工作原理

氣動(dòng)執行器

基本構成

內部結構

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)裝置還應該包括開(kāi)度指示、行程限位、電磁閥、定位器、氣動(dòng)元件、手動(dòng)機構、信號反饋等部件組成。

2、氣動(dòng)裝置與閥門(mén)的連接尺寸應符合ISO5211(底部)、 GB/T12222 和 GB/T12223 的規定。

3、帶手動(dòng)機構的氣動(dòng)裝置，在氣源中斷時(shí)，應能用其手動(dòng)機構進(jìn)行氣動(dòng)球閥的啟閉操作，面向手輪時(shí)，手輪或手柄應逆時(shí)針旋轉為閥開(kāi)，順時(shí)針旋轉為閥關(guān)。

4、活塞桿端部為內、外螺紋時(shí)，應有標準扳手適用的扳手口。

5、活塞的密封圈應便于更換與檢修。

氣動(dòng)執行器

7、帶可調緩沖機構的氣動(dòng)裝置，應有缸體外部調節其緩沖作用的機構。

8、氣缸進(jìn)出氣口的螺紋尺寸應符合MANUR NORM(附件標準) sypv,GB/T7306.1、GB/T7306.2 和 GB/T7307 的規定。

性能

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

2、在空載情況下，對氣缸內輸入按《表 2》規定的氣壓，其動(dòng)作應平穩，無(wú)卡阻及爬行現象。

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，其值應不小于氣動(dòng)裝置標牌所標示的數值，且動(dòng)作應靈活，不允許各部位出現永久變形及其他異?，F象。

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

5、強度試驗用 1.5 倍的最大工作壓力進(jìn)行試驗，保持試驗壓力 3min 后，其缸體端蓋和靜密封部位不允許有滲漏及結構變形。

6、動(dòng)作壽命次數，氣動(dòng)裝置模擬氣動(dòng)閥門(mén)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應不低于 50000 次（啟—閉循環(huán)為一次）。

7、帶緩沖機構的氣動(dòng)裝置，當活塞運動(dòng)到行程終端位置時(shí)，不允許出現沖擊現象。

氣動(dòng)執行器

外觀(guān)

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)處理層應平整、光滑、色澤均勻，無(wú)油污、壓痕和其他機械損傷。

氣動(dòng)執行器

優(yōu)勢

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

氣動(dòng)執行器

2、有正、反作用功能。

3、移動(dòng)速度大，但負載增加時(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(mén)不能保持（加保位閥后可以保持）。

6、不便實(shí)現分段控制和程序控制。

7、檢修維護簡(jiǎn)單，對環(huán)境的適應性好。

8、輸出功率較大。

9、具有防爆功能。

緊湊的雙活塞齒輪，齒條式結構，嚙合精確，效率高，輸出扭矩恒定。

鋁制缸體、活塞及端蓋，與同規格結構的執行器相比重量最輕。

缸體為擠壓鋁合金，并經(jīng)硬質(zhì)陽(yáng)極氧化處理，內表面質(zhì)地堅硬，強度，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，摩擦系數低，轉動(dòng)靈活，使用壽命長(cháng)。

氣動(dòng)執行器與閥門(mén)安裝、連接尺寸根據國際標準ISO5211、DIN3337和VDI/VDE3845進(jìn)行設計，可與普通氣動(dòng)執行器互換。

氣源孔符合 NAMUR 標準。

氣動(dòng)執行器底部軸裝配孔(符合ISO5211標準)成雙四方形，便于帶方桿的閥線(xiàn)性或45°轉角安裝。

輸出軸的頂部和頂部的孔符合 NAMUR 標準。

兩端的調整螺釘可調整閥門(mén)的開(kāi)啟角度。

相同規格的有雙作用式、單作用式(彈簧復位)。

可根據閥門(mén)需要選擇方向，順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉。

根據用戶(hù)需要安裝電磁閥、定位器(開(kāi)度指示)、回信器、各種限位開(kāi)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)執行器，斷氣源后不能回到預設位置。單作用的氣動(dòng)執行器，斷氣源后可以依靠彈簧回到預設位置

分類(lèi)選型

氣動(dòng)執行器

注：本文均以DA/SR系列氣動(dòng)執行機構為例，說(shuō)明執行機構的選用這個(gè)參考資料的目的是幫助客戶(hù)正確選擇執行機構，在把氣動(dòng)/電動(dòng)執行機構安裝到閥門(mén)之前，必須考慮以下因素。* 閥門(mén)的運行力矩加上生產(chǎn)廠(chǎng)家的推薦的安全系數/根據操作狀況。* 執行機構的氣源壓力或電源電壓。* 執行機構的類(lèi)型雙作用或者單作用(彈簧復位)以及一定氣源下的輸出力矩或額定電壓下的輸出力矩。* 執行機構的轉向以及故障模式(故障開(kāi)或故障關(guān))正確選擇一個(gè)執行機構是非常重要的，如執行機構過(guò)大，閥桿可能受力過(guò)大。相反如執行機構過(guò)小，側不能產(chǎn)生足夠的力矩來(lái)充分操作閥門(mén)。一般地說(shuō)，我們認為操作閥門(mén)所需的力矩來(lái)自閥門(mén)的金屬部件(如球芯，閥瓣)和密封件(閥座)之間的磨擦。根據閥門(mén)使用場(chǎng)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

球閥的結構原理基本上根據一個(gè)拋光球芯(包括通道)包夾在兩個(gè)閥座這間(上游和下游)，球心的旋轉對流體進(jìn)行攔截或流過(guò)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)球結構)。這種情況下操作閥門(mén)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)生在出現壓差且球芯在關(guān)閉位置向打開(kāi)方向旋轉時(shí)

