1、電、液、氣動三類執(zhí)行器結(jié)構(gòu)和控制方法設(shè)計仿真題 目 二一六年六月畢 業(yè) 設(shè) 計(論文)院 系自動化系專業(yè)班級測控技術(shù)與儀器學生姓名李曉云指導教師 華北電力大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）電、液、氣動三類執(zhí)行器結(jié)構(gòu)和控制方法設(shè)計仿真摘要執(zhí)行器經(jīng)常大量地應用于各種生產(chǎn)生活的自動化過程的控制流程，能夠基本無誤地實現(xiàn)長距離控制。執(zhí)行器的構(gòu)成基本都是伺服放大器再加一個執(zhí)行器。執(zhí)行機構(gòu)使用液體、氣體、電力或其他動力并通過電機、氣缸或其它設(shè)備將其轉(zhuǎn)化成力矩產(chǎn)生驅(qū)動力。一般的執(zhí)行機構(gòu)把執(zhí)行器控制起實現(xiàn)全開或全關(guān)的位置，用與控制閥的執(zhí)行機構(gòu)能夠無誤的使閥門停在所期望位置。盡管大部分執(zhí)行機構(gòu)都是用于開關(guān)閥門，但是當下的執(zhí)

2、行機構(gòu)的設(shè)計絕對不是實現(xiàn)簡單的開關(guān)功能，它們?nèi)菁{了位置感應設(shè)備，力矩感應設(shè)備，電極保護設(shè)備，邏輯控制設(shè)備，數(shù)字通訊裝置及PID控制裝置等，而這些裝置都集中放在一個緊湊的外殼內(nèi)。隨著自動化，電力電子和計算機水平的進步，如今絕大多數(shù)的執(zhí)行機構(gòu)已經(jīng)朝智能化方向發(fā)展，出現(xiàn)的一些執(zhí)行機構(gòu)已經(jīng)具備通訊和智能操作的功能，比方越來越大規(guī)模的生產(chǎn)公司的產(chǎn)品都帶現(xiàn)場總線接口。我們相信今后執(zhí)行器同另外一些自動化儀表一樣會愈加智能化，這是執(zhí)行器未來的主導發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：電動執(zhí)行器；液動執(zhí)行器；氣動執(zhí)行器；Automation Studio軟件；控制仿真ELECTRICAL,HYDRAULIC,PNEUMATIC T

3、HREE ACTUATOR STRUCTURE AND CONTROL DESIGN AND SIMULATION METHODSAbstractActuators are widely used in various aspects of industrial automation process control, it is possible to accurately remote control. Two main servo amplifier and actuator components. Actuators using liquid, gas, electricity or o

4、ther energy sources and by a motor, air cylinder or other means to convert it into a driving action. The basic actuator for driving the valve to the fully open or fully closed position. Implementing agencies and can accurately control valve so that the valve go to any location. Although most are use

5、d to switch the valve actuator, but the design of today's executive body far beyond simple switching function, they include position sensors, torque sensors, electrode protection means, logic control device, a digital communication module and PID control module, and all of these devices installe

6、d in a compact housing. With the development of automation, electronics and computer technology, more and more agencies have to perform intelligent development, a lot of communication and intelligent actuator control functions already carries such products are many manufacturers of plant with fieldb

7、us interface. We believe that the future implementation and other automated instrumentation as will be more intelligent, this is the trend of the drive.Keywords：Electric actuator; hydraulic actuators; pneumatic actuators; Automation Studio software; control simulationII華北電力大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）目 錄摘要Abstract第

8、1章 緒論11.1 課題背景及意義11.2 電液氣三類執(zhí)行器國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀21.2.1 執(zhí)行器國外研究近況21.2.2 執(zhí)行器國內(nèi)研究歷史和現(xiàn)狀4第2章 基于電液氣三類執(zhí)行器的概述62.1 電液氣三類執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)原理和結(jié)構(gòu)特點62.1.1電動執(zhí)行器的工作原理和特點62.1.2氣動執(zhí)行器的工作原理和特點72.1.3液動執(zhí)行器的工作原理和特點92.2 電液氣動三類執(zhí)行器優(yōu)缺點的比較102.3電液氣三類執(zhí)行器的應用領(lǐng)域112.4 Automation Studio軟件的介紹12第3章 利用AS軟件設(shè)計控制方案并進行仿真153.1 電動執(zhí)行器的開閉控制方案設(shè)計以及仿真153.2液動執(zhí)行器的開閉控制方

