执行机构的种类繁多,可以按照其能源形式来划分,主要有三种:电动式、气动式和液动式。它们各有特点,可以根据不同的需求应用到不同的场合。
(一)电动执行机构
电动执行机构(Electric Actuator)是过程控制系统的重要执行单元,接受模拟量或数字量,并将此信号转变成机械位移操纵调节阀、风门、挡板等,以此完成自动控制任务。它以电能作动力,并把电能转变成角位移或直线位移,以实现对被控对象的速度、流量、压力等参数的控制。
输入的控制信号被送到放大器,放大后的信号驱动执行器(执行机构的核心)。执行器把电能变为直线或角位移,同时变换成电信号,作为控制用的反馈值或显示用的信号。
电动执行机构与气动、液动执行机构相比有以下优势。
(1)以电源为动力,无须增加气源和空气净化设备,一旦失电,执行机构使阀门等保持原来位置,可方便地转为手动。
(2)电信号可以远距离传输,电缆比气、液管路安装方便且容易检查。
(3)调整电动执行机构的运行时间等参数比气动、液动执行机构方便,且容易掌握。
(4)随着电子技术的提高和计算机技术的普及应用,电动执行机构发展更为快速。
电动执行机构通常有伺服电动机、力矩电动机、低惯量电动机、步进电动机和电磁阀等。(www.xing528.com)
(二)气动执行机构
气动执行机构(Pneumatic Actuator)又称气动执行器,是利用有压气体作为动力源的执行机构。其介质可以是廉价的空气,也可以用惰性气体。
气动执行机构由气缸、气阀或气动电动机等部件组成,有薄膜式、活塞式和齿轮齿条式。活塞式行程长,适用于要求有较大推力的场合;而薄膜式行程气动执行机构较小,只能直接带动阀杆。由于齿轮齿条式气动执行机构有结构简单、输出推力大、动作平稳可靠、安全防爆等优点,在发电厂、化工、炼油等对安全要求较高的生产过程中有广泛的应用。
气动执行机构的优点是简单、可靠、稳定、安全(防火、防爆)、价廉、维修方便、适应性强。缺点是因为用气体作介质,所以可压缩性大、精度较差、传输速度也低、出力也小。其不足之处将随着控制方法的进步被不断克服,如采用状态反馈、自适应控制等技术使精度大大提高。正是如此,气动执行机构在机电一体化中与电动调节仪器、电动单元组合仪表相配合,在电站、化工、轻工、纺织等领域得到了广泛的应用。
(三)液动执行机构
液动执行机构(Hydraulic Actuator)是利用有压液体作为动力源的执行机构。可以用水作为介质,目前大多用油。液动执行机构主要由液压缸、液压电动机或摆动油缸与有关液压元件组成。
液动执行机构与气动执行机构相比虽然制造工艺要求高、价格较贵、安装及维修较难、效率低,但由于具有工作平稳、冲击和振动小、无级调速范围较大、输出转矩大、过载能力强、结构简单、体积小等特点,所以在机床、冶金、国防、电力、宇航、矿山、交通、建筑、工业机器人等方面得到较广泛的应用。
随着微处理器系统、传感器技术等先进技术在执行机构上的逐步推广使用,大量的执行机构具备了智能功能,能够反馈自身状态信息,能够按特定算法执行运动或操作,甚至也具备了“数字化”的特征,具备了数字接口,能够直接接收计算机信号执行对应的操作或反馈信息、判断故障并报警等,使得执行机构越来越智能化和数字化。
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