第十六章氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

1、第二十章第二十章 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 第二十章第二十章 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 第一節(jié)第一節(jié) 電氣轉(zhuǎn)換器電氣轉(zhuǎn)換器 電氣轉(zhuǎn)換器是將電動(dòng)控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)信電氣轉(zhuǎn)換器是將電動(dòng)控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)號(hào)(420mADC)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)(20100KPa)。通過(guò)它可以組成電氣混合系統(tǒng)。通過(guò)它可以組成電氣混合系統(tǒng)以便發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，擴(kuò)大其使用范圍。例以便發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，擴(kuò)大其使用范圍。例如，電氣轉(zhuǎn)換器可用來(lái)把電動(dòng)調(diào)節(jié)器或如，電氣轉(zhuǎn)換器可用來(lái)把電動(dòng)調(diào)節(jié)器或DCS的輸出信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后用以驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)執(zhí)行的輸出信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后用以驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，或?qū)?lái)自各種電動(dòng)變送器的輸出信號(hào)機(jī)構(gòu)，或?qū)?lái)自各種

2、電動(dòng)變送器的輸出信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后送往氣動(dòng)調(diào)節(jié)器。經(jīng)轉(zhuǎn)換后送往氣動(dòng)調(diào)節(jié)器。 電氣轉(zhuǎn)換器是基于力矩平衡原理進(jìn)行工作電氣轉(zhuǎn)換器是基于力矩平衡原理進(jìn)行工作的。其簡(jiǎn)化原理圖如圖的。其簡(jiǎn)化原理圖如圖16-1所示。所示。 圖中：圖中：1為噴嘴；為噴嘴；2為擋板；為擋板；3為磁鋼；為磁鋼；4為支點(diǎn)；為支點(diǎn)；5為平衡錘；為平衡錘；6為波紋管；為波紋管；7為放大器；為放大器；8為氣阻；為氣阻；9為調(diào)零彈簧；為調(diào)零彈簧；10為可動(dòng)鐵心。為可動(dòng)鐵心。 來(lái)自變送器或調(diào)節(jié)器的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)通過(guò)來(lái)自變送器或調(diào)節(jié)器的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)通過(guò)線圈后，產(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)。此電磁場(chǎng)把可線圈后，產(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)。此電磁場(chǎng)把可動(dòng)鐵心磁化，并在磁鋼的永久磁

3、場(chǎng)作用下動(dòng)鐵心磁化，并在磁鋼的永久磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生一個(gè)電磁力矩，使可動(dòng)鐵心繞支點(diǎn)作產(chǎn)生一個(gè)電磁力矩，使可動(dòng)鐵心繞支點(diǎn)作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)固定在可動(dòng)鐵心上的擋順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)固定在可動(dòng)鐵心上的擋板便靠近噴嘴，改變了噴嘴和擋板之間的板便靠近噴嘴，改變了噴嘴和擋板之間的間隙。噴嘴擋板機(jī)構(gòu)是氣動(dòng)儀表中一種最間隙。噴嘴擋板機(jī)構(gòu)是氣動(dòng)儀表中一種最基本的變換和放大環(huán)節(jié)，它能將擋板對(duì)于基本的變換和放大環(huán)節(jié)，它能將擋板對(duì)于噴嘴的微小位移靈敏地變換成氣壓信號(hào)。噴嘴的微小位移靈敏地變換成氣壓信號(hào)。 氣壓信號(hào)經(jīng)過(guò)氣動(dòng)放大器后產(chǎn)生的輸出壓氣壓信號(hào)經(jīng)過(guò)氣動(dòng)放大器后產(chǎn)生的輸出壓力增大，此壓力反饋到波紋管中，便可在力增大，此壓力

4、反饋到波紋管中，便可在動(dòng)鐵心另一端產(chǎn)生一個(gè)使可動(dòng)鐵心繞支點(diǎn)動(dòng)鐵心另一端產(chǎn)生一個(gè)使可動(dòng)鐵心繞支點(diǎn)作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的反饋力矩，此力矩與線圈作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的反饋力矩，此力矩與線圈產(chǎn)生的電磁力矩相平衡，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。產(chǎn)生的電磁力矩相平衡，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。從而達(dá)到使輸出壓力與輸入電信號(hào)成比例從而達(dá)到使輸出壓力與輸入電信號(hào)成比例地變化。地變化。 第二節(jié)氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)第二節(jié)氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu) 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有薄膜式和活塞式兩大類，并氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有薄膜式和活塞式兩大類，并以薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)用最廣，在電廠氣動(dòng)基地式以薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)用最廣，在電廠氣動(dòng)基地式自動(dòng)控制系統(tǒng)中，常采用這類執(zhí)行機(jī)構(gòu)。氣動(dòng)薄自動(dòng)控制系統(tǒng)中，

