第3章氣動控制閥與氣動回路及使用與維修

1、第3章 氣動控制閥與氣動回路及使用與維修 氣動控制閥主要有方向控制閥、壓力控制閥和流量控制閥三大類。方向控制閥可分為單向型控制閥和換向型控制閥，壓力控制閥可分為減壓閥、溢流閥和順序閥，流量控制閥可為節(jié)流閥、單向節(jié)流閥和排氣節(jié)流閥等。氣動控制閥組合成各類氣動回路，氣動回路能實現(xiàn)較復(fù)雜多變的控制功能。3.1 方向控制閥與方向控制回路及使用與維修 3.1.1 方向控制閥 按氣流在閥內(nèi)的流動方向，方向控制閥可分為單向型控制閥和換向型控制閥；按控制方式，方向閥分為手動控制、氣動控制、電磁控制、機動控制等。1單向型方向控制閥單向型方向控制閥包括單向閥、或門型梭閥、與門型梭閥和快速排氣閥等。（1）單向閥 圖

2、3-1 所示為單向閥的典型結(jié)構(gòu)，圖a為符號，圖b為實物。 圖3-1 單向閥（2）或門型梭閥 圖3-2所示為或門型梭閥結(jié)構(gòu)，它有兩個輸入口P1、P2，一個輸出口A，閥芯在兩個方向上起單向閥的作用。當(dāng)P1進氣時，閥芯將P2切斷，P1與A相通，A有輸出。當(dāng)P2進氣時，閥芯將P1切斷，P2與A相通，A也有輸出。如P1和P2都有進氣時，閥芯移向低壓側(cè)，使高壓側(cè)進氣口與A相通。如兩側(cè)壓力相等，先加入壓力一側(cè)與A相通，后加入一側(cè)關(guān)閉。圖3-3所示是或門型梭閥應(yīng)用回路，該回路應(yīng)用或門型梭閥實現(xiàn)手動和自動換向。 圖32 或門型梭閥結(jié)構(gòu)圖圖33 或門型梭閥應(yīng)用回路（3）與門型梭閥 與門型梭閥又稱雙壓閥。圖3-4所

3、示為與門型梭閥結(jié)構(gòu)。它有P1和P2兩個輸入口和一個輸出口A。只有當(dāng)P1、P2同時有輸入時，A才有輸出，否則A無輸出；當(dāng)P1和P2壓力不等時，則關(guān)閉高壓側(cè)，低壓側(cè)與A相通。圖3-5所示是與門型梭閥應(yīng)用回路?；蜷T型梭閥和與門型梭閥的區(qū)別要從輸入和輸出關(guān)系來判斷。 圖34 與門型梭閥結(jié)構(gòu)圖 圖35 與門型梭閥應(yīng)用回路（4）快速排氣閥 快速排氣閥簡稱快排閥，是為了使氣缸快速排氣。圖3-6a所示為快速排氣閥的結(jié)構(gòu)。快速排氣閥常安裝在氣缸排氣口。 圖36 快速排氣閥2換向型方向控制閥（1）氣壓控制換向閥 用氣壓力來使閥芯移動換向的操作方式稱為氣壓控制。常用的多為加壓控制和差壓控制。加壓控制是指施加在閥芯控

4、制端的壓力逐漸升高到一定值時，使閥芯迅速移動換向的控制。差壓控制是指閥芯采用氣壓復(fù)位或彈簧復(fù)位的情況下，利用閥芯兩端受氣壓作用的面積不等而產(chǎn)生的軸向力之差值，是閥芯迅速移動換向的控制。按閥芯結(jié)構(gòu)特性可分截止式換向閥和滑閥式換向閥，滑閥式換向閥與液壓換向閥的結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。圖3-7為二位三通截止式氣控換向閥工作原理圖。 圖37 氣壓控制換向閥工作原理圖（2）電磁控制換向閥 由電磁力推動閥芯進行換向。圖3-8a 所示為二位三通電磁控制換向閥處于常態(tài)，圖3-8b為通電狀態(tài)，圖3-8c為圖形符號。 圖38 電磁控制換向閥工作原理圖3.1.2 方向控制回路 1單作用氣缸換向回路圖3-9所示為單作

5、用換向回路。在圖3-9a所示回路中，當(dāng)電磁鐵通電時，氣壓使活塞桿伸出，當(dāng)電磁鐵斷電時，活塞桿在彈簧作用下縮回。在圖3-9b所示回路中，電磁鐵斷電后能使活塞停留在行程中任意位置。 圖39 單作用氣缸換向回路2雙作用氣缸換向回路在圖3-10 a所示回路中，對換向閥左右兩側(cè)分別輸入控制信號，使活塞伸出和收縮。在圖3-10 b所示回路中，除控制雙作用氣缸換向外，還可在行程中的任意位置停止運動。 圖310雙作用氣缸換向回路3.1.3 方向控制閥常見故障及排除1 方向閥的維護與檢查 方向閥在使用過程中應(yīng)注意日常的保養(yǎng)和檢修。這不僅是防止發(fā)生故障的有力措施，而且是延長元件使用壽命的必要條件。 日常的保養(yǎng)和檢

6、修一般分日檢、周檢、季檢和年檢等幾種層次的管理制度。 各種檢查主要任務(wù)見表3-1。 表3-1 各種檢查主要任務(wù)檢查種類 檢查主要任務(wù)內(nèi)容日檢 對冷凝水、污物的處理，及時排放空氣壓縮機、冷卻裝置、儲氣罐、管道中的冷凝水及污物，以免它們進入方向閥中造成故障周檢 對油霧器的管理，使方向閥得到適中的油霧潤滑，避免方向閥因潤滑不良而造成故障季檢 檢查方向閥是否漏氣、動作是否正常，發(fā)現(xiàn)問題及時采取措施處理年檢 更換即將損壞的元件，使平常工作中經(jīng)常出現(xiàn)的故障，通過大修徹底解決檢修方向閥時，首先要了解故障的原因，這對節(jié)省修理時間，提高修理質(zhì)量，都有很大幫助。因此，需要詳細了解閥的結(jié)構(gòu)，才能從故障現(xiàn)象迅速找到故

