方向控制閥是用來控制管道內(nèi)壓縮空氣的流動(dòng)方向和氣流通斷的元件，它是氣動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用zui廣泛的一類閥。
按氣流在閥內(nèi)的作用方向，方向控制閥可分為單向型方向控制閥和換向型方向控制閥兩類。只允許氣流沿一個(gè)方向流動(dòng)的方向控制閥稱為單向型方向控制閥，如單向閥、梭閥、雙壓閥等?？梢愿淖儦饬髁鲃?dòng)方向的方向控制閥稱為換向型方向控制閥，簡稱換向閥。
FESTO換向型方向控制閥
（1）按閥的控制方式分類 閥的控制方式主要有氣壓控制、電磁控制、人力控制和機(jī)械控制等類型。
（2）按閥的工作位置分類 閥的工作位置稱為“位”，有幾個(gè)切換工作位置的閥就稱為“幾位”閥。經(jīng)常使用的有“二位”閥和“三位”閥。閥在未加控制信號(hào)或被操作時(shí)所處的位置稱為零位。
（3）按閥的接口數(shù)目分類 閥的接口（包括排氣口）稱為“通”，閥的接口包括入口、出口和排氣口，但不包括控制口。常見的閥有兩通、三通、四通、五通。
根據(jù)閥的切換位置和接口數(shù)目，便可叫出閥的名稱，如二位二通閥、三位五通閥等。
二位和三位換向閥的圖形符號(hào)見表13－3。
（4）按閥芯結(jié)構(gòu)形式分類 常用的閥芯結(jié)構(gòu)形式有截止式、滑柱式兩大類。
表13－3 二位和三位換向閥的圖形符號(hào)
| | 二位 | 三 位 |
| 中位封閉式 | 中位泄壓式 | 中位加壓式 | 中位止回式 |
| 二通 | | | | |
| 三通 | | | |
| 四通 | |
| 五通 |
（5）按控制數(shù)分類 按控制數(shù)可分為單控式和雙控式。單控式是指閥的一個(gè)工作位置由控制信號(hào)獲得，另一個(gè)工作位置是當(dāng)控制信號(hào)消失后，靠其他力來獲得（稱為復(fù)位方式）。如靠彈簧力復(fù)位稱為彈簧復(fù)位；靠氣壓力復(fù)位稱為氣壓復(fù)位；靠彈簧力和氣壓力復(fù)位稱為混合復(fù)位?；旌蠌?fù)位可減小閥芯復(fù)位活塞直徑，復(fù)位力越大，閥換向越可靠，工作越穩(wěn)定。
雙控式是指閥有兩個(gè)控制信號(hào)，對(duì)二位閥采用雙控，當(dāng)一個(gè)控制信號(hào)消失，另一個(gè)控制信號(hào)未加入時(shí)，能保持原有閥位不變，稱閥具有記憶功能。對(duì)三位閥，每個(gè)控制信號(hào)控制一個(gè)閥位。當(dāng)兩個(gè)控制信號(hào)都不存在時(shí)，靠彈簧力和（或）氣壓力使閥芯處于中間位置。
（6）按閥的安裝連接方式分類 閥的連接方式有管式連接、板式連接、法蘭連接和集成式連接等。
2.幾種典型換向型方向控制閥
（1）氣壓控制換向閥 氣壓控制換向閥是靠外加的氣壓信號(hào)為動(dòng)力切換主閥，控制回路換向或開閉。外加的氣壓稱為控制壓力。
氣壓控制適用于易燃、易爆、潮濕和粉塵多的場合、操作安全可靠。
圖13－27 單氣控加壓截止式換向閥的工作原理 a）常態(tài) b）動(dòng)作狀態(tài) 1－閥芯 2－彈簧 |
按照作用原理氣控?fù)Q向閥可分為加壓控制、泄壓控制和差壓控制三種類型。加壓控制是給閥開閉件上以逐漸增加的壓力值，使閥換向的一種控制方式；卸壓控制是給閥開閉件以逐漸減少的壓力值，使閥換向的一種控制方式；差壓控制是利用控制氣壓作用在閥芯兩端不同面積上所產(chǎn)生的壓力差，來使閥換向的一種控制方式。
圖13－28 氣控閥工作原理 a）雙氣控滑閥 b）單氣控滑閥 |
1）單氣控加壓式換向閥
圖13－27所示是二位三通單氣控加壓截止式換向閥的工作原理圖。K口沒有控制信號(hào)時(shí)的狀態(tài)，閥芯在彈簧與P腔氣壓作用下，使P 、A口斷開。A、O口接通，閥處于排氣狀態(tài)。當(dāng)K口有控制信號(hào)時(shí)（圖 13－27 b），P 、A口接通，A與O口斷開，A口進(jìn)氣。
圖13－27單氣控加壓截止式換向閥的工作原理
2）雙氣控加壓式換向閥 圖13－28所示為氣控閥工作原理圖，單控式氣控閥靠彈簧力復(fù)位。
圖13－29單電控直動(dòng)式電磁閥工作原理 a）斷電狀態(tài) b）通電狀態(tài) c）符號(hào)。 1－電磁線圈 2－閥芯 |
對(duì)雙氣控或氣壓復(fù)位的氣控閥，如果閥兩邊氣壓控制腔所作用的操作活塞面積存在差別，導(dǎo)致在相同控制壓力同時(shí)作用下，驅(qū)動(dòng)閥芯的力不相等，而使閥換向，則該閥為差壓控制閥。
