气动控制阀(Pneumatic control valves)气动控制阀是指在气动系统中控制气流的压力、流量和流动方向，并保证气动执行元件或机 构正常工作的各类气动元件气动控制阀的结构可分解成阀体（包含阀座和阀孔等）和阀心两 部分，根据两者的相对位置，有常闭型和常开型两种阀从结构上可以分为：截止式、滑柱 式和滑板式三类阀一、 气动控制阀的分类气动控制阀是指在气动系统中控制气流的压力、流量和流动方向，并保证气动执行元件或机 构正常工作的各类气动元件控制和调节压缩空气压力的元件称为压力控制阀国内知名的生 产厂家有上海权工阀门设备有限公司和湖南新兴水电设备有限公司其公司是机械工业部、 化工部、中国化工装备总公司定点管理生产企业其产品在业内有一定的价格优势和技术优 势控制和调节压缩空气流量的元件称为流量控制阀改变和控制气流流动方向的元件称为方向 控制阀除上述三类控制阀外，还有能实现一定逻辑功能的逻辑元件，包括元件内部无可动部件的射 流元件和有可动部件的气动逻辑元件在结构原理上，逻辑元件基本上和方向控制阀相同， 仅仅是体积和通径较小，一般用来实现信号的逻辑运算功能近年来，随着气动元件的小型 化以及PLC控制在气动系统中的大量应用，气动逻辑元件的应用范围正在逐渐减小。
从控 制方式来分，气动控制可分为断续控制和连续控制两类在断续控制系统中，通常要用压力 控制阀、流量控制阀和方向控制阀来实现程序动作连续控制系统中，除了要用压力、流量控 制阀外，还要采用伺服、比例控制阀等，以便对系统进行连续控制气动控制阀分类如图4.1二、 气动控制阀和液压阀的比较（一） 使用的能源不同气动元件和装置可采用空压站集中供气的方法，根据使用要求和控制点的不同来调节各自减 压阀的工作压力液压阀都设有回油管路，便于油箱收集用过的液压油气动控制阀可以通 过排气口直接把压缩空气向大气排放二） 对泄漏的要求不同液压阀对向外的泄漏要求严格，而对元件内部的少量泄漏却是允许的对气动控制阀来说， 除间隙密封的阀外，原则上不允许内部泄漏气动阀的内部泄漏有导致事故的危险对气动管道来说，允许有少许泄漏;而液压管道的泄漏将造成系统压力下降和对环境的污染三） 对润滑的要求不同液压系统的工作介质为液压油，液压阀不存在对润滑的要求气动系统的工作介质为空气，空 气无润滑性，因此许多气动阀需要油雾润滑阀的零件应选择不易受水腐蚀的材料，或者采 取必要的防锈措施四） 压力范围不同气动阀的工作压力范围比液压阀低气动阀的工作压力通常为10bar以内，少数可达到40bar 以内。
但液压阀的工作压力都很高（通常在50Mpa以内）若气动阀在超过最高容许压力下使 用往往会发生严重事故五） 使用特点不同一般气动阀比液压阀结构紧凑、重量轻，易于集成安装，阀的工作频率高、使用寿命长气 动阀正向低功率、小型化方向发展，已出现功率只有0.5W的低功率电磁阀可与微机和PLC 可编程控制器直接连接，也可与电子器件一起安装在印刷线路板上，通过标准板接通气电回 路，省却了大量配线，适用于气动工业机械手、复杂的生产制造装配线等场合三、 气动控制阀的结构特性气动控制阀的结构可分解成阀体（包含阀座和阀孔等）和阀心两部分，根据两者的相对位置，第1页有常闭型和常开型两种阀从结构上可以分为：截止式、滑柱式和滑板式三类阀一）截止式阀的结构及特性截止式阀的阀心沿着阀座的轴向移动，控制进气和排气图4.2所示为二通截止式阀的基本 结构图4.2a中，在阀的P 口输入工作气压后，阀芯在弹簧和气体压力作用下紧压在阀座上， 压缩空气不能从A 口流出;图4.2b为阀杆受到向下的作用力后，阀芯向下移动，脱离阀座， 压缩空气就能从P 口流向A 口输出这就是截止式阀的切换原理图4.3所示的阀为常通型 结构图4.3a为初始状态，与图4.2a相反，阀心在弹簧力作用下离开阀座，压缩空气府口流向A口输出。
图4.3b为工作状态，阀杆在向上的力作用下， 阀心紧压在阀座上关闭阀口，流道被关断，A 口没有压缩空气流出气动控制阀是控制、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13.1 常用气动控制阀（C ommon pneumatic control valves）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13.1.1 气动方向控制阀（Pneumatic direction control valves）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13.1.1.1 气动方向控制阀的分类气动方向控制阀可按阀芯结构、控制方式等进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独有的特点行分类1 .截止式方向控制阀图13.1截止式换向阀芯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完全开 启，阀的流通能力强，便于设计成结构 紧凑的大口径阀。
