气压控制阀及其作用

在气压传动系统中，用来控制与调节压缩空气的压力、流量、流动方向和发送信号，以保证执行元件按照设计程序正常动作的元件，称为气动控制阀。

同液压阀一样，按功能可将气动控制阀分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀三大类。

1.气压压力控制阀

气压压力控制阀按功能可分为减压阀、顺序阀和安全阀。

（1）减压阀 减压阀与液压传动中的减压阀一样，能起减压作用，但它更主要的作用是调压和稳压。在液压传动中每台液压设备都有自己的液压源——液压泵；而在气压传动中，一般都是由空气压缩机将空气压缩后贮存于贮气罐中，然后经管路输送给各气动装置使用。贮气罐提供的空气压力都高于每台装置所需的压力，且压力波动也较大，因此必须在每台装置的入口处设置一减压阀，将入口处的空气降低到所需压力，并保持该压力值的稳定。

减压阀按调节压力方式的不同分为直动式和先导式两大类。

图4-62 QTY型直动式减压阀结构图

1—手柄 2、3—调压弹簧 4—溢流阀座 5—膜片 6—膜片气室 7—阻尼管 8—阀芯 9—复位弹簧 10—进气阀口 11—排气孔 12—溢流孔

图4-62所示为QTY型直动式减压阀结构图。当顺时针方向旋转手柄1，调压弹簧2、3及膜片5使阀芯8下移，进气阀口10被打开，压缩空气经阀口10的节流减压作用后从右端输出。输出气流的一部分，由阻尼管7进入膜片气室6，在膜片5的下方产生一个向上的推力，此力总是企图把阀口10关小，使其输出气压下降。当压缩空气作用在膜片上的推力与弹簧力相平衡后，减压阀便有一定大小的压力气输出。

当输入压力发生波动时，若输入压力瞬时升高，输出压力也随之升高，作用在膜片5上的推力也相应增大，破坏了原来的力平衡，使膜片5上移，有少量气体经溢流孔12、排气孔11排出。在膜片上移的同时，因复位弹簧9的作用，使阀芯8也向上移动，关小进气阀口10，节流作用增大，使输出压力下降，直至达到新的平衡为止，输出压力基本上又回到原来的调定值。反之，若输入压力瞬时下降，使输出压力也相应下降，膜片下移，阀芯8随之下移，进气阀口10增大，节流作用减小，使输出压力又基本回升到原来的调定值。

逆时针方向旋转手柄1，使调压弹簧2、3放松，气体作用在膜片5上的推力大于调压弹簧的作用力，膜片向上弯曲，靠复位弹簧9的作用关闭进气阀口10，且使阀芯8的顶端与溢流阀座4脱开，膜片气室中的压缩空气便经溢流孔12、排气孔11排出，使减压阀处于无输出状态。

当减压阀的输出压力较高或配管口径很大时，直动式减压阀用调压弹簧直接调压，弹簧过硬，输出流量变化时，输出压力的波动较大，阀的结构尺寸也较大。这时可采用先导式减压阀。

先导式减压阀由先导阀和主阀两部分组成。若把先导阀（小型直动式减压阀）装于主阀内部，称为内部先导式减压阀；如装于主阀外部，则称为外部先导式减压阀。这种阀与直动式减压阀的主要区别在于：它是利用预先调整好压力的空气来代替弹簧调整输出压力。

图4-63所示为内部先导式减压阀（精密减压阀）结构图。当气流从左端输入后，分成二路：一路经进气阀口8到右端输出；另一路经固定节流孔9进入中间气室B，从喷嘴4、挡板3、孔道5反馈至下气室C，再经阀芯6的中心孔从排气孔7排至大气。

图4-63 内部先导式减压阀结构图

1—旋钮 2—调压弹簧 3—挡板 4—喷嘴 5—孔道 6—阀芯 7—排气孔 8—进气阀口 9—固定节流孔 10、11—膜片 A—上气室 B—中间气室 C—下气室

当顺时针方向旋转旋钮1到一定位置，使喷嘴—挡板的距离在工作范围以内，减压阀即进入工作状态。中间气室的压力随距离的减小而增大，于是推动阀芯6打开进气阀口8，即有气流到出口，同时经孔道5反馈到上气室A，与调压弹簧2的弹力相平衡。