圖13－30 雙電控直動(dòng)式電磁閥工作原理 1、3－電磁鐵 2－閥芯 |
對(duì)氣控閥在其控制壓力到閥控制腔的氣路上串接一個(gè)單向節(jié)流閥和固定氣室組成的延時(shí)環(huán)節(jié)就構(gòu)成延時(shí)閥。控制信號(hào)的氣體壓力經(jīng)單向節(jié)流閥向固定氣室充氣，當(dāng)充氣壓力達(dá)到主閥動(dòng)作要求的壓力時(shí)，氣控閥換向，閥切換延時(shí)時(shí)間可通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥開口大小來調(diào)整。
圖13－28氣控閥工作原理a）雙氣控滑閥b）單氣控滑閥
（2）電磁控制換向閥 電磁換向閥是氣動(dòng)控制元件中zui主要的元件。按動(dòng)作方式分有直動(dòng)式和先導(dǎo)式；按密封形式分有間隙密封和
彈性密封；按所用電源分有直流電磁換向閥和交流電磁換向閥。
1）
FESTO直動(dòng)式電磁換向閥 直動(dòng)式電磁換向閥是利用電磁力直接推動(dòng)閥芯換向。根據(jù)操縱線圈的數(shù)目有單線圈和雙線圈，可分為單電控和雙電控兩種。
直動(dòng)式電磁閥的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，換向頻率高，但當(dāng)用于交流電磁鐵時(shí)，如果閥桿卡死就有燒壞線圈的可能。閥桿的換向行程受電磁鐵吸合行程的控制，因此只適用于小型閥。
圖13－29所示為單電控直動(dòng)式電磁閥工作原理。電磁線圈未通電時(shí)，P、A斷開，A、T相通；電磁線圈通電時(shí)，電磁力通過閥桿推動(dòng)閥芯向下移動(dòng)，使P、A接通，T與A斷開。
圖13－29單電控直動(dòng)式電磁閥工作原理 圖13－30 雙電控直動(dòng)式電磁閥工作原理1、3－電磁鐵2－閥芯
a）斷電狀態(tài)b）通電狀態(tài)c）符號(hào)。
1－電磁線圈2－閥芯
圖13－30所示為雙電控直動(dòng)式電磁閥工作原理。電磁鐵1通電、電磁鐵3斷電時(shí)，閥芯2被推至右側(cè)，A口有輸出，B口排氣。若電磁
鐵1斷電，閥芯位置不變，仍為A口有輸出，B口排氣，即閥具有記憶功能，直到電磁鐵3通電，則閥芯被推至左側(cè)，閥被切換，此時(shí)B口有輸出，A口排氣。同樣，電磁鐵3斷電時(shí)，閥的輸出狀態(tài)保持不變，使用時(shí)兩電磁鐵不允許同時(shí)得電。
2）先導(dǎo)式電磁換向閥 先導(dǎo)式電磁閥是由小型直動(dòng)式電磁閥和大型氣控?fù)Q向閥構(gòu)成。
a）A－P關(guān)閉狀態(tài) b）P－A開啟狀態(tài) |
（
3）機(jī)械控制換向閥 靠機(jī)械外力使閥芯切換的閥稱為機(jī)控閥，它利用執(zhí)行機(jī)構(gòu)或者其他機(jī)構(gòu)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，借助閥上的凸輪、滾輪、杠桿或撞塊等機(jī)構(gòu)來操作閥桿，驅(qū)動(dòng)閥換向。常用機(jī)械操作形式如圖13－31所示。機(jī)控閥不能用作擋塊或停止器使用。
圖13－31 常用的機(jī)械控制方式
（a）結(jié)構(gòu)b）直動(dòng)式c）滾輪杠桿式d）單向滾輪杠桿式
（4）人力控制換向閥 靠手或腳使閥芯換向的閥稱為人力控制換向閥。手動(dòng)閥和機(jī)控閥，常用來產(chǎn)生氣信號(hào)用于系統(tǒng)控制，但其操作頻率不能太高。
FESTO單向型方向控制閥
（
1）FESTO單向閥 單向閥是使氣流只能朝一個(gè)方向流動(dòng)，而不能反向流動(dòng)的閥。單向閥常與節(jié)流閥組合，用來控制執(zhí)行元件的速度。
13－32單向閥工作原理圖
a）A－P關(guān)閉狀態(tài)b）P－A開啟狀態(tài)
圖13－33 單向閥結(jié)構(gòu) 1－彈簧 2－閥體 3－閥芯 |
圖13－32為單向閥的工作原理圖。圖13－32a）是單向閥進(jìn)氣腔P沒有壓縮空氣時(shí)的狀態(tài)。此時(shí)活塞在彈簧力和工作腔氣體余壓作用
下處于關(guān)閉狀態(tài)，從A向P方向氣流不通。圖13－32 b）為進(jìn)氣腔P有壓縮空氣進(jìn)入，氣體壓力克服彈簧力和摩擦力，單向閥處于開啟狀態(tài)，氣流從P腔向A方向流動(dòng)。圖13－33為單向閥結(jié)構(gòu)。