7、障的根源。氣動單向閥主要技術(shù)性能指標(biāo)如表3-2所示。 表3-2 氣動單向閥主要技術(shù)性能指標(biāo)公稱通徑mm 有效截面積 Amm2 泄漏量 (mLmin)耐久性萬次 開啟壓力MPa 關(guān)閉壓差MPa 換向時間s 3 3 6 10 50 200 0.030 0.025 <0. 03 8 20 10 40 100 150 0.025 0.020 0.04 15 60 20 110 200 100 0.020 0.015 0.05 25 190 32 300 40 400 300 50 0.015 0.010 0.06 50 650 2 電磁閥故障及排除方法要找到電磁換向閥的故障原因，必須掌握氣動閥主

8、要技術(shù)性能指標(biāo)和常見故障及排除方法。主閥故障還要參考氣動三通氣控換向閥主要技術(shù)性能指標(biāo)，才能徹底解決電磁換向閥故障。氣動三通氣控投向閥主要技術(shù)性能指標(biāo)包括：軟質(zhì)密封、間隙密封的公稱通徑(mm)、有效截面積(mm2)、泄漏量(m L min)、耐久性(萬次)、最低控制壓力(MPa)、換向時間(s)、最高換向頻率(Hz)、工作頻度等。以上具體數(shù)據(jù)查閱有關(guān)方向閥的技術(shù)性能指標(biāo)。電磁閥的故障可分為鐵心的機械故障，異物等侵入后引起的故障和由電氣原因引起的故障。先導(dǎo)電磁閥的故障及排除方法見表3-3。表3-3 電磁換向閥的故障原因及處理對策3.1.4 方向閥用于系統(tǒng)故障排除實例1 故障現(xiàn)象某小型氣動沖擊試驗

9、臺(俗稱空氣炮)，氣動原理如圖3-11。當(dāng)操作者按下起動按鈕時，Y1通電，壓縮空氣從工作缸頂部進入。當(dāng)氣壓達到設(shè)定壓力時，電接點壓力表MH使Y2通電，壓縮空氣同時進入鎖定觸發(fā)缸，但是鎖定觸發(fā)活塞未能后移，“試驗艙”沒有被釋放。圖3-11 沖擊試驗臺氣動原理圖2 直接故障原因經(jīng)詳細檢查 直接故障可能原因有3個：1)電磁閥Y2內(nèi)有異物，造成閥芯動作失靈；2)MI-I電接點電阻增大，造成Y2電磁鐵吸力降低；3)鎖定觸發(fā)缸活塞密封圈磨損，造成外泄，減小了活塞推力。3 尋找故障深層次的原因當(dāng)維修工將這些故障點逐一排除以后，設(shè)備仍不能恢復(fù)正常，甚至毛病越來越重。最初是在額定壓力0.25 MPa時不能擊發(fā)，

10、而在0.2 MPa時尚可；后來0.2 MPa也不行了。這臺設(shè)備雖說是國外進口的，但其工作原理和結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜。抽動鎖定銷的力F1由鎖定觸發(fā)缸活塞提供，阻力F2則主要來源于鎖定銷與試驗艙之間，鎖定活塞與缸體之間的摩擦。顯然，正常擊發(fā)須滿足的條件為：F1>F2。對有關(guān)數(shù)據(jù)進行驗算。當(dāng)設(shè)定壓力為0.25 MPa時，計算得F1的理論值為2215 N；F2為2087 N(摩擦系數(shù)取0.3，復(fù)位彈簧的阻力未計算在內(nèi))，于是有：F1-F2=128 N。128N顯然太小，看來，這是故障產(chǎn)生的真正原因。為排除內(nèi)泄更換了密封圈，卻同時大大增加了阻力由于國產(chǎn)密封圈硬，彈性差，阻力還非常大。為了證實這一分析，重新

11、將原密封圈裝上，為減少泄漏，多涂了些“黃油”，果然，鎖定觸發(fā)機構(gòu)又突然恢復(fù)了“正常”。不過這個“正?！币膊豢煽?。在0.20-0.25 Mpa之間它一共只觸發(fā)了4次，就又不動了。4 改進辦法很顯然，原氣路在設(shè)計上確實存在明顯不足。Y2接通時，由于Y1并未截斷，氣源與工作缸仍是接通的。所以盡管鎖定觸發(fā)缸體積只有25，但在瞬時缸內(nèi)并不能達到氣源壓力。只是由于工作缸的體積要比它大240倍，才能使它在觸發(fā)的瞬時內(nèi)部氣壓稍高于工作缸氣壓(當(dāng)氣源一定，MH調(diào)得越低，兩缸壓力差越大；F2也越小，便有利擊發(fā))。當(dāng)工作缸MN為設(shè)定壓力0.25MPa時，壓力表顯示鎖定缸壓力為0.3MPa(氣源壓力為0.5 MPa)

12、。如果瞬時(零點幾秒)不能觸發(fā)，說明此時FlF2。并且隨著時間的延長。兩缸的氣壓將同時增高，很快趨于平衡，等于氣源壓力。由于工作缸徑遠大于觸發(fā)缸徑，F(xiàn)I<F2更多，所以，延長按壓起動按鈕是無用的。改造方法是在Y1前A、B處串接一個兩位兩通電磁閥(常開型)，如圖1中的虛線所示(電源與壓力表MH并聯(lián))。實施后一次成功。壓力表顯示觸發(fā)缸瞬時壓力為0.45MPa(MH調(diào)定0.25MPa，氣源壓力仍為0.5MPa)。按此計算，F(xiàn)2不變，F(xiàn)1卻比改進前增加862N。 3.2 壓力控制閥與壓力控制回路及使用與維修壓力控制閥按其控制功能可分為減壓閥、溢流閥和順序閥三種。3.2.1 減壓閥減壓閥又稱調(diào)壓閥