蝶閥。蝶閥的結構原理基本上根據固定在軸心的蝶板。在關(guān)閉位置蝶板與閥座完全密封，當蝶板旋轉(繞著(zhù)閥桿)后與流體的流向平行時(shí)，閥門(mén)處于全開(kāi)位置。相反當蝶板與流體的流向垂直時(shí)，閥門(mén)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(mén)在關(guān)閉時(shí)力矩最大，微小地旋轉后，力矩將明顯減小

旋塞閥的結構原理是基本根據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(zhù)塞子旋入閥座來(lái)實(shí)現閥門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉。操作力矩通常不受流體的壓力影響而是由開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程中閥座和塞子之間的摩擦所決定的。閥門(mén)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)機構

雙作用執行機構

雙作用執行機構的選用以DA系列氣動(dòng)執行機構為例。齒輪條式執行機構的輸出力矩是活塞壓力(氣源壓力所供)乘上節圓半徑(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)針旋轉和逆時(shí)針旋轉時(shí)輸出力矩都是線(xiàn)性的。在正常操作條件下，雙作用執行機構的推薦安全系數為25-50%

單作用執行機構

明精單作用執行機構的選用以SR系列氣動(dòng)執行機構為例在彈簧復位的應用中，輸出力矩是在兩個(gè)不同的操作過(guò)程中所得，根據行程位置，每一次操作產(chǎn)生兩個(gè)不同的力矩值。彈簧復位執行機構的輸出力矩由力(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(chēng)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：輸出力矩是當中腔失氣時(shí)彈簧恢復力作用在活塞上所得，稱(chēng)為"彈簧行程輸出力矩"在這種情況下，由于彈簧的伸長(cháng)，輸出力矩從90度逐漸遞減直0度如以上所述，單作用執行機構是根據在兩種狀況下產(chǎn)生一個(gè)平衡力矩的基礎上設計而成的。如圖11所示。在每種情況下，通過(guò)改變每邊彈簧數量和氣源壓力的關(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　在彈簧復位應用中可獲得兩種狀況：失氣開(kāi)啟或失氣關(guān)閉。在正常工作條件下，彈簧復位執行機構的推薦安全系數為25-50%

彈簧復位執行機構的選用示例(同時(shí)見(jiàn)技術(shù)數據表)：

彈簧關(guān)(失氣)

*球閥的力矩=80NM

*安全系數(25%)=80NM+25%=100NM

*氣源壓力=0.6MPa

被選用的SY-SR執行機構是SR125-05，因為可產(chǎn)生下列數值：

*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)執行器的優(yōu)勢主要包括以下4個(gè)方面：

（1）負載大，可以適應高力矩輸出的應用。

（2）動(dòng)作迅速、反應快。

（3）工作環(huán)境適應性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強磁、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)電機容易受損。

而電動(dòng)執行器的優(yōu)勢主要包括：

（1）結構緊湊，體積小巧。比起氣動(dòng)執行器，電動(dòng)執行器結構相對簡(jiǎn)單，一個(gè)基本的電子系統包括執行器，三位置DPDT開(kāi)關(guān)、熔斷器和一些電線(xiàn)，易于裝配。

（2）電動(dòng)執行器的驅動(dòng)源很靈活，一般車(chē)載電源即可滿(mǎn)足需要，而氣動(dòng)執行器需要氣源和壓縮驅動(dòng)裝置。

（3）電動(dòng)執行器沒(méi)有“漏氣”的危險，可靠性高，而空氣的可壓縮性使得氣動(dòng)執行器的穩定性稍差。

（4）不需要對各種氣動(dòng)管線(xiàn)進(jìn)行安裝和維護。

（5）可以無(wú)需動(dòng)力即保持負載，而氣動(dòng)執行器需要持續不斷的壓力供給。

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

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

（8）電動(dòng)執行器在控制的精度方面更勝一籌。

實(shí)際上，氣動(dòng)系統和電動(dòng)系統并不互相排斥。氣動(dòng)執行器可以簡(jiǎn)單的實(shí)現快速直線(xiàn)循環(huán)運動(dòng)，結構簡(jiǎn)單，維護便捷，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，帶伺服馬達的電驅動(dòng)器具有優(yōu)勢。對于要求精確、同步運轉、可調節和規定的定位編程的應用場(chǎng)合，電驅動(dòng)器是最好的選擇，帶閉環(huán)定位控制器的伺服或步進(jìn)馬達所組成的電驅動(dòng)系統能夠補充氣動(dòng)系統的不足之處。

現代控制中各種系統越來(lái)越復雜、越來(lái)越精細，并不是某種驅動(dòng)控制技術(shù)就可滿(mǎn)足系統的多種控制功能。電動(dòng)執行器主要用于需要精密控制的應用場(chǎng)合，自動(dòng)化設備中柔性化要求在不斷提升，同一設備往往要求適應不同尺寸工件的加工需要，執行器需要進(jìn)行多點(diǎn)定位控制，而且要對執行器的運行速度及力矩進(jìn)行精確控制或同步跟蹤，這些利用傳統氣動(dòng)控制是無(wú)法實(shí)現的，而電動(dòng)執行器就能非常輕松的實(shí)現此類(lèi)控制。由此可見(jiàn)氣動(dòng)執行器比較適用于簡(jiǎn)單的運動(dòng)控制，而電執行器則多用于精密運動(dòng)控制的場(chǎng)合。