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一、气控制技术
气动控制技术是利用压缩空气作为传递动力或信号的工作介质，配合气动控制系统的主要气动元件，与机械、液压、电气、电子（包括PLC控制器和微电脑）等部分或全部综合构成的控制回路，使气动元件按生产工艺要求的工作状况、按设定的顺序或条件动作。
二、气控制系统的特点
1. 结构简单、轻便、安装维护简单、使用安全；
2. 以空气作介质，排气处理简单，经济、紧凑。
3. 利用空气的可压缩性，可贮存能量，实现集中供气。可短时间释放能量，以获得间歇运动中的高速响应。可实现缓冲。对冲击负载和过负载有较强的适应能力。
4. 压缩空气工作压力低(0.7～1MPa)，气控元件制造精度不是很高，易制造，好维修，操作简便，工作可靠。
5. 压缩空气不易燃，不污染，使用安全、卫生。
6. 可靠性高，使用寿命长。
三、气控制系统的组成
一套气控制系统由若干个控制单元组成。而任何一个气控制单元必须由四个部分组成。即：气源装置、控制元件、气路辅件、执行机构。
1. 气源装置：空气压缩机、干燥机及气源存储装置。
2. 控制元件：压力、流量和方向控制阀以及各种逻辑元件等。
3. 气路辅件：包括供气管线、气动传感器、气液元件，消声器、连接阀件等：
4. 执行机构：包括气离合器、气缸、气猫头、气马达、伊顿盘刹等。
四、气控制元件
1. 气源装置（系统）
由空气压缩机和空气净化装置组成，为气控系统提供干燥、清洁的压缩空气。
气源装置的组成及工艺流程见图：
气源装置的组成及工艺流程
1—压缩机；2—冷却器；3—油水分离器；4—储气罐；5—干燥器；6—分水滤气器；
7—储气罐；8—加热器；9—分配阀
1）压缩机：
石油钻机气控制系统使用的压缩机主要有两种：活塞式压缩机和螺杆式压缩机。
（1）活塞压缩机：
其工作原理为：
电动机旋转，通过曲轴连杆带动活塞在气缸内作往复运动。工作腔的容积作周期性变化 ，它与吸、排气阀的启闭动作相配合，实现包括吸气、压缩、排气和膨胀 4个过程的工作循环，从而不断吸入、压缩并排出气体。
（2）螺杆压缩机：
其工作原理为：
阳螺杆由发动机带动旋转时，阴螺杆在同步齿轮带动下或相互啮合作用下反向同步旋转。阴、阳螺杆共轭齿形的相互填塞，使封闭在壳体与两端盖间的齿间容积大小发生周期性变化，并借助于壳体上呈对角线布置的吸、排气孔口，完成对气体的吸入、压缩与排出。
2. 气控制阀
气控制阀可分为三大类：
压力控制阀(压力阀)——作用是：通过控制气控系统的压力，实现对作用力、作用力矩的控制。常用压力阀有：调压阀（减压阀）、溢流阀（安全阀）、两用继气器等。
流量控制阀(流量阀) ——作用是：通过控制气体在系统中的流量，实现对执行元件运动速度的控制。常用的有节流阀、快速放气阀等。
方向控制阀(换向阀) ——作用是：通过控制气体在系统中的流动方向，实现对执行元件运动方向的控制。
常用的有：两通阀、三通旋塞阀、气控二位三通阀(两用继气器)等。
1）调压阀
调压阀有各种形式：
（1）直动式调压阀
工作原理：
1）初始状态，两阀口均堵死，无压力气输出； 2）顺时针旋转手柄，压缩弹簧，推动溢流阀座下行，推动阀杆下行，进气阀开启，经节流后输出口有相应气压输出；输出气压经反馈导管进入反馈腔，压缩膜片，使溢流阀座上移，进气阀口略减小，输出气压稳定在某一值；调压阀处于正常工作状态； 3）顺时针或逆时针旋转手柄，可使输出气压增大或减小。4）输出气压只能在低于进气压力的范围内调节。
（2）先导式单向调压阀
工作原理：
调压阀在进气（工作与调压)时，操纵机构(顶舌)将上阀座压下(图b)使球形阀下端球面将下阀座放气通孔关闭。当上阀座继续向下移动，球形阀上端球面便将上阀座通孔逐渐打开，使气源由气室A进入气室B，同时经孔D进入气室C。