9、案設(shè)計以及仿真163.3氣動執(zhí)行器的開閉控制方案設(shè)計以及仿真19第4章 結(jié)論21致謝22參考文獻23華北電力大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）第1章 緒論1.1 課題背景及意義執(zhí)行機構(gòu)，又稱執(zhí)行器，是一種自動控制領(lǐng)域的常用機電一體化設(shè)備（器件），是自動化儀表的三大組成部分（檢測設(shè)備、調(diào)節(jié)設(shè)備和執(zhí)行設(shè)備）中的執(zhí)行設(shè)備。主要是對一些設(shè)備和裝置進行自動操作，控制其開關(guān)和調(diào)節(jié)，代替人工作業(yè)。按動力類型可分為氣動、液動、電動、電液動等幾類；按運動形式可分為直行程、角行程、回轉(zhuǎn)型（多轉(zhuǎn)式）等幾類。由于用電做為動力有其它幾類介質(zhì)不可比擬的優(yōu)勢，所以電動型近年來發(fā)展最快，應用面較廣。電動型按不同標準又可分為：組合式結(jié)構(gòu)

10、和機電一體化結(jié)構(gòu)；電器控制型、電子控制型和智能控制型（帶HART、FF協(xié)議）；數(shù)字型和模擬型；手動接觸調(diào)試型和紅外線遙控調(diào)試型等。它是伴隨著人們對控制性能的要求和自動控制技術(shù)的發(fā)展而迅猛發(fā)展的：1早期的工業(yè)領(lǐng)域，有許多的控制是手動和半自動的，在操作中人體直接接觸工業(yè)設(shè)備的危險部位和危險介質(zhì)（固、液、氣三態(tài)的多種化學物質(zhì)和輻射物質(zhì)），極易造成對人的傷害，很不安全；2設(shè)備壽命短、易損壞、維修量大；3采用半自動特別是手動控制的控制效率很低、誤差大，生產(chǎn)效率低下。 基于以上原因，執(zhí)行機構(gòu)逐漸產(chǎn)生并應用于工業(yè)和其它控制領(lǐng)域，減少和避免了人身傷害和設(shè)備損壞，極大的提高了控制精確度和效率，同時也極

11、大提高了生產(chǎn)效率。今年來隨著電子元器件技術(shù)、計算機技術(shù)和控制理論的飛速發(fā)展，國內(nèi)外的執(zhí)行機構(gòu)都已跨入智能控制的時代。1）電動執(zhí)行器電動執(zhí)行器，又稱為電動執(zhí)行機構(gòu)。一種能提供直線或旋轉(zhuǎn)運動的驅(qū)動裝置，它利用某種驅(qū)動能源并在某種控制信號作用下工作。執(zhí)行機構(gòu)使用液體、氣體、電力或其它能源并通過電機、氣缸或其它裝置將其轉(zhuǎn)化成驅(qū)動作用。其基本類型有部分回轉(zhuǎn)、多回轉(zhuǎn)及直行程三種驅(qū)動方式。基本的執(zhí)行機構(gòu)用于把閥門驅(qū)動至全開或全關(guān)的位置。用于控制閥的執(zhí)行機構(gòu)能夠精確的使閥門走到任何位置。盡管大部分執(zhí)行機構(gòu)都是用于開關(guān)閥門，但是如今的執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計遠遠超出了簡單的開關(guān)功能，它們包含了位置感應裝置，力矩感應裝置，

12、電極保護裝置，邏輯控制裝置，數(shù)字通訊模塊及PID控制模塊等，而這些裝置全部安裝在一個緊湊的外殼內(nèi)。因為越來越多的工廠采用了自動化控制，人工操作被機械或自動化設(shè)備所替代，人們要求執(zhí)行機構(gòu)能夠起到控制系統(tǒng)與閥門機械運動之間的界面作用，更要求執(zhí)行機構(gòu)增強工作安全性能和環(huán)境保護性能。在一些危險性的場合，自動化的執(zhí)行機構(gòu)裝置能減少人員的傷害。某些特殊閥門要求在特殊情況下緊急打開或關(guān)閉，閥門執(zhí)行機構(gòu)能阻止危險進一步擴散同時將工廠損失減至最少。對一些高壓大口徑的閥門，所需的執(zhí)行機構(gòu)輸出力矩非常大，這時所需執(zhí)行機構(gòu)必須提高機械效率并使用高輸出的電機，這樣才能平穩(wěn)的操作大口徑閥門。對于一些小扭矩的閥門，精小型的

