液压与气压传动-第10章

10.1气压传动基本知识10.1.1气压传动系统的组成图10-5所示为典型气压传动系统的组成示意图。气压传动与液压传动都是利用流体作为工作介质，具有许多共同点，气压传动系统类似于液压系统，也可以由以下五部分组成:

1.气源装置把将原动机提供的机械能转变为气体压力能，并为系统提供压缩空气的装置称为气源装置，它是作为气压传动系统的动力源。2.执行元件执行元件是将压缩空气的压力能转变为机械能的能量转换元件，并对外做功，驱动执行机构作往复或旋转运动。下一页返回10.1气压传动基本知识

3.控制元件指在气动系统中用以调节和控制压缩空气的压力、流量、方向的各种阀类，如压力阀、流量阀和方向阀等。

4.辅助元件指对压缩空气进行净化、润滑、消声以及用于元件之间连接等所需的辅件，如油雾器、消声器、管件等。5.工作介质指经除水、除油、过滤后的洁净压缩空气。气压系统是通过压缩空气实现运动和动力的传递的。上一页下一页返回10.1气压传动基本知识10.1.2气压传动的特点气压传动的工作介质是空气，具有压缩性大、黏性小、清洁度和安全性高等特点。通过表10-1所示的气压传动与液压、电气、机械传动方式的比较，可得出气压传动具有以下特点:

1.气压传动的优点1)动作迅速、反应快，调节控制方便，维护简单，系统有故障时容易排除;2)空气的黏度小，流动时管内阻力小，压力损失小，节能、高效，便于集中供气和远距离输送控制;3)对工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘、强磁、辐射、振动等恶劣工作环境中工作时，安全可靠性高，且排气不污染环境;上一页下一页返回10.1气压传动基本知识4)因空气压缩性大，能够实现过载保护功能;5)工作介质是空气，成本低，来源广泛，用后处理方便，元件使用寿命长;6)系统操作控制方便，易于实现自动控制。2.气压传动的缺点1)空气具有可压缩性，不易实现准确的速度控制和很高的定位精度，外负载对系统运动的稳定性影响较大;2)空气的压力较低，输出力或转矩较小;3)空气黏度小，润滑性差;4)排气噪声较大。上一页下一页返回10.1气压传动基本知识10.1.3气压传动的应用气压传动在相当长的时间内被用来执行简单的机械动作，但近些年来，气动技术在自动化技术的应用和发展中起到了极其重要的作用，并得到了广泛的应用。表10-2列举了气压传动在各工业领域中的应用。上一页返回10.2气源装置及辅助元件10.2.1气源装置向气动系统提供压缩空气的装置称为气源装置。如图10-6所示，气源装置一般由以下三部分组成:1)压缩空气的发生装置，如空气压缩机;2)压缩空气的净化装置，如后冷却器、油水分离器、干燥器、过滤器等;3)输送压缩空气的管道系统。1.空气压缩机空气压缩机简称空压机，是气源装置的主体，它是将原动机输出的机械能转化为气体的压力能的装置，如图10-7所示。下一页返回10.2气源装置及辅助元件(1)空气压缩机的分类空气压缩机可以分别按工作原理、压力、流量、润滑方式进行分类，如表10-3~表10-6所示。(2)空气压缩机的基本工作原理在气压传动中，一般采用容积式空气压缩机。容积式空气压缩机的基本工作原理与液压泵相似，由空气压缩机组合部件构成一个密闭容积的变化及相应的配流机构进行吸气和排气完成工作过程。图10-8和图10-9分别为活塞式和滑片式空气压缩机的结构图。目前活塞式空气压缩机的使用比较广泛。上一页下一页返回10.2气源装置及辅助元件(3)空气压缩机的选用根据气动系统所需压力和流量这两个参数来选用空气压缩机。一般气动系统工作压力为0.5~0.6MPa，可选用额定排气压力为0.7~0.8MPa的空气压缩机。空气压缩机的供气量可按系统中各台设备平均耗气量的总和换算成自由状态空气量，然后将其扩大1.3~1.5倍来确定。2.气源净化装置自由空气经过空气压缩机压缩后，压缩空气中含有固体颗粒、水分及油分等杂质，且温度一般为140℃~170℃。上一页下一页返回10.2气源装置及辅助元件这样的压缩空气不能直接使用，会影响设备的寿命，必须经过冷却、干燥、净化等处理后才能用于气动系统。(1)后冷却器后冷却器一般是安装在空气压缩机的出口管路上，它的作用是把空气压缩机排出的高温压缩空气的温度冷却到40℃~50℃或更低，使其中的大部分水蒸气和油雾达到饱和状态，以便于分离、排出。后冷却器的结构形式有蛇形管式、列管式、散热片式、套管式等，按冷却方式分有风冷式和水冷式两种。风冷式冷却器如图10-10所示，其工作原理是用风扇产生的冷空气强迫吹向带有散热片的热气管道来达到降温冷却的要求，使出口温度降低。上一页下一页返回10.2气源装置及辅助元件水冷式冷却器如图10-11所示，其工作原理是利用冷却水与热空气在不同管道中逆向流动，通过管壁的热交换使热空气降温冷却。一般出口处空气温度约比水温高10℃。