当输入压力发生波动时，若输入压力瞬时升高，输出压力也随之升高。输出压力的升高将使上、下气室的压力也相应升高，并使挡板3随同膜片11上移一微小距离，引起气室B的压力明显下降，使阀芯6随同膜片上移，直至将进气阀口8关小为止。这样使输出压力下降，并稳定到原来的数值。

同理，如输出压力瞬时下降，经喷嘴—挡板的作用也会引起气室B的压力升高，而使阀芯下移，阀口开大。这样可使输出压力上升，并稳定在原来的数值。

由于喷嘴—挡板有较高灵敏度，故先导式减压阀输出压力的稳定性比直动式减压阀高。

选择减压阀时，根据最大输出流量确定减压阀的通径；根据气源压力决定减压阀的输入压力。最低输入压力必须比最高输出压力高0.1MPa以上。使用时应按减压阀标记的气流方向接入系统。安装位置通常在分水过滤器之后，油雾器之前。调压时应由低向高调，直至规定的调压值为止。减压阀不用时，应把旋钮放松，放松弹簧，避免膜片长时间受压变形，影响调压精度和使用寿命。

（2）顺序阀 顺序阀是依靠气路中压力的作用而控制执行元件按顺序动作的压力控制阀其作用和工作原理与液压顺序阀基本相同。顺序阀常与单向阀并联组成单向顺序阀。

图4-64 单向顺序阀工作原理图

a）进气时 b）排气时

图4-64所示为单向顺序阀工作原理图。当压缩空气从P口进入腔4后，作用在活塞3上的气体的推力小于弹簧力时，阀处于关闭状态，A口无输出；当推力大于弹簧力时，活塞被顶起，阀呈开起状态，压缩空气经腔4、5从A口输出，见图4-64a。此时单向阀6在弹簧力和腔4内的气压作用下，处于关阀状态。排气时气流反向流动，由于腔4内压力迅速下降，顺序阀关闭，此时腔5内压力高于腔4内的压力，在气压差的作用下，打开单向阀，反向流动的气体从A口到T口排气，见图4-64b。图4-65所示为单向顺序阀结构图，它的内部通道的开起和封闭，是靠橡胶制成的膜片3和内部嵌有橡胶的活塞2来实现。调节旋钮1可改变单向顺序阀的开起压力，以便在不同的开起压力下，控制执行元件的顺序动作。

（3）安全阀 为了防止管路、受压容器等的破坏，限制系统中最高压力的压力控制阀称为安全阀。安全阀也有直动式和先导式两种。

图4-66所示为直动式安全阀。受控制系统或容器直接与安全阀的P口接通，当系统内压力升高到弹簧调定值时，气体推开阀芯，经过阀口从T口排至大气，使系统压力下降。当压力降到低于调定值时，在弹簧作用下，阀口关闭，使系统内的压力维持在安全阀调定压力值之下，从而保证系统不会因压力超高而发生事故。调整弹簧的压缩量，即可调节安全阀的开起压力。球阀式安全阀的调压范围较大；膜片式安全阀的密封性好，压力损失较小。

图4-65 单向顺序阀结构图

图4-66 直动式安全阀

a）球阀式 b）膜片式

图4-67所示为先导式安全阀。控制口X接受来自小型直动式减压阀所提供的控制信号，并以它代替弹簧实现对安全阀开起压力的控制。这种先导式安全阀适用于管道通径较大及远距离控制的场合。

图4-67 先导式安全阀

2.气压流量控制阀

与液压流量控制阀一样，气压传动中的流量控制阀也是通过改变阀的通流面积来实现流量控制，其中包括节流阀、单向节流阀和排气节流阀等。

（1）节流阀 常见的节流口形状如图4-68所示。对于节流调节特性的要求：流量调节范围大、阀芯的位移量与通过的流量成线性关系。节流阀节流口的形状对调节特性影响较大。对于针阀型，当阀开度较小时调节比较灵敏；当超过一定开度时，调节流量的灵敏度就差了。三角沟槽型通流面积与阀芯位移量成线性关系；圆柱斜切型的通流面积与阀芯位移量成指数（指数大于1）关系，能进行小流量精密调节。

（2）单向节流阀 图4-69所示为一种单向节流阀的结构图。当压缩空气正向流动（P→A），单向阀在气压作用下处于关闭状态，气流经节流阀节流后自A口流出。而在气流反向流动（A→T）时，单向阀被推开，大部分气体将从阻力小，通流面积大的单向阀流过，少许气体经节流阀流出，汇集后自T口排除。

