第三章氣動(dòng)控制元件

第三章氣動(dòng)控制元件第3章氣動(dòng)控制元件

在氣壓傳動(dòng)和控制系統(tǒng)中，氣動(dòng)控制元件是用來控制和調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力、流量和方向的，使氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)獲得必要的力、動(dòng)作速度和改變運(yùn)動(dòng)方向，并按規(guī)定的程序工作。

按功能分類壓力控制閥流量控制閥方向控制閥直動(dòng)式減壓閥先導(dǎo)式減壓閥按調(diào)壓精度普通型精密型減壓閥（調(diào)壓閥）安全閥（溢流閥）順序閥壓力比例閥增壓閥多功能組合閥壓力調(diào)節(jié)方式3.1.1減壓閥壓力控制閥3.1壓力控制閥

圖3-1直動(dòng)式減壓閥(QTA)的結(jié)構(gòu)原理圖1-手柄2、3-調(diào)壓彈簧4-溢流閥孔5-膜片6-反饋導(dǎo)管7-閥桿8-進(jìn)氣閥芯9-復(fù)位彈簧10-排氣孔a結(jié)構(gòu)圖b職能符號⒈直動(dòng)式減壓閥（1）直動(dòng)式減壓閥結(jié)構(gòu)原理1）普通型直動(dòng)式減壓閥結(jié)構(gòu)

當(dāng)閥處于工作狀態(tài)時(shí)，將手柄順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，由壓縮彈簧推動(dòng)膜片和閥芯下移，進(jìn)氣閥口被打開，壓縮空氣從左端輸入。2)溢流式減壓閥工作原理工作原理：見圖3-1Q(氣)T(調(diào))Y(壓):a.順時(shí)針調(diào)手柄b.輸入壓力↑輸入壓力↓c.逆時(shí)針調(diào)手柄①靠進(jìn)氣閥口的節(jié)流作用減壓②靠膜片上力的平衡(作用在膜片下方的氣體壓力與膜片上方的彈簧力)和溢流孔的溢流作用穩(wěn)壓③調(diào)節(jié)旋鈕(手柄)可改變彈簧壓縮量來設(shè)定輸出壓力3）非溢流型減壓閥在介質(zhì)為有害氣體（如煤氣）的氣路中，為防止污染工作場所，應(yīng)選用無溢流孔的減壓閥。圖3-2非溢流式減壓閥的使用4)精密型直動(dòng)式減壓閥直動(dòng)式精密減壓閥的結(jié)構(gòu)與普通型直動(dòng)式減壓閥類似，其主要區(qū)別是在上閥體上開有常泄式溢流孔。其穩(wěn)壓精度高，可達(dá)0.001MPa。連接方式有管式和模塊式。（2）主要技術(shù)參數(shù) 減壓閥的主要性能有： 1)輸入壓力氣壓傳動(dòng)中使用壓力為0～1MPa，所以一般最大輸入壓力為1MPa。 2)調(diào)壓范圍要達(dá)到一定的穩(wěn)壓精度。使用壓力最好處于調(diào)壓范圍上限值的30%～80%。3)額定流量計(jì)算、實(shí)測各種通徑的閥允許通過的流量值稱為額定流量，15-25m/s。 4)流量特性指在一定入口壓力下，出口壓力與輸出流量之間的關(guān)系。

直動(dòng)式減壓閥的流量特性曲線P1一定，P2與Q的關(guān)系，△P2≦0.05MPa 5)壓力特性 指在輸出流量基本不變的條件下，出口壓力與入口壓力之間的關(guān)系。 Q一定, P1﹣P2≥0.1MPa6)溢流特性 指在設(shè)定壓力下，出口壓力偏離（高于）設(shè)定值時(shí)，從溢流孔溢出的流量大小。減壓閥的溢流特性曲線 7)環(huán)境和介質(zhì)溫度為－5～60℃返回第6頁返回第6頁

⒉先導(dǎo)式減壓閥 用壓縮空氣的作用力代替調(diào)壓彈簧力以改變出口壓力的閥，稱為先導(dǎo)式減壓閥。(通經(jīng)20mm以上，遠(yuǎn)距離≤30m,P2≥0.7MPa)先導(dǎo)式減壓閥幾個(gè)常見的技術(shù)參數(shù)。 （1）靈敏度 （2）重復(fù)度（3）直線度