13、電動閥門也應用而生，相比普通型具有重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，功能齊全等優(yōu)點。2）氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器的執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)是統(tǒng)一的整體，其執(zhí)行機構(gòu)有薄膜式和活塞式兩類。活塞式行程長，適用于要求有較大推力的場合；而薄膜式行程較小，只能直接帶動閥桿。由于氣動執(zhí)行機構(gòu)有結(jié)構(gòu)簡單，輸出推力大，動作平穩(wěn)可靠，并且安全防爆等優(yōu)點，在發(fā)電廠、化工，煉油等對安全要求較高的生產(chǎn)過程中有廣泛的應用。氣動執(zhí)行器是執(zhí)行器中的一種類別。氣動執(zhí)行器還可以分為單作用和雙作用兩種類型：執(zhí)行器的開關(guān)動作都通過氣源來驅(qū)動執(zhí)行，叫做DOUBLE ACTING (雙作用)。SPRING RETURN (單作用)的開關(guān)動作只有開動作是氣源驅(qū)動，

14、而關(guān)動作時彈簧復位。3）液動執(zhí)行器液動執(zhí)行器是以液壓油為動力完成執(zhí)行動作的一種執(zhí)行器。液動執(zhí)行器通常為一體式結(jié)構(gòu)，執(zhí)行機構(gòu)與調(diào)節(jié)機構(gòu)為統(tǒng)一整體。液動執(zhí)行器的實際應用率在三種執(zhí)行器（電動、氣動、液動）中最低，只有一些大型工作場合，才會使用到液動執(zhí)行器。1.2 電液氣三類執(zhí)行器國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀1.2.1 執(zhí)行器國外研究近況在過程控制系統(tǒng)中，執(zhí)行器接受調(diào)節(jié)器的指令信號，經(jīng)執(zhí)行機構(gòu)將其轉(zhuǎn)換成相應的角位移或直線位移，去操縱調(diào)節(jié)機構(gòu)，改變被控對象進、出的能量或物料，以實現(xiàn)過程的自動控制。在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程控制中，執(zhí)行機構(gòu)起著十分重要的作用，它是自動控制系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。世界自動化調(diào)節(jié)閥市場2002年

15、為100億美元,2008年將達到230億美元。由于“Smart”閥的出現(xiàn),閥的性能有所提高。目前各閥門制造廠都在致力于閥門的電子控制技術(shù)和信息技術(shù)的軟件。從市場細分來看,石油工業(yè)包括它的上游產(chǎn)業(yè)采油和天然氣,以及它的下游產(chǎn)業(yè)煉油,是閥門最大的市場。因此,中東是石油領(lǐng)域閥門最主要的市場。化工是閥門另一個大的市場。預計到2008年,美國閥門最大的市場領(lǐng)域還是在化工領(lǐng)域。2008年,化工領(lǐng)域閥門需求前10位的國家將是：(1)美國；(2)日本；(3)德國；(4)中國；(5)英國；(6)法國；(7)南韓；(8)意大利；(9)臺灣；(10)加拿大。自1929年LIMITORQUE公司制造出了世界上第一臺電

16、動執(zhí)行機構(gòu)以來，國際上電動執(zhí)行器技術(shù)水平發(fā)展迅速。20世紀80年代起，國外相繼推出了符合各種現(xiàn)場總線標準的智能執(zhí)行器，在工業(yè)現(xiàn)場取得了較好的應用效果。由于高新技術(shù)的迅猛發(fā)展，目前國外己開發(fā)出新一代智能化電動執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)品，電子計算機技術(shù)、微機控制技術(shù)己在閥門設(shè)計中得到廣泛應用。這些智能化電動執(zhí)行器功能強大、簡單可靠、技術(shù)先進。國際著名的電動執(zhí)行器公司英國的ROTORK(羅托克)生產(chǎn)的IQ系列智能化電動執(zhí)行器，不但具有智能通信、智能控制、支持多種現(xiàn)場總線的功能，而且其獨有的雙密封系統(tǒng)和紅外線非侵入式設(shè)定使它可用在任何環(huán)境中，防水防暴，終身可靠，調(diào)試及故障排除簡單。德國Hartmann&Br