(2)油水分离器油水分离器安装在后冷却器的管道上，其作用主要是利用回转离心、撞击、水浴等方法使水滴、油滴及其他杂质颗粒从压缩空气中分离出来，使压缩空气得到初步净化。油水分离器的结构形式有环行回转式、撞击折回式、离心旋转式、水浴式以及以上形式的组合等。如图10-12所示为撞击并环形回转式油水分离器的结构图及职能符号。上一页下一页返回10.2气源装置及辅助元件当压缩空气由进气管进入分离器壳体以后，气流先受到隔板的阻挡，产生流向和速度的急剧变化，而在压缩空气中凝聚的水滴、油滴等杂质受到惯性作用而分离出来，沉降于壳体底部，由下部的排污阀排出。(3)储气罐储气罐的作用是储存一定数量的压缩空气，以备应急时使用，并减少气源输出气流的脉动，增加气流的连续性、稳定性，进一步分离出压缩空气中的油分、水分等。储气罐一般是立式的，进气口在下，出气口在上，且上部安装安全阀，下部安装排水阀。图10-13为立式储气罐及其职能符号。上一页下一页返回10.2气源装置及辅助元件(4)干燥器干燥器的作用是把初步净化的压缩空气进一步吸收和排除其中的水分、油分及杂质，使湿空气变成干空气，以满足精密气动装置用气。目前干燥器主要有冷冻式、吸附式等不同类型。冷冻式干燥器是用制冷剂使压缩空气降到零点温度以下，将过饱和的水蒸气凝结成水滴析出，以降低含湿量，增加压缩空气的干燥度。吸附式干燥器的工作原理是使压缩空气通过栅板、吸附剂、滤网等，使之达到干燥和过滤的目的，如图10-14所示。在气压系统中，为避免吸附剂被油污染而影响吸湿能力，在进气管道上应安装除油器。上一页下一页返回10.2气源装置及辅助元件(5)过滤器过滤器的作用是滤去压缩空气中的水分、油滴、固体颗粒等杂质。其按过滤器的排水方式可分为手动排水型和自动排水型。自动排水型按无气压时的排水状态又可分为常开型和常闭型。如图10-15所示为过滤器的结构原理图。当压缩空气从输入口流入时，气体中所含的液态油、水和杂质沿自导流叶片在切向的缺口强烈旋转，液态油水及固态杂质受离心力作用被甩到存水杯的内壁上，并流到底部。已除去液态油、水和杂质后的压缩空气通过滤芯进一步清除其中的微小固态粒子，然后从输出口流出。挡水板用来防止已积存的液态油水再混入气流中。旋转放水阀旋钮，放水塞会依靠螺纹的传动而顶起，则冷凝水从放水塞与密封件之间的空隙经放水塞中心孔道排出。上一页下一页返回10.2气源装置及辅助元件10.2.2辅助元件1.油雾器气动系统中的各种气阀、气缸、气动马达等，其可动部分均需要润滑，但以压缩空气为动力的气动元件都是密封气室，不能采用注油的方法，只能以某种方法将油混入气流中，随气流带到需要润滑的地方。油雾器就是这样一种特殊的注油装置，它使润滑油雾化后随气流进入需要润滑的运动部件。采用这种方法加油，具有润滑均匀、稳定和耗油量少等特点。普通油雾器的结构原理如图10-16所示。压缩空气由输入口输入后，通过喷嘴组件8起引射作用，并通过组件前小孔进入阀座12的腔内。上一页下一页返回10.2气源装置及辅助元件阀座12与钢球10、弹簧11组成一个泄漏的特殊单向阀。初始通过时钢球被压下，由于此单向阀密封不严，压缩空气会漏入存油杯13中，使其内部压力升高。结果钢球10上下压差减小，在弹簧11的作用下使钢球处于中间位置。这样压缩空气通过阀座12上小孔进入存油杯13的上腔C，油面受压，润滑油经吸油管1将钢球2顶起，油便不断地经节流阀9流入滴油管，再滴入喷嘴组件8中，被主通道中气流射出，雾化后从输出口输出，送入气动系统。滴油管上部有透明油窗，可观察节流阀9调节的滴油量。这种油雾器还可以在不停气状态下加油。油雾器应根据通过油雾器的流量和油雾粒径来选择。上一页下一页返回10.2气源装置及辅助元件

