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气动执行器是将压缩空气或气体的能量转换为调节一个或多个最终控制元件的机械运动的装置。它们通常以高度可靠、高效和安全的运动控制来源而闻名。气动气缸执行器是最受欢迎的工程设备之一。

本文将为您提供有关气动执行器的所有相关信息,它们是什么,它们如何工作,以及气动执行器控制选项。

目录

什么是气动执行器?

根据定义,气动执行器是一种将能量通常以压缩空气的形式转化为机械运动的装置。在各行各业,气动执行器通常有许多不同的名称,包括:气动缸,气动气缸执行机构,气动阀门执行机构,气缸,空气执行机构,所有这些都是相同的装置。

气动执行器被用作自动化控制的一种形式,以帮助减少与系统内部机制的强制性人工交互,这在需要紧急关闭或自动调节的情况下特别有用。

它们通常由活塞、气缸和阀门或端口组成,因此气动执行器能够将能量转换为线性或旋转机械运动,这取决于应用程序是使用气动旋转执行器还是气动线性执行器。

气动线性执行器适用于安装角座控制阀,用于高温和蒸汽应用,而旋转气动执行器更适用于安装四分之一转阀门,这取决于应用的规格。

气动执行器最重要的特点之一是控制器。可在气动执行器中添加控制器,仅用于根据机器操作人员的要求定位阀门。控制器的工作原理是向定位器发送信号,指示阀门应该位于何处。

由于这些控制器是预先编程来保持阀门的某个位置,它们在被控变量相对于阀门的设定值发生任何变化时迅速进行调整。

气动执行器的好处

选择气动执行器而不是电动执行器的主要好处是它们通常更可靠,使用更安全。气动与电动执行器比较容易,气动气缸执行器不需要点火或电力,这使得这些设备在停车和燃烧不被容忍的地方非常受欢迎。

气动执行器存储压缩空气,并再次有效地使用它,而没有火灾的风险。最重要的是,它们非常耐用,可以减少维护其性能所需的成本。您需要进行的维护越少,产品生命周期就越长,因此您将获得更大的输出。当然,进行预防性保养总是好的,要多了解我们的空压机维修-如何指导-预防性和持续性

气动执行器通常价格实惠,用户友好,往往有一个简单的结构。然而,它们可能非常吵闹,而且它们的位置通常很难控制。因此,在进行投资之前,在所需的应用环境中权衡气动执行器的优缺点是很重要的。

气动执行器是如何工作的?

气动执行器在很大程度上依赖于进入压力形成的腔室的加压气体或压缩空气的存在。当积累的压力与腔室外的大气压力相比超过所需水平时,活塞或齿轮在直线或圆形机械运动中的受控动力学运动就会产生。

气动执行器通过阀杆在空气压力和弹簧力的帮助下传递能量,这就是为什么它们经常被称为弹簧返回气动执行器。在执行机构的外壳内,两个独立的空气室由橡胶隔膜创建。上腔室从位于执行器外壳顶部的开口接收空气。

位于底部腔室的弹簧将力施加到隔膜上,因此它使上腔室的机械停止停止。大约穿过底部腔室的一半,可以发现一个连接到阀杆的局部位置指示器,它指示阀门的位置。

位于上腔的波动气压是控制指示器的因素。定位装置非常复杂。控制阀的输入连接、送风连接、送风输入连接、送风出风口连接和反馈连接是外观上的部件。

舱室内部的特点是一系列精心设计的航空公司,联系,阀门,必要的调整,和电换能器。如果空气缺乏,弹簧会持续保持阀门打开。随着空气供应的增加,对隔膜施加更多的力,这将超过弹簧的力,因此,随后使阀门关闭。

阀门的位置通常取决于有多少空气供应到机器的顶部室。一旦达到所需的位置,阀门就固定在位置上,空气压力停止变化。

一个典型的执行器利用这种外部压缩力(空气或气体)沿着中空圆筒的内部移动活塞,并增加压力。然后,这个压力产生一个相对于活塞压差乘以其表面积的线性力,然后用来沿直线移动负载。