17、aum公司新一代產(chǎn)品智能電動執(zhí)行器MOE700實現(xiàn)了智能式電子一體化，變頻變速定位，監(jiān)控等功能。代表著該領(lǐng)域的世界先進水平的公司還有美國的JORDAN公司和LIMITORQUE公司等幾家國外著名的公司。JORDAN公司的智能電動執(zhí)行器突出特點是動作頻率高，其動作頻率是20004000/h，而國內(nèi)的電動執(zhí)行器動作頻率在2000/h以下，一般動作頻率達到1200/h就是很高的了。 總之，國際上智能電動執(zhí)行器有以下特點：(1)智能通信，智能控制智能電動執(zhí)行器利用微機技術(shù)和現(xiàn)場通信技術(shù)，實現(xiàn)雙向通信、PID調(diào)節(jié)、在線自動標定、自校正與自診斷等多種控制技術(shù)要求的功能，有效提高控制水平。(2)機

18、電一體化新型智能化電動執(zhí)行機構(gòu)將伺服放大器與執(zhí)行機構(gòu)合為一體，驅(qū)動電路應用功能強大的集成模塊，結(jié)構(gòu)簡單，控制性能好。(3)控制策略更為先進先進的控制方法有利于解決電機的慣性問題，實現(xiàn)準確定位，提高控制精度。Nucom電動執(zhí)行器利用先進的電制動技術(shù)，控制精度可達1/250，國產(chǎn)的普通型DKZ及DlJ電動執(zhí)行器控制精度一般為2.5/100。電站是閥門的第二大市場,特別是燃氣輪機。組合循環(huán)燃氣輪機比單循環(huán)燃氣輪機需要的閥門數(shù)量更多,而燃氣機組的閥門用量又是組合燃氣輪機的四倍。中國和美國是燃氣輪機的大國,因此也是電廠閥門的最大用戶。閥門的更換更新也是一個很大的市場。美國占世界燃氣輪機容量的三分之一,是

19、閥門更新的最大市場。閥門的市場占有率最近因InvensysFlowControl被FlowServe兼并而發(fā)生了變化。Tyco仍占第一位,為6%；FlowServe上升到第二位,為4%；Emerson占第三位,為3%。歐洲的工業(yè)用閥門和執(zhí)行器的銷售額在2002年為35.3億美元,2008年可達41億美元。綜合年增長率為2.2%。技術(shù)創(chuàng)新使閥門和執(zhí)行器具有更好的性能、油價穩(wěn)定以及天然氣擴大使用都使得在石油天然氣方面的投資加大,促使閥門執(zhí)行器市場的上升。另外備品備件也是一個很大的市場。智能閥和現(xiàn)場總線技術(shù)被市場的認可也有助于市場的增長。今后智能閥將得到更廣泛的應用。執(zhí)行器的增長速度比閥門還要快。其

20、中1/4轉(zhuǎn)的執(zhí)行器因其使用廣泛、結(jié)構(gòu)簡單,將比多轉(zhuǎn)執(zhí)行器有更大的市場。1.2.2 執(zhí)行器國內(nèi)研究歷史和現(xiàn)狀目前我國閥門行業(yè)與國外閥門行業(yè)差距較為明顯，主要存在四大綜合性差距：一是技術(shù)創(chuàng)新能力上的差距；二是加工工藝上的差距；三是質(zhì)量管理及設(shè)備方面的差距；四是流程管理上的差距。這也讓我們看到自身的不足，以此找到差距與問題實質(zhì)，從而改進與提高。我國閥門生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模過小、產(chǎn)業(yè)集中度過低。據(jù)統(tǒng)計，目前國內(nèi)大約有3，000多家閥門制造企業(yè)，數(shù)量居世界第一。但這其中多為低層次、小規(guī)模、家庭作坊式的企業(yè)，年銷售收入達500萬元的不足500家，年銷售收入過億元的企業(yè)僅有十幾家，市場份額在前10名企業(yè)的企業(yè)市場占