当操纵杆在某一位置停止操作时，气室B的上阀座通孔及下阀座的放气孔，由于下阀座与调压弹簧相互压力平衡而都关闭(图c)。此时气室B的气体压力的大小，取决于操纵杆的下压程度。当气室B的压力低于开始调整的压力时，由于调压弹簧的作用，又将上阀座自动打开，直到恢复开始调整的压力后又自动关闭，以保持气室B的恒压(图c)。
排气时，将操纵机构松开(图a)，上阀座在顶杆套弹簧作用下向上移动复位，关闭气室A与气室B的通路，同时打开气室B的放气通路，将气室B的进气通路内的气源放掉。
调压阀的工作性能与调压弹簧有很大关系，要选择恰当，刚性过大或过小都会影响调压阀的灵敏性。
调压阀在钻机上的应用：
在钻机气控制系统中，调压阀主要用在要求平稳启动和有变换操作压力的执行机构上，如：
1）控制刹车气缸的输入气压，从而得到不同的制动力矩；
2）控制转盘离合器、绞车高低速档离合器，使转盘、绞车滚筒能够平稳的起动；
3）控制柴油机油门调节气缸的输入气压，从而调节柴油机的油门大小，实现柴油机转速的调节。
注：对于进气流量较大的执行元件，不能用调压阀直接供气，要与调压继气器联合使用。调压阀控制调压继气器，调压继气器向执行元件输入压力气。
2）调压继气器
调压继气器要与调压阀联合使用。调压继气器安装于执行元件的附近，输出口与执行元件进气口直接相连。
工作原理 ：
1）当控制口没有控制信号时，在主弹簧的作用下，移动阀座处于最右端，进气口与输出口不通，输出口与排气口相通，气动系统无压力气；
2）当向控制口出入一定压力的信号时，气压推力克服主弹簧力，移动阀座左移。当左阀芯将排气口堵死时，调压继气器处于临界状态；继续增大控制气压，移动阀座继续左移，而阀芯不动。右阀芯与阀座分离，进气阀开启，进气口的气源气体经进气阀口节流后由输出口输出。
调压继气器的应用：
调压继气器应用于要求调压、且供气量较大的场合。
如：控制转盘离合器、转盘高低速档离合器。
这些离合器都是通风型气胎离合器，尺寸较大，耗气量大。分别控制转盘、转盘滚筒的启动与停车。为使控制灵敏，需要调压继气器与调压阀配合使用。
3）方向（换向）阀
换向阀分为手动和气控两类：
（1）手动换向阀
二位三通（复位）导气阀 三位四通（复位）导气阀 二位三通（常开） 二通（三通）气开关
… 复位按钮阀
二通自动复位气开关 2+2（3）排档气开关 三通旋塞阀 防碰过圈阀
（2）气动（控）换向阀
二位三通气控阀 二位三通常闭气控阀 二位三通常开（通）气控阀
两用继气器 快速排气阀（膜片式） 快速排气阀（活塞式） 梭阀
① 二位三通换向阀（二通气开关）
结构： 一个供气口Ⅰ，一个输出气口 E，一个排气口 A。当通道加多时，也可构成三通阀和四通阀。
原理 : 手柄有两个位置： a） Ⅰ→ E， A 堵死，向系统供气； b） Ⅰ堵死，E → A，系统气体排空 。
②三位四通换向阀（三通气开关）
结构： 一个供气口Ⅰ，一个输出气口 E，一个排气口 A。当通道加多时，也可构成三通阀和四通阀。
原理 : 手柄有两个位置： a） Ⅰ→ E， A 堵死，向系统供气； b） Ⅰ堵死，E → A，系统气体排空 。
② 三位四通换向阀（三通气开关）
结构: 有一个供气口Ⅰ，两个输出气口 E1、E2，两个排气口 A1、A2。
原理：手柄有三个位置： a） Ⅰ→ E1 ， E2 → A2 ，向一个系统供气； b） Ⅰ → E2 ，堵死， E1 → A1 ，向另一个系统供气； c） Ⅰ堵死， E1 、E2 与A联通
③两用继气器
结构：由控制气室A，常闭气室B，常开气室C和一个活塞阀构成。
原理：主要是依靠控制气压作用在活塞上产生的推力与弹簧力相互平衡，从而使阀芯移动，开启或关闭阀口来完成执行元件的进气、放气。
一个两用继气器由于气路连接的不同，可以使其成为常开式或常闭式
常闭式:
当控制口无控制气时，活塞在弹簧的作用下向左移动，活塞带动阀门也向左移动，堵住内阀的通道，使气源与通向执行机构的气路切断，而执行机构放气。 当控制口有控制气时，放气口堵死，气源与执行机构气路接通。
