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意大利OMAL歐瑪爾氣動執(zhí)行器的工作原理介紹
OMAL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(jī)構(gòu)或氣動裝置，不過一般通俗的稱之為氣動頭。OMAL氣動執(zhí)行器有時還配備一定的輔助裝置。常用的有閥門定位器和手輪機(jī)構(gòu)。閥門定位器的作用是利用反饋原理來改善執(zhí)行器的性能,使執(zhí)行器能按控制器的控制信號,實現(xiàn)準(zhǔn)確的定位。手輪機(jī)構(gòu)的作用是當(dāng)控制系統(tǒng)因停電、停氣、控制器無輸出或執(zhí)行機(jī)構(gòu)失靈時,利用它可以直接操縱控制閥，以維持生產(chǎn)的正常進(jìn)行。
當(dāng)壓縮空氣從A管咀進(jìn)入OMAL氣動執(zhí)行器時，氣體推動雙活塞向兩端(缸蓋端)直線運(yùn)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(jìn)入OMAL氣動執(zhí)行器的兩端時，氣體推動雙塞向中間直線運(yùn)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OMAL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，OMAL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)OMAL氣動執(zhí)行器A管咀為進(jìn)氣口，B管咀為排氣孔(B管咀應(yīng)安裝消聲器)。A管咀進(jìn)氣為開啟閥門，斷氣時靠彈簧力關(guān)閉閥門。
OMAL氣動執(zhí)行器的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的種類和構(gòu)造大致相同，主要是執(zhí)行機(jī)構(gòu)不同。因此在OMAL氣動執(zhí)行器介紹時分為執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)閥兩部分。OMAL氣動執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)閥（調(diào)節(jié)機(jī)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OMAL氣動執(zhí)行器的調(diào)節(jié)部分，在執(zhí)行機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)的氣動裝置，在氣源中斷時，應(yīng)能用其手動機(jī)構(gòu)進(jìn)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(jī)構(gòu)的氣動裝置，其緩沖機(jī)構(gòu)的行程長度可參照《表 1》的規(guī)定。
7、帶可調(diào)緩沖機(jī)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(jī)構(gòu)。
8、氣缸進(jìn)出氣口的螺紋尺寸應(yīng)符合MANUR NORM(附件標(biāo)準(zhǔn)) sypv,GB/T7306.1、GB/T7306.2 和 GB/T7307 的規(guī)定。
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
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、密封試驗用最大工作壓力進(jìn)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(qiáng)度試驗用 1.5 倍的最大工作壓力進(jìn)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(jī)構(gòu)的氣動裝置，當(dāng)活塞運(yùn)動到行程終端位置時，不允許出現(xiàn)沖擊現(xiàn)象。
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(jī)械損傷。
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。
OMAL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(hù)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)，嚙合精確，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)行器相比重量最輕。
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(qiáng)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。
OMAL氣動執(zhí)行器與閥門安裝、連接尺寸根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO5211、DIN3337和VDI/VDE3845進(jìn)行設(shè)計，可與普通OMAL氣動執(zhí)行器互換。
氣源孔符合 NAMUR 標(biāo)準(zhǔn)。
OMAL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。
控制精度較低，雙作用的OMAL氣動執(zhí)行器，斷氣源后不能回到預(yù)設(shè)位置。單作用的OMAL氣動執(zhí)行器，斷氣源后可以依靠彈簧回到預(yù)設(shè)位置
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(diǎn)，適用于不同的場合。OMAL氣動執(zhí)行器是執(zhí)行器中的一種類別。OMAL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DOUBLE ACTING (雙作用)。SPRING RETURN (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(jī)構(gòu)為例，說明執(zhí)行機(jī)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(jī)構(gòu)，在把氣動/電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝到閥門之前，必須考慮以下因素。* 閥門的運(yùn)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(jī)構(gòu)的氣源壓力或電源電壓。* 執(zhí)行機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)是非常重要的，如執(zhí)行機(jī)構(gòu)過大，閥桿可能受力過大。相反如執(zhí)行機(jī)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(jìn)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。力矩最大值發(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)閉時力矩最大，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)閉時力矩最大。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
雙作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)
雙作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選用以DA系列氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)為例。齒輪條式執(zhí)行機(jī)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(jī)構(gòu)的推薦安全系數(shù)為25-50%
單作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)
明精單作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選用以SR系列氣動執(zhí)行機(jī)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(jī)構(gòu)的輸出力矩由力(空氣壓力或彈簧作用力)乘上力臂所得第一種狀況：輸出力矩是由空氣壓力進(jìn)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(diǎn)時最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(jī)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。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(jī)構(gòu)的推薦安全系數(shù)為25-50%
彈簧復(fù)位執(zhí)行機(jī)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(jī)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
從技術(shù)性能方面講，OMAL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(qiáng)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(jī)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OMAL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OMAL氣動執(zhí)行器需要?dú)庠春蛪嚎s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OMAL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(jìn)行安裝和維護(hù)。
（5）可以無需動力即保持負(fù)載，而OMAL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OMAL氣動執(zhí)行器在大負(fù)載的情況下，要加裝消音器。
（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。OMAL氣動執(zhí)行器可以簡單的實現(xiàn)快速直線循環(huán)運(yùn)動，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)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精確定位的情況下，帶伺服馬達(dá)的電驅(qū)動器具有優(yōu)勢。對于要求精確、同步運(yùn)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)動器是選擇，帶閉環(huán)定位控制器的伺服或步進(jìn)馬達(dá)所組成的電驅(qū)動系統(tǒng)能夠補(bǔ)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(jìn)行多點(diǎn)定位控制，而且要對執(zhí)行器的運(yùn)行速度及力矩進(jìn)行精確控制或同步跟蹤，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OMAL氣動執(zhí)行器比較適用于簡單的運(yùn)動控制，而電執(zhí)行器則多用于精密運(yùn)動控制的場合。
