氣動(dòng)執(zhí)行器（用于化工煉油等的設(shè)備）

工作原理

氣動(dòng)執(zhí)行器

基本構(gòu)成

內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1、氣動(dòng)裝置主要由氣缸、活塞、齒輪軸、端蓋、密封件、螺絲等組成；成套氣動(dòng)裝置還應(yīng)該包括開度指示、行程限位、電磁閥、定位器、氣動(dòng)元件、手動(dòng)機(jī)構(gòu)、信號反饋等部件組成。

2、氣動(dòng)裝置與閥門的連接尺寸應(yīng)符合ISO5211(底部)、 GB/T12222 和 GB/T12223 的規(guī)定。

3、帶手動(dòng)機(jī)構(gòu)的氣動(dòng)裝置，在氣源中斷時(shí)，應(yīng)能用其手動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行氣動(dòng)球閥的啟閉操作，面向手輪時(shí)，手輪或手柄應(yīng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為閥開，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為閥關(guān)。

4、活塞桿端部為內(nèi)、外螺紋時(shí)，應(yīng)有標(biāo)準(zhǔn)扳手適用的扳手口。

5、活塞的密封圈應(yīng)便于更換與檢修。

氣動(dòng)執(zhí)行器

7、帶可調(diào)緩沖機(jī)構(gòu)的氣動(dòng)裝置，應(yīng)有缸體外部調(diào)節(jié)其緩沖作用的機(jī)構(gòu)。

8、氣缸進(jìn)出氣口的螺紋尺寸應(yīng)符合MANUR NORM(附件標(biāo)準(zhǔn)) sypv,GB/T7306.1、GB/T7306.2 和 GB/T7307 的規(guī)定。

性能

1、氣動(dòng)裝置額定輸出力或力矩應(yīng)符合 GB/T12222 和 GB/T12223 的規(guī)定

2、在空載情況下，對氣缸內(nèi)輸入按《表 2》規(guī)定的氣壓，其動(dòng)作應(yīng)平穩(wěn)，無卡阻及爬行現(xiàn)象。

3、在 0.6MPa 的空氣壓力下，氣動(dòng)裝置啟、閉兩個(gè)方向的輸出力矩或推力，其值應(yīng)不小于氣動(dòng)裝置標(biāo)牌所標(biāo)示的數(shù)值，且動(dòng)作應(yīng)靈活，不允許各部位出現(xiàn)永久變形及其他異?，F(xiàn)象。

4、密封試驗(yàn)用最大工作壓力進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，從各自背壓一側(cè)泄漏出的空氣量不允許超過 (3+0.15D)cm3/min（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）；從端蓋、輸出軸處泄漏出的空氣量不允許超過 (3+0.15d)cm3/min。

5、強(qiáng)度試驗(yàn)用 1.5 倍的最大工作壓力進(jìn)行試驗(yàn)，保持試驗(yàn)壓力 3min 后，其缸體端蓋和靜密封部位不允許有滲漏及結(jié)構(gòu)變形。

6、動(dòng)作壽命次數(shù)，氣動(dòng)裝置模擬氣動(dòng)閥門動(dòng)作，在保持兩個(gè)方向的輸出力矩或推力能力的情況下，啟閉操作的啟閉次數(shù)應(yīng)不低于 50000 次（啟—閉循環(huán)為一次）。

7、帶緩沖機(jī)構(gòu)的氣動(dòng)裝置，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到行程終端位置時(shí)，不允許出現(xiàn)沖擊現(xiàn)象。

