德國BAR氣動執(zhí)行器的工作原理
　　
　　德國BARGmbh1979年成立于德國西部的工業(yè)城市Dattenberg。BAR從成立之初便致力于工業(yè)領(lǐng)域的氣動執(zhí)行器和電磁閥等相關(guān)氣動元件的研發(fā)和生產(chǎn)，擁有現(xiàn)代化的全自動化工廠和多年的氣動產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng)驗。
　　
　　德國BAR是自控閥門領(lǐng)域的*：
　　
　　1981年，BAR提出利用齒輪齒條的原理，運用雙活塞以及安全彈簧來驅(qū)動執(zhí)行器中軸，這一理念被世界各大廠商效仿并zui終在被廣泛采用。
　　
　　氣動執(zhí)行器
　　
　　氣動執(zhí)行器是用氣壓力驅(qū)動啟閉或調(diào)節(jié)閥門的執(zhí)行裝置，又被稱氣動執(zhí)行機構(gòu)或氣動裝置，不過一般通俗的稱之為氣動頭。
　　
　　氣動執(zhí)行器的執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)是統(tǒng)一的整體，其執(zhí)行機構(gòu)有薄膜式、活塞式、撥叉式和齒輪齒條式。活塞式行程長，適用于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(zhí)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(zhí)行機構(gòu)有結(jié)構(gòu)簡單，動作平穩(wěn)可靠，并且安全防爆等優(yōu)點，在發(fā)電廠、化工，煉油等對安全要求較高的生產(chǎn)過程中有廣泛的應(yīng)用。
　　
　　中文名氣動執(zhí)行器外文名Pneumaticactuators
　　
　　工作原理
　　
　　當(dāng)壓縮空氣從A管咀進入氣動執(zhí)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(zhuǎn)軸上的齒輪逆時針方向轉(zhuǎn)動90度，閥門即被打開。此時氣動執(zhí)行閥兩端的氣體隨B管咀排出。反之，當(dāng)壓縮空氣從B官咀進入氣動執(zhí)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(zhuǎn)軸上的齒輪順時針方向轉(zhuǎn)動90度，閥門即被關(guān)閉。此時氣動執(zhí)行器中間的氣體隨A管咀排出。以上為標(biāo)準(zhǔn)型的傳動原理。根據(jù)用戶需求，氣動執(zhí)行器可裝置成與標(biāo)準(zhǔn)型相反的傳動原理，即選準(zhǔn)軸順時針方向轉(zhuǎn)動為開啟閥門，逆時針方向轉(zhuǎn)動為關(guān)閉閥門。單作用(彈簧復(fù)位型)氣動執(zhí)行器A管咀為進氣口，B管咀為排氣孔(B管咀應(yīng)安裝消聲器)。A管咀進氣為開啟閥門，斷氣時靠彈簧力關(guān)閉閥門。
　　
　　基本構(gòu)成編輯
　　
　　內(nèi)部結(jié)構(gòu)
　　
　　氣動執(zhí)行器的調(diào)節(jié)機構(gòu)的種類和構(gòu)造大致相同，主要是執(zhí)行機構(gòu)不同。因此在氣動執(zhí)行器介紹時分為執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)閥兩部分。氣動執(zhí)行器由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)閥（調(diào)節(jié)機構(gòu)）兩個部分組成。根據(jù)控制信號的大小，產(chǎn)生相應(yīng)的推力，推動調(diào)節(jié)閥動作。調(diào)節(jié)閥是氣動執(zhí)行器的調(diào)節(jié)部分，在執(zhí)行機構(gòu)推力的作用下，調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生一定的位移或轉(zhuǎn)角，直接調(diào)節(jié)流體的流量。