5、常采用這類執(zhí)行機(jī)構(gòu)。氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)以清潔、干燥的壓縮空氣為動(dòng)力能源，膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)以清潔、干燥的壓縮空氣為動(dòng)力能源，它接收它接收DCS或調(diào)節(jié)器或人工給定的或調(diào)節(jié)器或人工給定的20100kPa壓力信號(hào)，并將此信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的閥桿位移壓力信號(hào)，并將此信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的閥桿位移(或稱行程或稱行程)，以調(diào)節(jié)閥門、閘門等調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的開，以調(diào)節(jié)閥門、閘門等調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的開度。度。 氣動(dòng)薄膜執(zhí)行器主要由氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制氣動(dòng)薄膜執(zhí)行器主要由氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)閥門定位器機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)閥門定位器(輔助設(shè)備輔助設(shè)備)幾大部分組成，幾大部分組成，如圖如圖16-2所示。所示。 一、氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)一、氣動(dòng)薄膜執(zhí)行

6、機(jī)構(gòu) 氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖16-2中右側(cè)點(diǎn)劃線框內(nèi)中右側(cè)點(diǎn)劃線框內(nèi)的上半部分所示。它的主要工作部件由波紋膜片的上半部分所示。它的主要工作部件由波紋膜片l、壓、壓縮彈簧縮彈簧2和推桿和推桿4組成。當(dāng)壓力信號(hào)組成。當(dāng)壓力信號(hào)(通常是通常是20100kPa)通入薄膜氣室時(shí)，在波紋膜片通入薄膜氣室時(shí)，在波紋膜片1上產(chǎn)生向下的上產(chǎn)生向下的推力。此推力克服壓縮彈簧推力。此推力克服壓縮彈簧2的反作用力后，使推桿的反作用力后，使推桿4產(chǎn)生位移，直至彈簧產(chǎn)生位移，直至彈簧2被壓縮的反作用力與信號(hào)壓力被壓縮的反作用力與信號(hào)壓力在膜片在膜片1上產(chǎn)生的推力相平衡時(shí)為止。顯然，壓力信上產(chǎn)

7、生的推力相平衡時(shí)為止。顯然，壓力信號(hào)越大，向下的推力也越大，與之相平衡的彈簧力也號(hào)越大，向下的推力也越大，與之相平衡的彈簧力也越大，即彈簧的壓縮量也就越大。平衡時(shí)，推桿的位越大，即彈簧的壓縮量也就越大。平衡時(shí)，推桿的位移與輸入壓力信號(hào)的大小成正比關(guān)系。推桿的位移就移與輸入壓力信號(hào)的大小成正比關(guān)系。推桿的位移就是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出，通常稱它為行程。調(diào)節(jié)件是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出，通常稱它為行程。調(diào)節(jié)件3可用可用來(lái)改變壓縮彈簧來(lái)改變壓縮彈簧2的初始?jí)壕o力，從而調(diào)整執(zhí)行機(jī)構(gòu)的初始?jí)壕o力，從而調(diào)整執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作零點(diǎn)。的工作零點(diǎn)。 二、氣動(dòng)閥門定位器二、氣動(dòng)閥門定位器 在執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作條件差而要求調(diào)節(jié)質(zhì)量高在執(zhí)行機(jī)構(gòu)

8、工作條件差而要求調(diào)節(jié)質(zhì)量高的場(chǎng)合，常把氣動(dòng)閥門定位器與氣動(dòng)薄膜的場(chǎng)合，常把氣動(dòng)閥門定位器與氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)配套使用，組成閉環(huán)回路，利用執(zhí)行機(jī)構(gòu)配套使用，組成閉環(huán)回路，利用負(fù)反饋原理來(lái)改善調(diào)節(jié)質(zhì)量，提高靈敏度負(fù)反饋原理來(lái)改善調(diào)節(jié)質(zhì)量，提高靈敏度和穩(wěn)定性，使閥門能按輸入的調(diào)節(jié)信號(hào)準(zhǔn)和穩(wěn)定性，使閥門能按輸入的調(diào)節(jié)信號(hào)準(zhǔn)確地確定自己的開度。確地確定自己的開度。 氣動(dòng)閥門定位器是一個(gè)氣壓氣動(dòng)閥門定位器是一個(gè)氣壓-位移反饋系統(tǒng)，位移反饋系統(tǒng)，它按位移平衡原理進(jìn)行工作，其動(dòng)作過(guò)程它按位移平衡原理進(jìn)行工作，其動(dòng)作過(guò)程如下：當(dāng)來(lái)自調(diào)節(jié)器如下：當(dāng)來(lái)自調(diào)節(jié)器(或定值器或定值器)的氣壓信號(hào)的氣壓信號(hào)增加時(shí)，波紋管增加

9、時(shí)，波紋管19的自由端產(chǎn)生相應(yīng)的推的自由端產(chǎn)生相應(yīng)的推力，推動(dòng)托板力，推動(dòng)托板18以反饋凸輪以反饋凸輪14為支點(diǎn)逆時(shí)為支點(diǎn)逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，使固定在托板針偏轉(zhuǎn)，使固定在托板18上的擋板上的擋板15與噴與噴嘴嘴16之間的距離減小，噴嘴的背壓上升，之間的距離減小，噴嘴的背壓上升，氣動(dòng)放大器氣動(dòng)放大器17的輸出壓力增大。輸入氣動(dòng)的輸出壓力增大。輸入氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣室薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣室A，對(duì)波紋膜片，對(duì)波紋膜片1施加施加向下的推力。向下的推力。 此推力克服壓縮彈簧此推力克服壓縮彈簧2的反作用力后，使推的反作用力后，使推桿桿4向下移動(dòng)。推桿下移時(shí)，通過(guò)反饋連桿向下移動(dòng)。推桿下移時(shí)，通過(guò)反饋連桿13帶動(dòng)反饋