氣動(dòng)執(zhí)行器

外觀

1、鑄造氣缸的端蓋、端法蘭、箱體上不得有劃痕、割痕、氣孔、毛刺等。

2、氣動(dòng)裝置外表面涂漆層或化學(xué)處理層應(yīng)平整、光滑、色澤均勻，無油污、壓痕和其他機(jī)械損傷。

氣動(dòng)執(zhí)行器

優(yōu)勢

1、接受連續(xù)的氣信號，輸出直線位移（加電/氣轉(zhuǎn)換裝置后，也可以接受連續(xù)的電信號），有的配上搖臂后，可輸出角位移。

氣動(dòng)執(zhí)行器

2、有正、反作用功能。

3、移動(dòng)速度大，但負(fù)載增加時(shí)速度會(huì)變慢。

4、輸出力與操作壓力有關(guān)。

5、可靠性高，但氣源中斷后閥門不能保持（加保位閥后可以保持）。

6、不便實(shí)現(xiàn)分段控制和程序控制。

7、檢修維護(hù)簡單，對環(huán)境的適應(yīng)性好。

8、輸出功率較大。

9、具有防爆功能。

緊湊的雙活塞齒輪，齒條式結(jié)構(gòu)，嚙合精確，效率高，輸出扭矩恒定。

鋁制缸體、活塞及端蓋，與同規(guī)格結(jié)構(gòu)的執(zhí)行器相比重量最輕。

缸體為擠壓鋁合金，并經(jīng)硬質(zhì)陽極氧化處理，內(nèi)表面質(zhì)地堅(jiān)硬，強(qiáng)度，硬度高。采用低摩擦材料制成的滑動(dòng)軸承，避免了金屬間的相互直接接觸，摩擦系數(shù)低，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，使用壽命長。

氣動(dòng)執(zhí)行器與閥門安裝、連接尺寸根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO5211、DIN3337和VDI/VDE3845進(jìn)行設(shè)計(jì)，可與普通氣動(dòng)執(zhí)行器互換。

氣源孔符合 NAMUR 標(biāo)準(zhǔn)。

氣動(dòng)執(zhí)行器底部軸裝配孔(符合ISO5211標(biāo)準(zhǔn))成雙四方形，便于帶方桿的閥線性或45°轉(zhuǎn)角安裝。

輸出軸的頂部和頂部的孔符合 NAMUR 標(biāo)準(zhǔn)。

兩端的調(diào)整螺釘可調(diào)整閥門的開啟角度。

相同規(guī)格的有雙作用式、單作用式(彈簧復(fù)位)。

可根據(jù)閥門需要選擇方向，順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

根據(jù)用戶需要安裝電磁閥、定位器(開度指示)、回信器、各種限位開關(guān)及手動(dòng)操作裝置。

缺點(diǎn)

控制精度較低，雙作用的氣動(dòng)執(zhí)行器，斷氣源后不能回到預(yù)設(shè)位置。單作用的氣動(dòng)執(zhí)行器，斷氣源后可以依靠彈簧回到預(yù)設(shè)位置

分類選型

氣動(dòng)執(zhí)行器

注：本文均以DA/SR系列氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為例，說明執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選用這個(gè)參考資料的目的是幫助客戶正確選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在把氣動(dòng)/電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝到閥門之前，必須考慮以下因素。* 閥門的運(yùn)行力矩加上生產(chǎn)廠家的推薦的安全系數(shù)/根據(jù)操作狀況。* 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣源壓力或電源電壓。* 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型雙作用或者單作用(彈簧復(fù)位)以及一定氣源下的輸出力矩或額定電壓下的輸出力矩。* 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向以及故障模式(故障開或故障關(guān))正確選擇一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是非常重要的，如執(zhí)行機(jī)構(gòu)過大，閥桿可能受力過大。相反如執(zhí)行機(jī)構(gòu)過小，側(cè)不能產(chǎn)生足夠的力矩來充分操作閥門。一般地說，我們認(rèn)為操作閥門所需的力矩來自閥門的金屬部件(如球芯，閥瓣)和密封件(閥座)之間的磨擦。根據(jù)閥門使用場合，使用溫度，操作頻率，管道和壓差，流動(dòng)介質(zhì)(潤滑、干燥、泥漿)，許多因素均影響操作力矩

球閥的結(jié)構(gòu)原理基本上根據(jù)一個(gè)拋光球芯(包括通道)包夾在兩個(gè)閥座這間(上游和下游)，球心的旋轉(zhuǎn)對流體進(jìn)行攔截或流過球芯，上游和下游的壓差產(chǎn)生的力使球芯緊靠在下游閥座(浮動(dòng)球結(jié)構(gòu))。這種情況下操作閥門的力矩是由球芯與閥座、閥桿與填料相互摩擦所決定的。如圖1所示，力矩最大值發(fā)生在出現(xiàn)壓差且球芯在關(guān)閉位置向打開方向旋轉(zhuǎn)時(shí)

