气压传动及控制5(气动控制元件)

气压传动及控制

第五章 气动控制元件

主 要 内 容

5.1 压力控制阀

减压阀、安全阀、顺序阀、增压阀

5.2 流量控制阀

节流阀、单向节流阀、排气节流阀、快速排气阀

5.3 方向控制阀

换向阀、单向阀、梭阀

5.4 比例控制阀

5.5 逻辑控制元件 5.6 方向阀的选择

第五章 气动控制元件

气动系统中，控制元件用来调节压缩空气压力、流量和 方向等，保证执行机构按程序正常进行工作。按功能可分为： 压力控制阀 流量控制阀 气动控制元件 方向控制阀 比例控制阀 逻辑控制元件

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5.1 压力控制阀

调节和控制压力大小的控制元件称为压力控制阀。 减压阀

压力控制阀

溢流阀

增压阀

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5.1.1 减压阀

直动型 按调节方式 先导型 ( 内部先导、外部先导 )

管径20mm以上，压力在0.7MPa以上时， 一般采用先导式结构。

减压阀 非溢流型 按排气方式 溢流型 恒溢流(精密型)

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5.1.1.1 直动型非溢流式减压阀

动画

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5.1.1.2 直动型溢流式减压阀

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直动型溢流式减压阀工作三个阶段

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直动型溢流式减压阀溢流状态

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直动（溢流式）减压阀工作原理：

1、进气阀口的节流作用减压； 2、膜片上力平衡作用（和溢流孔溢流作用）稳定输 出压力； 3、调节手柄可使输出压力在规定的范围内任意改变。 *采用平衡式结构主阀芯，即主阀芯上部与下部沟通，都受 输出压力p2作用，且上部与下部的有效面积相等，这样输 入压力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和外部先导，能改 善流量特性。

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5.1.1.3 内部先导型溢流式减压阀

工作原理：是用小型直动式 减压阀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、气室组 成的喷嘴挡板环节。喷嘴挡 板机构的高灵敏度很高,喷嘴 与挡板之间的距离发生微小 变化（

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5.1.1.4 外部先导式减压阀

工作原理：无调 压弹簧，作用在 膜片上的力压是 外部(一只小型直 动溢流式减压阀) 供给，控制膜片 上下移动，调整 主阀芯开口度， 输出次级压力， 又称远距离控制 式减压阀。

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5.1.1.5 减压阀性能指标

1、进口压力p1：一般为0.25～1.00 MPa； 2、出口压力p2 ：比进口压力约低0.1 MPa，才基本不随进口压力变化 而波动。调压范围：低压0

～0.25 MPa；中压0～0.63 MPa和0～1.00 MPa两种；高压0.05～1.60 MPa和0.05～2.50 MPa两种。

减压阀进口压力变化对调定值影响

减压阀流量压力变化对调定值影响

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5.1.1.6 减压阀应用

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*真空减压阀可进行真空管路的压力控制 ：-100 ~ -1.3 kPa

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检查装置

真空测试

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5.1.2 安全阀

安全阀：限制 回路中的最高 压力，当压力 达到设定值 时，自动排气。 安全阀主要用 于贮气罐和重 要的回路中起 安全保护作用。

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5.1.3 顺序阀

顺序阀：控制回路中执行机构按一定压力顺序动作。

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单向顺序阀

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5.1.4 增压缸

驱动腔A 限压阀 增压腔A 驱动腔B

活塞

方向阀

单向阀

增压腔B

工厂集中气源 一般不高于 1MPa。有些工 况需少量、局 部高压气体， 可通过增压 阀，将压力增 高2~4倍。这比 建高压气源节 省成本能源。

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5.2 流量控制阀

气动系统中气缸运动速度、信号延迟时间、气缓冲 能力等的控制，都是依靠控制流量来实现的。 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。 细长管 不可调流量控制 流量控制 流量控制阀 可调流量控制 喷嘴挡板 孔板等 节流阀 单向节流阀(或速度控制阀) 排气节流阀 快速排气阀

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5.2.1 节流阀

节流特性曲线： 描述是0.5MPa入 口压力下，阀杆 旋转圈数与流量 之间的关系。在 线性段，速度改 变比较均匀；在 水平段区域，属 于调节死区；在 曲线很陡区域， 微调性能不好。 调节螺杆用细牙 螺纹。

流量调节特性曲线

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5.2.2 单向节流阀

动画

工作原理：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。

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调速阀：大流 量直通型速度 控制阀(单向 节流阀)，当 手轮开启圈数 少时，进行小 流量调节。当 手轮开启圈数 多时，节流阀 杆将单向阀顶 开，可实现大 流量调节。

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单向节流阀：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。按安装位置分为进 气节流和排气节流。

进气节流

排气节流

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5.2.3 排气节流阀

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5.2.4 快速排气阀

快速排气阀：当入 口压力下降到一定 值时，出口有压气 体自动从排气口迅 速排出。 快排阀用于使 气动元件和装置迅 速排气的场合。当 缸、阀之间管路较 长时(阻尼大)，这种 效果明显。反之就 不必用快排

阀。 使用快排阀时 应保证气缸有良好 缓冲机能。

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5.3 方向控制阀

方向控制阀：用来控制管道内压缩空气的流动方 向和气流通断气动控制元件，它是气动系统中应用最 广泛的一类阀。 单向阀 梭阀 方向控制阀 双压阀 延时阀 换向阀

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5.3.1 单向阀

反向截止

正向导通

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5.3.2 梭阀

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梭阀特点：

1、梭阀P1和P2都可与A相通，但P1和P2不相通。无论P1或 P2有信号，A口都有输出；当P1和P2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 加入信号输入口接通，或决定于阀芯的原始状态； 2、梭阀无复位弹簧，靠气压密封。所以，密封表面的质量要 求较高。推动阀芯运动并保证密封的气压要尽量低，防止阀芯 停止在中间位置浪费气体或发生误动作。一般梭阀最低工作压 力要求在0.05MPa左右； 3、梭阀主要用于选择信号。如应用于手动和自动操作选择回 路，也可用于高低压转换回路。