13、，可分為直動式、先導(dǎo)式，其中先導(dǎo)式又分為內(nèi)部先導(dǎo)式和外部先導(dǎo)式兩種。1 直動型減壓閥 圖3-12a所示為QTY型直動型減壓閥的結(jié)構(gòu)圖。其工作原理如下：閥處于工作狀態(tài)時，壓縮空氣從左端輸入，經(jīng)閥口11節(jié)流減壓后再從閥出口流出。當(dāng)旋轉(zhuǎn)手柄1，壓縮調(diào)壓彈簧2、3推動膜片5下凹，通過閥桿6帶動閥芯9下移，打開進氣閥口11，壓縮空氣通過閥口11的節(jié)流作用，使輸出壓力低于輸入壓力，以實現(xiàn)減壓作用。與此同時，有一部分氣流經(jīng)阻尼孔7進入膜片室12，在膜片下部產(chǎn)生一向上的推力。當(dāng)推力與彈簧的作用相互平衡后，閥口開度穩(wěn)定在某一值上，減壓閥的出口壓力便保持一定。閥口11開度越小，節(jié)流作用越強，壓力下降也越多。若輸入

14、壓力瞬時升高，經(jīng)閥口11以后的輸出壓力隨之升高，使膜片室內(nèi)的壓力也升高，破壞了原有的平衡，使膜片上移，有部分氣流經(jīng)溢流孔4，排氣口13排出。在膜片上移的同時，閥芯9在復(fù)位彈簧10的作用下也隨之上移，減小進氣閥口11開度節(jié)流作用加大，輸出壓力下降，直至達到膜片兩端作用力重新平衡為止，輸出壓力基本上又回到原數(shù)值上。相反，輸入壓力下降時，進氣節(jié)流閥口開度增大，節(jié)流作用減小，輸出壓力上升，使輸出壓力基本回到原數(shù)值上。 圖312 QTY型直動型減壓閥2 先導(dǎo)型減壓閥 圖3-13a 所示為內(nèi)部先導(dǎo)型減壓閥結(jié)構(gòu)圖，它由先導(dǎo)閥和主閥兩部分組成。當(dāng)氣流從左端流入閥體后，一部分經(jīng)進氣閥口9流向輸出口，另一部分經(jīng)固

15、定節(jié)流孔1進入中氣室5經(jīng)噴嘴2、擋板3、孔道反饋至下氣室6，在經(jīng)閥桿7中心孔及排氣孔8排至大氣。把手柄旋到一定位置，使噴嘴擋板的距離在工作范圍內(nèi)，減壓閥就進入工作狀態(tài)。中氣室5的壓力隨噴嘴與擋板間距離的的減小而增大，于是推動閥芯打開進氣閥口9，立即有氣流流到出口，同時經(jīng)孔道反饋到上氣室4，與調(diào)壓彈簧相平衡。若輸入壓力瞬時升高，輸出壓力也相應(yīng)升高，通過孔口的氣流使下氣室6的壓力也升高，破壞了膜片原有的平衡，使閥桿7上升，節(jié)流閥口減小，節(jié)流作用增強，輸出壓力下降，使膜片兩端作用力重新平衡，輸出壓力恢復(fù)到原來的調(diào)定值。當(dāng)輸出壓力瞬時下降時，經(jīng)噴嘴擋板的放大也會引起中氣室5的壓力比較明顯地提高，而使得

16、閥芯下移，閥口開大，輸出壓力升高，并穩(wěn)定到原數(shù)值上。圖3-13b為圖形符號。 圖313 內(nèi)部先導(dǎo)型減壓閥3 減壓閥的應(yīng)用 圖3-14a所示回路同時輸出高低壓力P1、P2。圖3-14b所示是利用減壓閥的高低壓轉(zhuǎn)換回路。 圖314 減壓閥應(yīng)用回路4 減壓閥的故障原因及處理減壓閥的故障原因及處理對策見表3-4。表3-4 減壓閥的故障原因及處理對策5 定值器及故障排除（1）定值器定值器是一種高精度的減壓閥，主要用于壓力定值。圖3-15為定值器的工作原理圖。它由三部分組成：一是直動式減壓閥的主閥部分；二是恒壓降裝置，相當(dāng)于一定差值減壓閥，主要作用是使噴嘴得到穩(wěn)定的氣源流量；三是噴嘴擋板裝置和調(diào)壓部分，起

17、調(diào)壓和壓力放大作用，利用被它放大了的氣壓去控制主閥部分。由于定值器具有調(diào)定、比較和放大的功能，因而穩(wěn)壓精度高。 圖3-15 定值器定值器處于非工作狀態(tài)時，由氣源輸入的壓縮空氣進人A室和E室。主閥芯2在彈簧1和氣源壓力作用下壓在截止閥座3上，使A室與B室斷開。進人E室的氣流經(jīng)閥口（又稱為活門7）進至F室，再通過節(jié)流孔5降壓后，分別進人G室和D室。由于這時尚未對膜片12加力，擋板5與噴嘴4之間的間距較大，氣體從噴嘴10流出時的氣流阻力較小，C室及D室的氣壓較低，膜片8及4皆保持原始位置。進人H室的微量氣體主要部分經(jīng)B室通過溢流口從排氣口排出；另有一部分從輸出口排空。此時輸出口輸出壓力近似為零，由噴

18、嘴流出而排空的微量氣體是維持噴嘴擋板裝置工作所必須的，因其為無功耗氣量，所以希望其耗氣量越小越好。定值器處于工作狀態(tài)時，轉(zhuǎn)動手柄14壓下彈簧13并推動膜片12連同擋板11一同下移，擋板11與噴嘴10的間距縮小，氣流阻力增加，使G室和D室的氣壓升高。膜片4在D室氣壓的作用下下移，將溢流閥口關(guān)閉，并向下推動主閥芯2，打開閥口，壓縮空氣即經(jīng) B室和H室由輸出口輸出。與此同時，H室壓力上升并反饋到膜片12上，當(dāng)膜片12所受的反饋作用力與彈簧力平衡時，定值器便輸出一定壓力的氣體。當(dāng)輸入的壓力發(fā)生波動，如壓力上升，若活門、進氣閥芯2的開度不變，則B、F、H室氣壓瞬時增高，使膜片12上移，導(dǎo)致?lián)醢?1與噴嘴