21、有率之和僅為8%9%。由于產(chǎn)業(yè)集中度過低，造成了技術(shù)落后、低價競爭、缺乏有影響力的品牌等諸多不利因素。我國閥門行業(yè)在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、閥門工業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈，以及行業(yè)的專業(yè)化程度上均與國外企業(yè)存在較大的差距造成國內(nèi)閥門產(chǎn)品質(zhì)量低下的原因在于：由于市場急速擴大，原有國營閥門企業(yè)紛紛關(guān)停并轉(zhuǎn)，雖然一批鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)迅速發(fā)展，但由于鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)起點低，技術(shù)力量非常薄弱，設(shè)備簡陋，產(chǎn)品大多數(shù)都是模仿生產(chǎn)，特別是給排水用的低壓閥門問題嚴重但上述問題并不影響未來我國閥門行業(yè)的廣闊前景。這主要得益于國家政策的支持和閥門產(chǎn)品市場的強勁需求，尤其是幾項世紀工程“西氣東輸”、“西電東送”、“南水北調(diào)”等項目的開工需要大量的閥門產(chǎn)品配套。

22、另外，我國正面臨著工業(yè)化時代的到來，石化行業(yè)、電力行業(yè)、冶金行業(yè)、化工行業(yè)和城市建設(shè)等使用閥門大戶將增強對閥門產(chǎn)品的需求。例如，電力行業(yè)“十一五”期間在煤電機組大、中型開工項目所需閥門預測總計為：閥門總需求量15.3萬噸，年均需求量3.06萬噸；閥門總需求額39.6億元，年均需求額為7.92億元。另外，中國正逐漸成為世界上最大的加工廠，閥門產(chǎn)品的加工制作面臨更大的發(fā)展空間由此可見，只要企業(yè)能夠抓住機遇，加強研發(fā)能力，不斷提高產(chǎn)品科技含量和產(chǎn)品質(zhì)量，就能在激烈的市場競爭中占據(jù)主動地位。從中國閥門行業(yè)發(fā)展前景預測報告了解在我國目前的閥門市場上，除低壓閥門達到國際市場能接受的水平外，高壓閥門仍然需要

23、依靠進口。在宏觀經(jīng)濟持續(xù)看好的形勢下，閥門行業(yè)的大部分企業(yè)生產(chǎn)和銷售指標都保持了較快增長，但受價格戰(zhàn)影響，行業(yè)銷售收入和利潤較去年同期大幅下降。隨著世界經(jīng)濟回暖，我國閥門產(chǎn)品的進出口也有所增長，但由于在高端技術(shù)上與國外的廠商相比仍存在較大差距，今后一段時期內(nèi)，產(chǎn)品技術(shù)將成為制約我國閥門產(chǎn)品發(fā)展的一個瓶頸。從產(chǎn)品情況來看，我國閥門行業(yè)目前已經(jīng)能生產(chǎn)十幾大類產(chǎn)品，如閘閥、截止閥、球閥、蝶閥、安全閥、止回閥、節(jié)流閥、旋塞閥、減壓閥、隔膜閥、疏水閥、緊急切斷閥等，最高使用溫度達到570，最低為-196，最高壓力為600MPa，最大通徑達到5350毫米。另外，根據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計，我國每年閥門市場成交額高達

24、500億元左右，其中100多億元的市場被國外閥門企業(yè)占領(lǐng)。閥門是石油、化工、電站、長輸管線、造船、核工業(yè)、各種低溫工程、宇航以及海洋采油等國民經(jīng)濟各部門不可缺少的流體控制設(shè)備。經(jīng)過多年的發(fā)展，我國的閥門企業(yè)數(shù)量居全世界第一，各種大小閥門企業(yè)約6000余家，其中年產(chǎn)值超過500萬元的有900家。目前，我國閥門行業(yè)仍然還存在著一些問題，如我國閥門企業(yè)主要以低層次、小規(guī)模、家庭作坊式企業(yè)為主。在產(chǎn)品上，由于重復投資，技術(shù)引進不夠，我國閥門企業(yè)的主導產(chǎn)品仍然是低質(zhì)量的大眾產(chǎn)品。目前我國企業(yè)生產(chǎn)的各種閥門普遍存在著外漏、內(nèi)漏、外觀質(zhì)量不高、壽命短、操作不靈活以及閥門電動裝置和氣動裝置不可靠等缺點，部分產(chǎn)