1-截止阀芯2-密封材料3-截止阀座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2. 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；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）单向阀图13.3气动梭阀1 2 3 4 5P2 P1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一致，只不过气动单向阀 的阀芯和阀座之间是靠密封垫密封的图13.2气动单向阀1-阀体2-阀芯3-密封材料4-截止型阀口1-阀体2-弹簧3-阀芯4-密封材料5-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？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 第3页图13.6二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-控制活塞图13.7单电控直动换向阀 图13.8单电控先导换向阀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图13.11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图13.12为通过杠杆和滚 轮作用推动推杆的行程换向阀；图13.13为可通过式杠杆滚轮控制的行程换向阀，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4（气阻） 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a)b)图13.15气动脉冲阀图13.14气动延时换向阀A1-气容 2-阀芯 3-单向阀T 4-节流阀5-阀体阀换向；气控信号消失后，气容中的气体 l~L~LJ~L| 〈全厂1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 a） b）2）脉冲阀脉冲阀是靠气流经过气阻、气容的延时作 图13.13可通过式杠杆滚轮行程换向阀用，使输入的长信号变成脉冲信号输出的阀图13.15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，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13.1.2气动压力 控制阀（Pneumatic pressure control valves）气动压力控制阀在气动系统中主要1-阀体 2-阀芯 3-气容起调节、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。
13.1.2.1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13.1.2.2常用的气动压力控制阀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2) 先导式减压阀如图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、a)b)1-复位弹簧2-阀口 3-阀心4-阻尼孔5-膜片1-排气口 2-复位弹簧3-阀口 4-阀心5-固定节流口 6-膜片6、7-调压弹簧8-调压手轮7-调压弹簧8-调压手轮9-孔道10-喷嘴11-挡板图13.16直动式减压阀图13.17先导式减压阀挡板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 第7页而稳压精度高定值器处于非工作状态时，由气 源输入的压缩空气进人A室和E 室主阀芯2在弹簧1和气源压 力作用下压在截止阀座3上，使 A室与B室断开进人E室的气 流经阀口（又称为活门7）进至 F室，再通过节流孔5降压后， 分别进人G室和D室由于这 时尚未对膜片12加力，挡板5 与喷嘴4之间的间距较大，气体 从喷嘴10流出时的气流阻力较 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14131211输出口.