　　
　　1、氣動裝置主要由氣缸、活塞、齒輪軸、端蓋、密封件、螺絲等組成；成套氣動裝置還應(yīng)該包括開度指示、行程限位、電磁閥、定位器、氣動元件、手動機構(gòu)、信號反饋等部件組成。
　　
　　2、氣動裝置與閥門的連接尺寸應(yīng)符合ISO5211(底部)、GB/T12222和GB/T12223的規(guī)定。
　　
　　3、帶手動機構(gòu)的氣動裝置，在氣源中斷時，應(yīng)能用其手動機構(gòu)進行氣動球閥的啟閉操作，面向手輪時，手輪或手柄應(yīng)逆時針旋轉(zhuǎn)為閥開，順時針旋轉(zhuǎn)為閥關(guān)。
　　
　　4、活塞桿端部為內(nèi)、外螺紋時，應(yīng)有標(biāo)準(zhǔn)扳手適用的扳手口。
　　
　　5、活塞的密封圈應(yīng)便于更換與檢修。
　　
　　6、帶緩沖機構(gòu)的氣動裝置，其緩沖機構(gòu)的行程長度可參照《表1》的規(guī)定。
　　
　　7、帶可調(diào)緩沖機構(gòu)的氣動裝置，應(yīng)有缸體外部調(diào)節(jié)其緩沖作用的機構(gòu)。
　　
　　8、氣缸進出氣口的螺紋尺寸應(yīng)符合MANURNORM(附件標(biāo)準(zhǔn))sypv,GB/T7306.1、GB/T7306.2和GB/T7307的規(guī)定。
　　
　　德國BAR氣動執(zhí)行器的工作原理
　　
　　性能編輯
　　
　　1、氣動裝置額定輸出力或力矩應(yīng)符合GB/T12222和GB/T12223的規(guī)定
　　
　　上面為薄膜式執(zhí)行機構(gòu)
　　
　　2、在空載情況下，對氣缸內(nèi)輸入按《表2》規(guī)定的氣壓，其動作應(yīng)平穩(wěn)，無卡阻及爬行現(xiàn)象。
　　
　　3、在0.6MPa的空氣壓力下，氣動裝置啟、閉兩個方向的輸出力矩或推力，其值應(yīng)不小于氣動裝置標(biāo)牌所標(biāo)示的數(shù)值，且動作應(yīng)靈活，不允許各部位出現(xiàn)*變形及其他異常現(xiàn)象。
　　
　　4、密封試驗用zui大工作壓力進行試驗時，從各自背壓一側(cè)泄漏出的空氣量不允許超過(3+0.15D)cm3/min（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）；從端蓋、輸出軸處泄漏出的空氣量不允許超過(3+0.15d)cm3/min。
　　
　　5、強度試驗用1.5倍的zui大工作壓力進行試驗，保持試驗壓力3min后，其缸體端蓋和靜密封部位不允許有滲漏及結(jié)構(gòu)變形。
　　
　　6、動作壽命次數(shù)，氣動裝置模擬氣動閥門動作，在保持兩個方向的輸出力矩或推力能力的情況下，啟閉操作的啟閉次數(shù)應(yīng)不低于50000次（啟—閉循環(huán)為一次）。
　　
　　7、帶緩沖機構(gòu)的氣動裝置，當(dāng)活塞運動到行程終端位置時，不允許出現(xiàn)沖擊現(xiàn)象。
　　
　　外觀編輯
　　
　　1、鑄造氣缸的端蓋、端法蘭、箱體上不得有劃痕、割痕、氣孔、毛刺等。
　　
　　2、氣動裝置外表面涂漆層或化學(xué)處理層應(yīng)平整、光滑、色澤均勻，無油污、壓痕和其他機械損傷。
　　
　　優(yōu)勢編輯
　　
　　1、接受連續(xù)的氣信號，輸出直線位移（加電/氣轉(zhuǎn)換裝置后，也可以接受連續(xù)的電信號），有的配上搖臂后，可輸出角位移。
　　
　　氣動執(zhí)行器
　　
　　2、有正、反作用功能。
　　
　　3、移動速度大，但負(fù)載增加時速度會變慢。
　　
　　4、輸出力與操作壓力有關(guān)。
