气动活塞执行机构：应用与优势

为了充分用足工厂的气源压力来提高执行机构的输出力、减少其重量和尺寸，便产生了活塞执行机构。

气动活塞式执行机构的基本部分为汽缸，汽缸内活塞随汽缸两侧压差而移动，如图6-3-8所示。两侧可以分别输入一个固定信号和一个变动信号，或两侧都输入变动信号。它的输出特性有比例式和两位式两种。两位式是根据输入执行机构活塞两侧的操作压力的大小，活塞从高压侧推向低压侧，使推杆从一个极端位置移到另一个极端位置。比例式是在两位式基础上加有阀门定位器后，使推杆位移与信号压力成比例关系。

由于受到传统应用的影响，活塞执行机构的应用都局限于大推力上，故使用的场合较少。这是因为过去的定位器气源压力为140～250kPa，而700kPa气源的定位器的可靠性较差。如今这一问题已不存在，定位器700kPa以上的气压都可用一台定位器来实现。换言之，现在的定位器，既可用于140～250kPa的场合，又可用于700kPa的场合，这样一来，就应该改变传统的习惯做法——选用700kPa的气源定位器，配活塞执行机构去代替气动薄膜执行机构，使气动调节阀的尺寸和重量进一步下降。所以可以预言，气动活塞调节阀的应用会越来越广泛。

图6-3-8 气动活塞式执行机构示意图

1.直行程活塞执行机构

直行程活塞执行机构主要用于配直行程的调节阀，它分为有弹簧式和无弹簧式两种。

（1）无弹簧式活塞执行机构

1）用于故障下要求阀保位的场合；

2）用于大口径阀要求执行机构推力特别大的场合；

3）对两位阀配用二位五通电磁阀，对调节型的阀配用双作用式阀门定位器。

（2）有弹簧式活塞执行机构

大多数场合使用有弹簧的活塞执行机构，其特点是：①在故障情况下，通过弹簧进行复位，实现故障开或故障关功能；②可以抵抗不平衡力的变化，增加执行机构的刚度，提高调节阀的稳定性。它的缺点是：①弹簧会抵消一部分输出力；②汽缸内设弹簧，增加了汽缸的长度和重量。

（3）双层活塞执行机构

为了进一步提高活塞执行机构的输出力，活塞执行机构可设计为双层式，输出力可提高约一倍，主要用于大压差、大口径、输出力要求特别大的场合。

图6-3-9 单作用气动活塞式执行机构

a）CCW（逆时针方向） b）CW（顺时针方向）(www.xing528.com)

2.角行程活塞执行机构

角行程的活塞执行机构主要用于角行程类的调节阀，按汽缸的安装方向，分为立式汽缸和卧式汽缸两种。按活塞的推杆驱动输出轴转动的结构，常用的有曲柄连杆式、齿轮齿条式、活塞螺旋式。

3.气动活塞式执行机构的使用

气动活塞式执行机构又可分为单作用和双作用两种，单作用和双作用一般是指的汽缸执行机构。

（1）单作用型

单作用气动活塞式执行机构汽缸的移动通过仪表空气的压力，返回时由弹簧提供压力，单作用阀门为开关阀，阀门只能开或关，如图6-3-9所示。

图中，CCW（逆时针方向）工作机制是压缩空气由A口输入，使左右活塞向相反方向运动，输出轴逆时针方向转动，两活塞侧面空气由B口排出。CW（顺时针方向）工作机制是压缩空气适当失气时，由于弹簧的作用使两活塞向中心移动，输出轴顺时针方向转动，空气由A口排出。

（2）双作用型

双作用气动活塞式执行机构汽缸的移动和返回都是通过仪表空气来提供动力，双作用阀门为调节阀，阀门开度可调节，如图6-3-10所示。

图6-3-10 双作用气动活塞式执行机构

a）CCW（逆时针方向） b）CW（顺时针方向）

图中，CCW（逆时针方向）工作机制是压缩空气由A口输入，使左右活塞向相反方向运动，输出轴逆时针方向运转，两活塞侧面的空气由B口排出。CW（顺时针方向）工作机制是压缩空气由B口输入，使左右活塞向中心移动，输出轴顺时针方向转动，两活塞中间的空气由A口排出。

单作用的扭矩要比双作用的小得多。故双作用一般用于需要较大扭矩的阀门。双作用使用在失电或失气时，阀门处于失电或失气时的位置，以确保继续生产。单作用使用在失电或失气时，阀门处于原始极限位置（全开或全闭），以确保生产过程处于安全位置。

直行程的调节阀，如单座阀、双座阀、套筒阀，建议选用立式直行程活塞执行机构去代替气动薄膜执行机构，它不仅可以减小尺寸，还有效地利用500kPa的气源来提高输出力、提高阀的刚度（如加粗阀杆、加大弹簧等）。

对角行程类的调节阀，应选用卧式齿轮齿条活塞执行机构，最典型的是蝶阀，所配气动薄膜执行机构或立式活塞曲柄连杆的驱动方式都应淘汰，配用卧式齿轮齿条活塞执行机构。这样不仅提高了动作的可靠性和准确度，且外形尺寸大大减小；其次是偏心阀、球阀，也应将老式曲柄连杆结构淘汰，由卧式的齿轮齿条活塞执行机构来代替。