19、10之間的間距加大，G室和D室的氣壓下降。由于B室壓力增高，D室壓力下降，膜片4在壓差的作用下向上移動，使主閥口減小，輸出壓力下降，直到穩(wěn)定在調(diào)定壓力上。此外，在輸入壓力上升時，E室壓力和F室瞬時壓力也上升，膜片8在上下壓差的作用下向上移，關(guān)小活門口7。由于節(jié)流作用加強，F(xiàn)室氣壓下降，始終保持節(jié)流孔5的前后壓差恒定，故通過節(jié)流孔門的氣體流量不變，使噴嘴擋板的靈敏度得到提高。當(dāng)輸入壓力降低時，B室和H室的壓力瞬時下降，膜片12連同擋板11由于受力平衡破壞而下移，噴嘴10與擋板11間的間距減小，C室和D室壓力上升，膜片8和4下移。膜片4的下移使主閥口開度加大，B室及H室氣壓回升，直到與調(diào)定壓力平衡

20、為止。而膜片8下移，開大活門口，F(xiàn)室氣壓上升，始終保持節(jié)流孔5前后壓差恒定。同理，當(dāng)輸出壓力波動時，將與輸入壓力波動時得到同樣的調(diào)節(jié)。由于定值器利用輸出壓力的反饋作用和噴嘴擋板的放大作用控制主閥，使其能對較小的壓力變化作出反應(yīng)，從而使輸出壓力得到及時調(diào)節(jié)，保持出口壓力基本穩(wěn)定，定值穩(wěn)壓精度較高。（2）定值器常見故障及排除定值器常見故障及排除方法見表3-5。表3-5 定值器的常見故障及排除方法 常見故障 原因及排除方法 出口壓力達不到調(diào)定值 1閥桿與閥座配合不好，大量空氣流人大氣。校正閥桿與閥座的相對位置(重新安裝或更換零件) 2噴嘴與擋板的密封性不好。重新安裝或更換有關(guān)零件 3背壓室O、G漏氣

21、 轉(zhuǎn)動旅鈕時沒有出口壓力 恒節(jié)流孔被阻塞。用通針通后吹凈 旋鈕全部放松時，出口壓力超過規(guī)定值 1閥座與閥桿接觸時，密封性不好。檢查有關(guān)零件或更換 2閥座與環(huán)室間密封不好 3閥桿與閥座離開 4恒節(jié)流孔前端錐面密封性不好。更換有關(guān)零件 壓力特性不好 閥門密封不好 3.2.3 溢流閥1 溢流閥的原理 溢流閥的作用是當(dāng)氣動系統(tǒng)的壓力上升到調(diào)定值時，與大氣相通以保持系統(tǒng)的壓力的調(diào)定值。圖3-18a所示為直動式溢流閥的結(jié)構(gòu)原理，氣壓作用在膜片的力小于調(diào)壓彈簧的預(yù)壓力時，閥處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)氣壓力升高，作用于膜片上的氣壓力超過了彈簧的預(yù)壓力，溢流閥開啟排氣，系統(tǒng)的壓力降到調(diào)定壓力以下時，閥門重新關(guān)閉。閥的開啟

22、壓力大小靠調(diào)壓彈簧的預(yù)壓縮量來實現(xiàn)。圖3-18b為圖形符號。圖3-19為氣動控制先導(dǎo)式溢流閥的結(jié)構(gòu)原理圖。它是靠作用在膜片上的控制口氣體的壓力和進氣口作用在截止閥口的壓力進行比較來進行工作的。2 溢流閥的應(yīng)用 如圖3-20所示為一次壓力控制回路，這種回路主要使貯氣罐輸出的壓力穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。常用電觸點壓力表1控制，一旦罐內(nèi)壓力超過規(guī)定上限時，電觸點壓力表內(nèi)的指針碰到上觸點，即控制中間繼電器斷電，電動機停轉(zhuǎn)，空氣壓縮機停止運轉(zhuǎn)，壓力不再上升。當(dāng)貯氣罐中壓力下降到預(yù)定下限時，指針碰到下觸點，使中間繼電器通電，電機啟動，向貯氣罐供氣。當(dāng)電觸點壓力表或電路發(fā)生故障而失靈時，壓縮機不能停止運轉(zhuǎn)使貯氣

23、罐壓力不斷上升，在超過預(yù)定上限時，溢流閥就開啟溢流，從而起安全保護作用。 圖318 直動式溢流閥的結(jié)構(gòu)原理1 閥座 2閥芯 3膜片 4先導(dǎo)壓力控制口圖3-19 氣動控制先導(dǎo)式溢流閥圖320 一次壓力控制回路3 溢流閥故障及排除方法 溢流閥的故障一般是閥內(nèi)進入異物或密封件損傷，嚴(yán)重的故障主要是因回路和溢流閥不匹配以及元件本身的故障引起的。一般溢流閥的常見故障及排除方法見表3-6。表3-6 溢流閥的故障及排除方法 故障 原因 排除方法 壓力雖超過調(diào)定溢流壓力但不溢流 1閥內(nèi)部的孔堵塞 2閥的導(dǎo)向部分進入異物 清洗 雖壓力沒有超過調(diào)定值，但在出口卻溢流空氣 1閥內(nèi)進入異物 2閥座損傷 3調(diào)壓彈簧失靈

