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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. 常用气动控制阀（ 13.1 常用气动控制阀和液压控制阀类似,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. 气动方向控制阀气动方向控制阀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.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*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* 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.

费斯托FESTO向滚轮杠杆阀LS-3-1/82. 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;图13.1 截止式换向阀芯 b） 1-截止阀芯 2-密封材料 3-截止阀座 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. 常用的气动方向控制阀 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*,只不过气动单 向阀的阀芯和阀座之间是靠密封垫密封的. 气动单向阀 1-阀体 2-弹簧 3-阀芯 4-密封材料 5-截止型阀口 图13.3 气动梭阀 1-阀体 2-阀芯 3-密封材料 4-截止型阀口 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.快速排气阀 1-阀体 b）

费斯托FESTO向滚轮杠杆阀LS-3-1/8图13.4 双压阀 1-阀体 2-阀芯 3-截止型阀口 4-密封材料 2-截止型阀口 3-唇型密封圈 4-阀套 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,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 在二位三通单气控截止式换向阀 1-阀体 2-弹簧 3-阀芯 4-密封材料 5-控制活塞 b） 3 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 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.

费斯托FESTO向滚轮杠杆阀LS-3-1/8（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. 单电控直动换向阀 图13.8 单电控先导换向阀 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双电控直动式换向阀 图13.10 双电控先导式换向阀 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右 侧电磁铁没有通电前阀芯仍然保持在右端位置.

费斯托FESTO向滚轮杠杆阀LS-3-1/8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 杠杆滚轮直动式行程换向阀 图13.12 杠杆滚轮式行程换向阀 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. 13.12 图 为通过杠杆和滚轮作用推动推杆的行程 换向阀; 13.13 为可通过式杠杆滚轮控 图 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 图13.13 可通过式杠杆滚轮行程换向阀 P A T 可通过式杠杆滚轮 a） b） 5 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-气容 2-阀芯 气动延时换向阀 3-单向阀 4-节流阀 5-阀体 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 脉冲阀是靠气流经过气阻,气容的延时作用,使输入的长信号变成脉冲信号输出的阀. 图为一滑阀式脉冲阀的结构 原理.P 口有输入信号时,由于阀芯 上腔气容中压力较低, 并且阀芯中心 阻尼小孔很小,所以阀芯向上移动, 2 3 使 P,A 相通,A 口有信号输出,同 时从阀芯中心阻尼小孔不断给上部 气容充气,因为阀芯的上,下端作用 面积不等, 气容中的压力上升达到某 值时,阀芯下降封闭 P,A 通道,A, T 相通,A 口没有信号输出.这样,P 口的连续信号就变成 A 口输出的脉 冲信号.气动脉冲阀 2-阀芯 3-气容 气动压力控制阀气动压力控制阀气动压力控制阀在气动系统中主要起调节,降低或稳定气源压力,控制执行元件的动作 顺序,保证系统的工作安全等作用气动压力控制阀的分类 气动压力控制阀分为减压阀（调压阀） ,顺序阀,安全阀等. 常用的气动压力控制阀  常用的气动压力控制阀

费斯托FESTO向滚轮杠杆阀LS-3-1/86 1.减压阀 减压阀是气动系统中的压力调节元件. 气动系统的压缩空气一般是由压缩机将空气压缩, 储存在储气罐内,然后经管路输送给气动装置使用,储气罐的压力一般比设备实际需要的压 力高,并且压力波动也较大,在一般情况下,需采用减压阀来得到压力较低并且稳定的供气. 减压阀按调节压力的方式分为直动式和先导式两种. （1） 直动式减压阀 （2） 图 13.16 为直动式减压阀的结构原理. 输入气流经 P1 进入阀体, 经阀口 2 节流减压后从 P2 口输出,输出口的压力经过阻尼孔 4 进入膜片室,在膜片上产生向上的推力,当出口的压 力 P2 瞬时增高时,作用在膜片上向上的作用力增大,有部分气流经溢流口和排气口排出,同 时减压阀芯在复位弹簧 1 的作用下向上运动,关小节流减压口,使出口压力降低;相反情况 不难理解.调解手轮 8 就可以调节减压阀的输出压力. 采用两个弹簧调压的作用是调节的压力更稳定如图 13.17 为某先导式减压阀的结构原理图.与直动式减压阀相比,该阀增加了由喷嘴 10,挡板 11,固定节流孔 5 及气室所组成的喷嘴挡板放大环节.当喷嘴与挡板之间的距离发 生微小变化时,就会使气室中的压力发生很明显的变化,从而引起膜片 6 有较大的位移,去 控制阀芯 4 的上下移动,使进气阀口 3 开大或关小,提高了对阀芯控制的灵敏度,也就提高 了阀的稳压精度.