10、凸輪帶動(dòng)反饋凸輪14繞凸輪軸繞凸輪軸O順時(shí)針偏轉(zhuǎn)，順時(shí)針偏轉(zhuǎn)，從而推動(dòng)托板從而推動(dòng)托板18以波紋管以波紋管19為支點(diǎn)逆時(shí)針為支點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，于是固定在托板轉(zhuǎn)動(dòng)，于是固定在托板18上的擋板離開噴上的擋板離開噴嘴嘴16，噴嘴的背壓下降，放大器，噴嘴的背壓下降，放大器17的輸出的輸出壓力減小。當(dāng)輸入信號(hào)使擋板壓力減小。當(dāng)輸入信號(hào)使擋板15所產(chǎn)生的所產(chǎn)生的位移與反饋連桿位移與反饋連桿13動(dòng)作動(dòng)作(即閥桿即閥桿5的行程的行程)使使擋板擋板15產(chǎn)生的位移相平衡時(shí)，推桿便穩(wěn)定產(chǎn)生的位移相平衡時(shí)，推桿便穩(wěn)定在一個(gè)新的位置上。此位置與輸入信號(hào)相在一個(gè)新的位置上。此位置與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程對(duì)應(yīng)，即執(zhí)

11、行機(jī)構(gòu)的行程s與輸入壓力信號(hào)與輸入壓力信號(hào)成比例關(guān)系。成比例關(guān)系。 氣動(dòng)閥門定位器與氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)配用時(shí)，氣動(dòng)閥門定位器與氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)配用時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)正、反作用兩種動(dòng)作方式。正作用方也能實(shí)現(xiàn)正、反作用兩種動(dòng)作方式。正作用方式就是當(dāng)輸入氣壓信號(hào)增加時(shí)，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)輸出式就是當(dāng)輸入氣壓信號(hào)增加時(shí)，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)輸出行程增加行程增加(推桿推桿4下移下移)；反之，即；反之，即 為反作用方式。正作用方式要改變成反作用方為反作用方式。正作用方式要改變成反作用方式，只需將反饋凸輪反向安裝，并將噴嘴從托式，只需將反饋凸輪反向安裝，并將噴嘴從托板板18的左側(cè)移至右側(cè)即可。的左側(cè)移至右側(cè)即可。 三、工作特性三、工作特

12、性 根據(jù)前述分析，若忽略機(jī)械系統(tǒng)的慣性及摩擦根據(jù)前述分析，若忽略機(jī)械系統(tǒng)的慣性及摩擦影響，則可畫出氣動(dòng)閥門定位器與氣動(dòng)薄膜執(zhí)影響，則可畫出氣動(dòng)閥門定位器與氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)配合使用時(shí)的方框圖，如圖行機(jī)構(gòu)配合使用時(shí)的方框圖，如圖16-3所示。所示。圖圖16-3 氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)方框圖氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)方框圖 圖中：圖中：Pi為輸入信號(hào)；為輸入信號(hào)；s為閥桿行程；為閥桿行程；Ai為波紋管為波紋管19的有效面積；的有效面積；Ci為波紋管為波紋管19的位移剛度；的位移剛度；Ki為為波紋管波紋管19的頂點(diǎn)到噴嘴的頂點(diǎn)到噴嘴15之間的位移轉(zhuǎn)換系數(shù)之間的位移轉(zhuǎn)換系數(shù)（根據(jù)三角形相似原理確定）；（根據(jù)三角形相似原

13、理確定）；K為放大器為放大器17的的轉(zhuǎn)換放大系數(shù)；轉(zhuǎn)換放大系數(shù)；As為波紋膜片的有效面積；為波紋膜片的有效面積；Cs為為波紋膜片及壓縮彈簧組的位移剛度；波紋膜片及壓縮彈簧組的位移剛度；Kf為閥桿為閥桿5到擋板到擋板15之間的位移轉(zhuǎn)換系數(shù)（根據(jù)凸輪輪廓的之間的位移轉(zhuǎn)換系數(shù)（根據(jù)凸輪輪廓的形狀及三角形相似原理確定）；形狀及三角形相似原理確定）；Fi為波紋管所產(chǎn)為波紋管所產(chǎn)生的輸入力；生的輸入力；Si為波紋管頂點(diǎn)所產(chǎn)生的輸出位移；為波紋管頂點(diǎn)所產(chǎn)生的輸出位移；hi為輸入信號(hào)使擋板為輸入信號(hào)使擋板15產(chǎn)生的位移；產(chǎn)生的位移；hf為閥桿為閥桿5的的行程使擋板行程使擋板15產(chǎn)生的位移；產(chǎn)生的位移；Fs為波

