第十六章气动执行机构介绍

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气动执行机构工作原理

气动执行机构工作原理

气动执行机构工作原理
气动执行机构工作原理是基于气动原理和控制技术的一种机电传动装置。

它通过控制压缩空气的流动方式,使得执行机构能够实现一定的运动或力的输出。

气动执行机构的工作原理可以简单描述为以下几个步骤:
1. 气源供气:气动执行机构的压缩空气是通过气源供应系统提供的。

气源一般包括空气压缩机、气体储气罐等。

气源供气时,通过调节阀门可以控制气源的压力大小。

2. 控制气流:控制气动执行机构的运动需要调控气流的流向和流量。

通常通过气控单元来实现,它包括气动阀门、电磁阀、气动开关等。

通过打开或关闭这些气控元件,可以改变气源的流向和流量。

3. 转换为机械运动:当气流进入气动执行机构内部时,它会作用于内部的活塞或薄膜等工作元件上。

通过气压的作用,活塞向前或向后运动,从而带动连杆、摩擦轮等机械部件实现运动。

4. 力的输出:根据不同的应用需求,气动执行机构可以输出不同的力或运动。

当气源压力足够高时,可以通过放大机构来增大力的输出。

同时,通过分别控制进气口和排气口的流量大小,也可以实现不同的速度和力的调控。

需要注意的是,气动执行机构的工作过程中,因为气源的压力和流量是通过控制元件来调控的,所以控制系统的稳定性和准
确性对其工作性能有着重要影响。

一个完善的气动执行机构应该具备控制方便、运动平稳、可靠性高等特点。

气动执行机构的工作原理

气动执行机构的工作原理

气动执行机构的工作原理
气动执行机构是一种使用气体压力来产生机械运动的装置。

其工作原理基于气体的压力传递和控制,包括以下几个关键步骤:
1. 压力供给:气动执行机构通过气源供给系统获得压缩空气或其它气体,一般由气压驱动器或空气压缩机提供。

2. 压力传输:气源供给的压缩气体通过管道或软管传输到气动执行机构中。

通常采用高压气体进入气室中,然后通过控制阀门进行流量控制。

3. 压力控制:通过控制阀门或其他调节装置,可以控制气体的流量和压力。

不同的控制方式和装置会产生不同的动作效果,如单向阀门、双向阀门、调节阀或比例阀等。

4. 动力转换:气动执行机构根据控制阀门的开闭程度和气流控制来转换气体能量为机械运动。

当气体压力进入气室时,推动活塞或膜片等机件运动,从而实现物体的推拉、转动等动作。

5. 反馈控制:有些气动执行机构需要定位或反馈控制,可以通过安装传感器、限位器或开关等装置来检测位置和运动。

这些信号可以与控制系统相连,使其能够控制和监测气动执行机构的运行状态。

总之,气动执行机构通过气源供给气体,并通过控制阀门调节气流,将气体能量转换为机械运动。

它们在自动化控制系统中被广泛应用,常见的应用包括气动缸、气动马达和气动阀门等。

气动执行机构

气动执行机构

阀门气动执行机构的原理及应用(参考学习资料)二期中工艺系统中采用了大量的气动执行机构阀门,借去苏阀学习的机会向专家们请教了一些关于阀门气动操作机构的知识,在此简单介绍一下。

一.气动执行机构的结构气动执行机构主要分成两大类:薄膜式与活塞式。

薄膜式与活塞式执行机构均可分成有弹簧和无弹簧的两种。

有弹簧的执行结构较之无弹簧的执行机构输出推力小,价格低。

而活塞式较之薄膜式输出力大,但价格较高。

当前国产的气动执行机构有气动薄膜式(有弹簧)、气动活塞式(无弹簧)及气动长行程活塞式。

1.气动薄膜式(有弹簧)执行机构气动薄膜式(有弹簧)执行机构分为正作用和反作用两种。

当气动执行器的输入信号压力(来自调节器或阀门定位器)增大时,推杆向下动作的叫正作用执行机构,如图1所示,我国的型号为ZMA型;反之叫反作用执行机构,如图2所示,我国型号为ZMB型。