圖13－34 梭閥工作原理圖和結(jié)構(gòu)圖
a）P1進(jìn)氣狀態(tài) b）P2進(jìn)氣狀態(tài) c）圖形符號(hào) 1－閥座 2－閥體 3－閥芯 4－O形圈
（2）梭閥 梭閥相當(dāng)于是兩個(gè)單向閥組合的閥，其作用相當(dāng)于“或”門邏輯功能。工作原理如圖13－34 所示，它有兩個(gè)進(jìn)氣口P1和P2，一個(gè)出口A，其中P1和P2都可與A相通，但P1和P2不相通。無論P1或P2有信號(hào)，A口都有輸出。當(dāng)P1和P2都有信號(hào)輸入時(shí)，A口將和較大的壓力信號(hào)接通；若兩邊壓力相等，A口一般將和先加入的信號(hào)輸入口接通較大的壓力信號(hào)接通，有時(shí)決定于閥芯的原始狀態(tài)。
圖13－35 雙壓閥結(jié)構(gòu)圖和工作原理圖
a）A無輸出 b）A無輸出 c）A有輸出 d）圖形符
梭閥與單向閥不同，沒有復(fù)位彈簧，全靠氣壓密封。所以，密封表面的質(zhì)量要求較高。把閥芯推向一邊并保證密封的氣壓盡量要低，防止閥芯停止在中間位置造成浪費(fèi)氣體或發(fā)生誤動(dòng)作。一般梭閥的zui低工作壓力要求在0.05MPa左右。
（3）雙壓閥 雙壓閥的作用相當(dāng)于“與”門邏輯功能。圖13－35所示為雙壓閥，有兩個(gè)輸入口 P1 、P2，一個(gè)輸出口 A。只有當(dāng)兩個(gè)輸入都進(jìn)氣時(shí)，A口才有輸出，當(dāng)P1與P2口輸入的氣壓不等時(shí)，氣壓低的通過A口輸出。雙壓閥常應(yīng)用在安全互鎖回路中。
圖13－35 雙壓閥結(jié)構(gòu)圖和工作原理圖 a）A無輸出 b）A無輸出 c）A有輸出 d）圖形符號(hào) |
（
4）快速排氣閥 當(dāng)氣缸或壓力容器需短時(shí)間排氣時(shí)，在換向閥和氣缸之間加上快速排氣閥，這樣氣缸中的氣體就不再通過換向閥而直接通過快速排氣閥排氣，加快氣缸運(yùn)動(dòng)速度。尤其當(dāng)換向閥距離氣缸較遠(yuǎn)，在距氣缸較近處設(shè)置快速排氣閥，氣缸內(nèi)氣體可迅速排入大氣。圖13－36為快速排氣閥的一種結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)P口進(jìn)氣后，閥芯關(guān)閉排氣口 T，P與A相通，A有輸出；當(dāng)P口無氣輸入時(shí)，A口的氣體使閥芯將P口封住，A與T接通，氣體快速排出，通口流通面積大、排氣阻力小。
圖13－36快速排氣閥結(jié)構(gòu)圖和工作原理圖
a）進(jìn)氣b）排氣
圖13－36 快速排氣閥結(jié)構(gòu)圖和工作原理圖 a）進(jìn)氣 b）排氣 |
FESTO方向控制閥的選擇合理地選用
各種控制閥是設(shè)計(jì)氣動(dòng)控制系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，能保證氣動(dòng)系統(tǒng)準(zhǔn)確、可靠、成本低、耗氣量小。選擇控制閥應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：
1）閥的技術(shù)條件與使用場合是否一致 如氣源壓力的大小、電源條件（交直流、電壓等）、介質(zhì)溫度、環(huán)境溫度、濕度、粉塵狀況、振動(dòng)情況等。
2）根據(jù)任務(wù)要求選擇閥的機(jī)能。
3）根據(jù)執(zhí)行元件需要的流量，選擇閥的通徑及連接管徑的尺寸 對(duì)于直接控制氣動(dòng)執(zhí)行元件的主閥，需根據(jù)執(zhí)行元件在工作壓力狀態(tài)下的額定流量來選擇閥的通徑。選用閥的流量應(yīng)略大于所需要的流量。對(duì)于信號(hào)閥（手控閥、機(jī)控閥），應(yīng)根據(jù)它所控制的閥的遠(yuǎn)近、控制閥的數(shù)量和要求的動(dòng)作時(shí)間等因素來選擇閥的通徑。
4）根據(jù)使用條件選擇閥的結(jié)構(gòu)形式 如要求泄漏量小，應(yīng)選用軟質(zhì)密封的閥。如氣源過濾條件差，應(yīng)選用截止閥。如容易發(fā)生爆炸的場合，應(yīng)選用氣控閥。如需要遠(yuǎn)距離控制的情況，可選用電磁閥。