气动线性压力执行器已经使用了几十年,但近年来对其膜片设计和密封能力的改进极大地提高了该技术的效率和功能范围。

旋转气动执行器与线性设计的不同之处在于,它们产生的扭矩与线性设计的线性运动相反。这可以很容易地通过将活塞的线性运动转移到旋转部件,或反之亦然。

气动执行器应用

气动执行器非常适合各种各样的应用类型,服务于众多行业中的许多不同领域。除了快速、经济、可靠之外,气动执行器也比其他解决方案更清洁、更安全,这使它们成为制造、包装、码垛、物料搬运、食品和饮料等更多应用的理想选择。

气动执行器的一些最常见的应用包括:

  • 空气压缩机
  • 航空
  • 生物技术
  • 可燃汽车发动机
  • 食品加工
  • 提升,推,旋转和移动设备
  • 材料处理
  • 包装及生产机械
  • 制药
  • 铁路应用程序

气动执行器的类型

为了能够提供如此广泛的应用和行业,各种气动执行器是非常通用的。它们的范围从紧凑的小型气动执行器,用于小型处理应用,到大型执行器设计,用于最强大的工作。他们甚至有无杆设计,提供行程长度像传统气缸,提供更小的占地面积。

每一种执行器类型及其变体根据其服务的应用提供了独特的特性和优势。让我们仔细看看一些最常见和专门化的类型:

  • 波纹管(专业)
  • 柔性隔膜气缸(专用)
  • 叨纸牙(专业)
  • 刀栅缸(专用)
  • 小型和圆形气缸(普通)
  • 型材和拉杆油缸(普通)
  • 齿轮齿条旋转执行器(专用)
  • 无杆汽缸(普通)
  • 旋入式钢瓶(专用)
  • 短行程和紧凑气缸(通用)
  • 叶片式旋转驱动器(普通)

让我们更详细地看看每一个!

波纹管气动气缸执行机构

风箱是一种无杆气动执行机构,能够在较小的安装空间内提供高的力。与传统的气动气缸相比,他们有一个令人印象深刻的低维护要求,因为他们没有机械活动部件。

弯曲波纹管是最受欢迎的变体,具有波纹天然橡胶主体,帮助产品吸收振动,冲击和噪声,使其非常适合这些隔离应用。它们也可以用于包括张紧、提升和压紧的应用。

柔性膜片气动气缸执行器

柔性隔膜气缸几乎是无摩擦的,可以在低压力下驱动,以提供精确的力平衡,特别是在精细调节系统中。

夹持式气动气缸执行器

夹持式气动气缸执行机构提供平行或角度运动,这使得它们通常用于工作保持,拾取和放置,和机械臂应用。

刀门气动气缸执行器

刀栅气动气缸执行器通常是专门为自动化而设计的刀闸阀通常存在于电力、废水、采矿和矿物加工、纸浆和造纸以及化工行业。

迷你和圆体气动气缸执行器

迷你和圆体气缸有广泛的尺寸、强度和各种性能,这使它们成为各种应用的优秀解决方案。这些类型的气动执行器以其重量轻、高度可定制、价格实惠和无限可调的力控制而闻名。这使他们的理想应用,如小型处理和食品行业。

它们基本上是不可修复的,但这些钢瓶通常会有铝或聚合物端盖卷曲到不锈钢管。这使得它们成为一个非常有吸引力的,受欢迎的,具有成本效益的解决方案,用于基本的推和定位应用。

一些型号甚至可能采用全不锈钢结构,以承受任何潜在的腐蚀性或腐蚀性环境。卫生的设计有一个干净和光滑的表面,也可以防止污垢或细菌的积累,在需要严格清洁的应用程序。

型材和拉杆气动气缸执行器

型材和拉杆气动气缸执行机构是经过充分验证的通用解决方案,即使在要求高力和长行程长度的应用中,也能够提供精度和调节力。

这些设计是众所周知的坚固、可靠和高度可配置的,并经常用于一般自动化应用程序。为了满足广泛的应用、需求和预算,它们也有多种设计可供选择。

型材和拉杆气动气缸通常按照NFPA和ISO尺寸标准制造,以简化安装和世界范围内的互换性,并可在铝,钢和不锈钢结构。

齿条和小齿轮旋转气动气缸执行器

齿条-小齿轮旋转气动气缸执行器通常由一个活塞和齿条组成,它们线性移动,使小齿轮和输出轴旋转。在大多数情况下,它们通常用于打开和关闭阀门或阻尼器,同时提供高扭矩和可调旋转角度。

