氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型與功能設(shè)計(jì)
——上海水興閥門有限公司ENG
氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型步驟：
1、選擇氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型
2、推力或力矩（缸徑）
3、行程
4、運(yùn)動(dòng)速度
5、控制方式與故障保護(hù)功能
6、其他配置附件選型
注意：
指導(dǎo)客戶填寫“氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型數(shù)據(jù)表”以獲得客戶的技術(shù)需求信息。
根據(jù)客戶提供的推力/力矩和行程計(jì)算氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的缸徑，再選擇大于計(jì)算結(jié)果的*接近的規(guī)格。
一、選擇氣缸的類型
要求氣缸到達(dá)行程終端無沖擊現(xiàn)象和撞擊噪聲應(yīng)選擇緩沖氣缸；
有橫向負(fù)載，可選帶導(dǎo)桿氣缸；
要求制動(dòng)精度高，應(yīng)選鎖緊氣缸；
不允許活塞桿旋轉(zhuǎn)，可選具有桿不回轉(zhuǎn)功能氣缸；
高溫環(huán)境下需選用耐熱缸；
在有腐蝕環(huán)境下，需選用耐腐蝕氣缸。
在有灰塵等惡劣環(huán)境下，需要活塞桿伸出端安裝防塵罩。
根據(jù)閥門類型，選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型（直行程/角行程）
二、推力或力矩（缸徑）
通常，根據(jù)負(fù)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(jù)不同速度選擇不同的負(fù)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(shè)備笨重，成本提高，又增加耗氣量，浪費(fèi)能源。在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量采用擴(kuò)力機(jī)構(gòu)，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(duì)應(yīng)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(guān)式，這決定彈簧的作用方向。單作用氣缸開關(guān)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(gè)終端狀態(tài)。
氣缸活塞桿受到的軸向負(fù)載力：F= F0 × η
氣缸的負(fù)載率η是指氣缸活塞桿受到的軸向負(fù)載力F與氣缸的理論輸出力F0之比。
η= F / F0 × 100%
負(fù)載率η 的大小選取，與氣缸的動(dòng)作狀態(tài)有關(guān)。
對(duì)靜負(fù)載（如夾緊、低速鉚接等） η≤ 70%
對(duì)氣缸速度在 50~500mm/ 范圍內(nèi)的水平或垂直動(dòng)作， η≤ 50%
對(duì)氣缸速度在 500mm/ 以上至氣缸允許*大運(yùn)動(dòng)速度范圍內(nèi)， η≤ 30%
負(fù)載力是選擇氣缸時(shí)的*要因素。負(fù)載狀況不同，作用在活塞桿軸向的負(fù)載力也不同。負(fù)載力跟負(fù)載狀態(tài)有關(guān)，提升和加緊狀態(tài)F=W。而水平滾動(dòng)和水平滑動(dòng)則F=uW，其中u是摩擦系數(shù)。
三、行程
氣缸的行程與使用的場(chǎng)合和機(jī)構(gòu)的行程有關(guān)，但一般不選滿行程，防止活塞和缸蓋相碰。如用于夾緊機(jī)構(gòu)等，應(yīng)按計(jì)算所需的行程增加10～20㎜的余量。
對(duì)于特別長行程的應(yīng)用需要驗(yàn)算一下活塞桿的強(qiáng)度是否會(huì)產(chǎn)生縱向彎曲。
輸出角行程應(yīng)注意其輸出角度。對(duì)于連桿鉸鏈連接的，可以通過搖臂長度來調(diào)整驅(qū)動(dòng)角度。
四、運(yùn)動(dòng)速度
氣缸運(yùn)動(dòng)速度一般為50～800㎜/s。對(duì)于負(fù)載有變化的情況，為了得到緩慢而平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)速度，可選用帶節(jié)流裝置或氣—液阻尼缸。
選用節(jié)流閥控制氣缸速度需注意：水平安裝的氣缸推動(dòng)負(fù)載時(shí)，推薦用排氣節(jié)流調(diào)速；垂直安裝的氣缸舉升負(fù)載時(shí)，推薦用進(jìn)氣節(jié)流調(diào)速；要求行程末端運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)避免沖擊時(shí)，應(yīng)選用帶緩沖裝置的氣缸。
氣缸活塞的運(yùn)動(dòng)速度主要取決于氣缸輸入壓縮空氣流量、氣缸進(jìn)排氣口大小及導(dǎo)管內(nèi)徑的大小。要求高速運(yùn)動(dòng)應(yīng)取大值。
4.1 流量
氣動(dòng)元件或氣動(dòng)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(guān)，氣動(dòng)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(yùn)動(dòng)的速度，氣動(dòng)回路中所有元件的流通能力必須滿足氣缸運(yùn)動(dòng)所需的流量。通常氣動(dòng)元件的生產(chǎn)商會(huì)在氣動(dòng)元件的技術(shù)資料中注明其流通能力。某些氣動(dòng)產(chǎn)品的流量偏小，無法提高。（如智能定位器）可以通過增設(shè)流量放大器來實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)作。所選的流量放大器的流量應(yīng)滿足系統(tǒng)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(shí)間（s）
D=氣缸直徑（mm）
S=行程（mm）
π=3.14
4.2 流通能力換算關(guān)系
體積流量與Cv值、Kv值 、有效截面積S0之間的關(guān)系：
Q= Cv值 X 984 = Kv值 X 1100
Cv = 1.167 Kv
Cv = S0 ÷ 18
4.3 增設(shè)快排閥提高氣缸速度
如果閥，氣缸，壓力，負(fù)載已選擇，速度的調(diào)節(jié)就依靠流量調(diào)節(jié)閥。
通過調(diào)節(jié)排氣的流量。
兩個(gè)單向節(jié)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(chǎng)合，氣缸速度能夠通過快排閥提升50%
2）速度控制：通過對(duì)排出氣體的節(jié)流控制來對(duì)氣缸的速度進(jìn)行控制。
3）一個(gè)典型的緩沖氣缸在安裝了調(diào)速閥的壓力和速度情況。
五、控制方式與故障保護(hù)功能
控制方式分為調(diào)節(jié)型和開關(guān)型。調(diào)節(jié)型通過定位器實(shí)現(xiàn)，通訊方式為4~20mA、HART或總線式。開關(guān)型通過換向閥實(shí)現(xiàn)，控制信號(hào)和反饋信號(hào)均為開關(guān)量。
氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的三斷保護(hù)指斷電、斷氣、斷信號(hào)。三斷保護(hù)的三種常規(guī)方式：保位、全開、全關(guān)。
在氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的許多應(yīng)用場(chǎng)合中，安全因素通常是需要注意的一個(gè)重要因素。一旦發(fā)生故障現(xiàn)象，執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)立即到達(dá)安全位置。將氣鎖閥安裝固定在氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)出氣口就可實(shí)現(xiàn)這種功能。
六、其他配置附件
根據(jù)客戶的具體要求配置執(zhí)行機(jī)構(gòu)的附件，應(yīng)滿足氣源處理要求、控制信號(hào)、反饋信號(hào)、保護(hù)要求、速度要求、安裝要求、溫度要求等等。應(yīng)和客戶深入溝通確保選型方案滿足客戶的技術(shù)要求。
氣動(dòng)球閥
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