图4-68 节流阀

图4-69 单向节流阀

单向节流阀常用于控制气缸的运动速度，或用于延时环节和缓冲机构等。

（3）排气节流阀 图4-70所示为排气节流阀，它的工作原理与节流阀近似。通过调节节流口1处的通流面积来调节排气流量，由消声套2减少排气时产生的噪声。

图4-70 排气节流阀

排气节流阀一般安装在执行元件的排气口处，调节排入大气中气体的流量。它不仅能调节执行元件的运动速度，由于带有消声器，所以也能起减少排气器声音的作用。

（4）气压流量控制阀的使用 由于气体具有较大的可压缩性，所以应用气控流量阀对气缸进行调速，其速度控制较难，易产生爬行，在使用中应注意以下几点：

1）流量阀应尽量安装在气缸附近，以减少气体压缩对速度的影响。

2）气缸和活塞间的润滑要好，要特别注意气缸内表面的加工精度和表面粗糙度。

3）气缸的负载要稳定，在外负载变化很大的情况下，可采用气液联动以便较准确地进行调速。

4）管道上不要存在漏气现象。

3.气压方向控制阀

气压方向控制阀是气动系统中通过改变压缩空气的流向和气流的通、断，来控制执行元件的起、停及运动方向的气动元件。它是气动系统中应用最广泛、种类最多的一种气动控制元件。

按气流在阀内的流动方向，气压方向阀可分为：换向型和单向型两种。

按阀芯工作位置和通路，气压方向阀可分为：二位三通、二位五通、三位四通和三位五通等。

按阀芯的结构形式，气压方向阀可分为：滑阀式、截止式和旋塞式等形式。

按阀的控制方式，气压方向阀可分为：气压控制、电磁控制、机械控制、人力控制和时间控制等方式。

（1）气控换向阀 气控换向阀是用压缩空气驱动阀芯移动，控制气流的接通、断开或换向的方向控制阀。在气动系统中，常作为气缸或气马达的主控阀，控制它们的运动方向。按其作用原理，气控换向阀有：加压控制、卸压控制和差压控制三种类型。

1）加压控制换向阀。加压控制是指所加的气控信号压力是逐渐上升的，当气压增加到阀芯的动作压力时使阀换向的一种控制方式。这种控制方式在气压系统中应用最为广泛。

图4-71所示为单气控截止式换向阀。图中为常断型。当无控制信号X时，阀芯4在弹簧5和P腔压力作用下处于右位，使P腔与A腔断开，A腔与T腔相通，A腔排气；当有控制信号X时，压缩空气进入活塞3的右端，使阀芯4左移，A腔与T腔断开，P腔与A腔相通，A腔进气。这种换向阀结构简单，主气路采用锥面密封，其密封性能好，换向行程短，但换向力较大。

图4-72所示为双气控换向阀。阀芯4与阀套5之间采用间隙密封，并设有定位装置。双气控换向阀具有记忆功能，即在控制信号消失后，阀芯仍处于有信号时的工作状态。它的这种特性，在气动逻辑控制中得到广泛应用。

图4-71 二位三通单气控截止式换向阀

1—上端盖 2—膜片 3—活塞 4—阀芯 5—弹簧 6—密封圈 7—阀体 8—阀座

图4-72 二位五通双气控换向阀

1—定位环 2—钢球 3—限位环 4—阀芯 5—阀套

2）卸压控制换向阀。卸压控制是指所加的控制信号是逐渐减小的，当气压减小到某一压力值时使阀换向的一种控制方式。这种阀一般都是双气控换向阀。

图4-73所示为三位五通双气控换向阀。该阀采用了卸压控制方式。换向活塞3、5只在对中活塞2和6内部运动，而对中活塞2、6可在控制腔1和7中运动。阀芯4在换向活塞的推动下可左右移动。当控制信号X₁、X₂都没有时，由于两端装有对中活塞，两控制腔中有压力相同的气体，阀芯处于中间位置。当有卸压信号X₁时，则右换向活塞5上的作用力克服摩擦力推动阀芯，带动左换向活塞3和对中活塞2一起向左移动，使P与B连通，B腔进气；A与T₁接通，A腔排气。当卸压信号X₁一旦消失，则阀芯复位至中间位置。当右控制腔7有卸压信号X₂时，阀芯右移，P与A相通，A腔进气；B与T₂接通，B腔排气。

