电动、气动、液动执行机构比较

电动、气动、液动执行机构比较

执行机构比较

液动执行器推力最大，现在一般都是机电一体化的，但比较笨重，所以现在很少使用，比如三峡的船阀用的就是液动执行器。

电动执行机构安全防爆性能差，电机动作不够迅速，且在行程受阻或阀杆被扎住时电机容易受损。尽管近年来电动执行器在不断改进并有扩大应用的趋势，但从总体上看不及气动执行机构应用得普遍。

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和活塞式两类。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。由于气动执行机构有结构简单，输出推力大，动作平稳可靠，并且安全防爆等优点，在化工，炼油等对安全要求较高的生产过程中有广泛的应用。

液压、气动机构的工作原理和特点

1.液压机构

液压机构是以液压油为动力源来完成预定运动要求和实现各种机构功能的机构。液压机构与纯机械机构和电力驱动机构相比，主要有以下优点：

（1）在输出同等功率的条件下，机构结构紧凑，体积小、重量轻、惯性小。

（2）工作平稳，冲击、振动和噪音都较小，易于实现频繁的启动、换向，能够完成旋转运动和各种往复运动。

（3）操纵简单、调速方便，并能在大的范围内实现无级调速，调速比可达5000。

（4）可实现低速大力矩传动，无需减速装置。

液压机构的不足之处是：油液的粘性受温度变化的影响大，不宜用于低温和高温的环境中；液压组件的加工和配合要求精度高，加工工艺困难，成本高。

2.气动机构

气动机构是以压缩空气为工作介质来传递动力和控制信号的机构。与液压机构相比有以下优点：

（1）以空气为工作介质，用后可直接排到大气中，处理方便。

（2）动作迅速、反应快、维护简单、工作介质清洁，不存在介质变质问题。

（3）工作环境适应性好，特别是在易燃、易爆、多尘埃、强磁、强振、潮湿、有辐射和温度变化大的恶劣环境中工作时，安全可靠性优于液压、电子和电气机构。

气动机构的不足之处是：由于空气具有可压缩性，因此工作速度稳定性稍差，但采用气液动联动装置会得到较满意的结果；工作压力低（一般为0.3～1.0MPa），难以获得很大的输出力；噪声大，在高速排气时要加消声器。

３气压传动机构

1.气压传动的优点

1）以空气为工作介质，工作介质获得比较容易，用后的空气排到大气中，处理方便，与液压传动相比不必设置回收的油箱和管道。

2）因空气的粘度很小（约为液压油动力粘度的万分之一），其损失也很小，所以便于集中供气、远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样严重污染环境。

3）与液压传动相比，气压传动动作迅速、反应快、维护简单、工作介质清洁，不存在介质变质等问题。

4）工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣工作环境中，比液压、电子、电气控制优越。

5）成本低，过载能自动保护。

2.气压传动的缺点

1）由于空气具有可压缩性，因此工作速度稳定性稍差。但采用气液联动装置会得到较满意的效果。

2）因工作压力低（一般为0.31.0MPa），又因结构尺寸不宜过大，总输出力不宜大于10～40kN。

3）噪声较大，在高速排气时要加消声器。

4）气动装置中的气信号传递速度在声速以内比电子及光速慢，因此，气动控制系统不宜用于元件级数过多的复杂回路。

执行机构的选择

1.执行机构选择的主要考虑因素：

执行机构选择的主要考虑因素是：①可靠性；②经济性；③动作平稳、足够的输出力；④重量外观；⑤结构简单、维护方便。

2.电动执行机构与气动执行机构的选择比较：

（1）气动执行机构简单可靠；

老式电动执行机构可靠性差是它过去的一贯弱点，然而在90年代电子式执行机构的发展彻底解决了这一问题，可以在5~10年内免维修，它的可靠性甚至超过了气动执行机构。正由于此，笔者认为，它将成为下世纪调节阀的主流。

（2）驱动源

气动执行机构的最大不足就是需别设置气源站，增加了费用；电动阀的驱动源随地可取。

（3）价格方面

气动执行机构必须附加阀门定位器，再加上气源，其费用与电动阀不相上下（进口电气阀门定位器与进口电子式执行机构价格相当；国产定位器与国产电动执行器不相上下）。

（4）推力和刚度两者相当。

（5）防火防爆

“气动执行机构+电气阀门定位器”略好于电动执行机构。

3.推荐意见

（1）在可能的情况下，建议选用进口电子式执行机构配国产阀（如全功能超轻型阀），以用于国产化场合、新建项目等。

（2）薄膜执行机构虽存在推力不够、刚度小、尺寸大的缺陷，但其结构简单，所以，目前仍是使用最多的执行机构。但这里我们强调的是最好选用ZHA、ZHB型的精小型薄膜执行机构去代替ZMA、ZMB型的老式薄膜执行机构，以获得更轻的重量、更小的尺寸和大的输出力。

