閥門氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分析
1 概述
閥門采用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是關(guān)閉速度較快，當(dāng)力矩較小時(shí)也可以在0.5S以內(nèi)啟閉。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)即使發(fā)生泄漏也不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，其工作環(huán)境適應(yīng)性好，在易燃、易爆、強(qiáng)磁和強(qiáng)輻射等惡劣環(huán)境中也不受影響。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可在斷電、斷油源、斷信號(hào)時(shí)使閥門復(fù)位到一個(gè)事先設(shè)定的安全位置，使閥門所在的系統(tǒng)得到保護(hù)。但是，因一般氣源壓力較低所以執(zhí)行機(jī)構(gòu)較大。由于空氣的可壓縮性，氣動(dòng)的動(dòng)作穩(wěn)定性稍差。
2 類型及應(yīng)用
氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按傳動(dòng)方式可分為齒輪齒條式（圖1）和撥叉式（圖2）。按氣源作用方式可分為單作用式、雙作用式，在單作用式中又可分為氣開式和氣關(guān)式。按氣動(dòng)原理類型可分為調(diào)節(jié)型和開關(guān)型，開關(guān)型中又可分為普通型、快關(guān)（開）型。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)根據(jù)工況的不同需求選用。
氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的A腔通入氣體時(shí)氣壓推動(dòng)活塞壓縮彈簧，同時(shí)齒條推動(dòng)齒輪作逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)閥門開啟，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)A腔的壓力氣體被排出時(shí)彈簧釋能推動(dòng)活塞和齒條帶動(dòng)齒輪順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)閥門關(guān)閉。因?yàn)槭菤鈮菏归y門開啟，所以此種驅(qū)動(dòng)形式也被稱作氣開式。當(dāng)系統(tǒng)中需要閥門在失氣時(shí)關(guān)閉的情況下，可選用此種作用方式。當(dāng)系統(tǒng)中的閥門在失氣時(shí)需要開啟時(shí)，將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的彈簧缸與氣缸左右互換就可實(shí)現(xiàn)。此時(shí)因是氣壓使閥門關(guān)閉，所以此種驅(qū)動(dòng)形式也稱作氣關(guān)式。當(dāng)雙作用式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的A腔通入氣體時(shí)氣壓推動(dòng)活塞齒條齒輪作逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)閥門開啟，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的B腔通入氣體時(shí)氣壓推動(dòng)活塞齒條齒輪作順時(shí)針運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)閥門關(guān)閉。雙作用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)只能實(shí)現(xiàn)失電、失信號(hào)時(shí)閥門恢復(fù)到安全位置或保持原位，在失氣時(shí)不能保證閥門所處位置。但雙作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)與單作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)相比，在輸出相同力矩的情況下體積較小。
撥叉式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣動(dòng)原理與齒輪齒條式相同，但撥叉式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力矩曲線與齒輪齒條式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的力矩曲線不同（圖3）。齒輪齒條式執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的力矩是一個(gè)恒定的值，而撥叉式執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的力矩是一個(gè)曲線，在0°和90°時(shí)其輸出力矩較大。適當(dāng)改變撥叉的中心線與撥叉滑塊導(dǎo)向槽的中心線間的角度Q（圖4）可獲得不同形狀的力矩曲線。
3 氣動(dòng)原理
3.1 普通型
普通型是一種基本的形式，為一個(gè)氣源處理三聯(lián)件組件（包括過濾器、減壓閥和油霧器）和電磁閥（圖5）。當(dāng)閥門需要開啟時(shí)電磁閥帶電氣源通過氣源處理三聯(lián)件經(jīng)過電磁閥進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)的A腔（執(zhí)行機(jī)構(gòu)B腔的氣體經(jīng)電磁閥排入大氣），推動(dòng)活塞左行，閥門實(shí)現(xiàn)開啟。當(dāng)閥門需要關(guān)閉時(shí)電磁閥失電換向，壓力氣體經(jīng)電磁閥后進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)的B腔（執(zhí)行機(jī)構(gòu)A腔的氣體經(jīng)電磁閥排入大氣），推動(dòng)活塞右行，閥門實(shí)現(xiàn)關(guān)閉。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為單作用式時(shí)電磁閥選用兩位三通型。當(dāng)執(zhí)行器為雙作用式時(shí)電磁閥選用兩位五通型，當(dāng)要求閥門失電保位時(shí)電磁閥選用雙電控三位五通型，當(dāng)要求閥門失氣保位時(shí)電磁閥選用雙氣控三位五通型。
3.2 快關(guān)型
當(dāng)閥門要求快速關(guān)閉時(shí)一般采用單作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)�？扉_型氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是在普通型氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)快速排氣閥，用以把A腔中的氣體快速排出，加快了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的關(guān)閉速度（圖6）。當(dāng)閥門需要開啟時(shí)電磁閥帶電，氣體通過氣源處理三聯(lián)件經(jīng)過電磁閥和快速排氣閥進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)的A腔，壓縮彈簧推動(dòng)活塞左行，閥門開啟。當(dāng)閥門需要關(guān)閉時(shí)電磁閥失電換向，氣體被截止，A腔中的氣體在彈簧的壓力下經(jīng)快速排氣閥快速排出，活塞右行閥門快速關(guān)閉。
3.3 調(diào)節(jié)型
調(diào)節(jié)型的氣動(dòng)執(zhí)行器可以接收系統(tǒng)發(fā)出的電流、電壓或氣流信號(hào)（其中電流信號(hào)比較普遍），根據(jù)信號(hào)的大小調(diào)整閥門的開度，并可根據(jù)用戶要求將閥門的開度以信號(hào)的形式反饋給系統(tǒng)形成一個(gè)閉環(huán)控制。將普通型氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的電磁閥換成電－氣定位器或氣－氣定位器執(zhí)行機(jī)構(gòu)就組成了調(diào)節(jié)型氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（圖7）。由于不同廠家的定位器設(shè)定的出廠參數(shù)默認(rèn)值不同，需根據(jù)用戶要求進(jìn)行調(diào)整。
4 設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)注意氣源壓力是否與氣動(dòng)元件的壓力相匹配，以免損傷元器件。選用電磁閥時(shí)注意用戶能夠提供的電源電壓，電壓不匹配，電磁閥不能正常工作，還會(huì)受到損壞。環(huán)境溫度不應(yīng)超過電磁閥的允許使用溫度。定位器前的氣源處理元件不應(yīng)加油霧器，以免損傷定位器。對(duì)于快速開啟或關(guān)閉的執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)在末端設(shè)有緩沖裝置。
5 結(jié)語
氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)造價(jià)低，啟閉速度快，無污染，宜于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，是一種可以滿足不同事故狀態(tài)要求的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，將得到越來越廣泛的應(yīng)用。
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