气动控制元件，汽车机械基础（第2版）中的重要角色

在气压传动系统中，气动控制元件是控制和调节压缩空气的压力、流量和方向的各类控制阀，其作用是保证气动执行元件(如气缸、气马达等)按设计的程序正常地进行工作。气压控制阀按作用可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。

1.压力控制阀

气动系统不同于液压系统，一般每一个液压系统都自带液压源(液压泵)；而在气动系统中，一般来说由空气压缩机先将空气压缩，贮存在贮气罐内，然后经管路输送给各个气动装置使用。而贮气罐的空气压力往往比各台设备实际所需要的压力高些，同时其压力波动值也较大。因此需要用减压阀(调压阀)将其压力减到每台装置所需的压力，并使减压后的压力稳定在所需压力值上。

有些气动回路需要依靠回路中压力变化实现控制两个执行元件的顺序动作，所用的这种阀就是顺序阀。顺序阀与单向阀的组合称为单向顺序阀。

所有的气动回路或贮气罐为了安全起见，当压力超过允许压力值时，需要实现自动向外排气，这种压力控制阀叫安全阀(溢流阀)。

1)调压阀(图4-4-13)

当阀处于工作状态时，调节手柄1，压缩弹簧2、3及膜片5，通过阀杆6使阀芯9下移，进气阀口被打开，有压气流从左端输入，经阀口节流减压后从右端输出。输出气流的一部分由阻尼管7进入膜片气室，在膜片5的下方产生一个向上的推力，这个推力总是企图把阀口开度关小，使其输出压力下降。

当输入压力发生波动时，如输入压力瞬时升高，输出压力也随之升高，作用于膜片5上的气体推力也随之增大，破坏了原来的力的平衡，使膜片5向上移动，有少量气体经溢流口4，排气孔11排出。在膜片上移的同时，因复位弹簧10的作用，使输出压力下降，直到新的平衡为止。重新平衡后的输出压力基本上恢复至原值。

调节手柄1使弹簧2、3恢复自由状态，输出压力降至零，阀芯9在复位弹簧10的作用下，关闭进气阀口。这样，减压阀便处于截止状态，无气流输出。

QTY型直动式减压阀的调压范围为0.05～0.63 MPa。为限制气体流过减压阀所造成的压力损失，规定气体通过阀内通道的流速在15～25 m/s范围内。

图4-4-13　QTY型减压阀及图形符号

1—手柄；2，3—调压弹簧；4—溢流口；5—膜片；6—阀杆；7—阻尼管；8—阀座；9—阀芯；10—复位弹簧；11—排气孔

2)顺序阀(图4-4-14)

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，它根据弹簧的预压缩量来控制其开启压力。当输入压力达到或超过开启压力时，顶开弹簧，于是P到A才有输出，反之A无输出。

图4-4-14　顺序阀工作原理图及图形符号

(a)关闭状态；(b)开启状态

顺序阀一般很少单独使用，往往与单向阀配合在一起，构成单向顺序阀。

3)安全阀(图4-4-15)

当贮气罐或回路中压力超过某调定值，要用安全阀向外放气，安全阀在系统中起过载保护作用。当系统中气体压力在调定范围内时，作用在活塞3上的压力小于弹簧2的力。活塞处于关闭状态(如图4-4-15(a)所示)。当系统压力升高，作用在活塞3上的压力大于弹簧的预定压力时，活塞3向上移动，阀门开启排气(如图4-4-15(b)所示)。

图4-4-15　安全阀工作原理图及图形符号

(a)活塞关闭；(b)开启排气；(c)图形符号

2.流量控制阀

在气压传动系统中，有时需要控制气缸的运动速度，有时需要控制换向阀的切换时间和气动信号的传递速度，都需要调节压缩空气的流量来实现。流量控制阀就是通过改变阀的通流截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、排气节流阀和快速排气阀等。

1)节流阀

图4-4-16所示为圆柱斜切型节流阀的结构图。压缩空气由P口进入，经过节流后，由A口流出。旋转阀芯螺杆，就可改变节流口的开度，这样就调节了压缩空气的流量，由于这种节流阀的结构简单、体积小，故应用范围较广。

2)单向节流阀

单向节流阀(图4-4-17)是由单向阀和节流阀并联而成的组合式流量控制阀。当气流沿着一个方向流动时，经过节流阀节流；反方向流动时，单向阀打开。单向节流阀常用于气缸的调速和延时回路。

图4-4-16　圆柱斜切型节流阀及图形符号

图4-4-17　单向节流阀工作原理图(www.xing528.com)

(a)正向流动；(b)反向流动

3)排气节流阀

排气节流阀(图4-4-18)是装在执行元件的排气口处，调节进入大气中气体流量的一种控制阀。它不仅能调节执行元件的运动速度，还常带有消声器件，所以也能起降低排气噪声的作用。

图4-4-18　排气节流阀工作原理图

1—节流口；2—消声套

4)快速排气阀

进气口P进入压缩空气，并将密封活塞迅速上推，开启阀口2，同时关闭排气口O，使进气口P和工作口A相通(图4-4-19(a))；图4-4-19(b)是P口没有压缩空气进入时，在A口和P口压差作用下，密封活塞迅速下降，关闭P口，使A口通过O口快速排气。

图4-4-19　快速排气阀工作原理图及图形符号

(a)压缩空气进入；(b)快速排气；(c)图形符号

3.方向控制阀

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，来控制执行元件的启、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。

方向控制阀的分类较多，通常按气流在阀内的流动方向，方向阀可分为:换向型和单向型两种。

1)单向型控制阀

单向型控制阀通常包括止回阀、或门型梭阀、与门型梭阀和快速排气阀。其中止回阀与液压传动中的止回阀基本相同，这里不再介绍，而只介绍其他三种阀。

(1)或门型梭阀:其工作原理图和符号如图4-4-20所示。或门型梭阀是由两个单向阀反向串联的组合阀，P1与P2两个进气口，其中一个进气时，则另一个被关闭，如果两个进气口同时进气时，则气压低的进气口则被关闭，气压高的进气口则接通。

图4-4-20　或门型梭阀原理图及图形符号

(a)P1口进气；(b)P2口进气；(c)图形符号

(2)与门型梭阀:与门型梭阀又称双压阀，其工作原理和符号如图4-4-21所示，与门型梭阀也相当于两个单向阀的组合阀，只有当两个进气口P1、P2同时进入相同气压的压缩空气时，A口才有输出；当两进气压力不等时，低压气通过A口输出。

图4-4-21　与门型梭阀工作原理及图形符号

(a)P1口进气；(b)P2口进气；(c)P1、P2两口进气；(d)图形符号

(3)快速排气阀:快速排气阀是为了加快气缸运动速度作快速排气用的，常装在换向阀与气缸之间，其结构如图4-4-22所示。

图4-4-22　快速排气阀及图形符号

2)换向型控制阀

换向型方向控制阀的作用是改变气流通道，使气体流动方向发生改变，从而改变气动执行元件的运动方向。

(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，常作为气缸或气动马达的主控阀，控制他们的运动方向。按其作用原理，气控换向阀有:加压控制、泄压控制和差压控制三种类型。如图4-4-23所示为二位三通单气控截止式换向阀。

图4-4-23　二位三通单气控截止式换向阀及图形符号

(a)加压控制；(b)差压控制；(c)图形符号

(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的。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，其结构如图4-4-24所示。