费斯托FESTO向滚轮杠杆阀LS-3-1/8（3）定值器 定值器是一种高精度的减压阀,主要用于压力定值.图 13.18 为定值器的工作原理图. 它由三部分组成:一是直动式减压阀的主阀部分;二是恒压降装置,相当于一定差值减压阀, 主要作用是使喷嘴得到稳定的气源流量;三是喷嘴挡板装置和调压部分,起调压和压力放大 作用,利用被它放大了的气压去控制主阀部分.由于定值器具有调定,比较和放大的功能, 因而稳压精度高. 定值器处于非工作状态时, 14 由气源输入的压缩空气进人 A 室和 E 室. 主阀芯 定值器工作原理 1,6,9-弹簧 2-阀芯 5-节流口 7-活门 3-截止阀口 4-膜片组 较小,C 室及 D 室的气压较低, 膜片 8 及 4 皆保持原始位置. 进 人 H 室的微量气体主要部分经 B 室通过溢流口从排气口排出; 另 有一部分从输出口排空. 此时输 8-膜片 10-喷嘴 11-挡板 12-膜片 13-调压弹簧 14-调压手轮 出口输出压力近似为零,由喷嘴流出而排空的微量气体是维持喷嘴挡板装置工作所必须的, 因其为无功耗气量,所以希望其耗气量越小越好. 定值器处于工作状态时, 转动手柄 14 压下弹簧 13 并推动膜片 12 连同挡板 11 一同下移, 挡板 11 与喷嘴 10 的间距缩小,气流阻力增加,使 C 室和 D 室的气压升高.膜片 4 在 D 室气 压的作用下下移,将溢流阀口关闭,并向下推动主阀芯 2,打开阀口,压缩空气即经 B 室和 H 室由输出口输出.与此同时,H 室压力上升并反馈到膜片 12 上,当膜片 12 所受的反馈作用 力与弹簧力平衡时,定值器便输出一定压力的气体.