蝶閥。蝶閥的結(jié)構(gòu)原理基本上根據(jù)固定在軸心的蝶板。在關(guān)閉位置蝶板與閥座完全密封，當(dāng)?shù)逍D(zhuǎn)(繞著閥桿)后與流體的流向平行時(shí)，閥門處于全開位置。相反當(dāng)?shù)迮c流體的流向垂直時(shí)，閥門處于關(guān)閉位置。操作蝶閥的力矩是由蝶板與閥座、閥桿與填料之間的磨擦所決定的，同時(shí)壓差作用在蝶板上的力也影響操作力矩如閥門在關(guān)閉時(shí)力矩最大，微小地旋轉(zhuǎn)后，力矩將明顯減小

旋塞閥的結(jié)構(gòu)原理是基本根據(jù)密封在錐形塞體里的塞子。在塞子的一個(gè)方向上有一個(gè)通道。隨著塞子旋入閥座來實(shí)現(xiàn)閥門的開啟和關(guān)閉。操作力矩通常不受流體的壓力影響而是由開啟和關(guān)閉過程中閥座和塞子之間的摩擦所決定的。閥門在關(guān)閉時(shí)力矩最大。由于有受壓力的影響，在余下的操作中始終保持較高的力矩

關(guān)聯(lián)機(jī)構(gòu)

雙作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)

雙作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選用以DA系列氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為例。齒輪條式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力矩是活塞壓力(氣源壓力所供)乘上節(jié)圓半徑(力臂)所得，如圖4所示。且磨擦阻力小效率高。如圖5所示，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)輸出力矩都是線性的。在正常操作條件下，雙作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推薦安全系數(shù)為25-50%

單作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)

明精單作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選用以SR系列氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為例在彈簧復(fù)位的應(yīng)用中，輸出力矩是在兩個(gè)不同的操作過程中所得，根據(jù)行程位置，每一次操作產(chǎn)生兩個(gè)不同的力矩值。彈簧復(fù)位執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力矩由力(空氣壓力或彈簧作用力)乘上力臂所得第一種狀況：輸出力矩是由空氣壓力進(jìn)入中腔壓縮彈簧后所得，稱為"空氣行程輸出力矩"在這種情況下，氣源壓力迫使活塞從0度轉(zhuǎn)向90度位置，由于彈簧壓縮產(chǎn)生反作用力，力矩從起點(diǎn)時(shí)最大值逐漸遞減直至到第二種狀況：輸出力矩是當(dāng)中腔失氣時(shí)彈簧恢復(fù)力作用在活塞上所得，稱為"彈簧行程輸出力矩"在這種情況下，由于彈簧的伸長，輸出力矩從90度逐漸遞減直0度如以上所述，單作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)是根據(jù)在兩種狀況下產(chǎn)生一個(gè)平衡力矩的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)而成的。如圖11所示。在每種情況下，通過改變每邊彈簧數(shù)量和氣源壓力的關(guān)系(如每邊2根彈簧和5.5巴氣源或反之)，有可能獲得不平衡力矩　在彈簧復(fù)位應(yīng)用中可獲得兩種狀況：失氣開啟或失氣關(guān)閉。在正常工作條件下，彈簧復(fù)位執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推薦安全系數(shù)為25-50%

彈簧復(fù)位執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選用示例(同時(shí)見技術(shù)數(shù)據(jù)表)：

彈簧關(guān)(失氣)