2.消声器气动系统一般不设排气回路，压缩空气使用后直接排入大气，因排气速度较高，会产生尖锐的排气噪声。消声器的作用就是排除噪声污染。消声器一般安装在换向阀的排气口上。消声器是通过阻尼或增加排气面积来降低排气的速度和功率，从而降低噪声的。其主要类型有:吸收型、膨胀干涉型、膨胀干涉吸收性。如图10-17所示为吸收型消声器的结构图，它依靠装在体内的带有多孔的吸声材料(玻璃纤维、毛毡、泡沫塑料、烧结材料等)降低气体流速，从而达到了消声的目的。上一页下一页返回10.2气源装置及辅助元件这种消声器结构简单，吸声材料的孔眼不易堵塞，可以较好地消除中高频噪声，消声效果可降低噪声达20dB，是目前应用最广泛的一种消声器。在气动元件上使用的消声器，可按气动元件排气口的通径选择相应的型号，但应注意消声器的排气阻力不宜过大，应以不影响控制阀的切换速度为宜。上一页返回10.3气动执行元件气动执行元件是指将压缩空气的压力能转变为机械能的能量转换元件，并可以对外做功。它包括气缸和气动马达，气缸用于实现直线运动或摆动，气动马达用于实现连续的回转运动。10.3.1气缸1.气缸的种类气缸的种类的很多，常用的有种类如下:(1)按压缩空气在活塞端面作用力的方向不同，气缸分为单作用气缸和双作用气缸;(2)按安装方式，气缸可分为耳座式、法兰式、轴销式和嵌入式气缸等;下一页返回10.3气动执行元件(3)按结构特征，气缸可分为活塞式气缸、柱塞式气缸、薄膜式气缸、摆动式气缸等;(4)按功能气缸可分为普通气缸和特殊气缸。普通气缸是指在无特殊要求的场合工作的一般单、双作用气缸;特殊气缸是指用于特定工作场合的气缸，如气液阻尼缸、薄膜式气缸、冲击气缸、回转气缸等。2.气缸的工作原理