图4-73 三位五通双气控换向阀

1、7—控制腔 2、6—对中活塞 3、5—换向活塞 4—阀芯

三位五通双气控换向阀，通过改变阀芯台阶尺寸，使其中间位置有中位封闭式、中位卸压式和中位加压式三种状态，可供在不同条件下使用时选用。

3）差压式控制换向阀。差压式控制是利用气控信号作用在两个面积不等的换向活塞上产生推力差，使阀换向的一种控制方式。

图4-74所示为二位五通差压控制换向阀。该阀采用气源进气差压式结构，P腔始终与复位腔12相通。在没有气控信号X时，复位活塞11在气源压力作用下，推动阀芯5左移，使P与A相通，B与T₂相通，A腔进气，B腔排气；当有气控信号X时，由于控制活塞2的端面积大于复位活塞11的端面积，作用在活塞2上的气压力将克服复位活塞的推力及摩擦力，推动阀芯右移，使P与B相通，A与T₁连通，B腔进气，A腔排气。一旦气控信号消失，则阀芯5在复位腔12内的气压作用下复位。差压控制换向阀都是二位阀，它与靠弹簧复位的单气控换向阀相比较，提高了换向的可靠性；但若阀的工作压力较低时，不能实现自动复位。这种阀常用于工作压力较高的换向回路中。

（2）电磁换向阀 气动电磁换向阀是利用电磁力的作用来实现阀的换向；由电磁部分和主阀两部分组成。按控制方式的不同可分为直动式和先导式两种。它们的工作原理与液压控制阀中的电磁换向阀相同，仅是二者的工作介质不同而已。在结构上，气动电磁换向阀的电磁铁除液压电磁换阀中常用的螺管式外，还有盘式电磁铁。主阀除滑阀式外，还常用截止式。

图4-74 二位五通差压控制换向阀

1—缓冲垫子 2—控制活塞 3—阀体 4衬套 5—阀芯 6—垫圈 7—组合密封圈 8—隔套 9—E型密封圈 10—复位衬套 11—复位活塞 12—复位腔

图4-75 二位三通螺管式微型电磁换向阀

1—接线盒 2—静铁心 3—防尘螺帽 4—线圈 5—隔磁套管 6—动铁心 7—弹簧 8—阀体

1）直动式电磁换向阀。图4-75所示为二位三通螺管式微型电磁换向阀。通电时励磁线圈4产生磁场，静铁心2被磁化，因磁力大于弹簧7的弹力，所以动铁心6向上运动，使P与A相通，排气口T被封住，A口输出；断电时，静铁心2消磁，动铁心6被弹簧7推回原位，关闭P与A的通路，A腔气体经动铁心两侧和静铁心的中心孔从防尘螺母3上的排气孔T排出。

螺管式微型电磁换向阀通径小，一般在1～3mm之间，常用作电磁控制阀的先导阀或作信号阀使用，也可直接作小流量的电磁换向阀使用。图4-76所示为双电控盘式微型电磁换向阀。当上线圈6通电时，上静铁心4吸引盘式动铁心向上运动，带动进气杆5向上，使P与A接通，与此同时，排气塞杆8也向上，使A与T断开。若此时突然停电，由于剩磁及压缩空气作用以及两塞杆上的力和Y形密封圈11的摩擦作用，动铁心不会自行落下，即保持原位置不变，所以该阀具有记忆功能。当下线圈7通电时，下静铁心9产生的电磁力将上线圈6吸下，使A与T相通，A腔排气。取下护帽1，用手拉上或按下手动杆2，就能使动铁心带动塞杆换向，实现手动控制。盘式微型电磁换向阀的结构简单，吸合面积大，能产生较大的吸合力，动作迅速，控制功率小，多作为双电控截止阀的先导阀使用。

图4-76 双电控盘式微型电磁换向阀

1—护帽 2—手动杆 3—上线圈 4—上静铁心 5—进气杆 6—上线圈 7—下线圈 8—排气塞杆 9—下静铁心 10—阀座 11—密封圈

2）先导式电磁换向阀。先导式电磁换向阀由电磁阀和气控阀组合而成。首先由直动式电磁阀（先导阀）提供控制气流，再去控制气控阀（主阀）阀芯的运动，实现主阀换向。因这种阀输出流量大，故常作为控制气缸的主控阀。图4-77所示为二位三通先导式双电控截止式换向阀。主阀是单气控截止式换向阀，电磁先导阀采用记忆型盘式微型双电控电磁换向阀。

