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1、气动控制阀的定义，分类及工作原理 气动控制阀(Pneumatic control valves)气动控制阀是指在气动系统中控制气流的压力、流量和流动方向，并保证气动执行元件或机构正常工作的各类气动元件。气动控制阀的结构可分解成阀体(包含阀座和阀孔等)和阀心两部分，根据两者的相对位置，有常闭型和常开型两种。阀从结构上可以分为：截止式、滑柱式和滑板式三类阀。一、气动控制阀的分类气动控制阀是指在气动系统中控制气流的压力、流量和流动方向，并保证气动执行元件或机构正常工作的各类气动元件。控制和调节压缩空气压力的元件称为压力控制阀。国内知名的生产厂家有上海权工阀门设备有限公司和湖南新兴水电设备有限公司。其
2、公司是机械工业部、化工部、中国化工装备总公司定点管理生产企业。其产品在业内有一定的价格优势和技术优势控制和调节压缩空气流量的元件称为流量控制阀。改变和控制气流流动方向的元件称为方向控制阀。除上述三类控制阀外，还有能实现一定逻辑功能的逻辑元件，包括元件内部无可动部件的射流元件和有可动部件的气动逻辑元件。在结构原理上，逻辑元件基本上和方向控制阀相同，仅仅是体积和通径较小，一般用来实现信号的逻辑运算功能。近年来，随着气动元件的小型化以及PLC控制在气动系统中的大量应用，气动逻辑元件的应用范围正在逐渐减小。 从控制方式来分，气动控制可分为断续控制和连续控制两类。在断续控制系统中，通常要用压力控制阀、流
3、量控制阀和方向控制阀来实现程序动作;连续控制系统中，除了要用压力、流量控制阀外，还要采用伺服、比例控制阀等，以便对系统进行连续控制。气动控制阀分类如图4.1。二、气动控制阀和液压阀的比较 (一) 使用的能源不同气动元件和装置可采用空压站集中供气的方法，根据使用要求和控制点的不同来调节各自减压阀的工作压力。液压阀都设有回油管路，便于油箱收集用过的液压油。气动控制阀可以通过排气口直接把压缩空气向大气排放。(二) 对泄漏的要求不同液压阀对向外的泄漏要求严格，而对元件内部的少量泄漏却是允许的。对气动控制阀来说，除间隙密封的阀外，原则上不允许内部泄漏。气动阀的内部泄漏有导致事故的危险。对气动管道来说，允
4、许有少许泄漏;而液压管道的泄漏将造成系统压力下降和对环境的污染。(三) 对润滑的要求不同液压系统的工作介质为液压油，液压阀不存在对润滑的要求;气动系统的工作介质为空气，空气无润滑性，因此许多气动阀需要油雾润滑。阀的零件应选择不易受水腐蚀的材料，或者采取必要的防锈措施。(四) 压力范围不同气动阀的工作压力范围比液压阀低。气动阀的工作压力通常为10bar以内，少数可达到40bar以内。但液压阀的工作压力都很高(通常在50Mpa以内)。若气动阀在超过最高容许压力下使用。往往会发生严重事故。(五) 使用特点不同一般气动阀比液压阀结构紧凑、重量轻，易于集成安装，阀的工作频率高、使用寿命长。气动阀正向低功
5、率、小型化方向发展，已出现功率只有0.5W的低功率电磁阀。可与微机和PLC可编程控制器直接连接，也可与电子器件一起安装在印刷线路板上，通过标准板接通气电回路，省却了大量配线，适用于气动工业机械手、复杂的生产制造装配线等场合。三、 气动控制阀的结构特性气动控制阀的结构可分解成阀体(包含阀座和阀孔等)和阀心两部分，根据两者的相对位置，有常闭型和常开型两种。阀从结构上可以分为：截止式、滑柱式和滑板式三类阀。(一)截止式阀的结构及特性截止式阀的阀心沿着阀座的轴向移动，控制进气和排气。图4.2所示为二通截止式阀的基本结构。图4.2a中，在阀的P口输入工作气压后，阀芯在弹簧和气体压力作用下紧压在阀座上，压
6、缩空气不能从A口流出;图4.2b为阀杆受到向下的作用力后，阀芯向下移动，脱离阀座，压缩空气就能从P口流向A口输出。这就是截止式阀的切换原理。 图4.3所示的阀为常通型结构。图4.3a为初始状态，与图4.2a相反，阀心在弹簧力作用下离开阀座，压缩空气从P口流向A口输出。图4.3b为工作状态，阀杆在向上的力作用下，阀心紧压在阀座上关闭阀口，流道被关断，A口没有压缩空气流出。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
7、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截止式方向控制阀截止式方向控制阀的截止阀口和阀芯的关系如图13.1，图中用箭头表示
8、了阀口开启后气流的流动方向。分析截止式方向控制阀具有如下特点：1）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。2）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。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
9、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）单向阀单向阀的结构原理如图13.2。其工作原理和图形符号和液压单向阀一致，只不过气动单向阀的阀芯和阀座之间是靠密封垫密封的。
10、2）或门型梭阀如图13.3为或门型梭阀的结构原理。其工作特点是不论P1和P2哪条通路单独通气，都能导通其与A的通路；当P1和P2同时通气时，哪端压力高，A就和哪端相通，另一端关闭，其逻辑关系为“或”，图形符号如图。3）与门型梭阀与门型梭阀又称双压阀，结构原理如图13.4所示。其工作特点是只有P1和P2同时供气，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
11、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、
12、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所示为二位三通单气控截止式换向阀的结构原理。图示为 K口没有控制信号时的状态，阀芯4在弹簧2与P腔气压作用下右移，使P与A断开，A与T导通；当 K口有控制信号时，推动活塞5通过阀芯压缩弹簧打开P与A
13、通道，封闭A与T通道。图示为常断型阀，如果P、T换接则成为常通型。这里，换向阀芯换位采用的是加压的方法，所以称为加压控制换向阀。相反情况则为减压控制换向阀。(2)电磁控制方向控制阀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；电磁铁通电时，压缩弹簧导通P、A通道，封闭T口通道。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
14、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) 双电控电磁换向阀由两个电磁铁的衔铁推动换向阀芯移位的阀称为双电控换向阀。双电控换向阀有双电控直动换向阀和双电控先导换向阀两种。如图13.9为双电控直动二位五通换向阀的工作原理。图示为左侧电磁铁通电的工作状态。其工作原理显而易见，不再说明。注意，这里的两个电磁铁不能同时通电。这种换向阀具有记忆功能，即当左侧的电磁铁通电后，换向阀芯处在右端位置，当左侧电磁铁断电而
15、右侧电磁铁没有通电前阀芯仍然保持在右端位置。图13.10为双电控先导换向阀的工作原理，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。(3)机械控制或人力控制方向换向阀通过机械或人力控制使换向阀芯换位的换向阀有机动换向阀和手动（脚踏）换向阀等。它们的换向原理很简单。如图13.11为通过推杆工作的行程换向阀。图13.12为通过杠杆和滚轮作用推动推杆的行程换向阀；图13.13为可通过式杠杆滚轮控制的行程换向阀，当机械撞块向右运动时，压下滚轮，实现换向动作；当撞块通过滚轮后，阀芯在弹簧力的作用下回复；撞块回程时，由于滚轮的头部可弯折，阀芯不换向。此阀由A口输出脉冲信号，常被用来排除回路中的障碍信号，简化设计回路。（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（气阻）使气容腔1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。2）脉冲阀脉冲阀是靠