匕 10 -9G8 F7E6DCB -A -4溢流口排气口图13.18定值器工作原理1、6、9-弹簧2-阀芯3-截止阀口 4-膜片组5-节流口 7-活门8-膜片10-喷嘴11-挡板12-膜片13-调压弹簧14-调压手轮2. 顺序阀图13.19单向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。
b)1-单向阀芯2-弹簧4 3-单向阀口 | | 4-顺序阀口Psa)b)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溢流阀 其结构型式很多，这里仅介绍几 例如图13.20a为直动截止式安 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；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图43.20气动直动安全阀a) b)图13.21气动先导安全阀1-阀座2-阀芯3-膜片4-先导压力控制口口的压力进行比较来进行工作的13.1.3气动流量控制阀(Pneumatic flow control valves)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图13.22气动节流阀1-阀体2-阀芯3-调节手轮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6—a)b)43 -■2 -1P -图13.23气动单向节流阀1-单向阀芯2-单向截止阀口 3-节流阀座图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； 当气流从人流入时，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4-节流阀芯5-调节手轮6-阀座13.2气动逻辑控制阀 (Pneumatic logical control valves)13.2.1逻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，从而可获得最简单的或最佳的系统总之，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第一代为滑阀 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)匹配组成气一一电混合控制系统13.2.2 逻辑元件(Pneumatic logical elements)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0.005〜0.05MPa2. 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13.2.4.1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，S为信号的输 出口气流的流通关系是：A、B 口任意一个有信号或图13.24气动或门元件1-下阀座2-阀芯3-上阀座同时有信号，则S 口有信号输出；逻辑关系式：S = A + B2. 是门和与门元件图13.25为是门和与门元件的结构原理在A 口接信号，S为输出口,中间孔接气源P情况下 ，元件为是门在A 口没有 信号的情况下，由于弹簧力 的作用，阀口处在关闭状态; 当A 口接入控制信号后，气 流的压力作用在膜片上，压 下阀芯导通P、S通道，S有 输出指示活塞8可以显示 S有无输出；手动按钮7用于 手动发讯元件的逻辑关系为：S = A若中间孔不接气源P而接信 号B，则元件为与门也就 是说，只有A、B同时有信号 时S 口才有输出。