⒊減壓閥選用（1）根據(jù)通過減壓閥的最大流量，選擇閥的規(guī)格(閥通徑)。（2）根據(jù)功能要求，選擇閥的品種。

⒋減壓閥使用注意事項(xiàng)（1）普通型減壓閥,出口壓力不要超過進(jìn)口壓力的85％；精密型減壓閥，出口壓力不要超過進(jìn)口壓力的90％。（2）連接配管要充分吹洗。(3)空氣的流動(dòng)方向按箭頭方向安裝，不得裝反。（4）在減壓閥前設(shè)置空氣過濾器、油水分離器。(5)進(jìn)口側(cè)不得裝油霧器。(6)注意壓力表壽命。(7)先導(dǎo)式減壓閥前不應(yīng)安裝換向閥。（8）在化學(xué)溶劑的霧氣中工作的減壓閥其外部材料用耐腐蝕金屬。（9）使用塑料材料的減壓閥應(yīng)避免陽光直射。（10）要防止油、水進(jìn)入壓力表中。（11）若減壓閥需在低溫環(huán)境或高溫環(huán)境下工作，閥蓋及密封件等應(yīng)采用溫度影響小的材質(zhì)。（12）對常泄式減壓閥，從常泄孔不斷排氣是正常的。若溢流量大，造成噪聲大，可在溢流排氣口裝消聲器。（13）減壓閥底部螺塞處要留出60mm以上空間，以便于維修。

3.1.2增壓閥

工廠氣路中的壓力，通常不高于1.0MPa。

圖3-7增壓閥原理圖1-驅(qū)動(dòng)室A2-驅(qū)動(dòng)室B3-調(diào)壓閥4-增壓室B5-增壓室A6-活塞7-單向閥8-換向閥3.1.3順序閥與單向順序閥

⒈順序閥

順序閥是依靠氣路中壓力的作用而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)按順序動(dòng)作的壓力閥。

圖3-8順序閥工作原理1-調(diào)壓手柄2-調(diào)壓彈簧3-閥芯4-單向閥（b）關(guān)閉狀態(tài)(c)職能符號(a)開啟狀態(tài)順序閥很少單獨(dú)使用，往往與單向閥組合一起使用，成為單向順序閥。其工作原理如圖3-8所示，就是在P口和A口之間增加一個(gè)單向閥。圖3-9順序閥的應(yīng)用1-氣缸12-氣缸23-單向閥4-順序閥如圖3-9所示，順序閥可用來控制兩個(gè)氣缸的順序動(dòng)作。壓縮空氣P先進(jìn)入氣缸1，當(dāng)壓力達(dá)到某一給定值后，便打開順序閥4，壓縮空氣才進(jìn)入氣缸2使其也動(dòng)作。由氣缸2返回的氣體經(jīng)單向閥3和排氣口T排空。2.單向順序閥2、使用：控制氣缸自動(dòng)順序動(dòng)作或不便于安裝機(jī)控閥處當(dāng)儲(chǔ)氣罐或回路中壓力超過某調(diào)定值時(shí)，要用安全閥往外放氣。安全閥在圖3-10直動(dòng)式安全閥的工作原理1-調(diào)節(jié)手柄2-調(diào)壓彈簧3-閥芯系統(tǒng)中起過壓保護(hù)作用。當(dāng)系統(tǒng)中氣體壓力在調(diào)定范圍內(nèi)時(shí)，作用在閥芯3上的壓力小于彈簧2的力，活塞處于關(guān)閉狀態(tài)。職能符號3.1.4安全閥(溢流閥)2、性能指標(biāo)開啟壓力PF=P·B=S·CB：閥口通道有效面積S：彈簧預(yù)壓縮量完全開啟壓力P′F+ō·C=P′·AA：閥開啟后有效面積ō：壓縮量（開度）關(guān)閉壓力P"F=P"·A要求：P′>P>P"且越接近越好即輸入壓力達(dá)到調(diào)定壓力時(shí)，溢流閥應(yīng)迅速開啟，實(shí)現(xiàn)溢流在輸入壓力低于調(diào)定壓力時(shí),溢流閥應(yīng)迅速關(guān)閉，不得泄露

