方向控制阀的原理

方向控制阀是用来控制管道内压缩空气的流动方向和气流通断的元件，它是气动系统中应用最广泛的一类阀。按气流在阀内的作用方向，方向控制阀可分为单向型方向控制阀和换向型方向控制阀两类。只允许气流沿一个方向流动的方向控制阀称为单向型方向控制阀，如单向阀、梭阀、双压阀等。可以改变气流流动方向的方向控制阀称为换向型方向控制阀，简称换向阀。 一、换向型方向控制阀 1.分类 （1）按阀的控制方式分类 :气压控制、电磁控制、人力控制和机械控制等类型。 （2）按阀的工作位置分类: 阀的工作位置称为“位”，有几个切换工作位置的阀就称为“几位”阀。比如“二位”阀和“三位”阀。阀在未加控制信号或被操作时所处的位置称为零位。 （3）按阀的接口数目分类：阀的接口（包括排气口）称为“通”，阀的接口包括入口、出口和排气口，但不包括控制口。普遍的阀有两通、三通、四通、五通。 根据阀的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。 二位和三位换向阀的图形符号见表13－3。 （4）按阀芯结构形式分类 常用的阀芯结构形式有截止式、滑柱式两大类。 （5）按控制数分类：可分为单控式和双控式。 单控式是指阀的一个工作位置由控制信号获得，另一个工作位置是当控制信号消失后，靠其他力来获得（称为复位方式）。如靠弹簧力复位称为弹簧复位；靠气压力复位称为气压复位；靠弹簧力和气压力复位称为混合复位。混合复位可减小阀芯复位活塞直径，复位力越大，阀换向越可靠，工作越稳定。 双控式是指阀有两个控制信号，对二位阀采用双控，当一个控制信号消失，另一个控制信号未加入时，能保持原有阀位不变，称阀具有记忆功能。对三位阀，每个控制信号控制一个阀位。当两个控制信号都不存在时，靠弹簧力和（或）气压力使阀芯处于中间位置。 （6）按阀的安装连接方式分类：管式连接、板式连接、法兰连接和集成式连接等。 2.几种典型换向型方向控制阀 （1）气压控制换向阀 气压控制换向阀是靠外加的气压信号为动力切换主阀，控制回路换向或开闭。外加的气压称为控制压力。气压控制适用于易燃、易爆、潮湿和粉尘多的场合、操作安全可靠。照作用原理气控换向阀可分为加压控制、泄压控制和差压控制三种类型。加压控制是给阀开闭件上以逐渐增加的压力值，使阀换向的一种控制方式；卸压控制是给阀开闭件以逐渐减少的压力值，使阀换向的一种控制方式；差压控制是利用控制气压作用在阀芯两端不同面积上所产生的压力差，来使阀换向的一种控制方式。 下图为 气控阀工作原理 a双气控滑阀 b单气控滑阀 1.单气控加压式换向阀 右图所示是二位三通单气控加压截止式换向阀的工作原理图。K口没有控制信号时的状态，阀芯在弹簧与P腔气压作用下，使P 、A口断开。A、O口接通，阀处于排气状态。当K口有控制信号时，P 、A口接通，A与O口断开，A口进气。 2.双气控加压式换向阀 下图所示为气控阀工作原理图，单控式气控阀靠弹簧力复位。对双气控或气压复位的气控阀，如果阀两边气压控制腔所作用的操作活塞面积存在差别，造成在相同控制压力同时作用下，驱动阀芯的力不相等，而使阀换向，则该阀为差压控制阀。对气控阀在其控制压力到阀控制腔的气路上串接一个单向节流阀和固定气室组成的延时环节就构成延时阀。控制信号的气体压力经单向节流阀向固定气室充气，当充气压力达到主阀动作要求的压力时，气控阀换向，阀切换延时时间可通过调节节流阀开口大小来调整。 图为气控阀工作原理：a双气控滑阀，b单气控滑阀 （2）电磁控制换向阀 电磁换向阀是气动控制元件中最主要的元件。按动作方式分有直动式弹性密封；按所用电源分有直流电磁换向阀和交流电磁换向阀。 1.