这两种类型结构基本相同,均由上膜盖、波纹膜片、下膜盖、推杆、支架、压缩弹簧、弹簧座、调节件、标尺等组成。

正作用机构的信号压力时通过输入波纹膜片上方的薄膜气室。

而反作用机构则通过波纹膜片下方的薄膜气室,由于输出推杆也从下方引出,因此还多了一个装有“O”型密封环5及填块6。

两者之间通过更换个别零件,便能相互改装。

气动薄膜(有弹簧)执行机构的输出信号是直线位移,输出特性是比例式,即输出位移与输入信号成比例关系。

动作原理如下:信号压力,通常为0.2-1.0bar或0.4-2bar,通入薄膜气室时,在薄膜上产生一个推力,使推杆部件移动。

与此同时,弹簧被压缩,直到弹簧的反作用力与信号压力在薄膜上产生的力平衡。

信号压力越大,在薄膜上产生的推力也越大,则与之平衡的弹簧反力也越大,于是弹簧压缩量也越大即推杆的位移量越大,它与输入薄膜气室信号压力成比例。

推杆的位移,即为气动薄膜执行机构的直线输入位移,其输出位移的范围为执行机构的行程。

气动薄膜执行机构主要零件结构及作用如下:1.膜盖:由灰铁铸成(有些小执行机构也有用压制玻璃管代替),与波纹膜片构成薄膜气室。

气动执行机构的工作原理

气动执行机构的工作原理

气动执行机构的工作原理
气动执行机构的工作原理是利用气体的压力能将气体能量转化为机械能,从而实现机械设备的运动。

一般来说,气动执行机构由以下几个主要组成部分构成:气压源、气控阀门、执行器和传动机构。

工作原理如下:
1. 气压源:气动执行机构通常使用压缩空气作为能源。

压缩空气通过空气压缩机或气瓶等设备提供,以一定的压力储备在气源中。

2. 气控阀门:气控阀门用来控制压缩空气的流动,调节气动执行机构的运动方向、速度和力量。

它可以是手动操作的,也可以通过电气或电子控制系统进行自动化控制。

3. 执行器:执行器是气动执行机构的核心部分,通常由一个或多个活塞、气缸或马达等设备组成。

当气压通过气控阀门输入执行器时,气体的压力将推动执行器内部设备产生运动。

4. 传动机构:传动机构用来将从执行器中产生的运动转化为机械设备所需的工作运动。

它可以采用各种传动装置,如连杆机构、齿轮传动、皮带传动等,以适应不同的工作需求。

总的来说,气动执行机构通过将气体能转化为机械能,实现了
控制设备的运动。

它具有结构简单、响应速度快、输出力矩大的优点,广泛应用于工业自动化、航空航天、机械制造等领域。

气动执行机构

气动执行机构

气动执行机构概述气动执行机构是一种利用气体压力驱动的机械装置,广泛应用于工业生产线和自动化系统。

它能够将气动能量转化为机械能量,从而实现各种线性或旋转运动。

工作原理气动执行机构的工作原理基于压缩空气的供给和释放。

当气源提供压缩空气到气动执行机构时,其内部的活塞或齿轮会受到压力的作用而产生运动。

这种运动可以被用于实现推动、拉动、旋转等动作。

组成部分气动执行机构由以下几个主要组成部分构成:1.气缸:气缸是气动执行机构的核心部件,用于容纳压缩空气并产生推拉力。

根据气缸的构造形式,可以分为单作用气缸和双作用气缸。

2.活塞杆:活塞杆连接气缸和推动装置,通过接收气压的变化来实现线性运动。

在双作用气缸中,活塞杆分为两个端口,可以实现双向运动。

3.阀门:阀门用于控制气缸的进气和排气,以实现气体的供给和释放。

常见的阀门类型包括单向阀、电磁阀和比例阀。

4.推动装置:推动装置是气动执行机构实现机械运动的关键部件。

它可以是链轮、齿轮、滑块等,通过与活塞杆相连,将气压转化为线性或旋转运动。

5.传感器:传感器在气动执行机构中起着监测和反馈作用。

它可以检测活塞杆的位置、气体的压力等参数,并将这些信息传输给控制系统。

优势和应用气动执行机构具有以下优势和广泛的应用领域:1.高效可靠:由于气动执行机构不需要电源,只需使用压缩空气作为驱动力,因此具有高效和可靠的特点。

它可以在恶劣的环境条件下正常工作,如高温、高湿度、有爆炸危险等。

2.易于控制:气动执行机构的速度和力都可以通过调整气压进行控制。

通过改变进气和排气的速度和时间,可以实现精确的动作控制。

3.节能环保:气动执行机构不会产生电磁辐射和电磁污染,能够满足环保和节能的要求。

此外,由于在压缩空气中能量富集,其储存和传输也相对较容易。

4.应用广泛:气动执行机构广泛应用于各个行业,如汽车制造、机械加工、物流搬运等。

它们被用于推动机械臂、控制阀门、传送带和自动化生产线等。

使用注意事项在使用气动执行机构时,需要注意以下几点:1.避免过载:在设计和使用气动执行机构时,需要确保其工作负荷不超过其额定能力。

气动执行器结构及原理

气动执行器结构及原理

气动执行器结构及原理 The final edition was revised on December 14th, 2020.气缸结构与原理学习气动执行机构气动执行机构俗称又称气动执行器(英文:Pneumatic actuator )按其能源形式分为气动,电动和液动三大类,它们各有特点,适用于不同的场合。

气动执行器是执行器中的一种类别。

气动执行器还可以分为单作用和双作用两种类型:执行器的开关动作都通过气源来驱动执行,叫做DOUBLE ACTING (双作用)。

SPRING RETURN (单作用)的开关动作只有开动作是气源驱动,而关动作是弹簧复位。

气动执行机构简介气动执行器的执行机构和调节机构是统一的整体,其执行机构有薄膜式、活塞式、拨叉式和齿轮齿条式。

活塞式行程长,适用于要求有较大推力的场合;而薄膜式行程较小,只能直接带动阀杆。

拨叉式气动执行器具有扭矩大、空间小、扭矩曲线更符合阀门的扭矩曲线等特点,但是不很美观;常用在大扭矩的阀门上。

齿轮齿条式气动执行机构有结构简单,动作平稳可靠,并且安全防爆等优点,在发电厂、化工,炼油等对安全要求较高的生产过程中有广泛的应用。

齿轮齿条式:齿轮齿条:活塞式:气动执行机构的缺点控制精度较低,双作用的气动执行器,断气源后不能回到预设位置。

单作用的气动执行器,断气源后可以依靠弹簧回到预设位置工作原理说明班当压缩空气从A管咀进入时,气体推动双活塞向两端(缸盖端)直线运动,活塞上的齿条带动旋转轴上的齿轮逆时针方向转动90度,阀门即被打开。

此时气动执行阀两端的气体随B管咀排出。

反之,当压缩空气从B官咀进入气动执行器的两端时,气体推动双塞向中间直线运动,活塞上的齿条带动旋转轴上的齿轮顺时针方向转动90度,阀门即被关闭。

此时气动执行器中间的气体随A管咀排出。

以上为标准型的传动原理。

根据用户需求,气动执行器可装置成与标准型相反的传动原理,即选准轴顺时针方向转动为开启阀门,逆时针方向转动为关闭阀门。

气动执行器结构及原理

气动执行器结构及原理

气缸结构与原理学习气动执行机构气动执行机构俗称气动头又称气动执行器(英文:Pneumatic actuator )执行器按其能源形式分为气动,电动和液动三大类,它们各有特点,适用于不同的场合。