(1)气液阻尼缸由于空气具有可压缩性，一般气缸在工作载荷变化较大时，有时会出现“爬行”或“自走”现象，运动平稳性较差。若要获得较高的运动平稳性，可采用气液阻尼缸。上一页下一页返回10.3气动执行元件气液阻尼缸是气缸和液压缸的组合缸，用气缸产生驱动力，用液压缸的阻尼调节作用获得平稳的运动。气液阻尼缸按其结构不同，可分为串联式和并联式两种。串联式气液阻尼缸是由气缸和液压缸串联而成，如图10-18(a)所示为其工作原理图，两缸的活塞用一根活塞杆带动，在液压缸进出口之间装有单向节流阀。当气缸右进腔气时，气缸带动液压缸活塞向左运动，此时液压缸左腔排油。由于单向阀关闭，油液只能通过节流阀缓慢流入液压缸右腔，对运动起阻尼作用。调节节流阀的开口量，即可调节活塞的运动速度。上一页下一页返回10.3气动执行元件当换向阀换向至气缸左腔进气时，液压缸右腔的油液可通过单向阀迅速流向液压缸左腔，活塞快速返回原位。并联式气液阻尼缸由气缸和液压缸并联而成，如图10-18(b)所示为其工作原理图，其工作原理和作用与串联式相同。串联式气液阻尼缸在加工、装配时的同轴度要求较高，且易发生油与气的互窜。而并联式结构紧凑，消除了气缸和液压缸之间的窜气现象，但是气液阻尼缸存在附加力矩，安装时对其平行度要求较高。(2)薄膜式气缸薄膜式气缸是一种利用膜片在压缩空气作用下产生变形来推动活塞杆做直线运动的气缸。上一页下一页返回10.3气动执行元件如图10-19所示为薄膜式气缸的结构图，它可以是单作用式的，也可以是双作用式的。活塞杆依靠压缩空气的推动使其伸出，而缩回则依靠弹簧的弹力。薄膜式气缸结构简单、紧凑，制造容易，维修方便，寿命长;但因膜片的变形量有限，气缸的行程较小，且输出的推力随行程的增大而减小。薄膜式气缸的膜片一般由夹织物橡胶等制成，可分为平膜片、盘形膜片和滚动膜片。平膜片气缸最大行程为缸径的15%，盘形膜片气缸最大行程为缸径的25%。(3)冲击气缸冲击气缸是把压缩空气的压力能转换为活塞、活塞杆的高速运动，输出动能较大，打击工件做功的一种气缸。上一页下一页返回10.3气动执行元件如图10-20所示为冲击气缸原理图。冲击气缸与普通气缸相比较增加了蓄能腔和具有排气小孔的中盖2，中盖2与缸体1固接在一起，与活塞6把气缸分隔成蓄能腔、活塞腔与活塞杆腔三部分，中盖2中心开有一个喷气口。当压缩空气从A口输入蓄能腔时，其压力只能通过喷气口的小面积作用在活塞上，还不能克服活塞杆腔的排气压力所产生的向上的推力以及活塞与缸体间的摩擦力，喷气口处于关闭状态，从而使蓄能腔的充气压力逐渐升高。当充气压力升高到能使活塞向下移动时，活塞的下移使喷气口开启，聚集在蓄能腔中的压缩空气通过喷气口突然作用于活塞的全面积上。高速气流进入活塞腔进一步膨胀并产生冲击波，波的阵面压力可高达气源压力的几倍到几十倍，给予活塞很大的向下的推力。上一页下一页返回10.3气动执行元件此时活塞杆腔内的压力很低，活塞在很大的压力差作用下迅速加速，在很短的时间内以极高的速度向下冲击，从而获得很大的动能。利用这个能量实现冲击做功，可产生很大的冲击力。冲击气缸结构简单、成本低、耗气功率小，且能产生相当大的冲击力，应用十分广泛。它可完成下料、冲孔、弯曲、铆接、打印、模锻、破碎等多种作业。(4)回转气缸回转气缸的工作原理如图10-21所示，它由导气头体、缸体、活塞等组成。气缸的缸体3连同缸盖及导气头芯6可被带动回转，活塞4及活塞杆1只能作往复直线运动，导气头体9外接管路，固定不动。回转气缸主要用于机床夹具和线材卷曲。上一页下一页返回10.3气动执行元件3.气缸工作参数及计算气缸主要工作参数包括推力、拉力、运动速度、效率和负载率、耗气量等。

