7.方向控制閥
閥的功能
方向控制閥通過開放，關閉或切換閥內部機構的連接來確定氣口間的氣流。
按照氣口數、切換的位置數，開通常的位置（不操作時）和操作方法來確定分類。
首先，常用5／2，3／2，2／2等來表示的方向關，第一位數字是氣口數（不包括先導口），第二位元數位是位置數。
主要功能和它們的ISO規定的圖形符號見下表
開關功能 |
主要用途 |
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2/2ON/OFF沒有排氣 |
氣馬達和氣動工具 |
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3/2常閉（NC） |
單作用氣缸（推出型），氣動信號 |
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3/2常通（NO） |
單作用氣缸（拉進型） |
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4/2輸出口A和B之間換向，帶共同排氣口 |
雙作用氣缸 |
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5/2輸出口A和B之間換向，帶獨立排氣口 |
雙作用氣缸 |
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5/3中間排氣式，如5/2中位時輸出AB均排氣 |
雙作用氣缸，氣缸可能均卸壓 |
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5/3中間封閉式，如5/2中位時完全密封住氣 |
雙作用氣缸，氣缸可能在任意位置停止 |
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5/3中間加壓式 |
特殊用途 |
單穩態和雙穩態
彈簧復位閥是單穩態的。它有一個確定的原始位置可自動地返回。
雙穩態閥沒有原始位置，不論保持在那一個位置，直到兩個中任何一個脈衝信號操作為止。
閥的型式
圖7.1閥的各種型式和密封方式
兩種基本的結構分類方法是截止式（提升式）和滑閥式，都具有橡膠密封和金屬密封兩種。
截止（提升）閥
截止閥控制空氣流動是利用橡膠密封件的圓盤或螺杆與閥座呈直角提升。
截止開可以是二通或三通閥。要成為四通或五通閥必須把二個或更多的截止閥彙集成一個閥。
在a）圖中，輸入壓力會導致密封裝置被頂離它的位置，需要有足夠的力（彈簧力）才能保持閥處於關閉狀態。在b）圖中，進氣壓力會協助復位彈簧保持閥開閉。但是由於進氣壓力是會改變的，因此，會有不同的操作壓力。這些因素僅限於閥帶1／8”氣口或更小的這類型式的設計。
圖7.3a）表示如圖7.2b）所示的3／2NC截止閥。
在非操作位置（a），通過柱塞的輸出口排氣，在操作位置（b）時，排氣口關閉，氣流從輸入口p流向輸出口A．
圖7.2（c）是平衡型截止閥。輸入壓力作用在相等的相對活塞面積上。
這種閥的優點是能連接常閉（NC）或常通（NO）。
常通閥可常用於較低壓力或復位壓力的執行元件，而且常用于安全或程式回路中。
滑閥
滑柱式，旋塞式和平面式滑閥用滑動作用開啟和關閉氣口。
滑柱式滑閥
圓柱形的滑柱在閥體內軸向滑動，促使氣流與滑柱運動方向呈垂直。滑柱有相等的密封面積和壓力平衡。
橡膠密封件
通常，滑柱和密封件的配製如圖7.5和7.6所示。在圖7.5中，O型密封圖裝於滑柱的溝漕內，並在金屬隔套中運動。
在圖7.6中，閥的密封圈裝在閥體的隔套溝槽內，以分段間隔將O型圈壓入位置中。
圖7.7所示裝有橢圓型密封圈的滑柱，這些密封圈沒有橫越任何氣口，然而剛好開啟或關閉閥的本身閥座。
這種設計提供無洩漏及最小摩擦力的密封，因此有極長的壽命。
金屬密封