25、品只相當于上世紀80年代初的國際水平，一些高溫高壓和關(guān)鍵裝置上需要的閥門仍然依賴進口。第2章 基于電液氣三類執(zhí)行器的總體概述2.1 電液氣三類執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)原理和結(jié)構(gòu)特點2.1.1電動執(zhí)行器的工作原理和特點電動執(zhí)行機構(gòu)的工作原理都是利用電機的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)閥門的開關(guān)。圖2-1 電動執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)原理框圖由框圖可知，電動執(zhí)行器主要由放大器，單片機，電機，減速器，制動裝置和位置發(fā)送器這幾部分組成。放大器接受來自調(diào)節(jié)器的輸入信號和位置發(fā)送器的反饋信號，經(jīng)比較放大后輸送給單片機，單片機根據(jù)輸送來的電平的高低來控制電機的正反轉(zhuǎn)。若輸入信號大于反饋信號則電機正轉(zhuǎn)，若反饋信號大于輸入信號則電機反轉(zhuǎn)。若輸入信號等于

26、反饋信號則電機停止轉(zhuǎn)動。電動執(zhí)行器是一個用二相交流伺服電機為原動機的位置伺服機構(gòu)，當輸入端無輸入信號時，伺服放大器無輸出，輸出軸穩(wěn)定在預選好的零位上，當輸入端有輸入信號時，伺服放大器把輸入信號Ii和來自位置發(fā)送器的反饋信號If相比較，得一偏差信號，這一偏差信號使功率放大后，驅(qū)動伺服電機轉(zhuǎn)動，再經(jīng)減速器減速，帶動輸出軸改變轉(zhuǎn)角，輸出軸轉(zhuǎn)角的改變，經(jīng)位置發(fā)送器轉(zhuǎn)換成相應的反饋信號，反饋到伺服放大器的輸入端當位置反饋信號與輸入信號數(shù)值相等時，伺服電機停止轉(zhuǎn)動，輸出軸就穩(wěn)定在與輸入信號相應的位置上。電動執(zhí)行器的特點：小型輕便，容易拆裝及維修，并可在任意位置安裝。結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，90度回轉(zhuǎn)開啟迅速。操作

27、扭矩小，省力輕巧。流量特性趨於直線，調(diào)節(jié)性能好。 密封材料耐老化、耐腐蝕、可適用多種介質(zhì)。被廣泛用于水廠、電廠、鋼廠、造紙、化工、飲食等系統(tǒng)供排水中、作為調(diào)節(jié)和截止使用。 電動執(zhí)行器的工作原理：通常由角行程電動執(zhí)行機構(gòu)(090°部分回轉(zhuǎn))和蝶閥整體通過機械連接，經(jīng)過安裝調(diào)試后共同組成。 根據(jù)動作模式分類有：開關(guān)型和調(diào)節(jié)型。 開關(guān)型是直接接通電源(AC220V或其他電源等級的電源)通過開關(guān)正、反導向來完成開關(guān)動作。調(diào)節(jié)型是以AC220V電源作為動力，接收工業(yè)自動化控制系統(tǒng)預設(shè)的參數(shù)值420mA(05等弱電控制)信號來完成調(diào)節(jié)動作。2.1.2氣動執(zhí)行器的工作原理和特點氣動執(zhí)行器的執(zhí)行機構(gòu)

28、和調(diào)節(jié)機構(gòu)是統(tǒng)一的整體，其執(zhí)行機構(gòu)有薄膜式和活塞式兩類。活塞式行程長，適用于要求有較大推力的場合；而薄膜式行程較小，只能直接帶動閥桿。由于氣動執(zhí)行機構(gòu)有結(jié)構(gòu)簡單，輸出推力大，動作平穩(wěn)可靠，并且安全防爆等優(yōu)點，在發(fā)電廠、化工，煉油等對安全要求較高的生產(chǎn)過程中有廣泛的應用。氣動執(zhí)行器是執(zhí)行器中的一種類別。氣動執(zhí)行器還可以分為單作用和雙作用兩種類型：執(zhí)行器的開關(guān)動作都通過氣源來驅(qū)動執(zhí)行，叫做DOUBLE ACTING (雙作用)。SPRING RETURN (單作用)的開關(guān)動作只有開動作是氣源驅(qū)動，而關(guān)動作時彈簧復位。圖2-2 氣動執(zhí)行機構(gòu)的工作流程框圖1-空氣壓縮機；2-冷卻器；3-油水分離器；4