14、紋膜片產(chǎn)生的為波紋膜片產(chǎn)生的推力：推力： 由圖由圖16-3可得出該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為可得出該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為sfssiiiiC1KKA1C1C1KKAsPsSW(s)）（）（(16-1) 1C1KKAsfsifiiCKKAW (16-2) 式式(16-2)所表示的是氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)與氣所表示的是氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)與氣動(dòng)閥門定位器配合使用時(shí)的輸入氣壓信號(hào)動(dòng)閥門定位器配合使用時(shí)的輸入氣壓信號(hào)與輸出閥桿位移與輸出閥桿位移(或行程或行程)之間的關(guān)系。由式之間的關(guān)系。由式(16-2)可知，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有以下幾個(gè)特性：可知，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有以下幾個(gè)特性： 該執(zhí)行機(jī)構(gòu)可看成是一個(gè)比例環(huán)節(jié)，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)可看成是一個(gè)比

15、例環(huán)節(jié)，其比例系數(shù)與波紋管的有效面積和它的位其比例系數(shù)與波紋管的有效面積和它的位移剛度、位移轉(zhuǎn)換系數(shù)移剛度、位移轉(zhuǎn)換系數(shù)(托板長(zhǎng)度托板長(zhǎng)度)和和(凸輪凸輪的幾何形狀的幾何形狀)有關(guān)。有關(guān)。 氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)由于配用了閥門定氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)由于配用了閥門定位器，引入了深度的位移負(fù)反饋，因而消位器，引入了深度的位移負(fù)反饋，因而消除了執(zhí)行機(jī)構(gòu)膜片有效面積和彈簧剛度的除了執(zhí)行機(jī)構(gòu)膜片有效面積和彈簧剛度的變化、薄膜氣室的氣容以及閥桿摩擦力等變化、薄膜氣室的氣容以及閥桿摩擦力等因素對(duì)閥位的影響，保證了閥芯按輸入信因素對(duì)閥位的影響，保證了閥芯按輸入信號(hào)精確定位，提高了調(diào)節(jié)準(zhǔn)確度。號(hào)精確定位，提高了調(diào)節(jié)準(zhǔn)確度

16、。 由于使用了氣動(dòng)功率放大器，增強(qiáng)了由于使用了氣動(dòng)功率放大器，增強(qiáng)了供氣能力，因而大大加快了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)供氣能力，因而大大加快了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作速度，改善了調(diào)節(jié)閥的動(dòng)態(tài)特性。在特作速度，改善了調(diào)節(jié)閥的動(dòng)態(tài)特性。在特殊情況下還可改變定位器中的反饋凸輪形殊情況下還可改變定位器中的反饋凸輪形狀狀(即改變即改變)來(lái)修改調(diào)節(jié)閥的流量特性，以適來(lái)修改調(diào)節(jié)閥的流量特性，以適應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求。應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求。 第三節(jié)第三節(jié) ZSLD型電信號(hào)氣動(dòng)長(zhǎng)行程執(zhí)行機(jī)型電信號(hào)氣動(dòng)長(zhǎng)行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu) 氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)由氣缸內(nèi)的活塞輸出氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)由氣缸內(nèi)的活塞輸出推力，由于氣缸的允許操作壓力較大，故推力，由于氣缸的允

17、許操作壓力較大，故可獲得較大的推力，并容易制造成長(zhǎng)行程可獲得較大的推力，并容易制造成長(zhǎng)行程的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。所以，氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。所以，氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)特別適用于高靜壓、高差壓及需要較大推特別適用于高靜壓、高差壓及需要較大推力和位移力和位移(轉(zhuǎn)角或直線位移轉(zhuǎn)角或直線位移)的工藝場(chǎng)合，顯的工藝場(chǎng)合，顯然在火電廠中的許多控制系統(tǒng)中，應(yīng)用這然在火電廠中的許多控制系統(tǒng)中，應(yīng)用這類執(zhí)行機(jī)構(gòu)較為合適。類執(zhí)行機(jī)構(gòu)較為合適。 電信號(hào)氣動(dòng)長(zhǎng)行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)是以干燥、清電信號(hào)氣動(dòng)長(zhǎng)行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)是以干燥、清潔的壓縮空氣為動(dòng)力能源的一種電潔的壓縮空氣為動(dòng)力能源的一種電-氣復(fù)合氣復(fù)合式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它可以與式執(zhí)行機(jī)構(gòu)