*球閥的力矩=80NM

*安全系數(shù)(25%)=80NM+25%=100NM

*氣源壓力=0.6MPa

被選用的SY-SR執(zhí)行機(jī)構(gòu)是SR125-05，因?yàn)榭僧a(chǎn)生下列數(shù)值：

*彈簧行程0o=119.2NM

*彈簧行程90o=216.2NM

*空氣行程0o=228.7NM

*空氣行程90o=118.8NM

比較

從技術(shù)性能方面講，氣動(dòng)執(zhí)行器的優(yōu)勢主要包括以下4個(gè)方面：

（1）負(fù)載大，可以適應(yīng)高力矩輸出的應(yīng)用。

（2）動(dòng)作迅速、反應(yīng)快。

（3）工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射和振動(dòng)等惡劣工作環(huán)境中，比液壓、電子、電氣控制更優(yōu)越。

（4）行程受阻或閥桿被扎住時(shí)電機(jī)容易受損。

而電動(dòng)執(zhí)行器的優(yōu)勢主要包括：

（1）結(jié)構(gòu)緊湊，體積小巧。比起氣動(dòng)執(zhí)行器，電動(dòng)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)相對簡單，一個(gè)基本的電子系統(tǒng)包括執(zhí)行器，三位置DPDT開關(guān)、熔斷器和一些電線，易于裝配。

（2）電動(dòng)執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)源很靈活，一般車載電源即可滿足需要，而氣動(dòng)執(zhí)行器需要?dú)庠春蛪嚎s驅(qū)動(dòng)裝置。

（3）電動(dòng)執(zhí)行器沒有“漏氣”的危險(xiǎn)，可靠性高，而空氣的可壓縮性使得氣動(dòng)執(zhí)行器的穩(wěn)定性稍差。

（4）不需要對各種氣動(dòng)管線進(jìn)行安裝和維護(hù)。

（5）可以無需動(dòng)力即保持負(fù)載，而氣動(dòng)執(zhí)行器需要持續(xù)不斷的壓力供給。

（6）由于不需要額外的壓力裝置，電動(dòng)執(zhí)行器更加安靜。通常，如果氣動(dòng)執(zhí)行器在大負(fù)載的情況下，要加裝消音器。

（7）在氣動(dòng)裝置中的通常需要把電信號轉(zhuǎn)化為氣信號，然后再轉(zhuǎn)化為電信號，傳遞速度較慢，不宜用于元件級數(shù)過多的復(fù)雜回路。

（8）電動(dòng)執(zhí)行器在控制的精度方面更勝一籌。

實(shí)際上，氣動(dòng)系統(tǒng)和電動(dòng)系統(tǒng)并不互相排斥。氣動(dòng)執(zhí)行器可以簡單的實(shí)現(xiàn)快速直線循環(huán)運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)便捷，同時(shí)可以在各種惡劣工作環(huán)境中使用，如有防爆要求、多粉塵或潮濕的工況。但在作用力快速增大且需要精確定位的情況下，帶伺服馬達(dá)的電驅(qū)動(dòng)器具有優(yōu)勢。對于要求精確、同步運(yùn)轉(zhuǎn)、可調(diào)節(jié)和規(guī)定的定位編程的應(yīng)用場合，電驅(qū)動(dòng)器是最好的選擇，帶閉環(huán)定位控制器的伺服或步進(jìn)馬達(dá)所組成的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠補(bǔ)充氣動(dòng)系統(tǒng)的不足之處。

現(xiàn)代控制中各種系統(tǒng)越來越復(fù)雜、越來越精細(xì)，并不是某種驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)就可滿足系統(tǒng)的多種控制功能。電動(dòng)執(zhí)行器主要用于需要精密控制的應(yīng)用場合，自動(dòng)化設(shè)備中柔性化要求在不斷提升，同一設(shè)備往往要求適應(yīng)不同尺寸工件的加工需要，執(zhí)行器需要進(jìn)行多點(diǎn)定位控制，而且要對執(zhí)行器的運(yùn)行速度及力矩進(jìn)行精確控制或同步跟蹤，這些利用傳統(tǒng)氣動(dòng)控制是無法實(shí)現(xiàn)的，而電動(dòng)執(zhí)行器就能非常輕松的實(shí)現(xiàn)此類控制。由此可見氣動(dòng)執(zhí)行器比較適用于簡單的運(yùn)動(dòng)控制，而電執(zhí)行器則多用于精密運(yùn)動(dòng)控制的場合。