常开式:
将常闭式两用继气器Ⅰ、Ⅱ通道反接，即变成常开式。
当控制口无控制气时，在弹簧的作用下，活塞带动阀门处于左端位置，堵住内阀，气源通路Ⅱ与执行机构通路G接通，执行机构进气。
当控制口有控制气时，活塞与阀门被推向右端，堵住外阀，使执行机构通道G与放空通道Ⅰ接通，使执行机构放空。
两用继气器要与气开关联合使用。两用继气器安装于执行元件的附近，输出口与执行元件进气口直接相连。它在一个小气量的控制气遥控作用下，使执行机构得到主气路大流量的工作气。
④ 导气龙头（风葫芦）
作用：把压缩气从静止管线中导入到旋转的轴头内。在轴上装有离合器，必须使用导气龙头，否则，气体无法进入离合器内。
导气龙头分单向和双向。当一根轴上装一个离合器时，需使用单向导气龙头。当一佷轴上装有两个离合器时，需使用双向导气龙头。
单向导气龙头:
当冲管与转动轴连接后，密封盖受弹簧的压力与冲管的密封端贴合，形成一个相对运动的密封通道。例如：将气体导入旋转的气胎离合器中，需要将轴内钻孔，将导气龙头旋到轴上，才能将气体导入。
双向导气龙头:
⑤ 梭阀（气控三通换向阀）
1—三通体；2—阀芯；3—垫圈；4—接头；5—橡胶垫；6—螺栓螺母
有两个进气口，一个输出口。输出口接执行元件。可以由两个气路来控制同一个执行元件。
当 B 口有压力气时，推动阀芯左移，堵住 C 口，B → A，由来自 B 路的控制信号来控制。
当 C 口有压力气时，推动阀芯左移，堵住 B 口， C → A，由来自 C 路的控制信号来控制。
⑥ 三通旋塞阀
作用：用手动方式来切断或连通控制气路。通常装在经常检修的设备附近。当要检修时，关闭三通旋塞阀，防止控制台上误操作而发生事故。
结构： 其结构如图所示。其结构如图所示，锥形旋塞上有两个互成900的通孔，阀体上有A、B、C三个通孔。 三个气口：两个工作气口B、C，一个放气口A。连接时， B口接气源， C口接执行元件。
工作原理：手柄有两个位置： 当在位置 1 时，B → C， A 口堵死，气源气流进入执行元件； 当在位置 2 时，C → A， B 口堵死，切断气源，执行元件放气。
⑦ 按钮阀
按钮阀的工作过程
a-常开式 b-常闭式
⑧ 快速放气阀
作用 装在气胎离合器、气缸等耗气量较大的执行元件的进口管线上。就近、快速放掉执行元件中的压缩空气，提高开车、停车的灵敏度，延长摩擦零件的使用寿命。
结构：如图所示。由阀体、阀盖、导阀、导阀盖、阀芯等组成。
原理：
1) 当经过快速放气阀向执行元件供气时，压力气推动导阀在阀体内向左运动，同时也推动阀芯在导阀内向左运动。使导阀堵死放气口，阀芯与阀座分离，压缩气体沿阀芯的轴向槽向左流动，然后经径向槽进入执行元件。
2) 当气源被切断后，执行元件内的压力气体推动阀芯、导阀向右运动，放气口打开，执行元件内的压力气体由放气口快速排空。
3. 气动执行机构
在钻机上常用的气动执行元件主要有：
1）气胎离合器——为径向作用的气动摩擦离合器，利用摩擦力传递或切断动力。主要类型有：通风型气胎离合器、普通型气胎离合器；
2）气动盘式摩擦离合器——为轴向作用的气动摩擦离合器，利用摩擦力传递或切断动力。（使用数量较少）。
3）气缸——在气压作用下输出往复直线位移，
主要类型有：单作用气缸，用在刹车、柴油机油门控制等处；
双作用气缸，用在两位换档； 三位气缸，用在三位换档。
单作用气缸 三位气缸 刹车气缸 膜片气缸
气胎离合器
三位气缸
1—“O”型密封圈；2—前盖；3、11—孔用弹性挡圈；4—缸体；5—挡圈；6—右活塞；7—活塞芯；
8—轴用弹性挡圈；9—左活塞；10—后盖；12—活塞杆；
五、钻机典型的气控制回路
1.泵起停控制、柴油机并车控制回路
2.绞车高、低速离合器控制回路
3.柴油机油门、刹车气缸控制回路
4.转盘离合器及刹车、绞车总离合器及刹车控制回路
