第4章气动控制阀
4.1 概述
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。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，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，压缩空气从P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。
图4.4所示为三通截止式阀的结构，阀有P、A、0三个孔口。图4.4a为阀的初始状态，阀心紧压在上阀座上，P口和A口通路被关断，A口和0口相通。阀的输出A口没有输出。
图4.4b为工作状态。阀杆受力后使阀心离开上阀座而紧压在下阀座上，关闭排气O口，打开P口至A口之间的通道，压缩空气从P口流向A口输出。图4.4c所示为阀在切换过程中阀心所处的瞬态位置。此时，P、A、0三个孔口同时相通，而发生串气现象。实际上，对于快速切换的阀，这种串气现象对阀的动作不存在什么影响。但缓慢切换时，应予以注意。
截止式阀的结构决定了其开启所需的时间较短，但开启大口径的阀则需较大的开启力。因此截止式阀多用于小口径的阀。需要大流量或高压时，往往采取先导式的结构。其方法是增加一个控制活塞，先导控制气压作用在活塞上产生的较大操纵力，以弥补上述缺点。
为了使截止式阀密封可靠，操纵方便，另一种方法是采用压力平衡的方法，如图4.5所示，在阀杆两侧增加了活塞，活塞受气压作用面积和阀心受压面积相等，这种阀称为压力平衡式阀。由于初始状态时，工作气压作用在阀杆上的合力为零，使开启阀门的操作力大大降低。
（二）滑柱式阀的结构及特性
滑柱式阀是用圆柱状的阀心在圆筒形阀套内沿轴向移动，从而切换气路。图4.6所示为滑柱式阀的基本结构。图4.6左图为阀的初始状态，滑柱在弹簧力的作用下右移。此时，压缩空气从输人口P流向输出口A，A口有气压输出，B口无气压输出。图4.6右图为阀的工作状态；滑柱在操纵力作用下克服弹簧力左移，关断P口和A口通路，接通P口和B口。于是，B口有输出，A口无输出。
滑柱式阀在结构上只要稍稍改变阀套或滑柱的尺寸、形状就能实现两位四通和两位五通阀的功能。
