氣動閥原理使用與維護（簡體書）

氣動技術具有節能環保、結構簡單、輕便緊湊、性價比高、易於控制、壓力等級低、使用安全和維護簡便等優點，使其成為現代傳動與控制的重要技術手段和不可替代的關鍵基礎技術之一。作為工業自動化的重要手段，隨著微電子技術的發展和“中國製造2025”行動綱領的實施，近年來，氣動技術在製造業、通信設備、印刷機械、工業機器人等國民經濟各技術領域的機械裝備中獲得了前所未有的廣泛應用。
眾所周知，氣動控制閥（簡稱氣動閥）是任何一臺氣動設備及其氣壓傳動與控制系統中必不可少的控制調節元件，因為氣流的調節和控制是通過閥來完成的，所以氣動控制閥應用的品種和數量均占有相當大的比重，並對主機設備工作質量和可靠性有著極大的影響。毋庸置疑，在各類氣動系統的設計製造和使用維護中，正確合理地選擇、使用和維護氣動閥，對於提高氣壓傳動與控制系統乃至整個氣動設備的工作質量和可靠性具有非常重要的意義。因此，氣動元件與系統的研發設計、製造調試工程技術人員和現場操作維護人員都對氣動控制閥的原理、特性及使用與維護方法相當重視。
為了反映現代氣動技術小型化、集成化、組合化、數字化、智能化、精密化、高速化和綠色化的發展狀況，滿足各類讀者特別是廣大用戶的需求，提高對氣動閥的認知、使用和維護水平，促進氣動技術的普及與提高，適應我國新時期現代化建設經濟轉型、綠色低碳發展乃至實施“中國製造2025”行動綱領的需要，筆者在總結多年從事液壓氣動技術教學培訓、科研設計，特別是為企業解決使用維護難題的經驗基礎上，編著了《氣動閥原理、使用與維護》一書。本書可視為編者所著《液壓閥原理、使用與維護》一書的姊妹篇。
全書共11章，選材和論述以新穎實用、系統先進為目標。選材方面，在突出傳統基本內容的基礎上，力圖反映氣動閥在結構原理、性能和實際應用上的以數字化、智能化為特徵的新發展和新成就。考慮到目前氣動閥的品種和規格繁多，既有我國自行開發研制的產品，又有直接引進的國外產品，還有引進國外技術經二次開發的產品，本書不可能將所有氣動閥品種一一加以詳細介紹和論述。為了達到既節省篇幅，又能使讀者獲取所需內容和信息並舉一反三、靈活運用的目的，本書著重對使用最為普遍的各大類氣動閥中的基本典型品種，按著功用類型、工作原理、典型結構、主要性能、產品概覽、使用要點（應用回路及注意事項）、故障診斷的體系線索進行編寫和敘述。書中配有較多插圖（含結構原理圖、實物外形圖和應用回路原理圖）及數據表格（含產品數據表、選型表格及故障診斷表格等），盡量避免繁雜的數學處理，力圖做到圖文並茂，有助於讀者解決實際工作中可能遇到的氣動閥的各類問題。本書可讀性與可查性並重，書中關於氣動閥結構原理、使用要點等內容，可引導對於氣動閥不甚熟悉的人員了解和掌握各類氣動閥基本組成、共性特點與應用場合及注意事項；書中的數據、產品信息、應用實例及常用標準等資料，可供對氣動閥較為熟悉的工程技術人員在氣動閥產品開發、氣動系統設計中直接應用；書中關於氣動閥故障診斷及排除的內容，可指導從事氣動設備製造、操作和維護保養的人員進行日常工作。本書中的氣動回路及系統圖，均采用最新國家標準GB/T 786.1—2021《流體傳動系統及元件圖形符號和回路圖 第1部分：圖形符號》進行繪製。
本書由張利平主編。張利平編寫第1章~第10章並負責全書的統稿工作；徐桂清編寫第11章和附錄等。張秀敏、山峻、張津參與了本書的前期策劃及資料搜集整理、部分文稿的錄入校對整理工作，王金業、劉鵬程、向其興、竇趙明、史琳、趙麗娜等為本書繪製了部分插圖。劉永強、常宏杰、田志剛和周蘭午等同志對本書的編寫工作提供了大力幫助。對給予大力支持與幫助的黃代忠高工[斯凱孚傳動科技（東莞）公司]、王永正工程師[牧氣精密工業（深圳）公司]、龔宇經理（蘇州柔觸機器人科技公司）、施樂芝經理（無錫市華通氣動製造公司）、陳旭浙經理（派恩博自動化科技浙江公司）、張黎明工程師（臺灣好手科技股份公司）及參考文獻的各位作者，在此一並致以誠摯謝意。
對於書中不當之處，歡迎同行專家及廣大讀者指正。