费斯托FESTO向滚轮杠杆阀LS-3-1/88 当输入的压力发生波动,如压力上升,若活门,进气阀芯 2 的开度不变,则 B,F,H 室 气压瞬时增高,使膜片 12 上移,导致挡板 11 与喷嘴 10 之间的间距加大,C 室和 D 室的气压 下降.由于 B 室压力增高,D 室压力下降,膜片 4 在压差的作用下向上移动,使主阀口减小, 输出压力下降,直到稳定在调定压力上.此外,在输入压力上升时,E 室压力和 F 室瞬时压 力也上升,膜片 8 在上下压差的作用下上移,关小活门口 7.由于节流作用加强,F 室气压下 降,始终保持节流孔 5 的前后压差恒定,故通过节流孔门的气体流量不变,使喷嘴挡板的灵 敏度得到提高.当输入压力降低时,B 室和 H 室的压力瞬时下降,膜片 12 连同挡板 11 由于 受力平衡破坏而下移,喷嘴 10 与挡板 11 间的间距减小,C 室和 D 室压力上升,膜片 8 和 4 下移.膜片 4 的下移使主阀口开度加大,B 室及 H 室气压回升,直到与调定压力平衡为止. 而膜片 8 下移,开大活门口,F 室气压上升,始终保持节流孔 5 前后压差恒定. 同理,当输出压力波动时,将与输入压力波动时得到同样的调节. 由于定值器利用输出压力的反馈作用和喷嘴挡板的放大作用控制主阀,使其能对较小的 压力变化作出反应,从而使输出压力得到及时调节,保持出口压力基本稳定,定值稳压精度 较高. 2.顺序阀 顺序阀是根据入口处压力的 大小控制阀口启闭的阀.目前应 用 较多 的是 单向 顺序 阀. 如图 13.19 为单向顺序阀的结构原理. 当气流从 P1 口进入时,单向阀反 向关闭,压力达到顺序阀弹簧 6 调定值时,阀芯上移,打开 P,A 通道,实现顺序打开;当气流从 P2 口流入时,气流顶开弹簧刚度 很小的单向阀,打开 P2,P1 通道, 实现单向阀的功能. 3.安全阀 气动安全阀在系统中起安 全保护作用. 当系统压力超过规 定值时, 打开安全阀保证系统的 安全. 安全阀在气动系统中又称止式安全阀结构原理,当压力超过弹簧的调定值时顶开截止阀口;图 13.20b 为直动膜片式 安全阀结构原理;

费斯托FESTO向滚轮杠杆阀LS-3-1/8图 13.21 为气动控制先 导式安全阀的结构原理图.它是靠作用在 膜片上的控制口气体的压力和进气口作用 在截止阀口的压力进行比较来进行工作 的.气动流量控制流量控制阀是通过改变阀的通流面积 来实现流量控制的元件.流量控制阀包括 节流阀,单向节流阀,排气节流阀,柔性 节流阀等. 1.节流阀 节流阀原理很简单.节流口的形式有多种.常用的有针阀型,三角沟槽型和圆柱削边型 等.图 13.22a 为圆柱削边型阀口结构的节流阀.P 为进气口,A 为出气口. 2.柔性节流阀 柔性节流阀的结构原理如图 13.22b. 其工作原理是依靠阀杆夹紧柔韧的橡胶管 2 产生变 型来减小通道的口径实现节流调速作用的. 1-阀座 a） 图13.21 气动先导安全阀 2-阀芯 3-膜片 4-先导压力控制口 气动节流阀 c） 3.排气节流阀 排气节流阀安装在系统的排气口处限制气流的流量,一般情况下还具有减小排气噪声的 作用,所以常称排气消声节流阀. 图 13.22c 为排气节流阀的结构原理. 节流口的排气经过由消声材料制成的消声套, 在节 10 流的同时减少排气噪声,排出的气体一般通入大气. 4.单向节流阀 图 13.23 为单向节流 阀结构原理.其节流阀口 为针型结构.气流从 P 口 流入时,顶开单向密封阀 芯 1,气流从阀座 6 的周 边槽口流向 A,实现单向 阀功能;当气流从 A 流入 时,单向阀芯 1 受力向左 运动紧抵截止阀口 2,气 流经过节流口流向 P,实 现反向节流功能. a） 图13.23 气动单向节流阀 1-单向阀芯 4-节流阀芯 2-单向截止阀口 5-调节手轮 3-节流阀座6-阀座 13.2 气动逻辑控制阀 气动逻辑控制阀辑控制概述 任何一个实际的控制问题都可以用逻辑关系来进行描述.从逻辑角度看,事物都可以表 示为两个对立的状态,这两个对立的状态又可以用两个数字符号"l"和"0"来表示.它们 之间的逻辑关系遵循布尔代数的二进制逻辑运算法则. 同样任何一个气动控制系统及执行机构的动作和状态,亦可设定为"1"和"0" .例如将 气缸前进设定为"l" ,后退设定为"0" ;管道有压设定为"1" ,无压设定为"0" ;元件有输 出信号设定为"1" ,无输出信号设定为"0"等.这样,一个具体的气动系统可以用若干个逻 辑函数式来表达.由于逻辑函数式的运算是有规律的,对这些逻辑函数式进行运算和求解, 可使问题变得明了,易解,从而可获得zui简单的或*的系统. 总之,逻辑控制即是将具有不同逻辑功能的元件,按不同的逻辑关系组配,实现输入, 输出口状态的变换.气动逻辑控制系统,遵循布尔代数的运算规则,其设计方法已趋于成熟 和规范化,然而元件的结构原理发展变化较大,自 60 年代以来已经历了三代更新.*代为 滑阀式元件,可动部件是滑柱,在阀孔内移动,利用了空气轴承的原理,反应速度快,但要 求很高的制造精度;第二代为注塑型元件,可动件为橡胶塑料膜片,结构简单,成本低,适 于大批量生产;第三代为集成化组合式元件,综合利用了电,磁的功能,便于组成通用程序 回路或者与可编程序控制器（PLC）匹配组成气——电混合控制系统. 逻辑元件气动逻辑元件是用压缩空气为介质,通过元件的可动部件（如膜片,阀心）在气控信号 作用下动作,改变气流方向以实现一定逻辑功能的气体控制元件.实际上气动方向控制阀也 具有逻辑元件的各种功能,所不同的是它的输出功率较大,尺寸大.而气动逻辑元件的尺寸 11 较小,因此在气动控制系统中广泛采用各种形式的气动逻辑元件（逻辑阀） . 13.2.3 气动逻辑元件的分类 气动逻辑元件的种类很多,可根据不同特性进行分类. 1.按工作压力 （1）高压型 工作压力 0.2～0.8MPa （2）低压型 工作压力 0.05～0.2MPa （3）微压型 工作压力 0.005～0.05MPa 2.按结构型式 元件的结构总是由开关部分和控制部分组成.开关部分是在控制气压信号作用下来回动 作,改变气流通路,完成逻辑功能.

