氣動執(zhí)行機構(gòu)選型與功能設(shè)計
——上海水興閥門有限公司ENG
氣動執(zhí)行機構(gòu)選型步驟：
1、選擇氣動執(zhí)行機構(gòu)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(dǎo)客戶填寫“氣動執(zhí)行機構(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/力矩和行程計算氣動執(zhí)行機構(gòu)的缸徑，再選擇大于計算結(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；
有橫向負載，可選帶導(dǎo)桿氣缸；
要求制動精度高，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，浪費能源。在夾具設(shè)計時，應(yīng)盡量采用擴力機構(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*小的兩個終端狀態(tài)。
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(tài)有關(guān)。
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(nèi)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(nèi)， 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(tài)有關(guān)，提升和加緊狀態(tài)F=W。而水平滾動和水平滑動則F=uW，其中u是摩擦系數(shù)。
三、行程
氣缸的行程與使用的場合和機構(gòu)的行程有關(guān)，但一般不選滿行程，防止活塞和缸蓋相碰。如用于夾緊機構(gòu)等，應(yīng)按計算所需的行程增加10～20㎜的余量。
對于特別長行程的應(yīng)用需要驗算一下活塞桿的強度是否會產(chǎn)生縱向彎曲。
輸出角行程應(yīng)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(diào)整驅(qū)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(wěn)的運動速度，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負載時，推薦用排氣節(jié)流調(diào)速；垂直安裝的氣缸舉升負載時，推薦用進氣節(jié)流調(diào)速；要求行程末端運動平穩(wěn)避免沖擊時，應(yīng)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(dǎo)管內(nèi)徑的大小。要求高速運動應(yīng)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(guān)，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(chǎn)商會在氣動元件的技術(shù)資料中注明其流通能力。某些氣動產(chǎn)品的流量偏小，無法提高。（如智能定位器）可以通過增設(shè)流量放大器來實現(xiàn)快速動作。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(jié)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(diào)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(diào)節(jié)型和開關(guān)型。調(diào)節(jié)型通過定位器實現(xiàn)，通訊方式為4~20mA、HART或總線式。開關(guān)型通過換向閥實現(xiàn)，控制信號和反饋信號均為開關(guān)量。
氣動執(zhí)行機構(gòu)的三斷保護指斷電、斷氣、斷信號。三斷保護的三種常規(guī)方式：保位、全開、全關(guān)。
在氣動執(zhí)行機構(gòu)的許多應(yīng)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(fā)生故障現(xiàn)象，執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)立即到達安全位置。將氣鎖閥安裝固定在氣動執(zhí)行機構(gòu)進出氣口就可實現(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)行機構(gòu)的附件，應(yīng)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(yīng)和客戶深入溝通確保選型方案滿足客戶的技術(shù)要求。
氣動球閥
氣動球閥