18、。它可以與DCS或調(diào)節(jié)器配套或調(diào)節(jié)器配套使用，接收使用，接收DCS或調(diào)節(jié)器或人工給定的或調(diào)節(jié)器或人工給定的420mADC輸入信號(hào)，輸出與輸入信號(hào)成比輸入信號(hào)，輸出與輸入信號(hào)成比例的角位移例的角位移(090)，以一定轉(zhuǎn)矩推動(dòng)，以一定轉(zhuǎn)矩推動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(閥門、擋板閥門、擋板)動(dòng)作。為適應(yīng)控制系動(dòng)作。為適應(yīng)控制系統(tǒng)的要求，氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)還具有一些附加統(tǒng)的要求，氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)還具有一些附加功能，如三斷功能，如三斷(斷氣源、斷電源、斷電信號(hào)斷氣源、斷電源、斷電信號(hào))自鎖保護(hù)功能；閥位移電氣遠(yuǎn)傳功能等。自鎖保護(hù)功能；閥位移電氣遠(yuǎn)傳功能等。 電信號(hào)氣動(dòng)長(zhǎng)行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由氣缸、手操機(jī)電信號(hào)氣動(dòng)長(zhǎng)行程執(zhí)行機(jī)

19、構(gòu)主要由氣缸、手操機(jī)構(gòu)、輸出軸、電構(gòu)、輸出軸、電-氣閥門定位器、閥位傳送器、三氣閥門定位器、閥位傳送器、三斷自鎖裝置斷自鎖裝置(自鎖閥、電磁閥、壓力開關(guān)自鎖閥、電磁閥、壓力開關(guān))、切換、切換開關(guān)、平衡閥等部件組成。開關(guān)、平衡閥等部件組成。ZSLD型電信號(hào)氣動(dòng)型電信號(hào)氣動(dòng)長(zhǎng)行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作原理如圖長(zhǎng)行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作原理如圖16-4所示。圖中：所示。圖中：1為氣缸；為氣缸；2為輸出臂；為輸出臂；3為連桿；為連桿；4為副杠桿；為副杠桿；5為為滾輪；滾輪；6為凸輪；為凸輪；7為凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)；為凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)；8為主杠桿；為主杠桿；9為反饋彈簧；為反饋彈簧；10為調(diào)零彈簧；為調(diào)零彈簧；11為主杠桿支點(diǎn)；為

20、主杠桿支點(diǎn)；12為力矩電機(jī)；為力矩電機(jī)；13為平衡彈簧；為平衡彈簧；14為噴嘴；為噴嘴；15為為擋板；擋板；16為放大器；為放大器；17為副杠桿支點(diǎn)；為副杠桿支點(diǎn)；18為兩位為兩位三通電磁閥；三通電磁閥；19為控制閥；為控制閥；20為繼電器；為繼電器；21為開為開關(guān)電路；關(guān)電路；22為氣閥；為氣閥；23為平衡閥；為平衡閥；24為輸出軸。為輸出軸。 一、電一、電-氣閥門定位器氣閥門定位器 電電-氣閥門定位器是電信號(hào)長(zhǎng)行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣閥門定位器是電信號(hào)長(zhǎng)行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一個(gè)重要輔助設(shè)備，氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸?shù)囊粋€(gè)重要輔助設(shè)備，氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出出(角位移角位移)與其輸入電流信號(hào)成比例關(guān)系是與其輸入電流信號(hào)

21、成比例關(guān)系是由閥門定位器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。閥門定位器的輸由閥門定位器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。閥門定位器的輸入信號(hào)為入信號(hào)為420mA直流電流，輸出信號(hào)為直流電流，輸出信號(hào)為20100kPa。因此，電。因此，電-氣閥門定位器相氣閥門定位器相當(dāng)于電當(dāng)于電-氣轉(zhuǎn)換器和氣動(dòng)閥門定位器的組合。氣轉(zhuǎn)換器和氣動(dòng)閥門定位器的組合。 電電-氣閥門定位器按力矩平衡原理進(jìn)行工作。氣閥門定位器按力矩平衡原理進(jìn)行工作。在定位器的主杠桿在定位器的主杠桿8上承受了三個(gè)作用力：上承受了三個(gè)作用力：信號(hào)電流流過(guò)線圈時(shí)，在力矩電機(jī)內(nèi)產(chǎn)信號(hào)電流流過(guò)線圈時(shí)，在力矩電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生與信號(hào)電流成正比的輸出力；反饋彈生與信號(hào)電流成正比的輸出力；反饋彈簧簧9的拉力；調(diào)

22、零彈簧的拉力；調(diào)零彈簧10的拉力。的拉力。 當(dāng)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，上述三個(gè)力對(duì)主當(dāng)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，上述三個(gè)力對(duì)主杠桿支點(diǎn)杠桿支點(diǎn)11的力矩之和等于零。此時(shí)，安的力矩之和等于零。此時(shí)，安裝在主杠桿下端的擋板裝在主杠桿下端的擋板15處于兩個(gè)噴嘴處于兩個(gè)噴嘴14的中間位置，使兩放大器的中間位置，使兩放大器16的輸出壓力相的輸出壓力相等，故氣缸等，故氣缸l的活塞停在與輸入電流相對(duì)應(yīng)的活塞停在與輸入電流相對(duì)應(yīng)的某一位置上。的某一位置上。 當(dāng)輸入電流信號(hào)增加時(shí)，力矩電機(jī)的輸出當(dāng)輸入電流信號(hào)增加時(shí)，力矩電機(jī)的輸出力也增加。假定該力的方向?yàn)橄蜃?，則對(duì)力也增加。假定該力的方向?yàn)橄蜃?，則對(duì)主杠桿產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较?/p>