气动执行器是执行器中的一种类别。

气动执行器还可以分为单作用和双作用两种类型:执行器的开关动作都通过气源来驱动执行,叫做DOUBLE ACTING (双作用)。

SPRING RETURN (单作用)的开关动作只有开动作是气源驱动,而关动作是弹簧复位。

气动执行机构简介气动执行器的执行机构和调节机构是统一的整体,其执行机构有薄膜式、活塞式、拨叉式和齿轮齿条式。

活塞式行程长,适用于要求有较大推力的场合;而薄膜式行程较小,只能直接带动阀杆。

拨叉式气动执行器具有扭矩大、空间小、扭矩曲线更符合阀门的扭矩曲线等特点,但是不很美观;常用在大扭矩的阀门上。

齿轮齿条式气动执行机构有结构简单,动作平稳可靠,并且安全防爆等优点,在发电厂、化工,炼油等对安全要求较高的生产过程中有广泛的应用。

齿轮齿条式:齿轮齿条:活塞式:编辑本段气动执行机构的缺点控制精度较低,双作用的气动执行器,断气源后不能回到预设位置。

单作用的气动执行器,断气源后可以依靠弹簧回到预设位置编辑本段工作原理说明班当压缩空气从A管咀进入气动执行器时,气体推动双活塞向两端(缸盖端)直线运动,活塞上的齿条带动旋转轴上的齿轮逆时针方向转动90度,阀门即被打开。