想象一个标准的双作用气缸。现在,拆下活塞杆,在缸筒内再加一个活塞。两个活塞之间有一个齿条,齿条与位于汽缸中心的小齿轮相交。当压缩空气在气缸的端盖交替地流入一个空穴,然后流入另一个空穴时,活塞和齿条就会来回移动。

扶轮致动器
扶轮致动器

齿条上的齿与小齿轮上的齿相啮合,在齿条运动时给小齿轮一个旋转运动。小齿轮连接到凸出气缸一侧的轴上,瞧,你就有了一个齿条-小齿轮旋转驱动器。

根据油缸筒和相应齿条的长度,这种类型的旋转执行器可以向轴、臂和工具提供从0度到任何可能需要的应用。缸筒越长,轴的旋转越大。

无杆气动气缸执行器

无杆气动气缸执行机构没有活塞杆,像其他类型。与传统油缸相比,这消除了油杆弯曲或屈曲的风险。无杆设计在很小的空间内提供了高功能和驱动力,并在广泛的尺寸和设计中可用,使其成为自动化处理技术的基础。

许多无杆气缸结合了某种形式的负载引导功能,如气缸内的滑动轴承或带有转轮块的外部轨道,以帮助承受高重复性精度的重载。一些设计甚至可能采用椭圆形活塞,能够提供必要的巨大阻力的侧负荷和低整体高度的设计。

这些类型的气动气缸的常见应用范围从简单的物料流到开门器,从切割和驱动过程到涉及轻到重负载的物料处理应用。

旋入式气动气缸执行器

螺杆式气动气缸执行机构主要用于张紧和定位小部件,由于他们的螺纹设计,因此,他们可以直接安装到工作环境,而不占用太多空间。

短行程和紧凑型气动气缸执行器

短行程和紧凑的气动气缸执行机构比典型的标准气缸短50%或60%,但提供相同的集中动力,精度和可靠性,这是必要的。

它们紧凑的尺寸使它们能够完美地适应几乎任何有限的安装空间机器环境,使它们非常适合于制造、包装、码垛、半导体和机器人等应用。短行程和紧凑的气动气缸执行机构易于安装,可在单作用和双作用气动执行机构模型以及非旋转版本。

叶片式旋转执行器

叶片式使用类似于空气工具或空气马达的技术和概念。压缩空气从控制阀通过管道流入执行器的叶片外壳中的两个机场之一。当压缩空气移动到叶片驱动器,它试图从高压流向大气-在这样做,它旋转的叶片在外壳内,并赋予旋转运动的轴。

扶轮致动器
扶轮致动器

叶片式旋转执行器通常是双作用的。压缩空气交替流向壳体内的两个空穴之一,当控制阀向一个方向移动时,提供向另一个方向的旋转运动,当控制阀向后移动时,空气流入另一个空穴时,提供向另一个方向的旋转运动。

为了选择具有足够力的执行器,计算旋转执行器要移动的负载的转动惯量是很重要的。这涉及到计算负载的质量分布,因为它移动在一个不断变化的距离,从执行器轴的轴。

例如,1公斤的负荷轴向放置在轴将需要一定的力旋转它。同样的载荷,如果从轴的中心切向放置,将需要更大的力来移动和停止它。

当涉及到确定应用程序需要多大的旋转执行器时,我建议您让您的工程师参与其中,或使用从旋转执行器实际制造商获得的图表和指南。现在可以从制造商的网站上在线找到许多关于执行器的支持材料。

在计算中很容易出错,这将导致——最好的情况是——旋转驱动器不会旋转,最坏的情况是,损坏人员或设备。所以请小心!

气动执行机构制造商

我挑选了一些领先的气动执行器制造商:

  • ABB
  • 德国宝得
  • ElectroCraft
  • 爱默生
  • 超运动

ABB

ABB在为苛刻的工业应用设计和提供测试、测量和驱动仪器方面处于世界领先地位。我们提供了一系列经过验证的气动执行器,适用于阻尼器应用,附加功能适合于广泛的最终控制元件。

ABB联系详情

ABB
葛莱森博士305号
卡里,
数控27511

电话号码:+1 (203)856-2360
艾凡:(电子邮件保护)