　　
　　5、可靠性高，但氣源中斷后閥門不能保持（加保位閥后可以保持）。
　　
　　6、不便實現(xiàn)分段控制和程序控制。
　　
　　7、檢修維護簡單，對環(huán)境的適應(yīng)性好。
　　
　　8、輸出功率較大。
　　
　　9、具有防爆功能。
　　
　　緊湊的雙活塞齒輪，齒條式結(jié)構(gòu)，嚙合，效率高，輸出扭矩恒定。
　　
　　鋁制缸體、活塞及端蓋，與同規(guī)格結(jié)構(gòu)的執(zhí)行器相比重量zui輕。
　　
　　缸體為擠壓鋁合金，并經(jīng)硬質(zhì)陽極氧化處理，內(nèi)表面質(zhì)地堅硬，強度，硬度高。采用低摩擦材料制成的滑動軸承，避免了金屬間的相互直接接觸，摩擦系數(shù)低，轉(zhuǎn)動靈活，使用壽命長。
　　
　　氣動執(zhí)行器與閥門安裝、連接尺寸根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ISO5211、DIN3337和VDI/VDE3845進行設(shè)計，可與普通氣動執(zhí)行器互換。
　　
　　氣源孔符合NAMUR標(biāo)準(zhǔn)。
　　
　　氣動執(zhí)行器底部軸裝配孔(符合ISO5211標(biāo)準(zhǔn))成雙四方形，便于帶方桿的閥線性或45°轉(zhuǎn)角安裝。
　　
　　輸出軸的頂部和頂部的孔符合NAMUR標(biāo)準(zhǔn)。
　　
　　兩端的調(diào)整螺釘可調(diào)整閥門的開啟角度。
　　
　　相同規(guī)格的有雙作用式、單作用式(彈簧復(fù)位)。
　　
　　可根據(jù)閥門需要選擇方向，順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)。
　　
　　根據(jù)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(guān)及手動操作裝置。
　　
　　缺點編輯
　　
　　控制精度較低，雙作用的氣動執(zhí)行器，斷氣源后不能回到預(yù)設(shè)位置。單作用的氣動執(zhí)行器，斷氣源后可以依靠彈簧回到預(yù)設(shè)位置
　　
　　分類選型編輯
　　
　　執(zhí)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，適用于不同的場合。氣動執(zhí)行器是執(zhí)行器中的一種類別。氣動執(zhí)行器還可以分為單作用和雙作用兩種類型：執(zhí)行器的開關(guān)動作都通過氣源來驅(qū)動執(zhí)行，叫做DOUBLEACTING(雙作用)。SPRINGRETURN(單
　　
　　作用)的開關(guān)動作只有開動作是氣源驅(qū)動，而關(guān)動作時彈簧復(fù)位。
　　
　　注:本文均以DA/SR系列氣動執(zhí)行機構(gòu)為例，說明執(zhí)行機構(gòu)的選用這個參考資料的目的是幫助客戶正確選擇執(zhí)行機構(gòu)，在把氣動/電動執(zhí)行機構(gòu)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(chǎn)廠家的推薦的安全系數(shù)/根據(jù)操作狀況。*執(zhí)行機構(gòu)的氣源壓力或電源電壓。*執(zhí)行機構(gòu)的類型雙作用或者單作用(彈簧復(fù)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(zhí)行機構(gòu)的轉(zhuǎn)向以及故障模式(故障開或故障關(guān))正確選擇一個執(zhí)行機構(gòu)是非常重要的，如執(zhí)行機構(gòu)過大，閥桿可能受力過大。相反如執(zhí)行機構(gòu)過小，側(cè)不能產(chǎn)生足夠的力矩來充分操作閥門。一般地說，我們認(rèn)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(jù)閥門使用場合，使用溫度，操作頻率，管道和壓差，流動介質(zhì)(潤滑、干燥、泥漿)，許多因素均影響操作力矩