23、的力矩，使主杠桿主杠桿產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻牧?，使主杠桿8繞支點(diǎn)繞支點(diǎn)11作逆時(shí)針?lè)较虻霓D(zhuǎn)動(dòng)，固定在主作逆時(shí)針?lè)较虻霓D(zhuǎn)動(dòng)，固定在主杠桿杠桿8下端的擋板下端的擋板15靠近右噴嘴而離開左噴靠近右噴嘴而離開左噴嘴，右噴嘴的背壓增加，左噴嘴的背壓下嘴，右噴嘴的背壓增加，左噴嘴的背壓下降。兩個(gè)背壓信號(hào)經(jīng)各自的放大器放大后降。兩個(gè)背壓信號(hào)經(jīng)各自的放大器放大后輸至氣缸輸至氣缸l活塞的上、下側(cè)，使上氣缸的壓活塞的上、下側(cè)，使上氣缸的壓力增加，下氣缸的壓力降低。在上、下氣力增加，下氣缸的壓力降低。在上、下氣缸的壓差作用下，氣缸活塞向下運(yùn)動(dòng)，帶缸的壓差作用下，氣缸活塞向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)輸出臂作逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，輸出軸動(dòng)輸出

24、臂作逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，輸出軸24也也轉(zhuǎn)動(dòng)，這個(gè)角位移被送到控制機(jī)構(gòu)（閥門轉(zhuǎn)動(dòng)，這個(gè)角位移被送到控制機(jī)構(gòu)（閥門或擋板）?；驌醢澹?輸出臂轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)連桿輸出臂轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)連桿3向下移動(dòng)，使凸輪向下移動(dòng)，使凸輪6繞繞支點(diǎn)支點(diǎn)7逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪6推動(dòng)滾輪推動(dòng)滾輪5，使副杠桿，使副杠桿4繞支點(diǎn)繞支點(diǎn)17順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，反饋彈簧順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，反饋彈簧9被拉伸，反饋被拉伸，反饋彈簧對(duì)主杠桿彈簧對(duì)主杠桿8的拉力增加，產(chǎn)生一個(gè)順時(shí)針?lè)降睦υ黾?，產(chǎn)生一個(gè)順時(shí)針?lè)较虻牧刈饔迷谥鞲軛U向的力矩作用在主杠桿8上，主杠桿作順時(shí)針?lè)缴希鞲軛U作順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)反饋彈簧力對(duì)主杠桿所產(chǎn)生的反饋力向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)反饋彈

25、簧力對(duì)主杠桿所產(chǎn)生的反饋力矩與力矩電機(jī)輸出力作用在主杠桿上的力矩相平矩與力矩電機(jī)輸出力作用在主杠桿上的力矩相平衡時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)重新達(dá)到平衡狀態(tài)，但輸出臂衡時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)重新達(dá)到平衡狀態(tài)，但輸出臂（軸）已轉(zhuǎn)動(dòng)了一定的角度。輸出臂的轉(zhuǎn)角與輸（軸）已轉(zhuǎn)動(dòng)了一定的角度。輸出臂的轉(zhuǎn)角與輸入電流信號(hào)的大小相對(duì)應(yīng)，但氣缸活塞兩側(cè)產(chǎn)生入電流信號(hào)的大小相對(duì)應(yīng)，但氣缸活塞兩側(cè)產(chǎn)生的壓差與外負(fù)載相平衡。因此，改變電流信號(hào)的的壓差與外負(fù)載相平衡。因此，改變電流信號(hào)的大小，即可改變輸出臂的轉(zhuǎn)角，它們之間有一一大小，即可改變輸出臂的轉(zhuǎn)角，它們之間有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。當(dāng)輸入電流信號(hào)減小時(shí)，其動(dòng)作過(guò)對(duì)應(yīng)的關(guān)系。當(dāng)輸入電流信號(hào)減小時(shí)

26、，其動(dòng)作過(guò)程與上述情況相反。程與上述情況相反。 由于凸輪繞支點(diǎn)由于凸輪繞支點(diǎn)7的轉(zhuǎn)角與連桿的轉(zhuǎn)角與連桿3的位移之間不是的位移之間不是線性關(guān)系，而是正弦關(guān)系，因此，用正弦凸輪線性關(guān)系，而是正弦關(guān)系，因此，用正弦凸輪6進(jìn)行補(bǔ)償，以使反饋力矩與連桿進(jìn)行補(bǔ)償，以使反饋力矩與連桿3的位移呈線性的位移呈線性關(guān)系，從而使氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出轉(zhuǎn)角與輸入電關(guān)系，從而使氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出轉(zhuǎn)角與輸入電流信號(hào)之間呈線性關(guān)系。流信號(hào)之間呈線性關(guān)系。 氣動(dòng)長(zhǎng)行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有正作用和反作用兩種氣動(dòng)長(zhǎng)行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有正作用和反作用兩種作用方式。正作用方式就是當(dāng)輸入電流信號(hào)增加作用方式。正作用方式就是當(dāng)輸入電流信號(hào)增加時(shí)，輸出臂