(1)气缸的推、拉力计算气缸的推、拉力计算公式与液压缸相同。由于存在润滑不足的问题，实际输出与理论输出力存在一定的差异。

(2)效率和负载率气缸效率用ηc表示。负载率可用β表示，其定义是上一页下一页返回10.3气动执行元件气缸负载率与负载形式和运动速度有关，计算时可参照表10-7来确定。(3)气缸运动速度气缸运动速度的计算同液压缸，运动速度用平均速度v表示。(4)气缸耗气量计算1)理论耗气量qt2)自由耗气量pf为了便于选择空气压缩机，按下式将理论耗气量转换为自由耗气量，并考虑泄漏、管路容积等因素，自由耗气量pf为上一页下一页返回10.3气动执行元件10.3.2气动马达气动马达是将压缩空气的压力能转换为力矩和转速而输出，其作用相当于电动机或液压马达，它输出转矩，驱动执行机构作旋转运动。1.气动马达的分类及特点按结构不同，气动马达可分成叶片式、活塞式、齿轮式等。其中最为常用的是叶片式气动马达和活塞式气动马达。气动马达的特点主要有以下几个方面:上一页下一页返回10.3气动执行元件(1)工作安全，具有防爆性能，适用于恶劣的环境，在易燃、易爆、振动、潮湿、高温、粉尘等条件下均能正常工作;(2)有过载保护作用。过载时，马达只是降低或停止转动;当过载解除，继续运转，并不产生故障;(3)可长期满载工作，而温升较小;(4)转速范围及功率范围较宽，转速可从几转每分到上万转每分，功率小至几百瓦，大至几万瓦;(5)具有较高的启动转矩，可以直接带负载起动，起动、停止迅速;(6)可以无级调速。只要控制进气流量，就能调节马达的功率和转速;(7)比同功率的电动机轻1/10~1/3，输出功率惯性比较小;上一页下一页返回10.3气动执行元件(8)结构简单，操纵方便，可正、反转，维修容易，成本低;(9)速度稳定性差，输出功率小，效率低，耗气量大，噪声大，容易产生振动。

2.气动马达的工作原理如图10-22所示为叶片式气压马达的工作原理图，压缩空气由孔A输入时，分为两路:一路经定子两端盖内的槽进入叶片底部将叶片推出，使其贴紧定子内表面;另一路则进入相应的密封容腔，作用于悬伸的叶片上。由于转子与定子偏心放置，相邻两叶片伸出的长度不一样，就产生了转矩差，从而推动转子按顺时针方向旋转。做功后的气体由孔C排出，剩余残气经孔B排出。上一页下一页返回10.3气动执行元件若使压缩空气改由孔B输入，便可使转子按逆时针方向旋转。3.气压马达的应用气动马达适用于无级调速、启动频繁、经常换向、易燃易爆、高温潮湿、多粉尘、带负载启动、有过载可能以及不便于人工操作的场合。气动马达转速高，使用中要注意润滑，在气源入口处一般应安装油雾器和分水滤气器。上一页返回10.4气动控制元件气动控制元件是指在气压传动系统中，控制调节压缩空气的压力、流量和方向等的控制阀。按照功能不同可将气动控制元件分为压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀以及能实现一定逻辑功能的气动逻辑元件等。10.4.1压力控制阀压力控制阀是指在气压传动系统中，控制压缩空气的压力以控制执行元件的输出力或控制执行元件实现顺序动作的阀，它是利用压缩空气作用在阀芯上的力和弹簧力相平稳的原理来进行工作的。压力控制阀包括减压阀、顺序阀和溢流阀(安全阀)。1.减压阀下一页返回10.4气动控制元件气动减压阀又称调压阀，它可以将较高的空气压力降低且调节到符合使用要求的压力，并保持调后的压力稳定。其他减压装置(如节流阀)虽能降压，但无稳压能力。减压阀按照压力调节的方式，可分成直动式和先导式。如图10-23所示为直动式减压阀的结构简图。减压阀的工作原理是:当阀处于工作状态时，将手柄沿顺时针方向旋转，由调压弹簧推动膜片和阀芯下移，进气阀口被打开，压缩空气从左端输入。压缩空气经阀口节流减压后从右端输出，一部分气流经阻尼管进入膜片气室，在膜片的下面产生一个向上的推力，这个推力总是企图把阀口开度关小，使其输出压力下降。当作用在膜片上的推力与弹簧力互相平衡时，减压阀的输出压力便保持稳定。上一页下一页返回10.4气动控制元件图10-23(a)所示的直动式减压阀，由于在工作过程中常常会从溢流孔中排出少量气体，因而它属于溢流减压阀，其职能符号见图10一23(b)，它不能用于有害工作介质的气路中。在工作介质有害时，为了防止大气污染则应选用如图10-23(c)所示的非溢流式减压阀(普通减压阀)。对于有些气动装置和气动实验设备中需要精确的气源压力时，就要采用高精度减压阀(又叫定值器)。