編 者

第1章 氣動控制閥概論
1.1 氣動技術原理及特點 001
1.1.1 氣動技術原理 001
1.1.2 氣動技術的特點 002
1.2 氣動系統的組成 003
1.3 氣動閥的重要性及基本結構原理 005
1.3.1 氣動閥的功用、重要性 005
1.3.2 氣動閥的基本結構及調節原理 005
1.4 氣動閥與液壓閥的比較 005
1.5 氣動閥及系統的圖形符號及應用 006
1.5.1 氣動元件及系統的表示方法——圖形符號 006
1.5.2 圖形符號標準（GB/T 786.1—2021） 006
1.5.3 圖形符號的含義 013
1.5.4 圖形符號的應用 015
1.6 氣動閥的類型及特點 015
1.6.1 按功能及使用要求分類 015
1.6.2 按閥座和閥芯的相對位置分類 016
1.6.3 按閥芯結構及密封形式分類 016
1.6.4 按操縱方式分類 024
1.6.5 按安裝連接方式分類 024
1.7 氣動閥的基本性能參數 026
1.7.1 公稱壓力 026
1.7.2 公稱通徑與公稱流量 026
1.8 對氣動閥的基本要求 027
1.9 氣動技術的應用及發展 027
1.9.1 氣動（閥）技術的應用 027
1.9.2 氣動（閥）技術的發展 029

第2章 氣動控制閥中的共性問題
2.1 工作介質 031
2.1.1 空氣的功用及形態 031
2.1.2 空氣的主要物理性質 031
2.1.3 壓縮空氣的污染控制 032
2.2 氣體狀態及熱力過程 033
2.2.1 理想氣體狀態方程 033
2.2.2 理想氣體的基本熱力過程 033
2.3 氣體的定常管流 034
2.3.1 基本概念 034
2.3.2 連續性方程 035
2.3.3 伯努利方程 036
2.3.4 馬赫數及氣體的可壓縮性 037
2.4 收縮噴嘴（氣動閥口）氣流特性 037
2.5 氣動元件和系統的流量特性的表示方法 038
2.5.1 有效截面積S值 038
2.5.2 氣動閥的通流能力 039
2.5.3 國際標準ISO 6358流量特性參數 040
2.5.4 閥的常用公稱通徑及相應流量性能、接管螺紋 041
2.6 氣動閥的阻力控制原理（氣阻、氣容及氣橋） 041
2.6.1 概述 041
2.6.2 氣阻及其特性 041
2.6.3 氣容及其特性 043
2.6.4 氣阻、氣容的耦合及其特性 044
2.6.5 氣橋及其功能特性 045
2.7 氣動閥的控制輸入裝置 048
2.7.1 主要功用 048
2.7.2 控制放大器 049
2.7.3 電氣-機械轉換器 051
2.8 氣動閥的材質及工藝 053

第3章 方向控制閥及閥島
3.1 功用及種類 060
3.2 單向型方向閥 061
3.2.1 普通單向閥 061
3.2.2 先導式單向閥 062
3.2.3 或門型梭閥 063
3.2.4 與門型梭閥 064
3.2.5 快速排氣閥 065
3.2.6 單向型方向閥的性能參數 069
3.2.7 單向型方向閥產品概覽 069
3.3 換向型方向閥 069
3.3.1 類型參數 069
3.3.2 人力控制換向閥（人控閥） 071
3.3.3 機控換向閥 077
3.3.4 氣控換向閥 078
3.3.5 雙手操作用控制閥 081
3.3.6 電磁控制換向閥 083
3.3.7 換向型方向閥的典型應用 091
3.4 其他方向閥 092
3.4.1 二通流體閥（介質閥） 092
3.4.2 大功率三位三通中封式換向閥 094
3.4.3 殘壓釋放閥 096
3.4.4 防爆電磁閥 097
3.4.5 其他方向閥產品概覽 098
3.5 方向閥的應用選型 099
3.5.1 類型的選定 099
3.5.2 電磁閥的選型 100
3.6 方向閥的使用維護注意事項 101
3.6.1 安裝調試 101
3.6.2 維護檢查 103
3.6.3 故障診斷 104
3.7 氣動閥島 105
3.7.1 閥島的由來 105
3.7.2 特點意義 106
3.7.3 類型特點 106
3.7.4 應用領域 107
3.7.5 性能參數 107
3.7.6 產品簡介 107
3.7.7 選用安裝 113

