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Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 2 ． 2 O 1 6 d o i l 0 ．3 9 6 9 ．i s s n ．1 0 0 8 - 0 8 1 3 ．2 0 1 6 ． O 2 ．0 2 4 一 种调节阀用多功能活塞式气动 执行器的设计探索 刘永洁， 马龙鹏， 曹常贞， 林志海 烟台未来自动装备有限责任公司， 山东 烟台 2 6 4 0 0 2 摘 要 针对 目前常用的调节阀用活塞式气动执行器的功能单一， 该文设计探索出一种多功能的活塞式气动执行器 ， 方便客户利用现 有产品根据现场工况需要做出简单调整后就能解决应急问题， 缩短供货周期， 降低采购成本。 关键词 活塞式 ； 气动执行器 多功能执行器 ； 调节阀 中图分类号 T H1 3 8 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 6 0 2 0 0 7 1 0 4 De s i g n o f Mu l t i ． f u n c t i o n a l P i s t o n P n e u ma t i c Ac t u a t o r f o r Re g u l a t i n g Va l v e L I UY o n g - j i e , MAL o n g - p e n g , C A OC h a n g - z h e n , L I A r Z h i - h a i C h i n a Y a n t a i F u t u r e Au t o ma t i c E q u i p me n t s C o ． ， L t d ． ， Y a n t a i 2 6 4 0 0 2 ， C h i n a Ab s t r a c t F o c u s o n t h e s o l e f u n c t i o n o f t h e r e g u l a t i n g v a l v e a p p l i e d p i s t o n p n e u ma t i c a c t u a t o r , we h a v e d e s i g n e d a k i n d o f mu l t i f u n c t i o n a l p i s t o n p n e u ma t i c a c tua t o r , w h i c h i s c o n v e n i e n t a n d e a s y f o r c u s t o me r s t o a d j u s t and s o l v e the e me r g e n c y p r o b l e m a s p e r t h e fi e l d c o n d i t i o n s ． I t c o u l d c u t d o wn the l e a d t i me a n d p u r c h a s i n g c o s t ． Ke y wo r d s p i s t o n ； p n e um a t i c a c t u a t o r ； mu l t i - f u n c t i o n a l a c tua t o r ； r e gu l a t i n g v a l v e 0 引言 常见的执行器主要有三大类型， 分别是气动、 电动 以及液动。气动执行器作为其中的一种 ， 常见的又分 为四种 薄膜式、 活塞式 、 拨叉式和齿轮齿条式。其中 活塞式和薄膜式这两种应用较为普遍。薄膜式执行器 主要用于气源压力较低的场合 ， 而活塞式气动执行器 主要用来驱动各类直线型动作的开关阀和调节阀， 气 源压力范围较广， 输出力的范围较大，所以应用更为广 泛。执行器和阀门等共同组成的调节阀， 在工业 自动 化过程控制领域中， 通过接受调节控制单元输出的控 制信号， 借助动力操作可以改变阀门开度的大小， 从而 改变介质的流量、 压力、 液位等工艺参数。调节阀按作 用方式又可分为气开式和气关式两种。有时气开式阀 门又称故障关闭型， 气关式阀门又称为故障开启型。 通常一种执行器只能适用于一种类型的阀门， 所以执 行器的功能单一， 利用率不高， 现在打破这种单一的功 能局限， 设计探索出一种多功能的活塞式气动执行器。 1 目前常用 的单作用活塞式气动执行 器的使用现状 目前调节阀上常用的单作用活塞式气动执行器大 收稿 日期 2 0 1 5 0 7 2 4 作者简介 刘永洁 1 9 7 4 一 ， 女 ， 山东烟台人， 专科 ， 主要从事气缸 、 液压 缸、 液压系统的设计。 多采用普通的拉杆螺栓固定， 通过拉杆螺栓将弹簧和活 塞布置在两个工作腔 ， 如图 1 所示 ， 所以外形尺寸普遍 偏大， 尤其是一些中型或重型的阀门， 需要的输出力很 大， 弹簧很粗 、 很长 ， 这种结构 的执行器更会显得笨重 ， 产品生产组装时也需借助特殊的装配工具才能完成 ， 如果使用现场出现一些意外需要维修、 更换密封件等 操作时， 操作人员在现场没法完成， 只能返厂维修， 这 势必会造成产品在往返途中的磕碰、 运输成本的浪费 以及供货周期的延长， 给客户造成很大的困扰。另外， 活塞式气动执行器多为单个弹簧，输出力单一 ， 只能应 用于中型或重型阀门的一种规格 ， 并且一种执行器只 能适用于气开式或气关式一种类型的阀门， 执行器的 利用率不高， 客户每需要一种类型或一种通径的阀门 就需要采购一种执行器。 