（3）机械控制换向阀 机械控制换向阀又称行程阀，常用于行程程序控制系统作为信号阀使用。这种阀通过凸轮或挡块推动阀芯，使阀换向。图4-78所示为机械控制换向阀的一种结构形式。当凸轮或挡块直接与滚轮1接触后，通过杠杆2使阀芯5产生移动使阀换向。它的优点是减小了顶杆3所受的侧向力，增加了阀的使用寿命，同时通过杠杆传力也减小外部的机械压力。这种阀常安装在气缸行程末端，把位置信号转换成气控信号输出。此外，机械控制换向阀还有直动式和可通过式等结构形式。

（4）人力控制换向阀 人力控制换向阀是用手动或脚踏方式实现阀换向的控制阀。阀的主体部分与气控阀类似。它的操作方式有：按钮式、旋钮式、推拉式及脚踏式等。图4-79所示为推拉式手动换向阀。若用手拉起阀芯，使P与B相通，B腔进气；A与T₁相通，A腔排气。手放开，依靠密封圈较大的摩擦力使阀具有定位能力，保持阀的状态不变。当用手将阀芯压下时，使P与A相通，A腔进气；B与T₂相通，B腔排气，并仍具有定位能力。

图4-77 二位三通先导式双电控截止式换向阀

图4-78 杠杆滚轮式机械控制换向阀

1—滚轮 2—杠杆 3—顶杆 4—缓冲弹簧 5—阀芯 6—密封弹簧 7—阀体

（5）单向型控制阀 在气动系统中，当不允许气流反向流动时，常采用单向型控制阀。例如，为防止气罐中的压缩空气倒流回空气压缩机，在空气压缩机和气罐之间就装有单向阀。单向阀可与其他阀组合成单向节流阀、单向顺序阀等。由于压缩空气具有可压缩性，气压传动中还有一些具有特殊用途的单向型控制阀，如梭阀、双压阀、快速排气阀等。

1）梭阀。梭阀是由两个单向阀反向串联的组合阀。图4-80所示为梭阀的一种结构形式。它有两个进气腔P₁和P₂，一个工作腔A，阀芯2在两个方向上起单向阀的作用，其中P₁和P₂都可与A腔相通，但P₁和P₂不能相通。

当P₁进气时，阀芯2右移，封住P₂，使P₁与A相通，A腔进气。反之，P₂进气时，阀芯2左移，封住P₁，使P₂与A相通，A腔进气。若P₁和P₂都进气时，阀芯2可停在左边和右边，这要根据压力加入的先后顺序和大小而定。如P₁与P₂都有压缩空气且两边气压不相等，活塞关闭低压侧，高压侧与A腔相通；如两端气压相等，则先加入压力一侧与A腔相通，A腔都有压力气流输出。由此可见，梭阀的输入和输出呈逻辑“或”的关系，即两输入口中只要有一个输入，输出口腔A就有输出。它的这种功能在气动控制系统中得到广泛的应用，如图4-81所示，通过梭阀的作用，使得手动阀2和电磁阀1均可单独操纵控制气缸5的动作。

2）双压阀。双压阀也相当于两个单向阀的组合阀，如图4-82所示。它有两个输入口P₁和P₂，一个输出口A。当P₁和P₂单独输入时，阀芯被推向左端或右端，输出口A无输出；只有当P₁与P₂同时输入时，A才有输出。由此可见，双压阀具有逻辑“与”的功能，应用也很广泛。

图4-79 推拉式手动换向阀

图4-80 梭阀

1—阀体 2—阀芯

图4-81 梭阀的应用回路

图4-82 双压阀

图4-83所示为双压阀应用在锁紧回路中的实例。当工作的定位信号1和夹紧信号2同时存在时，双压阀3才有输出，使主控阀4换向，气缸5才能向右移动，产生进给。

3）快速排气阀。图4-84所示为膜片式快速排气阀。当P腔有压缩空气输入时，膜片1被气体压下并关闭排气口T。由于膜片1向下弯曲使其四周小孔脱开阀盖2，压缩空气通过它们并从输出口A输出。当P腔气压消失，则膜片1在A腔气压作用下向上弯曲复位，膜片四周小孔又与阀盖紧贴，使P与A断开，A与T相通，A腔气体经T口迅速排出。

图4-83 双压阀的应用回路

图4-84 膜片式快速排气阀

1—膜片 2—阀盖