氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力

1、專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力氣動控制閥是由氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥兩部分組成的，氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)是閥的推動裝置，它是將氣壓信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的運動，改變閥內(nèi)部調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)位置的機(jī)構(gòu)。氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常又分為氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)和氣動活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其中氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠，維修制造方便，通常具有彈簧復(fù)位功能，是應(yīng)用最廣泛的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)按作用方式分為正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)（隨操作壓力增大，輸出桿向外伸出，壓力減小又自行向里退回的執(zhí)行機(jī)構(gòu)）、反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)（隨操作壓力增大，輸出桿向里退回，壓力減小又自行向外伸出的執(zhí)行機(jī)構(gòu)）。氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)按彈

2、簧數(shù)量又分為單彈簧氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)和多彈簧氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)。單彈簧氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，具有彈簧范圍調(diào)整功能，但重量和尺寸偏大，目前仍是氣動控制閥常用的氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)之一，多彈簧氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)（俗稱：精小型氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)），它具有體積小，重量輕，但彈簧范圍不可調(diào)整，它也是氣動控制閥常用的氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)之一。具體結(jié)構(gòu)見圖1、2。單彈簧氣開型薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)簧氣關(guān)型薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)圖1單彈簧氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)圖2多彈簧氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)李寶華同志在控制閥信息第39期發(fā)表的控制閥細(xì)節(jié)分析之一氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)一文中對多彈簧氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)力的關(guān)系做了詳細(xì)分析，本文不再贅述，本文針對美國

3、Fisher公司生產(chǎn)的657（正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)）和667（反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)）的彈簧范圍和執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力計算進(jìn)行分析。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的膜片有效面積膜片有效面積定義為：膜片受壓力作用而產(chǎn)生有效力的當(dāng)量面積，有效面積越大，當(dāng)超氣壓或彈簧范圍下限一定時出力就越大，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計中，為了對彈簧進(jìn)行準(zhǔn)確的計算，就必須要了解膜片有效面積的大小及變化情況，影響膜片有效面積的因素很多，例如膜片的d/D（d膜片的托盤直徑；D膜片安裝法蘭的圓周直徑），膜片的L/D（L一行程），膜片的幾何形狀，制造膜片橡膠的軟硬和夾層材料等。由幾何形狀的關(guān)系可以得出如下關(guān)系式：A=（D2+Dd+d2）式（1）中A一膜片有效面積國內(nèi)目前所有生產(chǎn)

4、氣動控制閥的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的有效面積均是計算得出的，具體生產(chǎn)企業(yè)并未認(rèn)真研究過膜片有效面積的變化情況，根據(jù)1966專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。年全國聯(lián)設(shè)的ZMA/B氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)資料記載，有效面積變化率一般在2%8%范圍內(nèi)，從該資料中得知：1）膜片有效面積越小，變化率越大，如有效面積為200cm2時變化率為8%,有效面積為1000cm2時變化率為2%；2）在不同的信號壓力條件下，信號壓力小，膜片有效面積增大；信號壓力大，膜片有效面積減小。如ZMA-3氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)當(dāng)信號壓力為

5、20kPa時，膜片有效面積為413cm2；當(dāng)信號壓力為100kPa時，膜片有效面積為390cm2。3）信號壓力由20kPa增至60kPa時變化率大，由60kPa增至100kPa時變化率小，如ZMA-3氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)當(dāng)信號壓力由20kPa增至60kPa時，有效面積由413cm2減少至394cm2,變化率為4.6%,而由60kPa增至100kPa時，有效面積由394cm2減少至390cm2,變化率為1%。4）信號壓力范圍越大,膜片有效面積變化越小,如ZMA-3氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)當(dāng)信號壓力為20100kPa時膜片有效面積由413cm2減少至390cm2,變化率為5.6%,當(dāng)信號壓力為40200kPa

6、時膜片有效面積由403cm2減少至387cm2,變化率為4%。5）膜片在相同厚度條件下,橡膠硬度越低,有效面積變化越小，如ZMA-2氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)當(dāng)薄膜硬度為邵氏硬度75時，行程由0%100%膜片有效面積變化由295cm2減少至270cm2,變化率為9.3%；當(dāng)薄膜硬度為邵氏硬度60時，行程由0%100%膜片有效面積變化由291cm2減少至273cm2,變化率為6.2%。各控制閥生產(chǎn)企業(yè)均應(yīng)按膜片有效面積變化的中值制定膜片有效面積,在設(shè)計彈簧過程中才能保證計算數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)基本一致。根據(jù)式(1)A=(D2+Dd+d2)可以看出，我們希望一個氣動薄膜執(zhí)行機(jī)1構(gòu)2的膜片有效面積越大越好,如果增加