24、 1清洗 2更換閥座 3更換調(diào)壓彈簧 溢流時發(fā)生振動(主要發(fā)生在膜片式閥，其啟閉壓力差(P開一P閉)較小 1壓力上升速度很慢，溢流閥放出流量多，引起閥振動 2因從氣源到溢流閥之間被節(jié)流，溢流閥進口壓力上升慢而引起振動 1出口側(cè)安裝針閥微調(diào)溢流量，使其與壓力上升量匹配 2增大氣源到溢流閥的管道口徑，以消除節(jié)流 從閥體或閥蓋向外漏氣 1膜片破裂(膜片式) 2密封件損傷 1更換膜片 2更換密封件3.2.4 順序閥1 單向順序閥 圖3-21所示為單向順序閥的工作原理。當(dāng)壓縮空氣由P口進入閥左腔4后，作用在活塞3上的力小于調(diào)壓彈簧2上的力時，閥處于關(guān)閉狀態(tài)。而當(dāng)作用于活塞上的力大于彈簧力時，活塞被頂起，

25、壓縮空氣經(jīng)閥左腔4流入閥右腔5由A口流出（ 圖3-21 a）， 順序閥開啟，此時單向閥關(guān)閉。當(dāng)切換氣源時（圖3-21b），閥左腔4壓力迅速下降，順序閥關(guān)閉，此時閥右腔5壓力高于閥左腔4壓力，在氣體壓力差作用下，打開單向閥，壓縮空氣由閥右腔5經(jīng)單向閥6流入閥左腔4向外排出。圖3-21c為圖形符號。 圖3-21 單向順序閥的工作原理圖2 順序閥的應(yīng)用 圖3-22所示為用順序閥控制兩個氣缸順序動作的回路。 圖322 順序閥的應(yīng)用回路3.3 流量控制閥與速度控制回路及使用與維修 3.3.1 流量控制閥 流量控制閥是通過改變閥的通流截面積來實現(xiàn)流量控制的元件，它包括節(jié)流閥、單向節(jié)流閥和排氣節(jié)流閥等。排氣

26、節(jié)流閥只能安裝在氣動裝置的排氣口處，圖3-23為排氣節(jié)流閥的工作原理圖，氣流進入閥內(nèi)，由節(jié)流口1節(jié)流后經(jīng)消聲套2排出，因而它不僅能調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的運動速度，還能起到降低排氣噪聲的作用。圖3-24所示回路，把兩個排氣節(jié)流閥安裝在二位五通電磁換向閥的排氣口上，可控制活塞的往復(fù)運動速度。 圖323 排氣節(jié)流閥的工作原理圖 圖324 排氣節(jié)流閥的應(yīng)用圖325為單向節(jié)流閥結(jié)構(gòu)原理。其節(jié)流閥口為針型結(jié)構(gòu)。氣流從P口流入時，頂開單向密封閥芯1，氣流從閥座6的周邊槽口流向A，實現(xiàn)單向閥功能；當(dāng)氣流從A流入時，單向閥芯1受力向左運動緊抵截止閥口2，氣流經(jīng)過節(jié)流口流向P，實現(xiàn)反向節(jié)流功能。圖325 單向節(jié)流閥單向節(jié)

27、流閥的故障原因及處理對策如表3-7所示。表3-7 單向節(jié)流閥的故障原因及處理對策3.3.2速度控制回路速度控制回路用來調(diào)節(jié)氣缸的運動速度或?qū)崿F(xiàn)氣缸的緩沖等。氣缸活塞的速度控制可以采用進氣節(jié)流調(diào)速和排氣節(jié)流調(diào)速。1單作用氣缸的速度控制回路圖3-26a為用兩個單向節(jié)流閥來分別控制活塞往復(fù)運動的速度。圖3-23b為用節(jié)流閥調(diào)節(jié)活塞的速度，活塞向左運動時，氣缸左腔通過快速排氣閥排氣。 圖3-26 單作用氣缸的速度控制回路2雙作用氣缸的速度控制回路雙作用氣缸的調(diào)速回路如圖3-27所示。緩沖回路如圖3-28所示。當(dāng)活塞向右運動時，缸右腔的氣體經(jīng)行程閥及三位五通閥排出，當(dāng)活塞運動到末端碰到行程閥時，氣體經(jīng)節(jié)

28、流閥通過三位五通閥排出，活塞運動速度得到緩沖，此回路適合于活塞慣性力大的場合。 圖327 雙作用氣缸的調(diào)速回路 圖3-28 緩沖回路 圖3-29所示為采用氣液轉(zhuǎn)換器的調(diào)速回路。此調(diào)速回路可實現(xiàn)快進、工進、快退等工況。該回路利用氣液轉(zhuǎn)換器將氣壓變成液壓，充分發(fā)揮了氣動供氣方便和液壓速度容易控制的優(yōu)點。 圖329 氣液調(diào)速回路3.4 其他常用氣動回路3.4.1 安全保護回路1互鎖回路 如圖3-40所示，主控閥的換向?qū)⑹苋齻€串聯(lián)機控三通閥的控制，只有三個機控三通閥都接通時，主控閥才能換向，活塞才能動作。 圖330 互鎖回路2過載保護回路 如圖3-31所示，當(dāng)活塞向右運行過程中遇到障礙或其他原因使氣缸

29、過載時，左腔內(nèi)的壓力將逐漸升高，當(dāng)其超過預(yù)定值時，打開順序閥3使換向閥4換向，閥1、2同時復(fù)位，氣缸返回，保護設(shè)備安全。 圖331 過載保護回路3雙手同時操作回路 圖3-32所示雙手操作回路，為使主控閥3換向，必須同時按下兩個二位三通手動閥1和2。這兩個閥必須安裝在單手不能同時操作的位置上，在操作時，如任何一只手離開時則信號消失，主控閥復(fù)位，則活塞桿后退。 圖332 雙手操作回路3.4.2 往復(fù)動作回路如圖3-33所示為三種往復(fù)動作回路，圖3-30a為行程閥控制的單往復(fù)回路，按下手動換向閥1后，壓縮空氣使閥3換向，活塞桿向右伸出，當(dāng)活塞桿上的擋鐵碰到行程閥2時，閥3復(fù)位，活塞桿返回。圖3-33