费斯托FESTO向滚轮杠杆阀LS-3-1/8根据组成原理,气动逻辑元件的结构型式可分为三类: （1）截止式 气路的通断依靠可动件的端面（平面或锥面）与气嘴构成的气口的开启或 关闭来实现. （2）滑柱式（滑块型） 依靠滑柱（或滑块）的移动,实现气口的开启或关闭. （3）膜片式 气路的通断依靠弹性膜片的变形开启或关闭气口. 3.按逻辑功能 对二进制逻辑功能的元件,可按逻辑功能的性质分为两大类: （1）单功能元件 每个元件只具备一种逻辑功能,如或,非,与,双稳等. （2）多功能元件 每个元件具有多种逻辑功能,各种逻辑功能由不同的连接方式获得. 如三膜片多功能气动逻辑元件等. 13.2.4 主要逻辑元件 13. 13.2.4.1 高压截止式逻辑元件 高压截止式逻辑元件是依靠控制气压信号推动阀心或通过膜片的变形推动阀芯动作,改 变气流的流动方向以实现一定逻辑功能的逻辑元件.气压逻辑系统中广泛采用高压截止式逻 辑元件.它具有行程小,流量大,工作压力高,对气源压力净化要求低,便于实现集成安装 和实现集中控制控制等,其拆卸也方便. 1.或门元件 图示 13.24 为或门元 件的结构原理.A,B 为元 件的信号输入口, 为信号 S 的输出口.气流的流通关 系是:A,B 口任意一个有 信号或同时有信号,则 S 口有信号输出;逻辑关系四门元件的工作原理如图 13.30.膜片将元件分成上,下两个气室,下气室有输入口 A 和输出口 B,上气室有输入口 C 和输出口 D,因为共有四个口,所以称之为四门元件.四门元 件是一个压力比较元件.就是说膜片两侧都有压力且压力不相等时,压力小的一侧通道被断 开, 压力高的一侧通道被导通; 若膜片两侧气压相等, 则要看那一通道的气流先到达气室. 先 到者通过,迟到者不能通过.

