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氣動執行機構選型與功能設計
2018-01-16 08:53:16 來源：“上海水興”ENG
氣動執行機構選型與功能設計——上海水興閥門有限公司ENG氣動執行機構選型步驟：
1、選擇氣動執行機構的類型
2、推力或力矩（缸徑）
3、行程
4、運動速度
5、控制方式與故障保護功能
6、其他配置附件選型
注意：
指導客戶填寫“氣動執行機構選型數據表”以獲得客戶的技術需求信息。
根據客戶提供的推力/力矩和行程計算氣動執行機構的缸徑，再選擇大于計算結果的*接近的規格。一、選擇氣缸的類型
要求氣缸到達行程終端無沖擊現象和撞擊噪聲應選擇緩沖氣缸；
有橫向負載，可選帶導桿氣缸；
要求制動精度高，應選鎖緊氣缸；
不允許活塞桿旋轉，可選具有桿不回轉功能氣缸；
高溫環境下需選用耐熱缸；
在有腐蝕環境下，需選用耐腐蝕氣缸。
在有灰塵等惡劣環境下，需要活塞桿伸出端安裝防塵罩。
根據閥門類型，選擇執行機構的類型（直行程/角行程）二、推力或力矩（缸徑）
通常，根據負載力的大小來確定氣缸輸出的推力和拉力。一般均按外載荷理論平衡條件所需氣缸作用力，根據不同速度選擇不同的負載率，使氣缸輸出力稍有余量。缸徑過小，輸出力不夠，但缸徑過大，使設備笨重，成本提高，又增加耗氣量，浪費能源。在夾具設計時，應盡量采用擴力機構，以減小氣缸的外形尺寸。
理論上氣缸的推力（活塞桿伸出）或者拉力（活塞桿縮回）是由活塞的有效面積和工作壓力的乘積。
推力的有效面積是氣缸的缸徑的全面積D
拉力的有效面積是推力的有效面積D減去活塞桿直徑所對應的面積d
氣缸理論輸出推力：F0=P×（πD2/4）
氣缸理論輸出拉力：F0=P×π（D2-d2）/4
F0=推力（N）
P=工作氣源壓力（0.5Mpa）
D=氣缸直徑（mm）
π=3.14
單作用氣缸需確定氣開式還是氣關式，這決定彈簧的作用方向。單作用氣缸開關方向所需的推力需要分別說明。單作用氣缸的理論輸出力要減去彈簧的力。而彈簧力是隨著活塞的位置變化而逐步變化的。一般只考慮*大和*小的兩個終端狀態。
氣缸活塞桿受到的軸向負載力：F= F0 × η
氣缸的負載率η是指氣缸活塞桿受到的軸向負載力F與氣缸的理論輸出力F0之比。
η= F / F0 × 100%
負載率η 的大小選取，與氣缸的動作狀態有關。
對靜負載（如夾緊、低速鉚接等） η≤ 70%
對氣缸速度在 50~500mm/ 范圍內的水平或垂直動作， η≤ 50%
對氣缸速度在 500mm/ 以上至氣缸允許*大運動速度范圍內， η≤ 30%
負載力是選擇氣缸時的*要因素。負載狀況不同，作用在活塞桿軸向的負載力也不同。負載力跟負載狀態有關，提升和加緊狀態F=W。而水平滾動和水平滑動則F=uW，其中u是摩擦系數。三、行程
氣缸的行程與使用的場合和機構的行程有關，但一般不選滿行程，防止活塞和缸蓋相碰。如用于夾緊機構等，應按計算所需的行程增加10～20㎜的余量。
對于特別長行程的應用需要驗算一下活塞桿的強度是否會產生縱向彎曲。
輸出角行程應注意其輸出角度。對于連桿鉸鏈連接的，可以通過搖臂長度來調整驅動角度。四、運動速度
氣缸運動速度一般為50～800㎜/s。對于負載有變化的情況，為了得到緩慢而平穩的運動速度，可選用帶節流裝置或氣—液阻尼缸。
選用節流閥控制氣缸速度需注意：水平安裝的氣缸推動負載時，推薦用排氣節流調速；垂直安裝的氣缸舉升負載時，推薦用進氣節流調速；要求行程末端運動平穩避免沖擊時，應選用帶緩沖裝置的氣缸。
氣缸活塞的運動速度主要取決于氣缸輸入壓縮空氣流量、氣缸進排氣口大小及導管內徑的大小。要求高速運動應取大值。
4.1 流量
氣動元件或氣動回路都是由各種截面尺寸的管路或閥口組成，其通過的流量與截面積有關，氣動元件和管路的通流能力可以用有效截面積 S0來表示，也可以用流量Q或Cv值、Kv值來表示。
為了保證氣缸運動的速度，氣動回路中所有元件的流通能力必須滿足氣缸運動所需的流量。通常氣動元件的生產商會在氣動元件的技術資料中注明其流通能力。某些氣動產品的流量偏小，無法提高。（如智能定位器）可以通過增設流量放大器來實現快速動作。所選的流量放大器的流量應滿足系統的流量要求。
流量：Q=（p+1）× 60× q / t
其中，q=（πD2/4）× S×10-6
Q=體積流量（L/min）
p=工作氣源壓力（bar）
q=氣缸體積（L）
t=行程時間（s）
D=氣缸直徑（mm）
S=行程（mm）
π=3.14
4.2 流通能力換算關系
體積流量與Cv值、Kv值 、有效截面積S0之間的關系：
Q= Cv值 X 984 = Kv值 X 1100
Cv = 1.167 Kv
Cv = S0 ÷ 18
4.3 增設快排閥提高氣缸速度
如果閥，氣缸，壓力，負載已選擇，速度的調節就依靠流量調節閥。
通過調節排氣的流量。
兩個單向節流閥分別控制活塞桿伸出或者縮回的速度。
1）加速：在一些場合，氣缸速度能夠通過快排閥提升50%
2）速度控制：通過對排出氣體的節流控制來對氣缸的速度進行控制。
3）一個典型的緩沖氣缸在安裝了調速閥的壓力和速度情況。五、控制方式與故障保護功能
控制方式分為調節型和開關型。調節型通過定位器實現，通訊方式為4~20mA、HART或總線式。開關型通過換向閥實現，控制信號和反饋信號均為開關量。
氣動執行機構的三斷保護指斷電、斷氣、斷信號。三斷保護的三種常規方式：保位、全開、全關。
在氣動執行機構的許多應用場合中，安全因素通常是需要注意的一個重要因素。一旦發生故障現象，執行機構應立即到達安全位置。將氣鎖閥安裝固定在氣動執行機構進出氣口就可實現這種功能。六、其他配置附件
根據客戶的具體要求配置執行機構的附件，應滿足氣源處理要求、控制信號、反饋信號、保護要求、速度要求、安裝要求、溫度要求等等。應和客戶深入溝通確保選型方案滿足客戶的技術要求。
氣動球閥
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