30、b是壓力控制的往復(fù)動作回路，當(dāng)按下閥1的手動按鈕后，閥3右移，氣缸無桿腔進氣使活塞桿伸出，同時氣壓還作用在順序閥4上。當(dāng)活塞到達終點后，無桿腔壓力升高并打開順序閥，使閥3又切換至右位，活塞桿就縮回。圖3-33c是利用延時回路形成的時間控制往復(fù)動作回路。當(dāng)按下行程閥2后，延時一段時間后，閥3才能換向，活塞桿再縮回。圖3-33 往復(fù)動作回路3.4.3 延時回路如圖3-34所示為延時回路。圖3-34a為延時輸出回路，當(dāng)控制信號切換閥4后，壓縮空氣經(jīng)單向節(jié)流閥3向氣罐2充氣。當(dāng)充氣壓力經(jīng)過延時升高致使閥1換位時，閥1就有輸出。圖3-34b為延時接通回路，按下閥8，則活塞向外伸出，當(dāng)活塞在伸出行程中壓下

31、閥5后，壓縮空氣經(jīng)節(jié)流閥到氣罐6，延時后才將閥7切換，活塞退回。 圖3-34 延時回路3.5 氣動邏輯控制閥3.5.1 邏輯控制概述任何一個實際的控制問題都可以用邏輯關(guān)系來進行描述。從邏輯角度看，事物都可以表示為兩個對立的狀態(tài)，這兩個對立的狀態(tài)又可以用兩個數(shù)字符號“l(fā)”和“0”來表示。它們之間的邏輯關(guān)系遵循布爾代數(shù)的二進制邏輯運算法則。同樣任何一個氣動控制系統(tǒng)及執(zhí)行機構(gòu)的動作和狀態(tài)，亦可設(shè)定為“1”和“0”。例如將氣缸前進設(shè)定為“l(fā)”，后退設(shè)定為“0”；管道有壓設(shè)定為“1”，無壓設(shè)定為“0”；元件有輸出信號設(shè)定為“1”，無輸出信號設(shè)定為“0”等。這樣，一個具體的氣動系統(tǒng)可以用若干個邏輯函數(shù)式來

32、表達。由于邏輯函數(shù)式的運算是有規(guī)律的，對這些邏輯函數(shù)式進行運算和求解，可使問題變得明了、易解，從而可獲得最簡單的或最佳的系統(tǒng)?？傊?，邏輯控制即是將具有不同邏輯功能的元件，按不同的邏輯關(guān)系組配，實現(xiàn)輸入、輸出口狀態(tài)的變換。氣動邏輯控制系統(tǒng)，遵循布爾代數(shù)的運算規(guī)則，其設(shè)計方法已趨于成熟和規(guī)范化，然而元件的結(jié)構(gòu)原理發(fā)展變化較大，自20世紀(jì)60年代以來已經(jīng)歷了三代更新。第一代為滑閥式元件，可動部件是滑柱，在閥孔內(nèi)移動，利用了空氣軸承的原理，反應(yīng)速度快，但要求很高的制造精度；第二代為注塑型元件，可動件為橡膠塑料膜片，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，適于大批量生產(chǎn)；第三代為集成化組合式元件，綜合利用了電、磁的功能，便于

33、組成通用程序回路或者與可編程序控制器（PLC）匹配組成氣電混合控制系統(tǒng)。氣動邏輯元件是用壓縮空氣為介質(zhì)，通過元件的可動部件（如膜片、閥心）在氣控信號作用下動作，改變氣流方向以實現(xiàn)一定邏輯功能的氣體控制元件。實際上氣動方向控制閥也具有邏輯元件的各種功能，所不同的是它的輸出功率較大，尺寸大。而氣動邏輯元件的尺寸較小，因此在氣動控制系統(tǒng)中廣泛采用各種形式的氣動邏輯元件（邏輯閥）。3.5.2 氣動邏輯元件的分類氣動邏輯元件的種類很多，可根據(jù)不同特性進行分類。1 按工作壓力高壓型，工作壓力：0.20.8MPa；低壓型，工作壓力：0.050.2MPa；微壓型，工作壓力：0.0050.05MPa；2 按結(jié)構(gòu)

34、型式元件的結(jié)構(gòu)總是由開關(guān)部分和控制部分組成。開關(guān)部分是在控制氣壓信號作用下來回動作，改變氣流通路，完成邏輯功能。根據(jù)組成原理，氣動邏輯元件的結(jié)構(gòu)型式可分為三類：截止式：氣路的通斷依靠可動件的端面（平面或錐面）與氣嘴構(gòu)成的氣口的開啟或關(guān)閉來實現(xiàn)。滑柱式（滑塊型）：依靠滑柱（或滑塊）的移動，實現(xiàn)氣口的開啟或關(guān)閉。膜片式：氣路的通斷依靠彈性膜片的變形開啟或關(guān)閉氣口。3 按邏輯功能對二進制邏輯功能的元件，可按邏輯功能的性質(zhì)分為兩大類。單功能元件：每個元件只具備一種邏輯功能，如或、非、與、雙穩(wěn)等。多功能元件：每個元件具有多種邏輯功能，各種邏輯功能由不同的連接方式獲得。如三膜片多功能氣動邏輯元件等。3.5

35、.3 主要邏輯元件1 高壓截止式邏輯元件高壓截止式邏輯元件是依靠控制氣壓信號推動閥心或通過膜片的變形推動閥芯動作，改變氣流的流動方向以實現(xiàn)一定邏輯功能的邏輯元件。氣壓邏輯系統(tǒng)中廣泛采用高壓截止式邏輯元件。它具有行程小、流量大、工作壓力高、對氣源壓力凈化要求低，便于實現(xiàn)集成安裝和實現(xiàn)集中控制控制等，其拆卸也方便。（1）或門元件圖3-35所示為或門元件的結(jié)構(gòu)原理。A、B為元件的信號輸入口，S為信號的輸出口。氣流的流通關(guān)系是：A、B口任意一個有信號或同時有信號，則S口有信號輸出；邏輯關(guān)系式：。圖3-35 氣動或門元件1下閥座 2閥芯 3上閥座（2）是門和與門元件圖3-36為是門和與門元件的結(jié)構(gòu)原理。