逻辑关系式：S = A • B3. 非门和禁门元件 非门和禁门元件的结构原理 如图13.26在P 口接气源， A 口接信号，S为输出口情 况下元件为非门在A 口没 有信号的情况下，气源压力 P将阀心推离截止阀座1，S 有信号输出；当A 口有信号 时，信号压力通过膜片把阀 芯压在截止阀座1上，关断 P、S通路，这时S没有信 号其逻辑关系式：s =刀若中间孔不接气源P而接信 号B，则元件为禁门也就 是说，在A、B同时有信号时， 由于作用面积的关系，阀芯紧抵 下截止阀口 1，S 口没有输出 在A 口无信号而B 口有信号时， S有输出A信号对B信号起禁 止作用，逻辑关系式：s = AB4. 或非元件如图13.27，或非元件是在非门图13.25气动是门和与门元件1-弹簧2-下密封阀芯3-下截止阀座4-上截止阀座5-上密封阀芯6-膜片7-手动按钮8-指示活塞图13.26气动非门和禁门元件1-下截止阀座2-密封阀芯3-上截止阀座4-阀芯5-膜片6-手动按钮7-指示活塞APS第12页a) b)图13.27气动或非元件1-下截止阀座2-密封阀芯3-上截止阀座4-膜片5-阀柱元件的基础上增加了两个输入端，即具有A、B、C三个信号输入端。
在三个输入端都没有 信号时，P、S导通，S有输出信号当存在任何一个输入信号时，元件都没有输出元件的逻辑关系式：S =入+ B + C或非元件是一种多功能逻辑元件，可以实现是门、或门、与门、非门或记忆等逻辑功能图示13.28为双稳元件的工作原a)b)图13.28双稳元件1-滑块2-阀芯3-手动按钮4-密封圈当A有信号输入时，阀芯移动 到右端极限位置，由于滑块的 分隔作用，P 口的压缩空气通 过S1输出，S2与排气口 T相 通;在A信号消失后B信号到 来前，阀芯保持在右端位置， S1总有输出；当B有信号输 入时，阀芯移动到左端极限位 置，P 口的压缩空气通过S2 输出，S1与排气口 T相通；在 B信号消失后A信号到来前， 阀芯保持在右端位置，S2总有双稳元件属于记忆型元件，在逻辑线路中具有重要的作用输出；这里，两个输入信号不能同时存在元件的逻辑关系式为：S1 = KB ； S2 = KA第13页图13.29三门元件1-截止阀口 2-膜片图 13.30ABA B匹1CDC Db)c)ABA BUTL1一nn i ~~1 nrCDC Dd)e)四门元件1-下截止阀口万,~ 1 2-膜片第14页3-上截止阀口13.2.4.2高压膜片式逻辑元件高压膜片式逻辑元件是利用膜片式阀芯的变形来实现其逻辑功能的。
最基本的单元是三门元 件和四门元件1.三门元件图示13.29为三门元件的 工作原理它由上、下气 室及膜片组成，下气室有 输入口 A和输出口 S,上 气室有一个输入口8,膜 片将上、下两个气室隔 开因为元件共有三个 口，所以称为三门元件 A 口接气源（输入），S 口为输出口，B 口接控制 信号若B 口无控制信 号，则A 口输入的气流 顶开膜片从S 口输出，如 图13.29b；如S 口接大气， 若A 口和B 口输入相等 的压力，由于膜片两边作用面积不同，受力不等，S 口通道被封闭，A、S气路不通，如图13.29c 若S 口封闭，A、B 口通入相等的压力信号，膜片受力平衡，无输出，13.29d但在S 口接负 载时，三门的关断是有条件的，即S 口降压或B 口升压才能保证可靠地关断利用这个压力 差作用的原理，关闭或开启元件的通道，可组成各种逻辑元件其图形符号如图13.29e2.四门元件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。
当A、C 口同时接气源，B 口通大气，D 口封闭时，则D 口有气无流量，B 口关闭无输出，如图13.30b ；此时若封闭B 口，情况与上述状态相同，如图13.30c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13.2.4.3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，最好不要超过几十米当逻辑元件要相互串联时一定要有足够的流量，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.但最好使用过滤后的气源，一定不要使加入 油雾的气源进人逻辑元件。
13.3气动比例、伺服、数字控制阀（pneumatic ratio servo numerical control valves）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.气控比例压力阀第15页^3.31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1-弹簧2-阀芯3-溢流阀芯4-阀座阀它 控比例 10、线圈 带动档 距离， 阀的信 过膜片 喷嘴6P276510 -98 -P1■ 1I.J4VJ Ll它也是 行连 ，除了 高的动 护较为图13.32电控比例压力阀使用维2-阀芯3-溢流口 4-膜片组5-节流阀7-挡板8-片簧9-线圈10-磁铁1-弹簧6-喷嘴动使主阀口开大，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。