　　
　　球閥的結(jié)構(gòu)原理基本上根據(jù)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(zhuǎn)對流體進行攔截或流過球芯，上游和下游的壓差產(chǎn)生的力使球芯緊靠在下游閥座(浮動球結(jié)構(gòu))。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zui大值發(fā)生在出現(xiàn)壓差且球芯在關(guān)閉位置向打開方向旋轉(zhuǎn)時
　　
　　蝶閥。蝶閥的結(jié)構(gòu)原理基本上根據(jù)固定在軸心的蝶板。在關(guān)閉位置蝶板與閥座*密封,當(dāng)?shù)逍D(zhuǎn)(繞著閥桿)后與流體的流向平行時，閥門處于全開位置。相反當(dāng)?shù)迮c流體的流向垂直時，閥門處于關(guān)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(guān)閉時力矩zui大，微小地旋轉(zhuǎn)后，力矩將明顯減小
　　
　　旋塞閥的結(jié)構(gòu)原理是基本根據(jù)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(xiàn)閥門的開啟和關(guān)閉。操作力矩通常不受流體的壓力影響而是由開啟和關(guān)閉過程中閥座和塞子之間的摩擦所決定的。閥門在關(guān)閉時力矩zui大。由于有受壓力的影響，在余下的操作中始終保持較高的力矩
　　
　　德國BAR氣動執(zhí)行器的工作原理
　　
　　其它相關(guān)編輯
　　
　　雙作用執(zhí)行機構(gòu)
　　
　　雙作用執(zhí)行機構(gòu)的選用以DA系列氣動執(zhí)行機構(gòu)為例。齒輪條式執(zhí)行機構(gòu)的輸出力矩是活塞壓力(氣源壓力所供)乘上節(jié)圓半徑(力臂)所得，且磨擦阻力小效率高。順時針旋轉(zhuǎn)和逆時針旋轉(zhuǎn)時輸出力矩都是線性的。在正常操作條件下，雙作用執(zhí)行機構(gòu)的推薦安全系數(shù)為25-50%
　　
　　單作用執(zhí)行機構(gòu)
　　
　　明精單作用執(zhí)行機構(gòu)的選用以SR系列氣動執(zhí)行機構(gòu)為例在彈簧復(fù)位的應(yīng)用中，輸出力矩是在兩個不同的操作過程中所得，根據(jù)行程位置，每一次操作產(chǎn)生兩個不同的力矩值。彈簧復(fù)位執(zhí)行機構(gòu)的輸出力矩由力(空氣壓力或彈簧作用力)乘上力臂所得*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(zhuǎn)向90度位置，由于彈簧壓縮產(chǎn)生反作用力，力矩從起點時zui大值逐漸遞減直至到第二種狀況：輸出力矩是當(dāng)中腔失氣時彈簧恢復(fù)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，由于彈簧的伸長，輸出力矩從90度逐漸遞減直0度如以上所述，單作用執(zhí)行機構(gòu)是根據(jù)在兩種狀況下產(chǎn)生一個平衡力矩的基礎(chǔ)上設(shè)計而成的。如圖11所示。在每種情況下，通過改變每邊彈簧數(shù)量和氣源壓力的關(guān)系(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復(fù)位應(yīng)用中可獲得兩種狀況：失氣開啟或失氣關(guān)閉。在正常工作條件下，彈簧復(fù)位執(zhí)行機構(gòu)的推薦安全系數(shù)為25-50%
　　
