执行机构选型及方法.pdf

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1、 执行机构选型及方法 Jenny was compiled in January 2021 执行机构的比较与选型 执行机构分类 执行机构是一种能提供直线或旋转运动的驱动装置，它利用液体、气体、电力或其它能源并通过电机、气缸或其它装置将其转化成驱动作用并在某种控制信号作用下工作。其基本类型有部分回转(Part-Turn)、多回转(Multi-Turn)及直行程(Linear)三种驱动方式。执行机构的驱动方式主要是气动、电动、液压这三种，液动执行机构也有搭配电动、液压驱动方式，但是其本质和液压没有太大区别。三种驱动方式为执行机构带来的特性不同，在工作性能、造价、使用方便性等方面各有优点，适用于不同

2、的工作场合。各类执行机构工作原理 气动执行机构 气动执行器的执行机构和调节机构是统一的整体，是以压缩气体作为能源，可分为单作用和双作用两种类型：执行器的开关动作都通过气源来驱动执行，叫做DOUBLEACTING(双作用)。SPRINGRETURN(单作用)的开关动作只有开动作是气源驱动，而关动作时弹簧复位。其执行机构有薄膜式、活塞式、拨叉式和齿轮齿条式。活塞式行程长，适用于要求有较大推力的场合；而薄膜式行程较小，只能直接带动阀杆。拨叉式气动执行器具有扭矩大、空间小、扭矩曲线更符合阀门的扭矩曲线等特点，但是不很美观；常用在大扭矩的阀门上。齿轮齿条式气动执行机构有结构简单，动作平稳可靠，并且安全防

3、爆等优点，气动薄膜（有弹簧）执行机构的输出信号是直线位移，输出特性是比例式，即输出位移与输入信号成比例关系。动作原理如下：信号压力，通常为 0.21.0bar 或0.4-2bar，通入薄膜气室时，在薄膜上产生一个推力，使推杆部件移动。与此同时，弹簧被压缩，直到弹簧的反作用力与信号压力在薄膜上产生的力平衡。信号压力越大，在薄膜上产生的推力也越大，则与之平衡的弹簧反力也越大，于是弹簧压缩量也越大即推杆的位移量越大，它与输入薄膜气室信号压力成比例。推杆的位移，即为气动薄膜执行机构的直线输入位移，其输出位移的范围为执行机构的行程 电动执行机构 电动执行机构是电动单元组合式仪表中的执行单元。它是以单相、

4、三相交流或直流电源为动力，接受统一的标准直流信号，通过控制单元驱动电机旋转，带动减速机构运动，从而输出相应的转角位移，操纵风门、挡板等调节机构，可配用各种电动操作器完成调节系统“手动自动”的无扰动切换，及对被调对象的远方手动操作，电动执行机构还设有电气限位和机械限位双重保护来完成自动调节的任务。（电）液动执行机构 电液动执行机构是将电机、油泵、电液伺服阀集成于一体，只要接入电源和控制信号即可工作，而液动执行器和气缸相近，但是比气缸能耐更高的压力，它的工作需要外部的液压系统，工厂中需要配备液压站和输油管路，相比之下，还是电动执行器更方便一些。性能特点及优缺点 执行机构的驱动方式不外乎是气动、电动

5、、液动这三种。这三种方式驱动的执行机构，在工作性能、造价、使用方便性等方面各有优点，适用于不同的工作场合。气动执行机构 执行机构的三种驱动方式中，应用最广的是气动执行机构，这是因为气动执行机构的门槛最低。它的性价比好、使用简单方便、易于维护，对人员技术要求相对较低。另外，气动执行机构的最具防火、防爆优势，安全性最高。适合应用于石化、石油、油品加工等行业。气压传动的优点 1、以空气为工作介质，用后可直接排到大气中，处理方便。与液压传动相比不必设置回收的油箱和管道。2、动作迅速、反应快、维护简单、工作介质清洁，不存在介质变质问题。3、工作环境适应性好，特别是在易燃、易爆、多尘埃、强磁、强振、潮湿、

6、有辐射和温度变化大的恶劣环境中工作时，安全可靠性优于液压、电子和电气机构。4、因空气的粘度很小（约为液压油动力粘度的万分之一），其损失也很小，所以便于集中供气、远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样严重污染环境。5、与液压传动相比，气压传动动作迅速、反应快、维护简单、工作介质清洁，不存在介质变质等问题。6、成本低，过载能自动保护 气压传动的缺点 1、气动执行机构的缺点在于它的控制精度低，不能和电动、液动执行机构相比。这是源于气动执行机构的压缩气体驱动方式，气体的易压缩性，使得气动执行机构缺乏足够的抗偏移性能，因此在控制精度方面缺少竞争力。2、由于空气具有可压缩性，因此工作速度稳定性稍差。但采用气