此时气动执行阀两端的气体随B管咀排出。

反之,当压缩空气从B官咀进入气动执行器的两端时,气体推动双塞向中间直线运动,活塞上的齿条带动旋转轴上的齿轮顺时针方向转动90度,阀门即被关闭。

此时气动执行器中间的气体随A管咀排出。

以上为标准型的传动原理。

根据用户需求,气动执行器可装置成与标准型相反的传动原理,即选准轴顺时针方向转动为开启阀门,逆时针方向转动为关闭阀门。

单作用(弹簧复位型)气动执行器A管咀为进气口,B管咀为排气孔(B管咀应安装消声器)。

阀门执行机构的分类介绍

阀门执行机构的分类介绍

阀门执行机构的分类介绍阀门执行机构是指用于控制和操作阀门的设备或装置,它们可以通过不同的形式和力量来实现对阀门的开启、关闭或调节。

根据使用的能源不同,阀门执行机构可以分为气动执行机构、电动执行机构和液动执行机构三大类。

第一部分:气动执行机构气动执行机构是指通过气体作为动力源来实现阀门的开闭或调节的设备。

它主要由气缸、气源、气源处理装置和配件组成。

1. 气缸:气缸是气动执行机构的核心部件,它可以将气体的压力转化为机械动力。

根据气缸的结构形式和驱动方式,气缸又可以分为单动气缸和双动气缸。

单动气缸只能实现单向推动,而双动气缸可以实现双向运动。

2. 气源:气动执行机构需要通过气源提供气体能量。

常用的气源有压缩空气和氮气,其压力范围一般在0.2~1.0MPa之间。

气源还需要进行处理,如去除水分、油雾和杂质等。

3. 气源处理装置:气源处理装置用于过滤和调节气源的压力和流量,确保气动执行机构能够正常工作。

它通常由滤波器、减压阀和润滑器组成。

4. 配件:气动执行机构还需要一些配件来实现与阀门的连接和固定,如连杆、手柄、连接螺母等。

第二部分:电动执行机构电动执行机构是指通过电能转换为机械能来实现阀门的开闭或调节的设备。

它主要由电动机、传动装置和配件组成。

1. 电动机:电动机是电动执行机构的核心部件,它将电能转化为机械能。

常见的电动机有直流电动机和交流电动机,其功率和转速根据阀门的使用要求而定。

2. 传动装置:传动装置用于将电动机的旋转运动转化为线性或旋转运动,从而推动阀门的开闭或调节。

常见的传动装置有蜗轮蜗杆传动、齿轮传动和链条传动等。

3. 配件:电动执行机构还需要一些配件来实现与阀门的连接和固定,如连杆、手柄、连接螺母等。

为了保证电动执行机构的安全运行,还需要安装行程开关和限位器等配件。

第三部分:液动执行机构液动执行机构是指通过液体作为动力源来实现阀门的开闭或调节的设备。

它主要由液缸、液源和配件组成。

1. 液缸:液缸是液动执行机构的核心部件,它由液体的压力转化为机械动力。

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第二十章 气动执行机构
• 第二十章 气动执行机构 • 第一节 电/气转换器 • 电/气转换器是将电动控制系统的标准信 号(4~20mADC)转换为标准气压信号(20~ 100KPa)。通过它可以组成电/气混合系统 以便发挥各自的优点,扩大其使用范围。例 如,电/气转换器可用来把电动调节器或 DCS的输出信号经转换后用以驱动气动执行 机构,或将来自各种电动变送器的输出信号 经转换后送往气动调节器。 • 电/气转换器是基于力矩平衡原理进行工作 的。其简化原理图如图16-1所示。
