氣動執行機構

氣動執行機構俗稱氣動頭又稱氣動執行器（英文：Pneumatic actuator ）

執行器按其能源形式分為氣動，電動和液動三大類，它們各有特點，適用於不同的場合。氣動執行器是執行器中的一種類別。

氣動執行器還可以分為單作用和雙作用兩種類型：執行器的開關動作都通過氣源來驅動執行，叫做DOUBLE ACTING (雙作用)。SPRING RETURN (單作用)的開關動作只有開動作是氣源驅動，而關動作是彈簧複位。

氣動執行器的執行機構和調節機構是統一的整體，其執行機構有薄膜式、活塞式、撥叉式和齒輪齒條式。活塞式行程長，適用於要求有較大推力的場合；而薄膜式行程較小，只能直接帶動閥桿。撥叉式氣動執行器具有扭矩大、空間小、扭矩曲線更符合閥門的扭矩曲線等特點，但是不很美觀；常用在大扭矩的閥門上。齒輪齒條式氣動執行機構有結構簡單，動作平穩可靠，並且安全防爆等優點，在發電廠、化工，煉油等對安全要求較高的生產過程中有廣泛的應用。

齒輪齒條式：

活塞式：

氣動執行機構的分類有三種條件：

1：按執行機構工作方式分為：直行程和角行程。

2：按執行機構作用形式分為：單作用和雙作用。

3：按執行機構調節形式分為：調節型和開關型。

1、接受連續的氣信號，輸出直線位移（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。

2、有正、反作用功能。

3、移動速度大，但負載增加時速度會變慢。

4、輸出力與操作壓力有關。

5、可靠性高，但氣源中斷後閥門不能保持（加保位閥后可以保持）。

6、不便實現分段控制和程序控制。

7、檢修維護簡單，對環境的適應性好。

8、輸出功率較大。

9、具有防爆功能。

控制精度較低，雙作用的氣動執行器，斷氣源后不能回到預設位置。單作用的氣動執行器，斷氣源后可以依靠彈簧回到預設位置

當壓縮空氣從A管咀進入氣動執行器時，氣體推動雙活塞向兩端(缸蓋端)直線運動，活塞上的齒條帶動旋轉軸上的齒輪逆時針方向轉動90度，閥門即被打開。此時氣動執行閥兩端的氣體隨B管咀排出。反之，當壓縮空氣從B官咀進入氣動執行器的兩端時，氣體推動雙塞向中間直線運動，活塞上的齒條帶動旋轉軸上的齒輪順時針方向轉動90度，閥門即被關閉。此時氣動執行器中間的氣體隨A管咀排出。以上為標準型的傳動原理。根據用戶需求，氣動執行器可裝置成與標準型相反的傳動原理，即選准軸順時針方向轉動為開啟閥門，逆時針方向轉動為關閉閥門。單作用(彈簧複位型)氣動執行器A管咀為進氣口，B管咀為排氣孔(B管咀應安裝消聲器)。A管咀進氣為開啟閥門，斷氣時靠彈簧力關閉閥門。

緊湊的雙活塞齒輪，齒條式結構，嚙合精確，效率高，輸出扭矩恆定。

鋁製缸體、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，並經硬質陽極氧化處理，內表面質地堅硬，強度，硬度高。採用低摩擦材料製成的滑動軸承，避免了金屬間的相互直接接觸，摩擦係數低，轉動靈活，使用壽命長。

氣動執行器與閥門安裝、連接尺寸根據國際標準ISO5211、DIN3337和VDI/VDE3845進行設計，可與普通氣動執行器互換。

氣源孔符合 NAMUR 標準。

氣動執行器底部軸裝配孔(符合ISO5211標準)成雙四方形，便於帶方桿的閥線性或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的開啟角度。

相同規格的有雙作用式、單作用式(彈簧複位)。

可根據閥門需要選擇方向，順時針或逆時針旋轉。

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

氣動執行器分類

執行器按其能源形式分為氣動，電動和液動三大類，它們各有特點，適用於不同的場合。氣動執行器是執行器中的一種類別。氣動執行器還可以分為單作用和雙作用兩種類型：執行器的開關動作都通過氣源來驅動執行，叫做DOUBLE ACTING (雙作用)。SPRING RETURN (單作用)的開關動作只有開動作是氣源驅動，而關動作時彈簧複位。

氣動執行器的選型

註：本文均以DA/SR系列氣動執行機構為例，說明執行機構的選用這個參考資料的目的是幫助客戶正確選擇執行機構，在把氣動/電動執行機構安裝到閥門之前，必須考慮以下因素。* 閥門的運行力矩加上生產廠家的推薦的安全係數/根據操作狀況。* 執行機構的氣源壓力或電源電壓。* 執行機構的類型雙作用或者單作用(彈簧複位)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(故障開或故障關)正確選擇一個執行機構是非常重要的，如執行機構過大，閥桿可能受力過大。相反如執行機構過小，側不能產生足夠的力矩來充分操作閥門。一般地說，我們認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。根據閥門使用場合，使用溫度，操作頻率，管道和壓差，流動介質(潤滑、乾燥、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拋光球芯(包括通道)包夾在兩個閥座這間(上游和下游)，球心的旋轉對流體進行攔截或流過球芯，上游和下游的壓差產生的力使球芯緊靠在下游閥座(浮動球結構)。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，力矩最大值發生在出現壓差且球芯在關閉位置向打開方向旋轉時

蝶閥。蝶閥的結構原理基本上根據固定在軸心的蝶板。在關閉位置蝶板與閥座完全密封，當蝶板旋轉(繞著閥桿)后與流體的流向平行時，閥門處於全開位置。相反當蝶板與流體的流向垂直時，閥門處於關閉位置。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，同時壓差作用在蝶板上的力也影響操作力矩如閥門在關閉時力矩最大，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。在塞子的一個方向上有一個通道。隨著塞子旋入閥座來實現閥門的開啟和關閉。操作力矩通常不受流體的壓力影響而是由開啟和關閉過程中閥座和塞子之間的摩擦所決定的。閥門在關閉時力矩最大。由於有受壓力的影響，在餘下的操作中始終保持較高的力矩

雙作用執行機構的選用以DA系列氣動執行機構為例

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，順時針旋轉和逆時針旋轉時輸出力矩都是線性的。在正常操作條件下，雙作用執行機構的推薦安全係數為25-50%

單作用執行機構的選用

以SR系列氣動執行機構為例在彈簧複位的應用中，輸出力矩是在兩個不同的操作過程中所得，根據行程位置，每一次操作產生兩個不同的力矩值。彈簧複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度轉向90度位置，由於彈簧壓縮產生反作用力，力矩從起點時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彈簧恢復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，由於彈簧的伸長，輸出力矩從90度逐漸遞減直0度如以上所述，單作用執行機構是根據在兩種狀況下產生一個平衡力矩的基礎上設計而成的。如圖11所示。在每種情況下，通過改變每邊彈簧數量和氣源壓力的關係(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　在彈簧複位應用中可獲得兩種狀況：失氣開啟或失氣關閉。在正常工作條件下，彈簧複位執行機構的推薦安全係數為25-50%

彈簧複位執行機構的選用示例(同時見技術數據表)：

彈簧關(失氣)

*球閥的力矩=80NM

*安全係數(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