德国宝得

德国宝得是世界领先的液体和气体测量和控制系统制造商之一。

Bürkert联系方式

Bürkert美国公司
霍利-亨特维尔山路11425号
Huntersville,
数控28078

T: +1 (800) 325-1405
艾凡:(电子邮件保护)

Electrocraft

ElectroCraft混合步进式线性执行器解决方案为原始设备制造商提供了各种运动控制定位应用所需的精度、性能和可靠性。

从医疗和实验室设备到工业机械,ElectroCraft在三种独特的产品设计中提供可配置或完全定制的解决方案:线性驱动器(非俘虏),丝杠电机(外部线性),或导向线性驱动器(俘虏)。

电工联系方式

ElectroCraft公司
马林路2号3室
处理,
NH 03885 - 2578
电话号码:+1 (833)392-0390

艾凡:(电子邮件保护)

爱默生

爱默生拥有两个专注于业务的平台,他们的自动化解决方案和商业和住宅解决方案,结合了先进的技术、行业领先的专业知识和对世界永不满足的好奇心,为他们的客户创造可持续的解决方案。

艾默生联系方式

艾默生美国和世界总部
弗洛里森特西街8000号,4100信箱,
密苏里州圣路易斯,63136,
美国

T: +1 (314) 553 2000

超运动

超运动设计和制造精密机电执行器及相关产品,适用于多个行业,包括航空航天、医疗、工业自动化、国防、研究等。我们的专业领域包括极限功率密度,全集成闭环伺服执行器,多转绝对位置传感器,以及具有挑战性的环境,如太空,深海,真空等。

Ultra Motion联系方式

Ultramotion
22355 cr48, #21
纽约,Cutchogue, 11935
T: +1 (888) 321-9178
艾凡:(电子邮件保护)

何时加强气动执行器控制

有几种情况会影响气动执行器的性能,这就需要加强控制。如何控制气缸的位置?不一致的空气压力或变化的有效载荷可以大大改变执行器的工作速度。此外,内部或外部部件和机构的磨损或过期维护也可能对执行器在最佳状态下运行的能力产生影响。

如果是人工操作,就很容易观察设备并在必要时进行调整,但事实并非如此。大多数现代机械设计都是自动化的,有更复杂的顺序和相互作用,需要监测以确定正确的操作。

每当一个行动直接影响到后续行动时,在进行第二步之前,确保第一步的位置已经达到是至关重要的。位置传感器用于执行这一功能,它们让自动化系统在第一步完成的确切时刻进行第二步。这使得即使设备性能和速度随时间变化,也可以保持顺序功能。

许多用户往往会选择监测每一个气动气缸控制阀的动作。大多数气缸都能在伸展或缩回的位置上工作。如果每个情况下都安装了位置开关,您可以配置控制系统,如果气缸没有达到所需的气动气缸位置控制时报警。

它也可以添加更多的开关,能够指示何时执行器到达中途位置。另一个可能的控制增强是系统评估执行器移动到命令位置所需的时间。驱动器的每个运动的名义驱动时间可以在设备设置和调试期间确定。

因此,可以配置气动气缸速度控制系统,使任何动作的时间超过预期,即使他们最终完成,将触发一个警告使用这一关键信息。这允许终端用户在任何即将发生的故障可能导致完全失败之前得到通知。

气动执行器监控注意事项

这不是简单的加强位置控制气缸和监测气缸行程控制,有多个其他的考虑,必须了解。根据要求,执行机构的位置可以在执行机构本身或被驱动设备上感知。在所有可能的情况下,传感器的环保等级(NEMA知识产权)必须适合安装位置。

在执行器上安装传感器是一种经过验证的方法,可以始终应用于整个机器。这里唯一的问题是,他们不会在机械连杆或机构内感到任何故障,因此,设计师将选择在驱动设备上安装位置开关。

许多气动气缸执行机构包括槽或其他设施,以便他们准备接受兼容的位置开关。最常见的样式是t型槽、圆形和燕尾形。有些传感器被配置为与安装带或其他适配器支架一起工作,用于不具备这些功能的应用程序。

正感测装置也要求内部活塞具有磁性。为了表明活塞的存在,从而表明机构,位置开关可以安装在气缸表面的一个或多个位置。

虽然老式的机械簧片开关很容易买到,而且稍微便宜一些,但固态开关提供了一个更现代和可靠的选择,因为它们没有磨损的活动部件。当更关键的是要确定驱动设备的位置时,最好使用传统的在气缸外部的限位开关。这些可以是机械或固态接近类型,每一种都可能需要额外的金属目标或配件来激活它们的开关。