①

②要求溢流閥動(dòng)作靈敏對系統(tǒng)壓力影響小由①則由②則（閥口開度）（采用減小彈剛度C來增大彈簧壓縮量等）彈簧越軟（S越大越好）閥口開度越小越好即采用軟彈簧，長壓縮量，小開度的溢流閥，溢流特性好3、使用選擇原則：所選用的溢流閥最高工作壓力要接近于(略高于)所需壓力(∵溢流閥工作在最高壓力附近時(shí)，溢流特性好)①一次壓力控制回路②限壓回路：與減壓閥組合起來→補(bǔ)充溢流和穩(wěn)定壓力的作用3.2流量控制閥

在氣動(dòng)系統(tǒng)中，對氣缸運(yùn)動(dòng)速度、信號延遲時(shí)間、油霧器的滴油量、緩沖氣缸的緩沖能力等的控制，都是依靠控制流量來實(shí)現(xiàn)的。 控制壓縮空氣流量的閥稱為流量控制閥,是通過改變閥的流通面積來實(shí)現(xiàn)流量控制的。

控制流量的方法不可調(diào)流量控制可調(diào)流量控制細(xì)長管孔扳噴嘴擋構(gòu)板機(jī)各種流量控制閥固定節(jié)流：細(xì)長孔節(jié)流孔可調(diào)節(jié)流：各種節(jié)流閥節(jié)流閥要求的調(diào)節(jié)特性：調(diào)節(jié)流量范圍大，且閥芯的位移與通過流量成線性關(guān)系調(diào)節(jié)精度高3.2.1、節(jié)流閥的特性分析錐閥閥桿垂直移動(dòng)距離H=n·sn閥桿轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)

s閥桿上螺紋螺距L=H·SINα=n·s·SINα過流斷面面積：A=C平均·L=πd平均·L=π（d0+d0-2a）/2·L=π(d0-a)·L=π(d0-L·COSα)·L=π·H·SINα(d0-H·SINα·COSα)=Kπ·n·s·SINα(d0-n·sSINαCOSa)——改變n，Q隨之變化流量公式Q=KA靈敏度①為了實(shí)現(xiàn)微量調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)螺桿做成細(xì)牙螺紋線性度②錐閥與閥座之間的配合進(jìn)行磨加工節(jié)流閥的流量特性HHQ⒈結(jié)構(gòu)原理

單向節(jié)流閥是由單向閥和節(jié)流閥并聯(lián)而成的流量控制閥，常用于控制氣缸的運(yùn)動(dòng)速度故常稱為速度控制閥。

a結(jié)構(gòu)圖b職能符號

圖3-11帶快換接頭的速度控制閥1-快換接頭2-手輪3-鎖母4-節(jié)流閥桿5-閥體B6-O形密封圈7-閥體A8-單向型密封圈9-O形密封圈3.2.2單向節(jié)流閥(速度控制閥)2、單向節(jié)流閥工作原理及應(yīng)用

1)、工作原理(見圖3-11)2)、應(yīng)用①氣缸的速度調(diào)節(jié)(調(diào)速)②用于構(gòu)成延時(shí)環(huán)節(jié)③構(gòu)成緩沖機(jī)構(gòu)3、排氣節(jié)流——常采用進(jìn)氣節(jié)流——活塞易出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，不能形成速度控制→爬行現(xiàn)象常用于單作用氣缸的速度控制，并限定其工作速度在0.15～0.5m/s范圍內(nèi)，且負(fù)載要相對比較穩(wěn)定的場合注意：①為提高速度控制性能，應(yīng)盡量減小活塞摩擦阻力②外負(fù)載變化較大時(shí)，不能用單向節(jié)流閥控制氣缸的運(yùn)動(dòng)速度——可采用氣液聯(lián)合控制方案。氣缸的“自走”現(xiàn)象——當(dāng)外負(fù)載變化很大時(shí)，為適應(yīng)該變化，只能依靠氣體的膨脹和壓縮來實(shí)現(xiàn)，這種現(xiàn)象叫“自走”。帶消聲器的排氣節(jié)流閥通常裝在換向閥的排氣口上．控制排入大氣的流量．以改變氣缸的運(yùn)動(dòng)速度。a結(jié)構(gòu)圖