研磨和配合好的滑柱和隔套有極低的摩擦阻力，適應快速迴圈和特別長的工作壽命。但是，有O.003mm的極小間隙，會產生1升／分鐘的微小內洩漏量。
平面式滑閥
空氣通過氣口是由滑塊的位置改變來控制。滑塊用金屬、尼龍或其他塑膠製成，它的滑動由橡膠密封的空氣操作滑柱運動。
旋塞式閥
手動旋轉金屬的有通氣孔的圓盤，使空氣內部連接閥內的氣口。壓力的不平衡使圓盤緊貼它的配合面，壓力輸入在圓盤的上方。僅有極小的洩漏量。
閥的操作
機械操作
自動化機器中，機械操作閥能檢出運動機械的位置的信號，以此為工作迴圈作自動控制。
主要的直接的機械操作見圖7．11所示。
當閥的頭部使用滾輪杠杆式時應注意
必須特別注意，以圖7.12實例說明，當使用凸輪來操作滾輪杠杆式閥時，滾輪總行程部分不要行到行程的終端，凸輪的傾斜角度大約在30o，過分傾斜將產生杠杆的機械應力。
可通過式滾輪（又稱滾輪回復無效）見圖7.11所示，只有執行元件行程控制凸輪作用在一個方向上的運動才操作。
手動操作
手動操作通常是在機械操作閥上，附加一個適用手動操作的頭部而實現的。
手動操作閥是單穩態的閥（彈簧復位），一般用於啟動、停止和別的操作氣動控制裝置的地方。
如果閥能保持它的位置，有許多方法使用時是需要的，圖7.14表示一些主要型式的雙穩態手動操作閥。
氣控操作
主閥（氣控操作閥），可以設置在靠近氣缸或其他執行元件處，使用從行程閥或開關來的氣控信號遙控切換。
單穩態氣控操作閥由空氣壓力作用在活塞上，當信號壓力消失時靠氣壓，機械彈簧或兩者的組合來重定。
用氣壓來增加復位的力，使用氣壓加上一個較輕小的機械彈簧，能產生一個特有的不變的力，保證高的可靠性。
圖7.15中，氣壓由內部通道從輸入口給入，作用在直徑較小的活塞上。而通過先導口進入的氣壓作用在較大直徑住塞上使閥切換動作。
這種滑拄重定的方法，常用於需要用很小空間的小型閥的設計上。
單氣控型或單穩態的空氣操作閥已經介紹得很多了。但通常用於控制氣缸的氣控閥（氣壓操作閥）有兩個氣控口，可設計成能停留在任何位置上（雙穩態）。
在圖7.17上，氣控口“PB”輸入一個短的壓力脈衝，滑柱向右移動，連接輸入口“P”和氣缸口“B”。“A”通過“EA”排氣。閥仍然保持在這操作位置上直到相對的信號出現，這種功能稱為“記憶功能”。
因為有摩擦力，雙穩態閥能穩定在原始位置上，但必須使滑柱處於水準位置，特別是閥經受振動的場合。在金屬密封結構的情況下，閥的位置有的用鎖銷鎖住的。
直接和間接操作（直動式和先導式）
直接操作當力作用在按鈕、杠杆或柱塞上，使滑閥或截止閥動作。間接操作是用一較小的先導閥的操作作用，靠氣壓切換主閥。
圖7.18a為間接操作（先導式）原始位置的機械操作閥，在b和c表示放大了的先導部分的詳細設計的兩種狀態。
電磁操作
電子-氣動和電子控制系統在本書的後頁中有詳述，在此僅瞭解方向控制閥的電磁操作已足夠了。
氣動電磁閥的電氣操作是由電磁線圈和柱塞的有效作用。因此，通常稱為電磁閥。
直接作用的電磁閥（直動式）依靠線圈的電磁力去吸引截止閥的柱塞或滑閥的滑柱（圖7．20）。
因受到電磁線圈的尺寸大小的限制，大尺寸的閥常用間接操作（先導式）。
5／3閥有第三個位置（中位），當兩個電磁線圈均斷電時，靠彈簧復位（圖7.22）。
閥的安裝
閥身直接型（管接式）
連接到閥的大多數常見的方法是帶螺紋的接頭直接擰入帶螺紋的氣口內，即所謂閥體帶氣口的閥。這種方法需要閥一次安裝連接到氣缸的氣控口和輸入口，以及每個排氣口裝一個消聲器，前述介紹的所有閥是閥身直接型，除了如圖7．20所示的座接型（板接式）外。
集成塊
集成塊有公共的輸入通道和排氣通道，可供數個閥身直接型的閥使用，輸出口仍是分別地連接到每個閥的閥身上。
圖7.23表示4個不同功能的閥安裝在一集成塊上。一個5／3閥，一個雙穩和二個單穩閥，它們都是同一系列的。
集成塊在訂貨時要列出所裝閥的數量，超過這個數量再增加位置是不可以的，但是，所在多餘的位置上用盲板密封。