7、D必然帶來體積的增大，那么關(guān)鍵是如何增大d,如果增加d就增加了上下膜蓋沖壓工藝和橡膠膜片制造工藝的難度,歐美先進(jìn)國家的工藝水平高,配套能力強(qiáng),并將橡膠膜片的硬度適當(dāng)降低,使得他們生產(chǎn)的氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)在相同外型的尺寸條件下,膜片有效面積比我們的產(chǎn)品大一些,膜片有效面積的變化率也小一些,下表一為美國Fisher公司生產(chǎn)的657、667系列與原國內(nèi)聯(lián)設(shè)產(chǎn)品膜片有效面積對比表。表一膜片有效面積對比表生產(chǎn)廠家美國Fisher公司原全國聯(lián)設(shè)產(chǎn)品膜片有效面積cm22974456671006141928040063010001600上下膜蓋直徑mm289333406473536280325410495600

8、膜片有效面積與上1.031.341.672.132.6511.231.542.022.69下膜蓋直徑比值由上表可以看出美國Fisher公司產(chǎn)品比原全國聯(lián)設(shè)產(chǎn)品的膜片有效面積與上下膜蓋直徑的比值要大的多，就是說如在相同上下膜蓋直徑條件下，美國Fisher公司生產(chǎn)的氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的膜片有效面積比全國聯(lián)設(shè)的氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)大的多，在相同的彈簧范圍或相同的超氣壓條件下，具有較大的輸出力。下膜蓋直徑比值本人已對SAMSON、ARCA、MOTOYAMA、CV3000系列和國內(nèi)精小型系列氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的膜片有效面積和上下膜蓋直徑的關(guān)系進(jìn)行了分析SAMSON、ARCA、MOTOYAMA三家的產(chǎn)品基本相同，

9、膜片有效面積與上下膜蓋直徑的比值均大于CV3000系列和國內(nèi)精小型系列。正作用式氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力計算氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)由于裝有彈簧，當(dāng)膜片氣室通入氣源壓力產(chǎn)生的力，部分被彈簧反作用力抵消，只有當(dāng)氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)所配的閥門完全關(guān)閉，氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)停止動作，此時膜片氣室通入的氣源壓力減去此行程下對應(yīng)的彈簧范圍上限值，再乘以膜片有效面積才是正作用式氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力。即：FA（P操-Pr上）/10式中F正一正作用薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力NP操一通入到膜片氣室中的操作壓力kPaPr上彈簧范圍上限壓力kPa一個氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)我們希望它體積越小、出力越大越好，當(dāng)膜片有效面積確定之后，想要提高正作用式

10、氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力最有效辦法是提高操作壓力（在氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)綜合強(qiáng)度允許條件下）或者降低彈簧范圍上限壓力。如657-45氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)有效面積為667cm2,當(dāng)操作壓力為350kPa,彈簧范圍上限值為48kPa時，輸出力可達(dá)F正=667（350-48）/10=20445N反作用式氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力計算反作用式氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力與通入膜片氣室中的操作壓力無關(guān)，完全取決與彈簧范圍的下限壓力（彈簧的啟動壓力）即F反二人pr下/10式中Pr下彈簧范圍下限壓力kPa當(dāng)膜片有效面積確定之后，想要提高反作用式氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力，只能調(diào)整彈簧范圍下限值，如667-45氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)有效面

11、積為667cm2,當(dāng)彈簧范圍下限值調(diào)整至152kPa時，輸出力可達(dá)F反=667X152/10=10138N參照美國Fisher公司標(biāo)準(zhǔn)可以看出，每種膜片有效面積都有多種彈簧范圍可供選用,正作用式657型氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用彈簧范圍37psig,當(dāng)氣源壓力最高為350kPa時，反作用式667型氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用彈簧范圍2230psig30psig時輸出力達(dá)到最大值。30psig30psig時輸出力達(dá)到最大值。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。參數(shù)657正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)規(guī)格3040456070有效面積cm

12、229744567710061419最大行程mm19295151763737373739393939311311312311313312315313315315315315彈簧范圍psig614615615617616618618618618622622619617620624624620623622626626622630626628627626630630630630最大輸出力N896113427204452897334993注：657氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)最大輸出力是按當(dāng)氣源壓力為350kPa時，30、40、45系列執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用37psig彈簧范圍，60系列執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用39psig彈簧范圍，7

13、0系列執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用列執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用315psig彈簧范圍計算得出的。列執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用列執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用315psig彈簧范圍計算得出的。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。參數(shù)667反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)規(guī)格3040456070有效面積cm229744567710061419最大行程mm1929515176111510159159151015815815715915615715715515715515615315315515415515315315415315彈簧范圍psig1630183022301730143014

14、3016301830153010301030123014301230630630103010301030630630630最大輸出力N32775524101381179413701注：667氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)最大輸出力是按30系列執(zhí)專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。專業(yè)文檔供參考，如有幫助請下載。行機(jī)構(gòu)彈簧范圍1630Psig；40系列執(zhí)行機(jī)構(gòu)彈簧范圍1830Psig；45系列執(zhí)行機(jī)構(gòu)彈簧范圍2230psig；60系列執(zhí)行機(jī)構(gòu)彈簧范圍1730psig；70系列執(zhí)行機(jī)構(gòu)彈簧范圍1430psig計算得出的。美國Fisher公司生產(chǎn)的657/