无论位置开关位置如何,具有适当的电气特性是至关重要的。通常使用常开(NO)开关,当检测到位置时关闭。然而,在某些情况下,常闭(NC)可能是更理想的选择。

大多数交换机只配置一种或另一种方式。从电气的角度来看,选择故障安全的逻辑总是明智的。这意味着,如果线路或开关发生故障,设备将以最安全的方式停止。

气动执行机构成本考虑

传感元素总是值得投资的,特别是在关键应用程序需要它们时。然而,在一个基本的气缸两端增加开关的成本可能等于气缸本身的成本。增加传感元件将产生物质和劳动力影响的连锁反应。

开关部件的选择必须与精确的物理传感器需求和拟议控制系统的电气特性相匹配。机械和电气接线图上的传感器必须由设计者提供。在安装过程中,电工必须安装现场布线,并确保仔细布线,以适应任何潜在的运动。

每个执行器在启动时必须在其范围内运行,技术人员必须相应地调整位置开关。执行器自动化有可能极大地帮助操作和维护人员,特别是当系统配置了足够的诊断功能,以指出前面所述的故障时。

这样做的唯一问题是,传感元素可能会导致额外的维护问题,因为它们可能会失效或偏离调整范围。成本考虑的底线是,气缸位置控制和监测元件是有价值的补充,但引入了一定的成本,必须考虑和权衡预期效益。

气动执行器混合方法

为了帮助控制成本,设计师通常会采用一种更加混合的方法来指定执行器控制,特别是在开发将大量生产的系统或子系统时。当一件设备第一次进行开发时,工程师通常会过度指定仪器仪表,导致传感器被放置在所有可能的位置。

当系统处于原型模式时,这将允许他们使用自动化平台跟踪周期时间和其他操作参数,然后微调操作,调整计时,并排除任何潜在的问题。

一旦机器按预期运行,设计师就有可能准确评估特定操作和维护所需的位置开关。在这个非常有价值的阶段,所有不必要的元素都可以被移除,以降低成本,同时仍然提供所需的仪表,以实现理想的安全可靠的运行。

气动执行器是许多不同类型机器的重要部件。无论是手动控制还是作为自动化系统的一部分操作,都有许多原因需要监视执行器位置,并将这些考虑因素和信息集成到控制方案中。必须仔细注意所需的物理和电气特性,这将帮助设计师选择适合任何应用的最佳产品。

FAQs(常见问题)

气动执行器有哪些类型?

最常见的气动执行机构类型包括迷你和圆体气缸,型材和拉杆气缸,无杆气缸,沿短行程和紧凑气缸。每一种执行器类型及其变体根据其服务的应用提供了独特的特性和优势。也有一些专门的气动执行器,如夹持器!

气动执行器的基本控制方法是什么?

气动执行器在很大程度上依赖于进入压力形成的腔室的加压气体或压缩空气的存在。控制气动执行器的一种基本方法是控制活塞或齿轮在直线或圆形机械运动中的运动,当累积压力超过所需的水平时,与腔室外的大气压力形成对比。阀门的位置通常取决于有多少空气供应到机器的顶部室。一旦达到所需的位置,阀门就固定在位置上,空气压力停止变化。

你能控制气缸的速度吗?

如果你想要控制气缸的速度,最有效的方法是使用速度控制阀或流量控制阀来改变气缸排气口的流量。为了调节速度,必须控制空气的流量,而调节气缸的力应该通过控制压力来处理。虽然调节压力可能对速度有影响,但不建议用这种方法来控制速度。

如何控制双作用气缸?

控制双作用气缸的最佳方法是使用一个5口阀。这些类型的阀门允许双作用气动气缸增压和排气在气缸的两侧进行伸展和收缩。

气动控制是如何工作的?

气动执行器通常依赖于某种形式的加压气体或压缩空气进入一个有压力的腔室。一旦该压力超过所需的压力水平相对于大气压室外,它创造了一个活塞或齿轮控制运动的运动,可定向在直线或圆形的机械运动,这取决于气动执行机构的设计。


如果您有任何关于气动执行器的问题,请在下方留言,如果适用,请附上照片,以便有人可以帮助您!