第4章 壓力控制閥
4.1 功用及種類 115
4.2 安全閥（溢流閥） 115
4.2.1 功用及分類 115
4.2.2 基本原理 116
4.2.3 典型結構 116
4.2.4 性能參數 118
4.2.5 產品概覽 118
4.2.6 典型應用 119
4.2.7 使用要點 119
4.3 減壓閥 120
4.3.1 功用及分類 120
4.3.2 結構原理及特點 120
4.3.3 性能參數 126
4.3.4 產品概覽 126
4.3.5 典型應用 128
4.3.6 選型要點 129
4.3.7 使用維護 129
4.3.8 故障診斷 130
4.4 增壓閥 130
4.4.1 功用及特點 130
4.4.2 原理及類型 130
4.4.3 性能參數 132
4.4.4 產品概覽 132
4.4.5 典型應用 133
4.4.6 選型配置 134
4.4.7 使用維護 135
4.5 順序閥 136
4.5.1 功用及分類 136
4.5.2 結構原理 136
4.5.3 性能參數 137
4.5.4 產品概覽 137
4.5.5 典型應用 138
4.5.6 選型配置及使用維護 139
4.6 氣-電轉換器（壓力開關） 139
4.6.1 功用及分類 139
4.6.2 結構原理 139
4.6.3 性能參數 140
4.6.4 產品概覽 140
4.6.5 選用維護 141

第5章 流量控制閥
5.1 功用及類型 143
5.2 結構原理 144
5.2.1 節流閥 144
5.2.2 單向節流閥（速度控制閥） 144
5.2.3 排氣節流閥 145
5.2.4 行程節流閥（緩衝閥） 145
5.2.5 柔性節流閥 146
5.3 流量控制閥的性能參數 147
5.4 流量控制閥產品概覽 147
5.5 流量控制閥的典型應用 149
5.6 流量控制閥的選型配置 151
5.7 流量控制閥的使用維護 152
5.7.1 安裝配管 152
5.7.2 運行維護 153

第6章 真空控制閥
6.1 功用及類型 154
6.2 真空減壓閥（真空調壓閥） 154
6.2.1 功用及原理 154
6.2.2 性能參數 156
6.2.3 產品概覽 156
6.2.4 典型應用 156
6.2.5 選型要點 157
6.2.6 使用維護 157
6.3 真空輔助閥（安全閥/邏輯閥/高效閥） 158
6.3.1 功用及特點 158
6.3.2 結構原理 158
6.3.2 性能參數及產品概覽 160
6.3.3 典型應用 160
6.3.4 選型要點 161
6.3.5 使用維護 161
6.4 真空順序閥 161
6.5 真空壓力開關 162
6.5.1 功用及類型 162
6.5.2 結構原理 162
6.5.3 性能參數 164
6.5.4 產品概覽 164
6.5.5 選用及維護（參見4.6.5節） 165
6.6 真空切換閥（真空供給破壞閥） 165
6.6.1 功用及類型 165
6.6.2 結構原理及性能產品 165
6.6.3 典型應用 167
6.6.4 使用維護 167
6.7 真空、吹氣兩用閥 168
6.7.1 真空發生器/大流量噴嘴 168
6.7.2 真空發生器/大流量閥 168
6.8 真空元件選用注意事項 169

第7章 邏輯控制閥
7.1 功用類型及特點 171
7.2 結構原理 172
7.2.1 是門閥 172
7.2.2 或門閥 173
7.2.3 與門閥 173
7.2.4 非門閥 174
7.2.5 禁門閥 174
7.2.6 或非門閥 175
7.2.7 雙穩態閥 175
7.3 參數產品 176
7.4 選擇與使用 176
7.4.1 適用範圍 176
7.4.2 選用注意事項 176
7.5 采用普通氣動閥實現邏輯控制功能 179
7.6 氣動邏輯控制系統常見故障及原因 180