直动式电磁换向阀 直动式电磁换向阀是利用电磁力直接推动阀芯换向。根据操纵线圈的数目有单线圈和双线圈，可分为单电机控制和双电机控制两种。直动式电磁阀的特色是结构简单、紧凑，换向频率高，但当用于交流电磁铁时，如果阀杆卡死就有烧坏线圈的可能。阀杆的换向行程受电磁铁吸合行程的控制，因此只适用于小型阀。 下左图所示为单电机控制直动式电磁阀工作原理。电磁线圈未通电时，P、A断开，A、T相通；电磁线圈通电时，电磁力通过阀杆推动阀芯向下移动，使P、A接通，T与A断开。 图左单电机控制直动式电磁阀工作原理：a断电状态b通电状态c符号。1电磁线圈2阀芯。 上图图右双电机控制直动式电磁阀工作原理：1、3－电磁铁2－阀芯 。电磁铁1通电、电磁铁3断电时，阀芯2被推至右侧，A口有输出，B口排气。若电磁铁1断电，阀芯位置不变，仍为A口有输出，B口排气，即阀具有记忆功能，直到电磁铁3通电，则阀芯被推至左侧，阀被切换，此时B口有输出，A口排气。同样，电磁铁3断电时，阀的输出状态保持不变，运行时两电磁铁不允许同时得电。 2.先导式电磁换向阀 先导式电磁阀是由小型直动式电磁阀和大型气控换向阀构成。 （3）机械控制换向阀 靠机械外力使阀芯切换的阀称为机控阀，它利用执行机构或者其他机构的机械运动，借助阀上的凸轮、滚轮、杠杆或撞块等机构来操作阀杆，驱动阀换向。机控阀不可用作挡块或停止器使用。 （4）人力控制换向阀 靠手或脚使阀芯换向的阀称为人力控制换向阀。手动阀和机控阀，常用来产生气信号用于系统控制，但其操作频率不可太高。 二、 单向型方向控制阀 （1）单向阀 单向阀是使气流只能朝一个方向流动，而不可反向流动的阀。单向阀常与节流阀组合，用来控制执行元件的速度。 单向阀工作原理图a：A－P关闭状态b：P－A开启状态 图a是单向阀进气腔P没有压缩空气时的状态。此时活塞在弹簧力和工作腔气体余压作用下处于关闭状态，从 A 向 P 方向气流不通。图b为进气腔P有压缩空气进入，气体压力战胜弹簧力和摩擦力，单向阀处于开启状态，气流从P腔向A方向流动。 （2）梭阀：梭阀相当于是两个单向阀组合的阀，其作用相当于“或”门逻辑功能。工作原理如下图所示，它有两个进气口P 1 和P 2 ，一个出口A，其中P 1 和P 2 都可与A相通，但P 1 和P 2 不相通。无论P 1 或P 2有信号，A口都有输出。当P 1 和P 2 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口一般将和先加入的信号输入口接通较大的压力信号接通，有时决定于阀芯的原始状态。 梭阀工作原理结构图：1－阀座 2－阀体 3－阀芯 梭阀与单向阀不同，没有复位弹簧，全靠气压密封。所以，密封表层的质量要求较高。把阀芯推向一边并保证密封的气压尽量要低，避免阀芯停止在中间位置造成浪费气体或发生误动作。一般梭阀的最低工作压力要求在0.05MPa左右。 （3）双压阀 双压阀的作用相当于“与”门逻辑功能。下图所示为双压阀，有两个输入口 P 1 、P 2 ，一个输出口 A。只有当两个输入都进气时，A口才有输出，当P 1 与P 2 口输入的气压不等时，气压低的通过A口输出。双压阀常应用在安全互锁回路中。 （4）快速排气阀 当气缸或压力容器需短时间排气时，在换向阀和气缸之间加上快速排气阀，这样气缸中的气体就不再通过换向阀而直接通过快速排气阀排气，加快气缸运动速度。尤其当换向阀距离气缸较远，在距气缸较近处设置快速排气阀，气缸内气体可迅速排入大气。下图为快速排气阀的一种结构形式。当P口进气后，阀芯关闭排气口 T，P与A相通，A有输出；当P口无气输入时，A口的气体使阀芯将P口封住，A与T接通，气体快速排出，通口流通面积大、排气阻力小。