36、在A口接信號，S為輸出口,中間孔接氣源P情況下，元件為是門。在A口沒有信號的情況下，由于彈簧力的作用，閥口處在關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)A口接入控制信號后，氣流的壓力作用在膜片上，壓下閥芯導(dǎo)通P、S通道，S有輸出。指示活塞8可以顯示S有無輸出；手動按鈕7用于手動發(fā)訊。元件的邏輯關(guān)系為： 。若中間孔不接氣源P而接信號B，則元件為與門。也就是說，只有A、B同時有信號時S口才有輸出。邏輯關(guān)系式： 。圖3-36 氣動是門和與門元件1彈簧 2下密封閥芯 3下截止閥座 4上截止閥座 5上密封閥芯 6膜片 7手動按鈕 8指示活塞（3）非門和禁門元件非門和禁門元件的結(jié)構(gòu)原理如圖3-37。在P口接氣源，A口接信號，S為輸出口

37、情況下元件為非門。在A口沒有信號的情況下，氣源壓力P將閥心推離截止閥座1，S有信號輸出；當(dāng)A口有信號時，信號壓力通過膜片把閥芯壓在截止閥座1上，關(guān)斷P、S通路，這時S 沒有信號。其邏輯關(guān)系式： 。若中間孔不接氣源P而接信號B，則元件為禁門。也就是說，在A、B同時有信號時，由于作用面積的關(guān)系，閥芯緊抵下截止閥口1，S口沒有輸出。在A口無信號而B口有信號時，S有輸出。A信號對B信號起禁止作用，邏輯關(guān)系式： 。圖3-37 氣動非門和禁門元件 1下截止閥座 2 密封閥芯 3上截止閥座 4閥芯 5膜片 6手動按鈕 7指示活塞（4）或非元件如圖3-38，或非元件是在非門元件的基礎(chǔ)上增加了兩個輸入端，即具有

38、A、B、C三個信號輸入端。在三個輸入端都沒有信號時，P、S導(dǎo)通，S有輸出信號。當(dāng)存在任何一個輸入信號時，元件都沒有輸出。元件的邏輯關(guān)系式： 。圖338 氣動或非元件1下截止閥座2 密封閥芯 3上截止閥座 4膜片 5閥柱或非元件是一種多功能邏輯元件，可以實現(xiàn)是門、或門、與門、非門或記憶等邏輯功能，如表3-8所示。表3-8 或非元件組合可實現(xiàn)的邏輯功能。是 門或 門與 門非 門雙 穩(wěn)（5）雙穩(wěn)元件雙穩(wěn)元件屬于記憶型元件，在邏輯線路中具有重要的作用。圖339所示為雙穩(wěn)元件的工作原理。當(dāng)A有信號輸入時，閥芯移動到右端極限位置，由于滑塊的分隔作用，P口的壓縮空氣通過S1輸出，S2與排氣口T相通；在A信號

39、消失后B信號到來前，閥芯保持在右端位置，S1總有輸出；當(dāng)B有信號輸入時，閥芯移動到左端極限位置，P口的壓縮空氣通過S2輸出，S1與排氣口T相通；在B信號消失后A信號到來前，閥芯保持在右端位置，S2總有輸出；這里，兩個輸入信號不能同時存在。元件的邏輯關(guān)系式為：；。圖339 雙穩(wěn)元件1滑塊 2閥芯 3手動按鈕 4密封圈2 高壓膜片式邏輯元件高壓膜片式邏輯元件是利用膜片式閥芯的變形來實現(xiàn)其邏輯功能的。最基本的單元是三門元件和四門元件。（1）三門元件圖340所示為三門元件的工作原理。它由上、下氣室及膜片組成，下氣室有輸入口A和輸出口S，上氣室有一個輸入口B，膜片將上、下兩個氣室隔開。因為元件共有三個口

40、，所以稱為三門元件。A口接氣源（輸入），S口為輸出口，B口接控制信號。若B口無控制信號，則A口輸入的氣流頂開膜片從S口輸出，如圖340b；如S口接大氣，若A 口和B口輸入相等的壓力，由于膜片兩邊作用面積不同，受力不等，S口通道被封閉，A、S氣路不通,如圖340c。若S口封閉，A、B口通入相等的壓力信號，膜片受力平衡，無輸出，如圖340d所示。但在S口接負載時，三門的關(guān)斷是有條件的，即S口降壓或B口升壓才能保證可靠地關(guān)斷。利用這個壓力差作用的原理，關(guān)閉或開啟元件的通道，可組成各種邏輯元件。其圖形符號如圖340e。圖340 三門元件1截止閥口 2膜片（2）四門元件四門元件的工作原理如圖341所示。

41、膜片將元件分成上、下兩個氣室，下氣室有輸入口A和輸出口B，上氣室有輸入口C和輸出口D，因為共有四個口，所以稱之為四門元件。四門元件是一個壓力比較元件。就是說膜片兩側(cè)都有壓力且壓力不相等時，壓力小的一側(cè)通道被斷開，壓力高的一側(cè)通道被導(dǎo)通；若膜片兩側(cè)氣壓相等，則要看那一通道的氣流先到達氣室先到者通過，遲到者不能通過。當(dāng)A、C口同時接氣源，B口通大氣，D口封閉時，則D口有氣無流量，B口關(guān)閉無輸出，如圖13.30b；此時若封閉B口，情況與上述狀態(tài)相同，如圖13.30c此時放開D，則C至D氣體流動，放空，下氣室壓力很小，膜片上氣室氣體由A輸入，為氣源壓力，膜片下移，關(guān)閉D口，則D無氣，B有氣但無流量，如

