阀门气动执行机构的分析

1 概述
阀门采用气动执行机构的优点是关闭速度较快，当力矩较小时也可以在0.5S以内启闭。

气动执行机构即使发生泄漏也不会对环境造成污染，其工作环境适应性好，在易燃、易爆、强磁和强辐射等恶劣环境中也不受影响。

气动执行机构可在断电、断油源、断信号时使阀门复位到一个事先设定的安全位置，使阀门所在的系统得到保护。

但是，因一般气源压力较低所以执行机构较大。

由于空气的可压缩性，气动的动作稳定性稍差。

2 类型及应用
气动执行机构按传动方式可分为齿轮齿条式（图1）和拨叉式（图2）。

按气源作用
方式可分为单作用式、双作用式，在单作用式中又可分为气开式和气关式。

按气动原理类型可分为调节型和开关型，开关型中又可分为普通型、快关（开）型。

气动执行机构应根据工况的不同需求选用。

气动执行机构的A腔通入气体时气压推动活塞压缩弹簧，同时齿条推动齿轮作逆时针运动驱动阀门开启，当执行机构A腔的压力气体被排出时弹簧释能推动活塞和齿条带动齿
轮顺时针运动，驱动阀门关闭。

因为是气压使阀门开启，所以此种驱动形式也被称作气开式。

当系统中需要阀门在失气时关闭的情况下，可选用此种作用方式。

当系统中的阀门在失气时需要开启时，将执行机构的弹簧缸与气缸左右互换就可实现。

此时因是气压使阀门关闭，所以此种驱动形式也称作气关式。

当双作用式执行机构的A腔通入气体时气压推动活塞齿条
齿轮作逆时针运动驱动阀门开启，当执行机构的B腔通入气体时气压推动活塞齿条齿轮作
顺时针运动驱动阀门关闭。

双作用的执行机构只能实现失电、失信号时阀门恢复到安全位置或保持原位，在失气时不能保证阀门所处位置。

但双作用执行机构与单作用执行机构相比，在输出相同力矩的情况下体积较小。

拨叉式执行机构的气动原理与齿轮齿条式相同，但拨叉式的执行机构输出力矩曲线与齿轮齿条式的执行机构输出的力矩曲线不同（图3）。

齿轮齿条式执行机构输出的力矩是一个恒定的值，而拨叉式执行机构输出的力矩是一个曲线，在0°和90°时其输出力矩较大。

适当改变拨叉的中心线与拨叉滑块导向槽的中心线间的角度Q（图4）可获得不同形状的力矩曲线。

3 气动原理
3.1 普通型
普通型是一种基本的形式，为一个气源处理三联件组件（包括过滤器、减压阀和油雾器）和电磁阀（图5）。

当阀门需要开启时电磁阀带电气源通过气源处理三联件经过电磁阀进入执行机构的A腔（执行机构B腔的气体经电磁阀排入大气），推动活塞左行，阀门实现开启。

当阀门需要关闭时电磁阀失电换向，压力气体经电磁阀后进入执行机构的B腔（执行机构A腔的气体经电磁阀排入大气），推动活塞右行，阀门实现关闭。

当执行机构为单作用式时电磁阀选用两位三通型。

当执行器为双作用式时电磁阀选用两位五通型，当要求阀门失电保位时电磁阀选用双电控三位五通型，当要求阀门失气保位时电磁阀选用双气控三位五通型。

3.2 快关型
当阀门要求快速关闭时一般采用单作用执行机构。

快开型气动执行机构是在普通型气动执行机构的基础上增加了一个快速排气阀，用以把A腔中的气体快速排出，加快了执行机构的关闭速度（图6）。

当阀门需要开启时电磁阀带电，气体通过气源处理三联件经过电磁阀和快速排气阀进入执行机构的A腔，压缩弹簧推动活塞左行，阀门开启。

当阀门需要关闭时电磁阀失电换向，气体被截止，A腔中的气体在弹簧的压力下经快速排气阀快速排出，活塞右行阀门快速关闭。

3.3 调节型
调节型的气动执行器可以接收系统发出的电流、电压或气流信号（其中电流信号比较普遍），根据信号的大小调整阀门的开度，并可根据用户要求将阀门的开度以信号的形式反馈给系统形成一个闭环控制。

将普通型气动执行机构中的电磁阀换成电－气定位器或气－气定位器执行机构就组成了调节型气动执行机构（图7）。

由于不同厂家的定位器设定的出厂参数默认值不同，需根据用户要求进行调整。

4 设计
设计气动执行机构时，应注意气源压力是否与气动元件的压力相匹配，以免损伤元器件。

选用电磁阀时注意用户能够提供的电源电压，电压不匹配，电磁阀不能正常工作，还会受到损坏。

环境温度不应超过电磁阀的允许使用温度。

定位器前的气源处理元件不应加油雾器，以免损伤定位器。

对于快速开启或关闭的执行机构应在末端设有缓冲装置。

5 结语
气动执行机构造价低，启闭速度快，无污染，宜于实现自动控制，是一种可以满足不同事故状态要求的执行机构，将得到越来越广泛的应用。

参考文献
〔1〕张利平．液压气动系统设计手册〔M〕．北京：机械工业出版社，1992．
〔2〕章华友，晏泽荣，陈元芳，等．球阀设计与选用〔M〕．北京：北京科学技术出版社，1992．
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