b職能符號圖3-12帶消聲器的排氣節(jié)流閥1-襯墊2-手輪3-節(jié)流閥4-鎖緊螺母5-導(dǎo)向套6-O形密封圈7-消聲材料8-蓋9-閥體

3.2.3帶消聲器的排氣節(jié)流閥3.2.4、使用流量閥的注意事項(xiàng)1、管道不能有漏氣2、氣缸潤滑良好，提高表面光潔度和加工精度，減小摩擦3、外負(fù)載恒定(可借助液壓或機(jī)械裝置補(bǔ)償由于負(fù)載變化引起的速度變化)4、節(jié)流閥盡量靠近調(diào)速的執(zhí)行機(jī)構(gòu)1、常開：在未操作狀態(tài)下，閥的進(jìn)氣和出氣口之間的通路是打開的常閉：在未操作狀態(tài)下，閥的進(jìn)氣和出氣口之間的通路是關(guān)閉的2、先導(dǎo)式：用一個(gè)三通或四(五)通閥控制先導(dǎo)氣體來推動(dòng)較大主閥芯的結(jié)構(gòu)(內(nèi)先導(dǎo)：先導(dǎo)氣體由進(jìn)氣口通過閥身內(nèi)部通道連至先導(dǎo)；外先導(dǎo)：先導(dǎo)氣體由閥身上的外部進(jìn)氣口直接接入)直動(dòng)式：控制器(電磁鐵或全控頭等)直接作用于閥芯上

2.使用注意事項(xiàng)

（1）安裝時(shí)，應(yīng)確認(rèn)閥的流動(dòng)方向沒有裝反。

（2）接頭螺紋用手?jǐn)Q上后，用工具再旋2-3圈，安裝力矩要適當(dāng)。（3）管接頭螺紋上，一般都已涂好密封劑，通?？墒褂?-3次。（4）順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手輪。（5）速度控制閥的調(diào)節(jié)圈數(shù)不得超過給定值。（6）速度控制閥可能存在微漏。不得把它當(dāng)截止閥使用。（7）速度控制閥應(yīng)保管在40℃以下的環(huán)境中,避免陽光直射。

3.3方向控制閥

單向型控制閥換向型控制閥能改變氣體流動(dòng)方向或通斷的控制閥稱為方向控制閥。3.3.1分類1.閥內(nèi)氣流的流通方向單向閥梭閥雙壓閥快速排氣閥二位三通閥二位五通閥2.按控制方式電磁控制人力控制氣壓控制機(jī)械控制加壓控制泄壓控制差壓控制延時(shí)控制6.按閥芯的工作位置數(shù)分類閥芯的工作位置簡稱“位”。閥芯有幾個(gè)工作位置的閥就是幾位閥。在不同的工作位，按圖形符號，可實(shí)現(xiàn)不同的通斷關(guān)系。3.動(dòng)作方式直動(dòng)式先導(dǎo)式內(nèi)部先導(dǎo)式外部先導(dǎo)式4.通道數(shù)目二通閥三通閥四通閥五通閥5.控制數(shù)單控式雙控式7.閥芯結(jié)構(gòu)形式滑柱式截止式滑柱截止式滑板式

圖3-14截止式閥芯1-閥座2-閥芯

圖3-15是滑板式閥芯1-閥座2-滑板

8.密封形式分類彈性密封間隙密封9.連接方式分類管式連接板式連接法蘭連接集裝式連接10.流通能力分類口徑分類有效截面積3.3.2電磁換向閥

電磁換向閥是氣動(dòng)控制元件中最主要的元件，品種繁多，結(jié)構(gòu)各異，但原理無多大區(qū)別。按工作方式直動(dòng)式先導(dǎo)式圖3-16單電控直動(dòng)式電磁閥的動(dòng)作原理圖1-電磁鐵2-閥芯a斷電狀態(tài)b通電狀態(tài)