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，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 由动圈式比例电磁铁、喷嘴档板放大器、气 压力阀三部分组成，比例电磁铁由永久磁铁 9和片簧8构成当电流输入时，线圈9 板7产生微量位移，改变其与喷嘴6之间的 使喷嘴6的背压改变膜片组4为比例压力 号膜片及输出压力反馈膜片背压的变化通 4控制阀芯2的位置，从而控制输出压力 的压缩空气由气源节流阀5供给 13.3.2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， 通过改变输入信号来对输出信号的参数进 续、成比例的控制与电液比例控制阀相比 在结构上有差异外，主要在于伺服阀具有很 态响应和静态性能但其价格较贵 困难气动伺服阀的控制信号均为电信 又称电一气伺服阀是一种将电 换成气压信号的电气转换装置 一气伺服系统中的核心部件图 力反馈式电一气伺服阀结构原理 中第一级气压放大器为喷嘴挡板 力矩马达控制，第二级气压放大 阀阀芯位移通过反馈杆5转换 力矩反馈到力矩马达上其工作 当有一电流输入力矩马达控制线 矩马达产生电磁力矩，使挡板偏（假设其向左偏转），反馈杆变形 个喷嘴档板阀的喷嘴前腔产生压 腔高于右腔），在此压力差的作用 移动（向右），反馈杆端点随着一 反馈杆进一步变形，变形产生的 力矩马达的电磁力矩相平衡，使 留在某个与控制电流相对应的偏 反馈杆的进一步变形使挡板被部 中位，反馈杆端点对阀芯的反作 阀芯两端的气动力相平衡，使阀 在与控制电流相对应的位移上。
这样 量的目的号，故 信号转 它是电 13.33 为 图其 阀，由 器为滑 成机械 原理为： 圈时，力 离中位 这时两 力差（左 下，滑阀 起移动， 力矩与 挡板停 转角上 分拉回 用力与 芯停留 伺服阀就输出一个对应的流量，达到了用电流控制流11109rrrrl -L ， 口图13.33电-气伺服阀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11-磁铁13.3.3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-反馈弹簧调制伺服阀，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13.34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13.4 阀岛(Valve Terminal)“阀岛”一词来自德语，英文名为 “Valve Terminal”德国FESTO公司发明并最先应用。
阀岛是由多个电控阀构成，它集成了信号输入/输出及信号的控制，犹如一个控制岛屿阀岛是新一代气电一体化控制元器件，已从最初带多针接口的阀岛发展为带现场总线 的阀 岛，继而出现可编程阀岛及模块式阀岛阀岛技术和现场总线技术相结合，不仅确保了 电 控阀的布线容易，而且也大大地简化了复杂系统的调试、性能的检测和诊断及维护工作借 助现场总线高水平一体化的信息系统，使两者的优势得到充分发挥，具有广泛的应用前景阀岛有多种类型，简述如下1) 带多针接口的阀岛可编程控制器的输出控制信号、输入信号均通过一根带多针插 头 的多股电缆与阀岛相连，而由传感器输出的信号则通过电缆连接到阀岛的电信号输入口上 因此，可编程控制器与电控阀、传感器输入信号之间的接口简化为只有一个多针插头和一根 多股电缆与传统方式实现的控制系统比较可知，采用多针接口阀岛后系统不再需要接线盒 同时，所有电信号的处理、保护功能(如极性保护、光电隔离、防水等)都已在阀岛上实现2) 带现场总线的阀岛使用多针接口型阀岛使设备的接口大为简化，但用户还必须根 据 设计要求自行将可编程控制器的输入/输出口与来自阀岛的电缆进行连接，而且该电缆随着 控制回路的复杂化而加粗，随着阀岛与可编程控制器间的距离增大而加长。