（3）活塞执行机构选择注意方面：①气动薄膜执行机构推力不够时，选用活塞执行机构来提高输出力；对大压差的调节阀（如中压蒸汽切断），当DN≥200时，甚至要选双层活塞执行机构；②对普通调节阀，还可选用活塞执行机构去代替薄膜执行机构，使执行机构的尺寸大大减小，就此观点而言，气动活塞调节阀使用会更多；③对角行程类调节阀，其角行程执行机构，典型的结构是双活塞齿轮齿条转动式。值得强调的是，传统的“直行程活塞执行机构+角铁+曲柄连杆”方式。

液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，1795年英国约瑟夫•布拉曼(JosephBraman,1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质，以水压机的形式将其应用于工业上，诞生了世界上第一台水压机。1905年将工作介质水改为油，又进一步得到改善。

第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用，特别是1920年以后，发展更为迅速。液压元件大约在19世纪末20世纪初的20年间，才开始进入正规的工业生产阶段。1925年维克斯(F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。20世纪初康斯坦丁•尼斯克(G•Constantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究;1910年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。

第二次世界大战(1941-1945)期间,在美国机床中有30%应用了液压传动。应该指出,日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近20多年。在1955年前后,日本迅速发展液压传动,1956年成立了“液压工业会”。近20~30年间，日本液压传动发展之快，居世界领先地位。

液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶用的甲板起重机械（绞车）、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。

液压系统的组成及其作用

一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。

一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿

轮泵、叶片泵和柱塞泵。执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为溢流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。

液压油由叶片泵形成一定的压力，经滤油器、隔爆型电磁换向阀、节流阀、液控单向阀、平衡阀进入液缸下端，使液缸的活塞向上运动，提升重物，液缸上端回油经隔爆型电磁换向阀回到油箱，其额定压力通过溢流阀进行调整，通过压力表观察压力表读数值。

液缸的活塞向下运动（既重物下降）。液压油经防爆型电磁换向阀进入液缸上端，液缸下端回油经平衡阀、液控单向阀、节流阀、隔爆型电磁换向阀回到油箱。为使重物下降平稳，制动安全可靠，在回油路上设置平衡阀，平衡回路、保持压力，使下降速度不受重物而变化,由节流阀调节流量，控制升降速度。为使制动安全可靠，防止意外，增加液控单向阀，即液压锁，保证在液压管线意外爆裂时能安全自锁。安装了超载声控报警器,用以区别超载或设备故障。

通俗点就是：液压压缩液体-液压油来产生能量驱动机械；

气动，利用撞击作用或转动作用产生的空气压力使运动或作功的气动控制阀。

气动技术与其他的传动和控制方式（如机械方式、电气方式、电子方式、液压方式）相比，优点和缺点如下：

气动技术的优点：

1、气动装置结构简单、轻便、安装维护简单。压力等级低、故使用安全。

2、工作介质是取之不尽的空气、空气本身不花钱。排气处理简单，不污染环境，成本低。

3、输出力以及工作速度的调节非常容易。气缸的动作速度一般为

50~500mm/s，比液压和电气方式的动作速度快。

4、可靠性高，使用寿命长。电器元件的有效动作次数约为百万次，而SMC的一般电磁阀的寿命大于3000万次，小型阀超过2亿次。

5、利用空气的压缩性，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。在一定条件下，可使气动装置有自保持能力。

6、全气动控制具有防火、防爆、防潮的能力。与液压方式相比，气动方式可在高温场合使用。

7、由于空气流动损失小，压缩空气可集中供应，远距离输送。

气动技术的缺点：

1、由于空气有压缩性，气缸的动作速度易受负载的变化而变化。采用气液联动方式可以克服这一缺陷。

2、气缸在低速运动时候，由于摩擦力占推力的比例较大，气缸的低速稳定性不如液压缸。

3、虽然在许多应用场合，气缸的输出力能满足工作要求，但其输出力比液压缸小。

液压的优点

与机械传动、电气传动相比，液压传动具有以下优点：

1、液压传动的各种元件，可以根据需要方便、灵活地来布置。

2、重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快。

3、操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：1）。

4、可自动实现过载保护。

5、一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命

长；

6、很容易实现直线运动/

7、很容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。

液压的缺点

1、由于流体流动的阻力和泄露较大，所以效率较低。如果处理不当，泄露不仅污染场地，而且还可能引起火灾和爆炸事故。

2、由于工作性能易受到温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。

3、液压元件的制造精度要求较高，因而价格较贵。

4、由于液体介质的泄露及可压缩性影响，不能得到严格的传动比。

5、液压传动出故障时不易找出原因；使用和维修要求有较高的技术水平。