圖3-17單電控外部先導(dǎo)式電磁換向閥的動(dòng)作原理圖1-電磁先導(dǎo)閥2-主閥控制方式先導(dǎo)式電磁換向閥先導(dǎo)壓力來源單電控雙電控內(nèi)部先導(dǎo)式外部先導(dǎo)式圖3-18雙電控內(nèi)部先導(dǎo)式電磁閥的動(dòng)作原理圖1、2-電磁先導(dǎo)閥3-主閥

氣動(dòng)邏輯元件是一種采用壓縮空氣為工作介質(zhì)，通過元件內(nèi)部的可動(dòng)部件的動(dòng)作，改變氣體流動(dòng)方向從而實(shí)現(xiàn)了一定邏輯功能的氣動(dòng)控制元件。 3.4.1邏輯元件的分類及特點(diǎn) 3.4氣動(dòng)邏輯元件按結(jié)構(gòu)形式高壓截止式邏輯元件膜片式邏輯元件滑閥式邏輯元件其它氣動(dòng)邏輯元件氣動(dòng)邏輯元件有如下特點(diǎn)：1)元件流通面積大；2)響應(yīng)速度較慢3)抗污染能力較強(qiáng)（射流元件除外）；4)無功耗氣量低；帶負(fù)載能力強(qiáng)；5)抗惡劣工作環(huán)境能力強(qiáng)；6)在強(qiáng)烈沖擊和振動(dòng)條件下，有可能出現(xiàn)誤動(dòng)作圖3–19與門元件的原理圖1-閥芯2-下閥座3-上閥座4-放氣孔5-膜片a原理圖b邏輯符號1.與門元件高壓截止式邏輯元件的動(dòng)作是依靠氣壓信號推動(dòng)閥芯或通過膜片變形推動(dòng)閥芯動(dòng)作。改變氣流通路以實(shí)現(xiàn)一定的邏輯功能。

3.4.2高壓截止式邏輯元件

圖3-20與門元件結(jié)構(gòu)圖1-閥芯2-閥體3-悶片4-手動(dòng)按鈕5-顯示活塞6-膜片⒉是門元件如果把圖3-19所示的與門元件的信號孔b改為氣源p，則就成了一個(gè)是門元件。當(dāng)無信號時(shí)，氣源壓力p使閥芯上移，關(guān)閉輸出通道。當(dāng)有信號從a口輸入時(shí)，閥芯下移，氣源氣流可從s口輸出。圖14-21是門元件邏輯符號⒊或門元件（a）原理圖圖3–22或門元件工作原理圖1-閥板2-上閥口3-下閥口（b）邏輯符號圖3–23或門元件結(jié)構(gòu)1-顯示活塞2-閥體3-閥板⒋非門元件

圖3–24非門元件工作原理圖a原理圖b邏輯符號圖3–25非門元件結(jié)構(gòu)圖⒌禁門元件邏輯“禁”的含義是指有a信號則禁止b信號輸出，無a信號則有b信號輸出。圖3-24非門元件中將氣源口p改為信號b，就變成了禁門元件的工作原理圖。圖3-26禁門元件邏輯符號圖3–27或非元件工作原理圖⒍或非元件a原理圖b邏輯符號圖3–28或非元件結(jié)構(gòu)圖l、2-閥柱3-閥芯4-閥體5、6、7-膜片8-手動(dòng)按鈕

⒎記憶元件“雙穩(wěn)”和“單穩(wěn)”都是記憶元件，它們在邏輯回路中有很重要的作用。圖3–29記憶元件工作原理圖1-閥體2-閥芯3-手動(dòng)按鈕4-滑塊 a雙穩(wěn)元件工作原理圖b“雙穩(wěn)”邏輯符號c“單穩(wěn)”邏輯符號3.4.3其它氣動(dòng)邏輯元件

⒈高壓膜片式邏輯元件

高壓膜片式邏輯元件的可動(dòng)部件是膜片，利用膜片兩側(cè)受壓面積不等，使膜片變形，關(guān)閉或開啟相應(yīng)的孔，實(shí)現(xiàn)邏輯功能。高壓膜片邏輯元件的基本單元是三門元件，其它邏輯元件都是由三門元件派生出來。⒉射流元件射流元件是利用射流及其附壁效應(yīng)進(jìn)行控制的邏輯元件。其最大特點(diǎn)是無可動(dòng)部件。因此它的抗振動(dòng)、抗干擾能力強(qiáng)。射流元件的不足之處是抗污染能力較弱，對氣源質(zhì)量要求高，限制了它的應(yīng)用范圍。