• 一、气动薄膜执行机构 • 气动薄膜执行机构的结构如图16-2中右侧点划线框内 的上半部分所示。它的主要工作部件由波纹膜片l、压 缩弹簧2和推杆4组成。当压力信号(通常是20~ 100kPa)通入薄膜气室时,在波纹膜片1上产生向下的 推力。此推力克服压缩弹簧2的反作用力后,使推杆4 产生位移,直至弹簧2被压缩的反作用力与信号压力 在膜片1上产生的推力相平衡时为止。显然,压力信 号越大,向下的推力也越大,与之相平衡的弹簧力也 越大,即弹簧的压缩量也就越大。平衡时,推杆的位 移与输入压力信号的大小成正比关系。推杆的位移就 是执行机构的输出,通常称它为行程。调节件3可用 来改变压缩弹簧2的初始压紧力,从而调整执行机构 的工作零点。
• 气压信号经过气动放大器后产生的输出压 力增大,此压力反馈到波纹管中,便可在 动铁心另一端产生一个使可动铁心绕支点 作逆时针转动的反馈力矩,此力矩与线圈 产生的电磁力矩相平衡,构成闭环系统。 从而达到使输出压力与输入电信号成比例 地变化。
• 第二节气动薄膜执行机构 • 气动执行机构主要有薄膜式和活塞式两大类,并 以薄膜式执行机构应用最广,在电厂气动基地式 自动控制系统中,常采用这类执行机构。气动薄 膜执行机构以清洁、干燥的压缩空气为动力能源, 它接收DCS或调节器或人工给定的20~100kPa 压力信号,并将此信号转换成相应的阀杆位移 (或称行程),以调节阀门、闸门等调节机构的开 度。 • 气动薄膜执行器主要由气动薄膜执行机构、控制 机构和气动阀门定位器(辅助设备)几大部分组成, 如图16-2所示。
• 二、气动阀门定位器 • 在执行机构工作条件差而要求调节质量高 的场合,常把气动阀门定位器与气动薄膜 执行机构配套使用,组成闭环回路,利用 负反馈原理来改善调节质量,提高灵敏度 和稳定性,使阀门能按输入的调节信号准 确地确定自己的开度。
• 气动阀门定位器是一个气压-位移反馈系统, 它按位移平衡原理进行工作,其动作过程 如下:当来自调节器(或定值器)的气压信号 增加时,波纹管19的自由端产生相应的推 力,推动托板18以反馈凸轮14为支点逆时 针偏转,使固定在托板18上的挡板15与喷 嘴16之间的பைடு நூலகம்离减小,喷嘴的背压上升, 气动放大器17的输出压力增大。输入气动 薄膜执行机构的气室A,对波纹膜片1施加 向下的推力。
图16-3 气动薄膜执行机构方框图
• 图中:Pi为输入信号;s为阀杆行程;Ai为波纹管 19的有效面积;Ci为波纹管19的位移刚度;Ki为 波纹管19的顶点到喷嘴15之间的位移转换系数 (根据三角形相似原理确定);K为放大器17的 转换放大系数;As为波纹膜片的有效面积;Cs为 波纹膜片及压缩弹簧组的位移刚度;Kf为阀杆5 到挡板15之间的位移转换系数(根据凸轮轮廓的 形状及三角形相似原理确定);Fi为波纹管所产 生的输入力;Si为波纹管顶点所产生的输出位移; hi为输入信号使挡板15产生的位移;hf为阀杆5的 行程使挡板15产生的位移;Fs为波纹膜片产生的 推力: • 由图16-3可得出该系统的传递函数为
• 此推力克服压缩弹簧2的反作用力后,使推 杆4向下移动。推杆下移时,通过反馈连杆 13带动反馈凸轮14绕凸轮轴O顺时针偏转, 从而推动托板18以波纹管19为支点逆时针 转动,于是固定在托板18上的挡板离开喷 嘴16,喷嘴的背压下降,放大器17的输出 压力减小。当输入信号使挡板15所产生的 位移与反馈连杆13动作(即阀杆5的行程)使 挡板15产生的位移相平衡时,推杆便稳定 在一个新的位置上。此位置与输入信号相 对应,即执行机构的行程s与输入压力信号 成比例关系。