　　彈簧復(fù)位執(zhí)行機構(gòu)的選用示例(同時見技術(shù)數(shù)據(jù)表)：
　　
　　彈簧關(guān)(失氣)
　　
　　*球閥的力矩=80NM
　　
　　*安全系數(shù)(25%)=80NM+25%=100NM
　　
　　*氣源壓力=0.6MPa
　　
　　被選用的SY-SR執(zhí)行機構(gòu)是SR125-05，因為可產(chǎn)生下列數(shù)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
　　
　　與電動執(zhí)行器的比較編輯
　　
　　從技術(shù)性能方面講，氣動執(zhí)行器的優(yōu)勢主要包括以下4個方面：
　　
　　（1）負(fù)載大，可以適應(yīng)高力矩輸出的應(yīng)用。
　　
　　（2）動作迅速、反應(yīng)快。
　　
　　（3）工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射和振動等惡劣工作環(huán)境中，比液壓、電子、電氣控制更*。
　　
　　（4）行程受阻或閥桿被扎住時電機容易受損。
　　
　　而電動執(zhí)行器的優(yōu)勢主要包括：
　　
　　（1）結(jié)構(gòu)緊湊，體積小巧。比起氣動執(zhí)行器，電動執(zhí)行器結(jié)構(gòu)相對簡單，一個基本的電子系統(tǒng)包括執(zhí)行器，三位置DPDT開關(guān)、熔斷器和一些電線，易于裝配。
　　
　　（2）電動執(zhí)行器的驅(qū)動源很靈活，一般車載電源即可滿足需要，而氣動執(zhí)行器需要氣源和壓縮驅(qū)動裝置。
　　
　　（3）電動執(zhí)行器沒有“漏氣”的危險，可靠性高，而空氣的可壓縮性使得氣動執(zhí)行器的穩(wěn)定性稍差。
　　
　　（4）不需要對各種氣動管線進行安裝和維護。
　　
　　（5）可以無需動力即保持負(fù)載，而氣動執(zhí)行器需要持續(xù)不斷的壓力供給。
　　
　　（6）由于不需要額外的壓力裝置，電動執(zhí)行器更加安靜。通常，如果氣動執(zhí)行器在大負(fù)載的情況下，要加裝。
　　
　　（7）在氣動裝置中的通常需要把電信號轉(zhuǎn)化為氣信號，然后再轉(zhuǎn)化為電信號，傳遞速度較慢，不宜用于元件級數(shù)過多的復(fù)雜回路。
　　
　　（8）電動執(zhí)行器在控制的精度方面更勝*。
　　
　　實際上，氣動系統(tǒng)和電動系統(tǒng)并不互相排斥。氣動執(zhí)行器可以簡單的實現(xiàn)快速直線循環(huán)運動，結(jié)構(gòu)簡單，維護便捷，同時可以在各種惡劣工作環(huán)境中使用，如有防爆要求、多粉塵或潮濕的工況。但在作用力快速增大且需要定位的情況下，帶伺服馬達(dá)的電驅(qū)動器具有優(yōu)勢。對于要求、同步運轉(zhuǎn)、可調(diào)節(jié)和規(guī)定的定位編程的應(yīng)用場合，電驅(qū)動器是的選擇，帶閉環(huán)定位控制器的伺服或步進馬達(dá)所組成的電驅(qū)動系統(tǒng)能夠補充氣動系統(tǒng)的不足之處。
　　
　　現(xiàn)代控制中各種系統(tǒng)越來越復(fù)雜、越來越精細(xì)，并不是某種驅(qū)動控制技術(shù)就可滿足系統(tǒng)的多種控制功能。電動執(zhí)行器主要用于需要精密控制的應(yīng)用場合，自動化設(shè)備中柔性化要求在不斷提升，同一設(shè)備往往要求適應(yīng)不同尺寸工件的加工需要，執(zhí)行器需要進行多點定位控制，而且要對執(zhí)行器的運行速度及力矩進行控制或同步跟蹤，這些利用傳統(tǒng)氣動控制是無法實現(xiàn)的，而電動執(zhí)行器就能非常輕松的實現(xiàn)此類控制。由此可見氣動執(zhí)行器比較適用于簡單的運動控制，而電執(zhí)行器則多用于精密運動控制的場合。