圖3–30三門元件結(jié)構(gòu)圖a-控制口，b-輸入口，s-輸出口

整個(gè)元件共有三個(gè)通道，故稱三門。當(dāng)a有信號，則b與s通路被膜片切斷，s無輸出；當(dāng)a無信號時(shí)，b輸入信號才能從s輸出。 三門元件(2)非溢流式減壓閥閥座上無中心孔(3)恒量排氣式(用于要求輸出壓力調(diào)節(jié)精度較高的場合)2、先導(dǎo)式調(diào)壓閥用于通徑20mm以上，調(diào)節(jié)壓力較高的場合(∵大口徑，膜片尺寸↑，彈簧剛度↑當(dāng)要求輸出流量變化時(shí)，輸出壓力波動(dòng)過大∴用先導(dǎo)式)

(1)內(nèi)部先導(dǎo)式(2)外部先導(dǎo)式3、主要性能指標(biāo)(1)調(diào)壓范圍：在規(guī)定精度下輸出壓力的可調(diào)范圍，調(diào)壓彈簧的剛度有關(guān)并聯(lián)彈簧：剛度增大：低壓時(shí)，用剛度小的高壓時(shí)，用合成的（剛度大﹑?。┐?lián)彈簧：剛度變?。旱蛪簳r(shí)，用合成的（剛度大﹑?。└邏簳r(shí)，用其中一個(gè)(2)額定流量：15～25m/s(限制壓損)(3)壓力特性：Q恒定，P1變化引起P2波動(dòng)(表明輸出壓力的波動(dòng)情況)，從曲線上→(實(shí)際：P2低于P1某定值時(shí)，P2才基本不隨P1變化)(4)流量特性：P1恒定，Q變化引起P2變化的情況(在Q額附近波動(dòng)較小)，要求：Q從0→Q額，P2≤0.05MPa，從曲線上→(實(shí)際：P2越小，隨Q的波動(dòng)越小)(5)壓力特性和流量特性,選擇和使用調(diào)壓閥的重要依據(jù)4、調(diào)壓閥的選擇和使用(1)選擇調(diào)壓精度(精度高—定值器或內(nèi)先導(dǎo))，調(diào)壓范圍(通徑)，如需遠(yuǎn)程控制用外部先導(dǎo)，壓力范圍(①P1-P2>0.1MPa②選擇的調(diào)壓閥范圍略高于實(shí)際使用范圍0.1MP)(2)使用①安裝時(shí)氣流方向正確，便于觀察和調(diào)壓②安裝順序避免減壓閥裝在油霧器后面原因：a減壓閥內(nèi)噴咀盡量不浸泡在油中，防止老化b油霧器與后面裝置距離盡量?、坶y不用時(shí)，將手柄松開，避免膜片長期受壓變形，影響調(diào)壓精度二、順序閥根據(jù)回路中氣體壓力的大小來控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)順序動(dòng)作1、原理：直接用彈簧來平衡壓縮空氣壓力，即靠調(diào)壓彈簧壓縮量來控制其開啟壓力的大小。四、快排閥1、原理(見結(jié)構(gòu)圖和原理圖)2、用于使氣缸或壓力客器中的氣體在短時(shí)間內(nèi)迅速排入大氣要求：盡量靠近排氣裝置安裝一、分類1、按閥內(nèi)氣流方向：單向型：單向閥、梭閥、雙壓閥等(快排閥)換向型：按閥芯結(jié)構(gòu)分膜片式、滑閥式﹑

(通過滑動(dòng)閥體中的閥芯來改變進(jìn)氣口與兩個(gè)氣腔通斷關(guān)系的結(jié)構(gòu))、截止式、提動(dòng)式。2、按切換位置和通口數(shù)位——閥的切換位置(閥體中閥芯相對于閥體上氣口的相對位置數(shù))通——閥的每個(gè)切換位置具有的接口(包括排氣口)三們閥的中位機(jī)能