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摘 要：本文介绍了针对角行程气动执行器的多项有效增速措施，并优化设计了一种基于液压缓冲器的，具有缓冲功能的新型快速型角行程气动执行器。这种新型快速型角行程气动执行器，有效地解决了普通快速型角行程气动执行器，由于冲击严重而导致所控阀门定位不准，可靠性低，使用寿命短的问题。
关键字：快速型气动执行器 增速措施 缓冲功能 液压缓冲器
在许多工业自动化控制过程中，要求阀门能够快速响应，实现快速关闭或开启，从而达到对阀门所控介质进行快速有效控制的目的，以满足过程控制工况的需要。为了达到快速驱动球阀、蝶阀等部分回转类控制阀的目的，常常会采用快速型角行程气动执行器来控制。但是，随着角行程气动执行器动作速度的加快，就会导致气动执行器和阀门在关位或开位冲击变得十分严重，直接影响气动执行器和阀门的定位精度、使用寿命和运行可靠性，甚至影响自动化控制系统的安全性。采用液压缓冲器和多项增速措施组合，优化设计而成的具有缓冲功能的新型快速型角行程气动执行器，于2013年10月在中核苏阀科技实业股份有限公司实际使用表明，有效地解决了一般快速型角行程气动执行器在开位或关位冲击严重，影响气动执行器和阀门的定位精度、使用寿命和可靠性等问题。
1 角行程气动执行器的增速措施
要实现角行程阀门的快速开启或关闭，往往采用快速型角行程气动执行器来控制。为使角行程气动执行器的动作速度加快，成为快速型角行程气动执行器，可采用以下几方面的增速措施。
1）减小气动执行器运动的摩擦阻力，如采用低摩擦系数的活塞导向环、活塞密封圈，提高气缸体内孔的加工精度，降低其表面粗糙度，选择适宜的密封预压缩量，采用针入度较大（较软）的润滑脂。当活塞速度大于500mm/s时，需使用过滤润滑的压缩空气，以保持良好的润滑状态。
2）在气源设施允许的情况下，适当提高气动执行器的工作气源压力，在执行器的活塞和端盖之间设置预负荷增速弹簧组件。
3）加大气动执行器进气口和排气口的流通面积，在进气口加装增压阀和快速排气阀。
4）减小气动执行器的负载率η
η=F/Fo*100% （1）
式中：η为气动执行器的负载率；F为负载力；Fo为气动执行器的理论输出力。
当活塞运行速度大于500mm/s时，选取负载率（η）≤30%。
2 具有缓冲功能的新型快速型气动执行器总体结构
快速型角行程气动执行器、由于采取了上述有效的增速措施，使气动执行器驱动阀门的速度也随之加快。可在1～2s内就能实现对90°行程阀门的开启或关闭。然而，随着开、关速度的加快，冲击现象就非常严重。为解决这一技术问题而研制的“具有缓冲功能的新型快速型角行程气动执行器”，如图1所示。
1.滑动导杆，2.气缸体，3.活塞臂，4.液压缓冲器，5.活塞圆板，6.压缩弹簧，
7.弹簧导柱，8.端盖，9.限位凸块，10.输出齿轴，11.全关位调节螺栓，
12.中间气口13.全开位调节螺栓，14.齿条，15.边气口
图1 具有缓冲功能的新型快速型角行程气动执行器的主视图
其采用的技术方案是，该执行器包括气缸体及设置在气缸体两端的端盖。气缸体上设有若干气口，气缸体内设有左右2个活塞。在活塞与同侧的端盖之间设有预负荷弹性装置。活塞包括活塞圆板及与活塞圆板一侧外周一体连接的活塞臂。活塞臂上靠近气缸体轴心的一侧设有齿条。左右2个活塞上的齿条其齿面相对且均与输出齿轮轴啮合。左右2个活塞臂上均固定有液压缓冲器，液压缓冲器上的受撞头端部位于一侧活塞的活塞臂悬空端与另一侧活塞的活塞圆板之间。这种在气动执行器中增设液压缓冲器来减少冲击的方法是，在快速型角行程气动执行器内部的活塞臂上安装液压缓冲器，液压缓冲器的受撞头头部伸出活塞臂端面约15mm，当快速移动的活塞彼此接近时，首先接触的是液压缓冲器的受撞头与相对面活塞的一侧平面。由于液压缓冲器的防冲击缓冲功能，从而实现对气动执行器和其所驱动阀门的缓冲保护，使气动执行器既满足快速开或快速关的要求，又不至于损坏气动执行器的限位调整机构和阀门的密封副，最大限度地提高了产品的可靠性和使用寿命。
3 液压缓冲器的设计选型
液压缓冲器，是一种外部缓冲装置。当快速移动的执行器活塞碰撞到液压缓冲器的受撞杆头部时，执行器活塞运动的动能经液压缓冲器转化为热能和油液的弹性能，从而减小了冲击。一般液压缓冲器适合的载荷冲击速度，通常应不大于1000mm/s。而在新型快速型角行程气动执行器设计中，优选了自调式液压缓冲器，其允许的载荷冲击速度可达4000mm/s。
对水平安装的快速型气动执行器而言，液压缓冲器选型步骤如下：
1）根据负载为水平冲击方式，计算液压缓冲器的吸收能量E：
E=mv2/2+F1L （2）
式中：m为活塞的质量；v为撞击速度；F1执行器的推力；L为液压缓冲器的吸收行程。
2）计算冲击物体（活塞）的当量质量Mc：
Mc=2E/v2 （3）
式中：Mc为冲击物体的当量质量；E为液压缓冲器的吸收能量；v为冲击物体（活塞）接触到液压缓冲器瞬时的速度。
当量质量是将冲击物体的全部能量都转化为动能时所相当的质量。
3）根据冲击物体的速度和当量质量，查液压缓冲器选型图选择合适的液压缓冲器。
4）确保吸收行程、冲击速度、使用频度、温度范围、最大允许推力都在选用的液压缓冲器的性能范围之内。
4 结语
综上所述，采用自调式液压缓冲器这种外部缓冲装置，作为新型快速型角行程气动执行器减小冲击现象的技术方案是可行的。采取多项增速措施后的角行程气动执行器，动作速度有了明显提高，气缸直径为210mm的90°角行程气动执行器，驱动蝶阀开或关的时间在1.5s以内。将液压缓冲器和气动执行器多项增速措施组合，优化设计而成的具有缓冲功能的新型快速型角行程气动执行器，经近3年时间的实际使用表明：所控蝶阀定位精确，减缓冲击和减小噪音效果良好，控制速度满足快速开或关的要求。并且工艺成熟，工装齐备，符合成批制造条件。
来源：调节阀信息网
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发表于 2017-3-23 01:47:02
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