⑵气动薄膜执行机构由于配用了阀门定 位器,引入了深度的位移负反馈,因而消 除了执行机构膜片有效面积和弹簧刚度的 变化、薄膜气室的气容以及阀杆摩擦力等 因素对阀位的影响,保证了阀芯按输入信 号精确定位,提高了调节准确度。 • ⑶由于使用了气动功率放大器,增强了 供气能力,因而大大加快了执行机构的动 作速度,改善了调节阀的动态特性。在特 殊情况下还可改变定位器中的反馈凸轮形 状(即改变)来修改调节阀的流量特性,以适 应调节系统的要求。
1 1 AiKiK Ci Cs S(s) W(s) 1 P ( i s) 1 KA K s f Cs
1 KA s K f 1 Cs
(16-1)
Ai Ki W K f Ci
(16-2)
• 式(16-2)所表示的是气动薄膜执行机构与气 动阀门定位器配合使用时的输入气压信号 与输出阀杆位移(或行程)之间的关系。由式 (16-2)可知,该执行机构具有以下几个特性: • ⑴该执行机构可看成是一个比例环节, 其比例系数与波纹管的有效面积和它的位 移刚度、位移转换系数(托板长度)和(凸轮 的几何形状)有关。
• 气动阀门定位器与气动薄膜执行机构配用时, 也能实现正、反作用两种动作方式。正作用方 式就是当输入气压信号增加时,调节机构输出 行程增加(推杆4下移);反之,即 • 为反作用方式。正作用方式要改变成反作用方 式,只需将反馈凸轮反向安装,并将喷嘴从托 板18的左侧移至右侧即可。 • 三、工作特性 • 根据前述分析,若忽略机械系统的惯性及摩擦 影响,则可画出气动阀门定位器与气动薄膜执 行机构配合使用时的方框图,如图16-3所示。
• 图中:1为喷嘴;2为挡板;3为磁钢;4为支点; 5为平衡锤;6为波纹管;7为放大器;8为气阻; 9为调零弹簧;10为可动铁心。
• 来自变送器或调节器的标准电流信号通过 线圈后,产生一个电磁场。此电磁场把可 动铁心磁化,并在磁钢的永久磁场作用下 产生一个电磁力矩,使可动铁心绕支点作 顺时针转动。此时固定在可动铁心上的挡 板便靠近喷嘴,改变了喷嘴和挡板之间的 间隙。喷嘴挡板机构是气动仪表中一种最 基本的变换和放大环节,它能将挡板对于 喷嘴的微小位移灵敏地变换成气压信号。
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