7、液联动装置会得到较满意的效果。3、因工作压力低（一般为 0.31.0MPa），又因结构尺寸不宜过大，总输出力不宜大于 1040kN。4、噪声较大，在高速排气时要加消声器。5、气动装置中的气信号传递速度在声速以内比电子及光速慢，因此，气动控制系统不宜用于元件级数过多的复杂回路。电动执行机构 电动执行机构近年来的使用率越来越高，电动执行机构表现出其他两种执行机构所不具备的优点。电动执行机构的输出推力大、稳定性高，但同时造价又低于液动执行器，是高性价比的选择。电动执行机构的安装成本也不高，和气动执行机构相比，它的能源更易获取，但是电动执行机构的结构复杂，更容易发生故障，维修难度也比较大，需要有较高技

8、术水平的专业人员操作并维护。电动执行机构比气动执行机构更具优势的地方在于，电动执行机构的输出力更大，控制更精确，运行也更稳定。而且可以无需动力即保持负载。电动执行机构使用电源为动力因此不需要对各种气动管线进行安装和维护，但操作过程中容易出现电火花的问题，在防火、防爆等安全性上就要逊色于其他两种执行机构。随着电子技术的飞速发展，新的技术元器件在电动执行机构上得到广泛应用，对于执行器的功能与性能有了很大的提高，老一代模拟器件正全面被高集成度数字式微处理器所取代，对执行机构的可靠性、可操作性、通信功能、诊断保护功能得到极大的扩展，尤其是近年来交流变频调速，直流无刷电机等在电动执行器的应用，更是将电动

9、执行器技术推向一个全新的高度。电机的调速功能，不仅使执行器的运行速度可由用户根据自己的需要设置，减少了执行器厂家的产品规格，由调速功能衍生出来的如“柔性开启”、“柔性关闭”等功能，则使执行器的性能有了更大的提高。随着电力电子，稀土永磁材料技术的发展，具有更高性价比的直流无刷调速电机也逐步被用于电动执行器。在这些新技术在执行器方面的推广应用上，国外着名的执行器厂家如 AUMA、SIPOS、ABB 算是行业的标杆，国内近几年也有厂家陆续推出自己的同类产品，武汉辰冠科技有限公司在 2008 年第一家将直流无刷电机及变频驱动技术应用到执行器行业后，接着陆续开发了各类执行器电气控制器，均具有智能中文汉显

10、，红外遥控，远程控制信号具备开关量、420ma 或总线控制，可驱动各种单相、三相、24V、220V、380V、交流电机、直流无刷电机，电机控制方式即可电子开关驱动，也可变频调速驱动，电制动功能保证了精确定位，同时提供选配的单圈绝对值编码器、PROFIBUSDP 总线板，逐步打破国外厂家在高新技术方面的垄断，为国内执行器厂家的技术升级换代提供全方位的的技术支持（电）液动执行机构 液动执行机构是以液体驱动，液体有不可压缩的特性，这赋予了液动执行机构很好的抗偏移能力，调节非常稳定。液动执行器的输出推动力要高于气动执行器和电动执行器，且液动执行器的输出力矩可以根据要求进行精确的调整，并将其通过液压仪表

11、反应出来。液动执行器的传动更为平稳可靠，有缓冲无撞击现象，适用于对传动要求较高的工作环境。液动执行器的调节精度高、响应速度快，能实现高精确度控制。液动执行器本身配备有蓄能器，在发生动力故障时，可以进行一次以上的执行操作，减少紧急情况对生产系统造成的破坏和影响，特别适用于长输送管路自动控制。由于使用液压方式驱动，在操作过程中不会出现电动设备常见的打火现象，因此防爆性能要高于电动执行器。工作平稳，冲击、振动和噪音都较小，易于实现频繁的启动、换向，能够完成旋转运动和各种往复运动。操纵简单、调速方便，并能在大的范围内实现无级调速，调速比可达 5000。可实现低速大力矩传动，无需减速装置。液动执行器的工

12、作需要外部的液压系统支持，运行液压执行器要配备液压站和输油管路，这造成液压执行器相对电动执行器和气动执行器来说，一次性投资更大，安装工程量也更多，因此液动执行机构的使用范围最小只有大型的、特殊的工程才会专门建造并使用液动执行机构。，使用场所 执行机构是自动化系统中用于执行系统控制操作信号，并改变操作量的机构，在生产过程中起控制产品质量的作用，因此执行器的工作性能决定了自动化系统的工作水平。就执行机构这三种驱动方式，综合来说，气动执行机构最适宜应用在普通工作场合，它的精确度不高却足以满足日常控制需要，防火防爆场合也多使用气动执行机构，因此在发电、化工、石油等对安全性要求较高的生产行业有着比较普遍的应用。电动执行器输出推力比较大，控制精确度很高，结构相对紧凑，性价比较高，因此在很多场所得到大量使用。但由于电动执行器的运行速度慢、且安全防爆性能不高，因此不能彻底替代另两种执行器。液动执行器多为机电一体化结构，执行器的执行机构与调节机构为统一整体。液动执行器的特点是推力大、防爆性能好，但缺点是体积大、重量高，因此应用范围只局限在一些大型工作场合，例如三峡的船闸就是使用液动执行器。