控制信号开始到换向动作完成的一段时间。动作频率在保证正常换向的条件下，单位时间内往复切换的最高次数。最低动作频率是指元件在长期不使用时，为保证元件使用性能，必须使其30天动作一次。方向控制阀---换向阀的主要技术指标压力范围压力范围包括最高工作压力和最低工作压力。目前，最高工作压力根据我国实际使用情况定为0.8MPa。最低工作压力是指电磁阀能正常工作的最低输入压力。温度范围温度范围包括介质温度和环境温度。其中，流入电磁阀的压缩空气的温度称为介质温度；电磁阀工作场所的温度称为环境温度。通常，电磁阀的介质温度为0～55℃，环境温度为-10～55℃，相对湿度不大于95%。方向控制阀---换向阀的主要技术指标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：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。根据任务要求选择阀的机能。方向控制阀---换向阀的选用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。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。方向控制阀---换向阀的选用单向型方向阀有