n 一t ／ 、 ／ ， 、 V V、 图1单作用活塞式气动执行器示意图 2 调节阀用多功能活塞式气动执行器 的设计探索 1 结构 调节阀用多功能活塞式气动执行器 ， 它 7 1 液 压 气 动 与 密 封 ／20 1 6年 第 0 2期 主要具有活塞杆 1 、 防尘 圈 2 、 压盖 3 、 动密封 4 、 前盖 5 、 0 形圈 6 、 导向环 7 、 密封圈 8 、 活塞组件 9 、 垫片 1 O 、 缸筒 1 1 、 拉杆螺栓 I 1 2 、 拉杆螺栓I I 1 3 、 外弹簧 1 4 、 内弹簧 1 5 、 后盖组件 1 6 、 活塞杆 I I 1 7 、 内六角圆柱头螺钉 1 8 、 锁紧螺母 1 9 、 防护罩 2 O 、 六角螺母 2 1 、 内六角圆柱头螺钉 2 2 。 进气 臼 29 l 1,8 排 气 口 矗 二 一 2 2 5 1 3 2l l 3 l 2 l 】1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 l 图2 多功能活塞式气动执行器的结构图 2 其特征在于 ①特殊的拉杆结构件能够方便现 场的拆卸、 安装， 不需要借助专用的装配工具就可实现 拆卸、 更换零部件等作业， 方便使用现场的作业。②通 过特殊的结构设计， 客户就可以根据现场的功能需要， 调整弹簧和活塞组件 9 正、 反装结构 ， 实现执行器常 开、 常闭功能的转换 ， 使产品功能增加。③根据阀门不 同开启力的需要， 调整弹簧安装数量 ， 实现多种型式的 组合， 如图3 ～图8 所示 ， 派生出6 种组合， 这样就可以 提供多种弹簧输出力， 从而适用于多种规格的阀门， 极 大的提高了产品利用率。这样客户就可以减少执行器 的库存种类 ， 降低库存资金 ， 缩短供货周期。另外 ， 采 用组合弹簧， 在输出力相同的情况下还可以缩小安装 空间， 减少了执行器的外形尺寸 ， 精简外形结构 ， 降低 产品的加工成本 。 l 3 l 2 1 l 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 l 图3 第一种实施方式 正装、 双弹簧 的结构示意图 3 工作原理 如图3 所示， 正向安装后 ， 通过向本 实用新型无弹簧一侧的“ 进气 口” 供给压力气体， 从而 推动活塞组件 9 并压缩内、 外弹簧 1 4 、 1 5 在行程s 的范围内向左移动， 随动的活塞杆 1 会带动与其相连 的阀门拉杆的联动， 这样拉杆位移的大小就可以实现 阀门开度大小的调节。当停止供气或因故障断气后 ， 活塞组件 9 借助弹簧 的反作用力又能够回到初始 3 i 2 l _l l 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 图4第二种实施方式 正装、 外弹簧 的结构示意图 l 3 l 2 ll 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 图5第三种实施方式 正装、 内弹簧 的结构示意图 9 7 8 1 2 l 1 1 0 6 5 4 3 2 1 图6第四种实施方式 反装、 双弹簧 的结构示意图 图7第五种实施方式 反装、 外弹簧 的结构示意图 下转第7 5 页 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 2 ． 2 0 1 6 并返回， 如此交替完成步进送料作用。送料动作的步 距可由对移动滑座进行限位 的螺栓螺母进行调节 。这 种送料方式比较粗略的实现送料 ， 送料的步距精确度 相对较低 一。 目前的气动送料器已经标准化， 加上有电气控制 以及 P L C 控制的应用 ， 其在与冲压级进模具组成冲压 生产线的时候， 送料精度大大提高， 其原理图见图3 。 2 3 4 5 6 7 8 1 一 进气部分2 一 先导阀3 一 本 体4 一 固定夹 紧钳5 一 送料气 缸 6 一 移动夹紧钳7 一 导料部分8 一 托料部分 图3气动送料器示意图 3 ． 2 其他专门化冲压生产线 冲压式全 自动翅片成型机是一种针对翅片这种换 热元件开发的专门化冲压设备， 其 自动化水平高， 冲制 的翅片形状平整而且具有较高的精度， 效率高。其生 产线的示意图如 图4 。 在翅片全 自动冲压生产线中气动技术得到了很大 的应用。首先 ， 在主机部分使用了气动离合器， 使得电 机和主轴通过气动离合器进行连接与控制 ， 安全可 靠。在切断机构部分采用了气缸为动力执行器件进行 切断 ， 气缸的动作通过P L C 以及电磁阀进行控制， 切断 精度高。 卜开卷机2 一 润滑装置3 一 主机4 一 切断装 置5 一 机架6 一 电控 柜 图4翅片成型机生产线示意图 4 结论 综上所述， 在冲压领域气动技术的应用越来越广 泛， 其应用使得冲压的一些难题迎刃而解， 提高了冲压 的效率。不仅在冲压模具设计、 冲压设备以及冲压生 产线上得到很好的应用， 在今后的的更加 自动化的生 产线上会更好的应用 ， 如气动机械手等。 参考文献 [ 1 】 张蜀红． 垫板 钻孔用气动夹具设计[ J 1 ． 液压气动与密封， 2 0 1 5 ， 5 7 4 7 6 ． 【 2 】 李秀风． 多个零件一次装配工装设计【 J ] ． 液压气动与密封， 2 0 1 5 ， 5 8 2 ～ 8 4 ． [ 3 ]3 李彦蓉， 等． 冲压 自动上料与 自动出件装置的研究与设计[ J 】 ． 锻压技术， 2 0 1 0 ， f 5 8 4 8 7 ． [ 4 】 高新新， 等． 气动机械复合传动双工位冲压机[ J ] ． 机械设计与 制造， 2 0 1 3 ， 1 0 1 3 4 - 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