费斯托FESTO向滚轮杠杆阀LS-3-1/8此时放开 D,则 C 至 D 气体流动,放空,下气室压力很小,膜片上气室气体由 A 输入,为气源压力,膜片下移,关 闭 D 口,则 D 无气,B 有气但无流量,如图 13.0d;同理,此时再将 D 封闭,元件仍保持这一 状态. 根据上述三门和四门这两个基本元件,就可构成逻辑回路中常用的或门,与门,非门, 记忆元件等. 13. 13.2.4.3 逻辑元件的选用 气动逻辑控制系统所用气源的压力变化必须保障逻辑元件正常工作需要的气压范围和输 出端切换时所需的切换压力,逻辑元件的输出流量和响应时间等在设计系统时可根据系统要 求参照有关资料选取. 无论采用截止式或膜片式高压逻辑元件,都要尽量将元件集中布置,以便于集中管理. 由于信号的传输有一定的延时,信号的发出点（例如行程开关）与接收点（例如元件） 之间,不能相距太远.一般说来,不要超过几十米. 当逻辑元件要相互串联时—定要有足够的流量,否则可能无力推动下一级元件. 另外,尽管高压逻辑元件对气源过滤要求不高.但使用过滤后的气源,一定不要使 加入油雾的气源进人逻辑元件. 16 气动比例, 伺服, 数字控制阀（ 13.3 气动比例 , 伺服 , 数字控制阀

费斯托FESTO向滚轮杠杆阀LS-3-1/8工业自动化的发展,一方面对气动控制系统的精度和调节性能等提出了更高的要求,如 在高技术领域中的气动机械手, 柔性自动生产线等部分, 都需要对气动执行机构的输出速度, 压力和位置等按比例进行们服调节;另一方面气动系统各组成元件在性能及功能厂都得到了 极大的改进;同时,气动元件与电子元件的结合使控制回路的电于化得到迅速发展,利用微 型计算 OL 使新型的控制思想得以实现, 传统的点位控制已不能满足更高要求, 并逐步被一些 新型系统所取代.现已实用化的气动系统大多为断续控制,在和电于技术结合之后,可连续 控制位置,速度及力等的电一气伺服控制系统将得到大的发展.在工业较为发达的国家电, 电一气比例伺服技术,气动位置伺服控制系统,气动力伺服控制系统等已从实验室走向工业 应用.本节主要介绍气动电液比例控制阀及气动伺服阀的工作原理. 13.3.1 气动比例控制阀 气动电液比例控制阀是一种输出量与输入信号成比例的气动控制阀,它可以按给定的输 入信号连续,按比例地控制气流的压力,流量和方向等.由于电液比例控制阀具有压力补偿 的性能,所以其输出压力,流量等可不受负载变化的影响. 接控制信号的类型,可将气动电液比例控制阀分为气控电液比例控制阀和电控电液比例 控制阀.气控电液比例控制阀以气流作为控制信号,控制阀的输出参量,可以实现流量放大, 在实际系统中应用时一般应与电一气转换器相结合, 才能对各种气动执行机构进行压力控制. 电控电液比例控制阀则以电信号作为控制信号. 1.气控比例压力阀 气控比例压力阀是一种比例元件,阀的输出压力与信号压力成比例,如图 13.31 为比例 压力阀的结构原理.当有输入信号 压力时,膜片 6 变形,推动硬芯使 主阀芯 2 向下运动,打开主阀口, 气源压力经过主阀芯节流后形成输 出压力.膜片 5 起反馈作用,并使 输出压力信号与信号压力之间保持 比例. 当输出压力小于信号压力时, 膜片组向下运动.使主阀口开大, 输出压力增大.当输出压力大于信 号压力时,膜片 6 向上运动,溢流 阀芯 3 开启, 多余的气体排至大气. 1-弹簧