帶5個或更多閥的集成塊，推薦在兩端有空氣輸入和排氣口裝消聲器。
座接型（底板型）（板接式）
閥的所有氣口設置在同一表面上，設計一個密封墊片一起將閥安裝到附加底板上。這塊底板加工成所需外部連接。這種閥安裝方法的優點是能快速更換閥，並且在替換閥時不必要拆下管子。通常，座接型的閥的流通能力稍高於同一型號的閥身直接型。圖7.20表示典型的座接型安裝的閥。
多路座接型（多路底板型）（多路集成塊）
多路座接類似集成塊，閥的全部數量的輸入口和排氣口都通過公共通道，並且，連接氣缸的輸出口也由底板提供。多路座接型也需訂貨時指明需要閥的數量，與集成塊一樣，多餘的也可以用盲板堵住封閉。
成組座接型（成組底板型）（疊加式集成塊）
成組座接是用單個底板組裝在一起，底板可以任意數量組裝成一個裝置。這個系統的特點是，如果系統要改造，裝置可以擴展或減少。如果需要，仍可以任意選擇用盲板堵住封閉的位置。
閥的流量大小
氣口的尺寸不表明閥的流量。選擇閥的尺寸取決於所需的流量和通過閥的容許壓力降。
製造者提供關流量的資料。
流量常常以所謂“標準流量”Qn表示：當進口壓力為6巴，輸出壓力為5巴時，每分鐘自由空氣量以L（升）為單位。或者用流量係數Cv或Kv表示，也可以用有效截面積“S”來表示。在各種不同的壓力情況下，根據這些係數用公式來計算出流量值。
Cv值為1，表示壓力降為1PSi，通過關的水的流量值為1U．S．gal／min。
Kv值為1，表示壓力降1巴，通過關的水的流量值為1l／min。
閥的有效截面積S值，是在壓力和流量相同情況下，通過一個膜片節流流量截面積為mm2。
所有這三種方法，都在己知壓力的情況下通過公式計算出空氣流量，見如下：
其中Cv,Kv：流量係數
S=有效截面積（mm2）
Q=流量值N1／min
P2=運動負荷所需的輸出壓力（巴）
△P=容許壓力降（巴）
θ=空氣的溫度（oC）
例1,計算工作壓力為6巴，直徑為80mm，行程為400mm，每分鐘動作12次的雙作用氣缸的每分鐘平均流量值。
查表6.13，缸徑為80mm，每100mm行程的氣缸，每次行程需3．5l。
3.5×12（每分鐘的行程數）×2（來回的行程）×4（400mm行程）=336l／min
這個預測一點也不與閥的介面尺寸大小有關。
在第4章“熱效率和總效率”一段中，我們可以查到：電耗量為0.12∼O.15mn3／min／kw，能生產壓力為7巴的120∼150l／min的流量。設1Kw.hr需費5P（便士）且生產1mn3／min，需8Kw。
1m3n／min需費：
在例1中336l／min耗氣量是每小時費12便士。
例2：缸徑為80mm，行程為400mm，平均工作壓力為6巴，最大容許壓力降為1巴，如果氣缸速度需要為500mm／sec，求閥的最小Cv值是多少？
求Cv值的公式為：
Q=自由空氣流量l／min，
P=運動負荷所需的輸出壓力（巴）
△P=容許壓力降（巴）
從表6.14找出閥大小的流量值為1340 L／min，則
輔助閥
單向閥
單向關允許空氣只能從一個方向流動，在相反方向則封閉。它也可稱為止回閥。限流閥及帶單向閥接頭內就包含有單向閥。
限流閥（速度控制閥）
限流閥包括在一個閥體內有一個單向閥和一個可變節流閥。
圖727表示一個帶流量接制的典型例子。a圖中，空氣自由地流向氣缸，在b圖中，氣流經過有節流閥的通道反流回排氣口。
梭閥
梭閥有兩個信號壓力輸入口和一個輸出口的三個氣口的閥。輸出口和任何一個信號輸入口相連。如果只對一個輸入口加壓，梭閥能防止信號壓力通過對另一邊能排氣信號口洩漏。
快速排氣閥
快速排氣閥允許有最大活塞運動速度，因為能使氣缸直接將大流量的空氣，通過快速排氣閥的排氣口排出，替代經過氣管和方向閥排氣。
當輸入空氣流到氣缸是，橡膠圓片開閉在底部的排氣口。當連接到進氣口的方向控制閥快速切換時．輸入氣缸的氣壓排氣，因而橡膠圓片被氣缸內壓力提起。圖片隨後關閉進氣口和自動開啟寬的排氣口。