2.顺序阀顺序阀一般很少单独使用，往往顺序阀与单向阀组合而成单向顺序阀。它依靠气路中压力的作用而控制元件的单向顺序动作，反向时单向阀打开，顺序阀不起作用。上一页下一页返回10.4气动控制元件其工作原理如图10-24所示。当压缩空气进入气腔4后，作用在活塞3上的气压超过压缩弹簧2上的力时，将活塞顶起。压缩空气从P经气腔4,5到A输出，如图10-24(a)所示，此时单向阀6在压力差及弹簧力的作用下处于关闭状态。反向流动时，输入侧P变成排气口，输出侧压力将顶开单向阀6由T口排气，如图10-24(b)所示。调节旋钮1就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。

3.溢流阀(安全阀)溢流阀和安全阀在结构和功能方面相类似，有时可以不加以区别。它们的作用是当气动回路和容器中的压力上升到超过调定值时，能自动向外排气，以保持进口压力为调定值。上一页下一页返回10.4气动控制元件安全阀和溢流阀的工作原理是相同的，图10-25是一种直动式溢流阀的工作原理图。当系统的压力低于调定值时，阀处于关闭状态，如图10-25(a)所示。当系统压力升高到安全阀的开启压力时，压缩空气推动活塞上移，阀门开启进行排气，如图10-25(b)所示，直到系统压力降至低于调定值时，阀口又重新关闭。安全阀的开启压力可通过调整弹簧的预压缩量来进行调节。10.4.2流量控制阀流量控制阀是通过改变阀的通流截面积来实现流量控制的元件。在气动系统中，控制气缸运动速度、控制信号延迟时间、控制油雾器的滴油量、控制缓冲气缸的缓冲能力等都是依靠控制流量来实现的。上一页下一页返回10.4气动控制元件流量控制阀包括节流阀、单向节流阀、排气节流阀等。1.节流阀如图10-26所示圆柱斜切型节流阀的结构图，压缩空气由P口进入，经过节流后，由A口流出，旋转阀芯螺杆可改变节流口的开度。由于这种节流阀的体积小、结构简单，所以应用范围较为广泛。2.单向节流阀单向节流阀是指由单向阀和节流阀并联而成的组合式流量控制阀，又称为速度控制阀。常用来控制气缸的运动速度，如图10-27所示为单向节流阀的工作原理图，当气流由P向A流动时，单向阀关闭，节流阀节流;反向流动时，单向阀打开，节流阀不节流。上一页下一页返回10.4气动控制元件3.排气节流阀排气节流阀安装在气动装置的排气口上，控制排入大气的气体流量，用以改变执行机构的运动速度。图10-28是排气节流阀的结构原理图和职能符号。排气节流阀常带有消声器以减小排气噪声，并能防止不清洁的气体通过排气孔污染气路中的元件。排气节流阀宜用于在换向阀与气缸之间不能安装速度控制阀的场合。10.4.3方向控制阀方向控制阀是指气压传动系统中通过改变压缩空气的流动方向和气流的通断，来控制执行元件起动、停止及运动方向的气动元件。它是气动系统中应用最多的一种控制元件。上一页下一页返回10.4气动控制元件根据方向控制阀的功能、控制方式、结构形式、密封形式及阀内气流的方向等，可将方向控制阀分为如表10-8几种类别。1.单向型控制阀单向型控制阀主要有单向阀、梭阀、快速排气阀等。