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梭阀应用：

自动—手动选择

高压—低压切换

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5.3.3 双压阀

双压阀：两个 入口，一个出 口。当两个入 口同时有信号 时，出口才有 信号。双压阀 主要用于互锁 回路中。

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双压阀应用：

例如：当工件定位信 号压下机控阀1，并且 工件夹紧信号压下机 控阀2后，双压阀3才 有输出，使气控阀4换 向，钻孔缸5进给。定 位信号和夹紧信号仅 有一个时，钻孔缸不 会进给。

互锁操作安全回路

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5.3.4 延时阀

动画

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5.3.5 换向阀

换向换：控制气路切换，实现执行机构往复运动， 属最主要气动控制元件之一，品种繁多，结构各异。

电磁控制 人力控制 换向阀 机械控制 气压控制 直动、先导式 单动、双动式

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阀芯结构形式

滑阀(柱)式：结构对称性，轴向力平 衡，换向力小，动作灵敏。通用性强。 同一基型，易改变成多种控制方式或 不同通路。换向行程较长，大流量最 好不采用该结构。对介质比较敏感， 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。 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 换气路，通流量大。一般采用软质 材料密封，磨损少、泄漏小、能吸 收关闭冲击力。对介质要求较低。 阀芯易受轴向力。通道多时，结构 复杂，故主要用于二通和三通阀。

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密封形式

间隙密封：又称硬质密封或金属 密封。靠阀芯与阀套内孔配合间 隙(2～5μm)来维持密封

。制造 精度高，对介质中硬质微粒很敏 感，过滤精度不低于5μm。换 向灵敏，切换频率高。换向冲击 力较大，故要增加缓冲。使用温 度较宽。 弹性密封：又称软质密封或非金 属密封。工作腔之间加橡胶等材 料制成密封圈来保证密封。弹性 密封与间隙密封相比，制造精度 可较低，泄漏少。过滤精度一般 40～60μm。密封件受温度影 响，使用温度为5-60℃。

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换向阀的“位”和“通”

1、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。

二“位”

2、阀的接口（包括排气口）称为“通”，有几个接口就称为 “几通”。常见阀有两通、三通、四通、五通。

五“通”

3、根据阀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”五“通”

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5.3.5.1 电磁换向阀 二 位 三 通 单 电 磁 换 向 阀

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二 位 五 通 单 电 磁 换 向 阀

动画

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三 位 五 通 双 电 磁 换 向 阀

动画

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三 位 五 通 双 电 磁 换 向 阀

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二 位 五 通 双 电 磁 换 向 阀

*二位五通双 电磁换向阀具 有记忆功能

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二 位 五 通 内 控 先 导 电 磁 阀

动画

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二 位 五 通 外 控 先 导 电 磁 阀

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5.3.5.2 气控换向阀 二 位 三 通 气 控 换 阀

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差压式气控换向阀

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5.3.5.3 机械控制换向阀

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5.3.5.4 人力控制换向阀

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四位四通旋塞式转阀

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5.4 电气比例阀

电气比例阀工作原理是：将控制电信号通过电----机转 换元件，输出力和位移，控制气动系统压力或流量，去推 动执行元件动作。它可以根据输入电信号大小，对气动系 统压力、流量等参数进行连续调节与控制。 比例电磁铁型：与电流成正比电磁铁推力调压。 比例压力阀 电磁阀开关型:高速开关电磁阀组成先导调压。 电气比例阀 比例流量阀

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5.4.1 电气比例压力阀

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5.4.2 电气比例压力阀应用

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气动系统要想 具有多个输出 力和多个运动 速度，就需要 多个减压阀、 节流阀及换向 阀，这样使得 系统的元件增 多，复杂性增 加，调试麻烦。 而采用电气比 例控制可方便 实现上述要求。

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5.4.3 电气比例流量阀

*阀线圈电流和阀口开 度(有效面积)成比 例，从而实现输出流 量与输入控制信号成 比例关系。

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5.4.4 电气比例流量阀应用

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5.5 逻辑控制元件

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5.6 方向阀的选择

一、根据使用目的和使用条件，选择结构形式 阀芯的结构形式：滑阀式、锥阀式、平板式； 动作方式： 直动式：通径小，换向频度高; 先导式：通径大，换向频率低。有内部（0.1MPa以 上）和外部先导（可用于真空）两种； 密封形式： 弹性密封：换向力较大，密封好，空气质量要求低; 间隙密封：换向力较小，有微漏，空气质量要求高。

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二、选择控制方式 电磁控制：适合电、气联合控制和远距离控制以及复 杂系统的控制。 气压控制：适合易燃、易爆、粉尘多和潮湿等恶劣 环境，也适合流体流量和压力的放大。 机械控制：主要用作行程信号阀，可选用不同的操 作机构。 人力控制：可按人的意志改变控制对象状态。 三、选择阀的机能 几位几通，零位状态。

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四、选择阀的有效截面积大小 根据气缸选择对应阀的流量大小，公式如下 ：

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五、阀的连接方式选择 管式安装 板式安装 集装式安装

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六、电气规格的选择 电源种类： 交流AC：行程大时吸力较大，动铁芯不能吸合时， 易烧毁线圈，易发生蜂鸣声； 直流DC：行程大时吸力较小，行程小吸力大，动铁 芯不能吸合时，不烧毁线圈，无蜂鸣声； 电压大小：AC220V，DC24V 导线引出方式选择。