27、作順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)；反之，即為反作時(shí)，輸出臂作順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)；反之，即為反作用方式。改變輸入閥門定位器的電流信號(hào)的方向，用方式。改變輸入閥門定位器的電流信號(hào)的方向，就可改變定位器的作用方式，即把正作用方式改就可改變定位器的作用方式，即把正作用方式改成反作用方式或把反作用方式改成正作用方式。成反作用方式或把反作用方式改成正作用方式。 二、手操機(jī)構(gòu)二、手操機(jī)構(gòu) 為了保證自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和操為了保證自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和操作的靈活性，在氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中設(shè)置了手作的靈活性，在氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中設(shè)置了手操機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)動(dòng)手輪可改變輸出軸的轉(zhuǎn)角，操機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)動(dòng)手輪可改變輸出軸的轉(zhuǎn)角，從而改變閥門、擋板等調(diào)節(jié)機(jī)

28、構(gòu)的開度、從而改變閥門、擋板等調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的開度、實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作。實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作。 三、閥位移傳送器三、閥位移傳送器 閥位移傳送器的作用是，將氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥位移傳送器的作用是，將氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出軸的轉(zhuǎn)角位移的輸出軸的轉(zhuǎn)角位移090線性地轉(zhuǎn)換線性地轉(zhuǎn)換成成420mADC信號(hào)，用以指示閥位，并實(shí)信號(hào)，用以指示閥位，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的位置反饋。為此，要求閥位移傳現(xiàn)系統(tǒng)的位置反饋。為此，要求閥位移傳送器具有良好的線性度，以保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)送器具有良好的線性度，以保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出軸緊跟調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)。的輸出軸緊跟調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)。 閥位移傳送器輸出電流與閥位開度之間閥位移傳送器輸出電流與閥位開度之間的關(guān)系與

29、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正、反作用方式相對(duì)的關(guān)系與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正、反作用方式相對(duì)應(yīng)：正作用時(shí)，閥位開度增加，輸出電流應(yīng)：正作用時(shí)，閥位開度增加，輸出電流增加；反作用時(shí)，閥位開度增加，輸出電增加；反作用時(shí)，閥位開度增加，輸出電流減小。正、反作用方式的改變，只需將流減小。正、反作用方式的改變，只需將差動(dòng)變壓器次級(jí)繞組的兩接線端子交換連差動(dòng)變壓器次級(jí)繞組的兩接線端子交換連接，即可實(shí)現(xiàn)。當(dāng)作用方式改變后，必須接，即可實(shí)現(xiàn)。當(dāng)作用方式改變后，必須重新調(diào)整輸出電流的范圍。重新調(diào)整輸出電流的范圍。 四、三斷自鎖裝置四、三斷自鎖裝置 三斷自鎖指的是氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在工作氣三斷自鎖指的是氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在工作氣源中斷、電源中斷、電信號(hào)

30、中斷時(shí)，其輸源中斷、電源中斷、電信號(hào)中斷時(shí)，其輸出臂轉(zhuǎn)角能夠保持在原先的位置上。該自出臂轉(zhuǎn)角能夠保持在原先的位置上。該自鎖裝置采用氣鎖方式，即在自鎖時(shí)，將通鎖裝置采用氣鎖方式，即在自鎖時(shí)，將通往上、下氣缸的氣路切斷，使活塞不能動(dòng)往上、下氣缸的氣路切斷，使活塞不能動(dòng)作，從而達(dá)到自鎖的目的。作，從而達(dá)到自鎖的目的。 三斷自鎖裝置主要由控制閥、氣閥和電磁三斷自鎖裝置主要由控制閥、氣閥和電磁閥等組成。下面分別說(shuō)明該裝置在斷氣源、閥等組成。下面分別說(shuō)明該裝置在斷氣源、斷電源和斷電信號(hào)時(shí)的自鎖原理。斷電源和斷電信號(hào)時(shí)的自鎖原理。 氣源中斷自鎖原理氣源中斷自鎖原理 氣源中斷自鎖裝置由控制閥氣源中斷自鎖裝置由

31、控制閥19和兩個(gè)氣閥和兩個(gè)氣閥2(氣開閥氣開閥)組成。在正常工作狀態(tài)下，控制組成。在正常工作狀態(tài)下，控制閥的膜片硬芯閥的膜片硬芯C在彈簧力和氣室壓力所產(chǎn)生在彈簧力和氣室壓力所產(chǎn)生的集中力作用下處于平衡位置，這時(shí)的集中力作用下處于平衡位置，這時(shí)A閥口閥口關(guān)閉，關(guān)閉，B閥口打開，工作氣源與控制閥氣室閥口打開，工作氣源與控制閥氣室相通，兩個(gè)氣閥相通，兩個(gè)氣閥22因有氣而打開。氣缸因有氣而打開。氣缸1的的活塞位移受電活塞位移受電-氣閥門定位器輸出氣壓信號(hào)氣閥門定位器輸出氣壓信號(hào)的控制。的控制。 當(dāng)氣源壓力下降到某一數(shù)值當(dāng)氣源壓力下降到某一數(shù)值(稱為閉鎖壓力稱為閉鎖壓力)或斷氣源時(shí)，因控制閥氣室壓力減小