(1)单向阀单向阀是指气流只能向一个方向流动，而不能反方向流动的阀。它的结构如图10-29(a)，图形符号如图10-29(b)，其工作原理与液压单向阀基本相同，这里就不再赘述了。(2)梭阀1)或门型梭阀上一页下一页返回10.4气动控制元件如图10-30所示为或门型梭阀的工作原理和职能符号。该阀的结构相当于两个单向阀的组合。2)与门型梭阀与门型梭阀又称双压阀，其工作原理和职能符号如图10-31所示。它也相当于两个单向阀的组合。(3)快速排气阀快速排气阀是用于给气动元件或装置快速排气的阀。一般情况下气缸排气时，气体从气缸经过管路，由换向阀的排气口排出。当气缸到换向阀的距离较长，而换向阀的排气口又小时，排气时间就较长，气缸运动速度较慢;若采用快速排气阀，则气缸内的气体就能由快速排气阀直接排向大气，加快气缸的运动速度。上一页下一页返回10.4气动控制元件图10-32是快速排气阀的结构原理图，其中图10-32(a)为结构示意图。快速排气阀的职能符号如图10-32(d)所示。2.换向型控制阀换向型控制阀是指可以改变气流流动方向的控制阀。按控制方式可分为气压控制、电磁控制、人力控制和机械控制换向阀等。按阀芯结构可分为截止式、滑阀式和膜片式换向阀等。(1)气压控制换向阀气压控制换向阀是指利用压缩空气的压力推动阀芯运动，使得换向阀换向，从而改变气体流动方向的换向阀。在易燃、易爆、潮湿、粉尘大、高温等工作环境下，用气压控制换向阀更安全可靠。上一页下一页返回10.4气动控制元件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等方式。1)加压控制加压控制是指加在阀芯上的控制信号压力值是逐渐上升的控制方式，当气压增加到阀芯的动作压力时，主阀芯换向。它分为单气控和双气控两种。如图10-33所示为单气控换向阀工作原理，它是截止式二位三通换向阀。图10-33(a)为无控制信号K时的状态，阀芯在弹簧与P腔气压作用下，P,A断开，A,0接通，阀处于排气状态;图10-33(b)为有加压控制信号K时的状态，阀芯在控制信号K的作用下向右运动，A,O断开，P,A接通，阀处于工作状态。上一页下一页返回10.4气动控制元件如图10-34所示为双气控换向阀工作原理，它是滑阀式二位五通换向阀。2)泄压控制泄压控制是指加在阀芯上的控制信号的压力值是渐降的控制方式，当压力降至某一值时阀便被切换。泄压控制阀的切换性能没有加压控制阀好。3)差压控制差压控制是利用阀芯两端受气压作用的有效面积不等，在气压作用力的差值作用下，使阀芯动作而换向的控制方式。上一页下一页返回10.4气动控制元件图10-35所示的是二位五通差压控制换向阀的图形符号，当K无控制信号时，P与A相通，B与O2相通;当K有控制信号时，P与B相通，A与O1相通。差压控制的阀芯靠气压复位，不需要复位弹簧。4)延时控制延时控制的工作原理是利用气流经过小孔或缝隙被节流后，再向气室内充气，经过一定的时间，当气室内压力升至一定值后，再推动阀芯动作而换向，从而达到信号延迟的目的。图10-36所示为二位三通延时阀，它由延时部分和换向部分两部分组成。上一页下一页返回10.4气动控制元件其工作原理是:当K无控制信号时，P与A断开，A与O相通，A腔排气;当K有控制信号时，控制气流先经可调节流阀，再到气容。由于节流后的气流量较小，气容中气体压力增长缓慢，经过一定时间后，当气容中气体压力上升到某一值时，阀芯换位，使P与A相通，A腔有输出。当气控信号消除后，气容中的气体经单向阀迅速排空。调节节流阀开口大小，可调节延时时间的长短。这种阀常用于易燃、易爆等不允许使用时间继电器的场合，其延时时间在0~20s范围内.