42、圖13.0d；同理，此時再將D封閉，元件仍保持這一狀態(tài)。根據(jù)上述三門和四門這兩個基本元件，就可構(gòu)成邏輯回路中常用的或門、與門、非門、記憶元件等。圖340 四門元件1下截止閥口 2膜片 3上截止閥口3 邏輯元件的選用氣動邏輯控制系統(tǒng)所用氣源的壓力變化必須保障邏輯元件正常工作需要的氣壓范圍和輸出端切換時所需的切換壓力，邏輯元件的輸出流量和響應(yīng)時間等在設(shè)計系統(tǒng)時可根據(jù)系統(tǒng)要求參照有關(guān)資料選取。無論采用截止式或膜片式高壓邏輯元件，都要盡量將元件集中布置，以便于集中管理。由于信號的傳輸有一定的延時，信號的發(fā)出點（例如行程開關(guān)）與接收點（例如元件）之間，不能相距太遠。一般說來，最好不要超過幾十米。當(dāng)邏輯元

43、件要相互串聯(lián)時定要有足夠的流量，否則可能無力推動下一級元件。另外，盡管高壓邏輯元件對氣源過濾要求不高但最好使用過濾后的氣源，一定不要使加入油霧的氣源進人邏輯元件。3.6 閥島及應(yīng)用“閥島”一詞來自德語，英文名為“Valve Terminal”。德國FESTO公司發(fā)明并最先應(yīng)用。閥島是由多個電控閥構(gòu)成，它集成了信號輸入輸出及信號的控制，猶如一個控制島嶼。3.6.1 閥島1 閥島的特點與結(jié)構(gòu)閥島技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)相結(jié)合，不僅確保了電控閥的布線容易，而且也大大地簡化了復(fù)雜系統(tǒng)的調(diào)試、性能的檢測和診斷及維護工作。借助現(xiàn)場總線高水平一體化的信息系統(tǒng)，使兩者的優(yōu)勢得到充分發(fā)揮，具有廣泛的應(yīng)用前景。圖3-4

44、2所示為閥島系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。圖3-42 閥島系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2 閥島的類型閥島是新一代氣電一體化控制元器件，已從最初帶多針接口的閥島發(fā)展為帶現(xiàn)場總線的閥島，繼而出現(xiàn)可編程閥島及模塊式閥島。（1）帶多針接口的閥島 可編程控制器的輸出控制信號、輸入信號均通過一根帶多針插頭的多股電纜與閥島相連，而由傳感器輸出的信號則通過電纜連接到閥島的電信號輸入口上。因此，可編程控制器與電控閥、傳感器輸入信號之間的接口簡化為只有一個多針插頭和一根多股電纜。與傳統(tǒng)方式實現(xiàn)的控制系統(tǒng)比較可知，采用多針接口閥島后系統(tǒng)不再需要接線盒。同時，所有電信號的處理、保護功能（如極性保護、光電隔離、防水等）都已在閥島上實現(xiàn)。（2）帶現(xiàn)場總線的

45、閥島 使用多針接口型閥島使設(shè)備的接口大為簡化，但用戶還必須根據(jù)設(shè)計要求自行將可編程控制器的輸入輸出口與來自閥島的電纜進行連接，而且該電纜隨著控制回路的復(fù)雜化而加粗，隨著閥島與可編程控制器間的距離增大而加長。為克服這一缺點，出現(xiàn)了新一代閥島帶現(xiàn)場總線的閥島?，F(xiàn)場總線（Field bus）的實質(zhì)是通過電信號傳輸方式，并以一定的數(shù)據(jù)格式實現(xiàn)控制系統(tǒng)中信號的雙向傳輸。兩個采用現(xiàn)場總線進行信息交換的對象之間只需一根兩股或四股的電纜連接。特點是以一對電纜之間的電位差方式傳輸?shù)摹?在帶現(xiàn)場總線的閥島系統(tǒng)中，每個閥島都帶有一個總線輸入口和總線輸出口。這樣當(dāng)系統(tǒng)中有多個帶現(xiàn)場總線閥島或其它帶現(xiàn)場總線設(shè)備時可以由

46、近至遠串聯(lián)連接。現(xiàn)提供的現(xiàn)場總線閥島裝備了目前市場上所有開放式數(shù)據(jù)格式約定及主要可編程控制器廠家自定的數(shù)據(jù)格式約定。這樣，帶現(xiàn)場總線閥島就能與各種型號的可編程控制器直接相連接，或者通過總線轉(zhuǎn)換器進行閥接連接。故障診斷是工業(yè)現(xiàn)場總線的另一大優(yōu)勢，所有聯(lián)入總線的設(shè)備的狀態(tài)都可以清楚地反應(yīng)在系統(tǒng)內(nèi)， 一旦出現(xiàn)故障， 工程師可以及時地發(fā)現(xiàn)故障的位置，縮短維修檢測時間，提高系統(tǒng)的安全性?？偩€閥島具有超強的診斷功能， 一目了然的LED狀態(tài)指示燈，通過不同顏色與閃爍頻率的搭配， 提供了從電源故障到通訊地址匹配等一系列的故障提示，立刻診斷出節(jié)點(Node)位置所在；根據(jù)協(xié)議的不同，有些甚至可以將故障點確認精確至單獨的電磁閥或傳感器上，可將平均排故時間縮短80 以上。帶現(xiàn)場總線閥島的出現(xiàn)標(biāo)志著氣電一體化技術(shù)的發(fā)展進人一個新的階段，為氣動自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、模塊化提供了有效的技術(shù)手段，因此近年來發(fā)展迅速。（3）可編程閥島 鑒于模塊式生產(chǎn)成為目前發(fā)展趨勢，同時注意到單個模塊以及許多簡單的自動裝置往往只有十個以下的執(zhí)行機構(gòu)，于是出現(xiàn)了一種集電控閥、可編程控制器以及現(xiàn)場總線為一體的可編程閥島，即將可編程控制器集成在閥島上。所謂模塊式生產(chǎn)是將整臺設(shè)備分為幾個基本的功能模塊，每一基本模塊與前、后模塊間按一定的規(guī)律有機地結(jié)合。模塊化設(shè)備的優(yōu)點是可以根據(jù)加工對象的特點，選用相應(yīng)的基本