32、，對(duì)或斷氣源時(shí)，因控制閥氣室壓力減小，對(duì)膜片所產(chǎn)生的向上集中力減小，膜片硬芯膜片所產(chǎn)生的向上集中力減小，膜片硬芯在上部彈簧力作用下向下移動(dòng)，將在上部彈簧力作用下向下移動(dòng)，將A閥口打閥口打開，開，B閥口關(guān)閉，控制閥氣室與大氣相通，閥口關(guān)閉，控制閥氣室與大氣相通，氣閥氣閥22因斷氣而關(guān)閉。這樣，即切斷了通因斷氣而關(guān)閉。這樣，即切斷了通往上、下氣缸的氣路，使活塞停留在斷氣往上、下氣缸的氣路，使活塞停留在斷氣源前的瞬間位置上，實(shí)現(xiàn)了斷氣源閥位保源前的瞬間位置上，實(shí)現(xiàn)了斷氣源閥位保持持(即自鎖即自鎖)的目的。當(dāng)氣源壓力恢復(fù)時(shí)，該的目的。當(dāng)氣源壓力恢復(fù)時(shí)，該自鎖裝置可自動(dòng)恢復(fù)正常工作。閉鎖壓力自鎖裝置可自

33、動(dòng)恢復(fù)正常工作。閉鎖壓力值的大小可根據(jù)需要用控制閥值的大小可根據(jù)需要用控制閥19上的手動(dòng)上的手動(dòng)旋鈕調(diào)整彈簧的預(yù)緊力來(lái)實(shí)現(xiàn)。旋鈕調(diào)整彈簧的預(yù)緊力來(lái)實(shí)現(xiàn)。 電源中斷自鎖原理電源中斷自鎖原理 在氣源中斷自鎖裝置的基礎(chǔ)上，再設(shè)置一在氣源中斷自鎖裝置的基礎(chǔ)上，再設(shè)置一個(gè)兩位三通電磁閥個(gè)兩位三通電磁閥18，即可實(shí)現(xiàn)斷電源自，即可實(shí)現(xiàn)斷電源自鎖。正常供電情況下，電磁閥鎖。正常供電情況下，電磁閥l的閥口的閥口l與與2相通，閥口相通，閥口l與與3和和2與與3均不通，此時(shí)氣源均不通，此時(shí)氣源經(jīng)電磁閥輸至控制閥。斷電源時(shí)，電磁閥經(jīng)電磁閥輸至控制閥。斷電源時(shí)，電磁閥動(dòng)作，使閥口動(dòng)作，使閥口1與與3和和1與與2均不通

34、，閥口均不通，閥口2與與3相通。因閥口相通。因閥口3通大氣，故控制閥的氣源通大氣，故控制閥的氣源壓力降到零，相當(dāng)于氣源中斷而自鎖，即壓力降到零，相當(dāng)于氣源中斷而自鎖，即實(shí)現(xiàn)了斷電源自鎖的保護(hù)作用。實(shí)現(xiàn)了斷電源自鎖的保護(hù)作用。 電信號(hào)中斷自鎖原理電信號(hào)中斷自鎖原理 在電源信號(hào)回路中串聯(lián)電阻在電源信號(hào)回路中串聯(lián)電阻R1，信號(hào)電流，信號(hào)電流在在R1上的電壓降作為開關(guān)信號(hào)的輸入電壓。上的電壓降作為開關(guān)信號(hào)的輸入電壓。在正常情況下，在正常情況下，R1上的電壓較大，繼電器上的電壓較大，繼電器J激勵(lì)，常開觸點(diǎn)激勵(lì)，常開觸點(diǎn)K閉合，兩位三通電磁閥閉合，兩位三通電磁閥18的閥口的閥口1與與2相通，閥口相通，閥口l與與3和和2與與3均不通，均不通，氣源經(jīng)電磁閥輸至控制閥。當(dāng)電信號(hào)中斷氣源經(jīng)電磁閥輸至控制閥。當(dāng)電信號(hào)中斷時(shí)，時(shí)，R1上的電壓降為零，繼電器上的電壓降為零，繼電器J失電，常失電，常開觸點(diǎn)開觸點(diǎn)K斷開，電磁閥的電源被切斷，此時(shí)斷開，電磁閥的電源被切斷，此時(shí)相當(dāng)于電源中斷而自鎖。此三斷自鎖裝置相當(dāng)于電源中斷而自鎖。此三斷自鎖裝置在故障消除后能自動(dòng)復(fù)位。自鎖裝置同時(shí)在故障消除后能自動(dòng)復(fù)位。自鎖裝置同時(shí)還備有壓力開關(guān)，可供自鎖時(shí)報(bào)警之用。還備有壓力開關(guān)，可供自鎖時(shí)報(bào)警之用。 電信號(hào)氣動(dòng)長(zhǎng)行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由氣缸、電信號(hào)氣動(dòng)長(zhǎng)行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由氣缸、電電-氣閥