(2)电磁控制换向阀电磁控制换向阀是指利用电磁力的作用推动阀芯换向，从而改变气流方向的换向阀。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。上一页下一页返回10.4气动控制元件

1)直动式电磁换向阀直动式电磁换向阀是指电磁铁的动铁芯在电磁力的作用下，直接推动阀芯换向的气阀。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，它利用先导阀输出的先导气信号去控制主阀芯换向。先导式电磁换向阀按控制方式可分为外控式和内控式两种。如图10-37(a)所示为二位三通先导式电磁阀，图示位置P截止，A-O排气。当通电时衔铁被吸合，先导压力P1作用在主阀芯3的右端面上，推动阀芯向左移动，使主阀换向，此时，P-A接通，O截止(如图10-37(b)所示)。上一页下一页返回10.4气动控制元件10.4.4气动逻辑元件气动逻辑元件属于开关元件，它是指在控制回路中能够实现一定逻辑功能的器件。气动逻辑元件具有如下特点:(1)元件孔径较大，抗污染能力强，对气源的净化程度要求低;(2)负载能力、适应能力强，可带多个同类型元件;(3)元件在完成切换动作后，能切断气源和排气孔之间的通道，即具有关断能力，无功耗气量较低;(4)在组成系统时，元件间的连接方便，调试简单;(5)在强冲击振动下，有可能产生误动作。气动逻辑元件的种类较多，其分类情况如表10-9所示。上一页下一页返回10.4气动控制元件

1.或门元件图10-38为或门元件原理图。图中的a和b为输入口，s为输出口。当a口有压力气体输入，而b口无压力输入时，膜片下移将b口封闭，a口压力气体经S口输出。相反，a口无压力气体输入，而b口有压力气体输入时，膜片上移将a口封闭，b口压力气体从S口输出。当a口和b口都有相等压力气体输入时，S口也输出压力气体。或门元件的输入、输出逻辑表达式为其真值表见表10-10.或门元件用于多种操作形式的选择控制，它属于无源元件。上一页下一页返回10.4气动控制元件

2.与门元件图10-39为与门元件原理图。图中的a口、b口均为输入口，s口为输出口。当a口有压力气体，b口无压力气体时，阀芯下移，将上阀口关闭，下阀口开启，s口无压力气体输出。当b口有压力气体时，a口无压力气体时，阀芯上移，将下阀口关闭，开启上阀口，s口仍无压力气体输出。只有当a口和b口同时都有等压气体输入时，s口才有输出。这是因为在阀芯上、下有效作用面积差作用下，上阀口关闭，下阀口开启，b口和s口连通，故s口有压力气体输出。与门元件输入、输出逻辑表达式为上一页下一页返回10.4气动控制元件其真值表见表10-11。与门元件用于两个或多个输入信号的互锁控制，也属于无源元件，起到安全保护作用。

3.非门元件图10-40为非门元件原理图。图中的a口为输入口，s口为输出口，P口接气源。常态下，阀芯在气源压力作用下上移关闭上阀口，p口和s口接通，s口有压力气体输出。当a口有压力气体时，阀芯下移将下阀口关闭，s口无压力气体输出。非门元件输入输出逻辑表达式为上一页下一页返回10.4气动控制元件其真值表见表10-12。非门元件常用作反相控制，它属于有源元件。4.是门元件图10-41为是门元件原理图。图中的a口为输入口，s口为输出口，P口接气源。常态下，阀芯在气压p的作用下将下阀口关闭，s口没有输出。当a口输入压力气体时，阀芯下移，开启下阀口，p口的压力气体经s口输出。也就是说有输入的时候就有输出，无输入的时候就无输出。是门元件输入、输出的逻辑表达式为上一页下一页返回10.4气动控制元件其真值表见表10-13。是门元件实际是在上盖设有手动按钮，当压下此按钮时，s口就有输出。它也属于有源元件。5.禁门元件图10-42为禁门元件原理图。图中的a口为禁止控制口，b口为输入口，s口为输出口。当a口无压力气体时，b口的压力气体使下阀口开启，上阀口关闭，