第8章 比例控制閥與伺服控制閥
8.1 氣動比例閥 181
8.1.1 功用及類型 181
8.1.2 滑柱式電-氣比例閥 182
8.1.3 噴嘴-擋板式電-氣比例壓力閥 186
8.1.4 采用壓電驅動器的電-氣比例流量閥 191
8.1.5 PWM控制高速控制閥 192
8.1.6 電-氣比例閥的性能參數 195
8.1.7 電-氣比例閥的使用維護 195
8.2 氣動伺服閥 195
8.2.1 功用及分類 195
8.2.2 電氣-機械轉換器結構原理 196
8.2.3 氣動放大器的結構原理 197
8.2.4 典型結構之一：動圈式力馬達型滑閥式二級電-氣伺服方向閥 199
8.2.5 典型結構之二：動圈式力馬達型滑閥式二級電-氣伺服壓力閥 201
8.2.6 典型結構之三：力矩馬達型滑柱式力反饋二級電-氣伺服閥 202
8.2.7 電-氣伺服閥的性能參數 203
8.2.8 電-氣伺服閥的使用維護 203
8.3 電-氣比例/伺服閥產品概覽 203
8.4 電-氣比例/伺服閥的應用 206
8.5 電-氣比例/伺服閥的使用維護 206

第9章 智能控制閥
9.1 智能氣動元件的特徵 209
9.2 氣動微流控芯片及系統 209
9.2.1 微流控芯片及微流體的操控 209
9.2.2 氣動硅流體芯片及雙芯片氣動比例壓力閥 210
9.2.3 PDMS微流控芯片與PDMS微閥 212
9.3 電-氣數字控制閥 218
9.3.1 步進電機式電-氣數字閥 218
9.3.2 高速電磁開關式電-氣數字閥 220
9.3.3 壓電驅動器式電-氣數字閥 224
9.4 智能氣動閥島 226

第10章 氣動閥產品總覽、選型要點及氣動閥組集成化
10.1 氣動控制閥產品系列總覽 228
10.2 氣動閥的一般選型及替代要點 229
10.2.1 一般原則 229
10.2.2 類型選擇 229
10.2.3 公稱壓力與通徑（流量）的選擇 230
10.2.4 安裝連接方式的選擇 230
10.2.5 操縱方式的選擇 231
10.2.6 氣動閥的介質使用與潤滑選擇 231
10.2.7 經濟性及其他因素的選擇 231
10.2.8 普通氣動閥選型一覽表 232
10.2.9 各類氣動閥的選型注意事項 232
10.3 氣動閥組的集成化 232
10.3.1 氣動閥組的概念 232
10.3.2 氣動閥組的集成方式 233
10.3.3 氣動閥組的板式集成 233
10.3.4 氣動閥組的集裝式集成 234
10.3.5 氣動閥組的疊加式集成 236
10.3.6 氣動閥組的閥箱式集成 236

第11章 氣動控制閥應用實例
11.1 普通氣動控制閥的應用 239
11.1.1 氣壓傳動系統的一般組成和原理 239
11.1.2 氣壓傳動系統應用實例之一：制冷家電氣動脹管機系統 239
11.1.3 氣壓傳動系統應用實例之二：磨粉機氣動系統 240
11.2 電-氣比例/伺服閥的應用 243
11.2.1 電-氣比例/伺服控制系統的一般組成 243
11.2.2 電-氣比例/伺服控制系統的工作原理 246
11.2.3 電-氣比例/伺服控制系統應用實例之一：帶材糾偏氣動伺服系統 248
11.2.4 電-氣比例/伺服控制系統應用實例之二：多點焊機氣動定位伺服系統 248

附錄 技術標準及廠商名錄
附錄1 氣動控制閥相關技術標準目錄（國家標準，截至2017年12月） 250
附錄2 氣動控制閥相關技術標準目錄（行業標準，截至2017年12月） 251
附錄3 國內部分氣動控制閥相關生產廠商名錄 252

參考文獻 255