为克服这一缺点， 出现了新一代阀岛——带现场总线的阀岛现场总线(Field bus)的实质是通过电信号传输方式，并以一定的数据格式实现控制系统中 信号的双向传输两个采用现场总线进行信息交换的对象之间只需一根两股或四股的电缆连 接特点是以一对电缆之间的电位差方式传输的在由带现场总线的阀岛组成的系统中，每个阀岛都带有一个总线输入口和总线输出口这样当系统中有多个带现场总线阀岛或其它带现场总线设备时可以由近至远串联连接现提 供的现场总线阀岛装备了目前市场上所有开放式数据格式约定及主要可编程控制器厂家自定 的数据格式约定这样，带现场总线阀岛就能与各种型号的可编程控制器直接相连接，或者 通过总线转换器进行阀接连接带现场总线阀岛的出现标志着气电一体化技术的发展进人一个新的阶段，为气动自动化系统 的网络化、模块化提供了有效的技术手段，因此近年来发展迅速3) 可编程阀岛鉴于模块式生产成为目前发展趋势，同时注意到单个模块以及许多简单的 自动装置往往只有十个以下的执行机构，于是出现了一种集电控阀、可编程控制器以及现场总 线为一体的可编程阀岛，即将可编程控制器集成在阀岛上所谓模块式生产是将整台设备分为几个基本的功能模块，每一基本模块与前、后模块间按一 定的规律有机地结合。
模块化设备的优点是可以根据加工对象的特点，选用相应的基本模块 组成整机这不仅缩短了设备制造周期，而且可以实现一种模块多次使用，节省了设备投资 可编程阀岛在这类设备中广泛应用，每一个基本模块装用一套可编程阀岛这样，使用时可第17页以离线同时对多台模块进行可编程控制器用户程序的设计和调试这不仅缩短了整机调试时间，而且当设备出现故障时可以通过调试出故障的模块，使停机维修时间最短4）模块式阀岛在阀岛设计中引人了模块化的设计思想，这类阀岛的基本结构是：1）控制模块位于阀岛中央控制模块有三种基本方式：多针接口型、现场总线型和可编程型2） 各种尺寸、功能的电磁阀位于阀岛右侧，每2个或1个阀装在带有统一气路、电路接口的 阀座上阀座的次序可以自由确定，其个数也可以增减3） 各种电信号的输入/输出模块位于阀岛左侧，提供完整的电信号输入/输出模块产品 有带独立插座、带多针插头、带ASI接口及带现场总线接口的阀岛，带独立插座的阀岛通用性强，对控制器无特殊要求，配有电缆（有极性容错功能）插座上带 有LED和保护电路，分别用以显示阀的工作状态和防止过压带多针插头的阀岛通过多感电缆将控制信号从控制器传输到阀岛，顶盖上不仅有电气多针插 头，而且还带有LED显示器和保护电路。
带ASI接口的阀岛，其显著的一个特点是数据信号和电源电压由同一根2芯电缆同时传输 电缆的形状使用户使用时排除了极性错误对于ASI接口系统，每个模块通常提供4个地址 因此一个ASI阀岛可安装4个二位五通单控阀或2个二位五通双控阀带现场总线接口的阀岛可与现场总线节点或控制器相连这些设备将分散的输入/输出单元 串接起来，最多可连接4个分支每个分支可包括16个输入和16个输出，连接电缆同时输电 源和控制信号也就是说，它适合控制分散元件，使阀尽可能安装在气缸附近，其目的是缩短 气管长度，减小进排气时间，并减少流量损失13.5气动控制阀的选用正确选择控制阀是设计气动系统和气动控制系统的重要环节，选择合理就能够使线路简化， 减少控制阀的品种和数量，降低压缩空气的消耗量，降低成本并提高系统的可靠性在选择气动阀时，首先要考虑阀的技术规格能否满足使用环境的要求如气源工作压力范围， 电源条件（交、直流及电压等）介质温度，环境温度、湿度、粉尘等情况考虑阀的机能和功能是否满足需要尽量选择机能一致的阀第18页根据流量来选择通径分清是主阀还是控制用先导阀主阀必须根据执行元件的流量来选择 通径；先导阀（信号阀）则应该根据所控制阀的远近、数量和要求动作的时间来选择通径。
根据使用条件、使用要求来选择阀的结构型式如果要求严格密封，一般选择软质密封阀； 如果要求换向力小，有记忆性能，应选择滑阀；如气源过滤条件差，采用截止式阀为好安装方式的选择从安装维护方面考虑板式连接较好，特别是对于集中控制的自动、半自动 空置系统优越性更突出阀的种类选择在设计控制系统时，应尽量减少阀的种类，避免采用专用阀，选择标准化系 列阀，以利于专业化生产、降低成本和便于维修使用调压阀的选用要根据使用要求选定类型和调压精度，根据最大输出流量选择其通径减压阀 一般安装在分水滤气器之后，油雾气或定值器之前；进出口不能接反；阀不用时应该把旋钮 防松，防止膜片经常受压变型而影响性能安全阀的选择应根据使用要求选定类型，根据最大输出流量选择其通径选用气动流量阀对气动执行元件进行调速，比液压流量阀调速要困难，因为气体具有压缩性 选择气动流量控制阀要注意以下几点：管道上不能有漏气现象；气缸、活塞间的润滑状态要 好；流量控制阀尽量安装在气缸或气马达附近；尽可能采用出口节流调速方式；外加负载应当 稳定。