费斯托FESTO向滚轮杠杆阀LS-3-1/8气控比例压力阀 2-阀芯 3-溢流阀芯 4-阀座 7-调节针阀 调节针阀的作用是使输出压力的一 部分加到信号压力腔. 形成正反馈, 5-输出压力膜片 6-控制压力膜片 17 增加阀的工作稳定性. 2.电控比例压力阀 如图 13.32 所示为喷嘴挡板式电控比 例压力阀. 它由动圈式比例电磁铁, 喷嘴档 板放大器, 气控比例压力阀三部分组成, 比 例电磁铁由*磁铁 l0,线圈 9 和片簧 8 构成. 当电流输入时,线圈 9 带动档板 7 产生微量位移,改变其与喷嘴 6 之间的距 离, 使喷嘴 6 的背压改变. 膜片组 4 为比例 压力阀的信号膜片及输出压力反馈膜片. 背 压的变化通过膜片 4 控制阀芯 2 的位置, 从 而控制输出压力. 喷嘴 6 的压缩空气由气源 节流阀 5 供给.气动伺服控制阀 气动伺服阔的工作原理与气动比例阀 类似, 它也是通过改变输入信号来对输出信 号的参数进行连续, 成比例的控制. 与电液 比例控制阀相比,除了在结构上有差异外, 主要在于伺服阀具有很高的动态响应和静 态性能.但其价格较贵,使用维 护较为困难. 气动伺服阀的控制信号均为 电信号,故又称电一气伺服阀. 是一种将电信号转换成气压信号 的电气转换装置.它是电一气伺 服系统中的核心部件.图 13.33 为力反馈式电一气伺服阀结构原 理图.其中*级气压放大器为 喷嘴挡板阀,由力矩马达控制, 第二级气压放大器为滑阀.阀芯 位移通过反馈杆 5 转换成机械力 矩反馈到力矩马达上.其工作原 理为:当有一电流输入力矩马达 控制线圈时,力矩马达产生电磁 图13.33 电-气伺服阀比例压力阀 1-弹簧 2-阀芯 3-溢流口 4-膜片组 6-喷嘴 7-挡板 8-片簧 9-线圈 5-节流阀 10-磁铁1-节流口 2-滤气器 3-气室 4-补偿弹簧 5-反馈杆 6-喷嘴 7-挡板 8-线圈 9-支撑弹簧 10-导磁体 费斯托FESTO向滚轮杠杆阀LS-3-1/811-磁铁 18 力矩,使挡板偏离中位（假设其向左偏转） ,反馈杆变形.这时两个喷嘴档板阀的喷嘴前腔产 生压力差（左腔高于右腔） ,在此压力差的作用下,滑阀移动（向右） ,反馈杆端点随着一起 移动,反馈杆进一步变形,变形产生的力矩与力矩马达的电磁力矩相平衡,使挡板停留在某 个与控制电流相对应的偏转角上.反馈杆的进一步变形使挡板被部分拉回中位,反馈杆端点 对阀芯的反作用力与阀芯两端的气动力相平衡,使阀芯停留在与控制电流相对应的位移上. 这样,伺服阀就输出一个对应的流量,达到了用电流控制流量的目的. 气动数字控制阀 脉宽调制气动伺服控制是数字式伺服控制,采用的控制阀大多为开关式气动电磁阀,称 脉宽调制伺服阀,也称气动数字阀.脉宽调制伺服阀用在气动伺服控制 系统中,实现信号的转换和放大作 用. 常用的脉宽调制伺服阀的结构有 四通滑阀型和三通球阀型.图 为滑阀式脉宽调制伺服阀原理. 滑阀 两端各有一个电磁铁, 脉冲信号电流 轮流加在两个电磁铁上, 控制阀芯按 脉冲信号的频率作往复运动. 图13.34 气动数字阀（脉宽调制伺服阀） 1-电磁铁 2-衔铁 3-阀体 4-阀芯 5-反馈弹