29、-儲氣罐；5-分水濾氣器；6-減壓閥；7-油霧器；8-行程閥；9-氣控換向閥；10-氣缸； 11-工料 1）氣動執(zhí)行器原理說明： 氣動執(zhí)行器的執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)是統(tǒng)一的整體，其執(zhí)行機構(gòu)有薄膜式、活塞式、撥叉式和齒輪齒條式。氣動執(zhí)行器可以接受連續(xù)的氣信號，輸出直線位移，有的配上搖臂后，可輸出角位移。移動速度大，但負載增加時速度會變慢。可靠性高，但氣源中斷后閥門不能保持（加保位閥后可以保持）不便實現(xiàn)分段控制和程序控制，具有防爆功能。 當壓縮空氣從管嘴進入氣動執(zhí)行器時，氣體推動雙活塞向兩端(缸蓋端)直線運動，活塞上的齒條帶動旋轉(zhuǎn)軸上的齒輪逆時針方向轉(zhuǎn)動90度， 閥門即被打開。此時氣動執(zhí)行閥兩端的氣體

30、隨另一管嘴排出。反之，當壓縮空氣從管嘴進入氣動執(zhí)行器的兩端時，氣體推動雙塞向中間直線運動，活塞上的齒條帶動旋轉(zhuǎn)軸上的齒輪順時針方向轉(zhuǎn)動90度，閥門即被關(guān)閉。此時氣動執(zhí)行器中間的氣體隨管嘴排出。以上為標準型的傳動原理。根據(jù)用戶需求，氣動執(zhí)行器可裝置成與標準型相反的傳動原理，即選準軸順時針方向轉(zhuǎn)動為開啟閥門，逆時針方向轉(zhuǎn)動為關(guān)閉閥門。單作用（彈簧復位型）氣動執(zhí)行器管嘴為進氣口，第二管嘴為排氣孔（第二管嘴應安裝消聲器）。第一管嘴進氣為開啟閥門，斷氣時靠彈簧力關(guān)閉閥門。2）氣動執(zhí)行器 - 優(yōu)勢：1、接受連續(xù)的氣信號，輸出直線位移（加電/氣轉(zhuǎn)換裝置后，也可以接受連續(xù)的電信號），有的配上搖臂后，可輸出角位

31、移。 2、有正、反作用功能。 3、移動速度大，但負載增加時速度會變慢。 4、輸出力與操作壓力有關(guān)。 5、可靠性高，但氣源中斷后閥門不能保持（加保位閥后可以保持）。6、不便實現(xiàn)分段控制和程序控制。 7、檢修維護簡單，對環(huán)境的適應性好。 8、輸出功率較大。 9、具有防爆功能。3）氣動執(zhí)行器 - 特點緊湊的雙活塞齒條式結(jié)構(gòu)，嚙合精確，效率高，輸出扭矩恒定。 鋁制缸體、活塞及端蓋，與同規(guī)格結(jié)構(gòu)的執(zhí)行器相比重量最輕。 缸體為擠壓鋁合金，經(jīng)硬質(zhì)陽極氧化處理，內(nèi)表面質(zhì)地堅硬，強度，硬度高。采用低摩擦材料制成的滑動軸承，避免了金屬間的相互直接接觸，摩擦系數(shù)低，轉(zhuǎn)動靈活，使用壽命長。 可根據(jù)閥門需要選擇方向，順

32、時針或逆時針旋轉(zhuǎn)。 根據(jù)用戶需要安裝電磁閥、定位器(開度指示)、回信器、各種限位開關(guān)及手動操作裝置。2.1.3液動執(zhí)行器的工作原理和特點液動執(zhí)行器是以液壓油為動力完成執(zhí)行動作的一種執(zhí)行器。液動執(zhí)行器通常為一體式結(jié)構(gòu)，執(zhí)行機構(gòu)與調(diào)節(jié)機構(gòu)為統(tǒng)一整體。液動執(zhí)行器的實際應用率在三種執(zhí)行器（電動、氣動、液動）中最低，只有一些大型工作場合，才會使用到液動執(zhí)行器。a）模型圖 b）結(jié)構(gòu)圖圖2-3液動執(zhí)行器工作原理圖1-油箱；2-過濾器；3,12,14-回油管；4-液壓泵；5-彈簧；6-鋼球；7-溢流閥；8,10-壓力油管；9-開停閥；11,16-換向手柄；13-節(jié)流閥；15-換向閥；17-活塞；18-液壓缸；

33、19-工作臺當需要異常的抗偏離能力和高的推力以及快的形成速度時，我們往往選用液動或電液執(zhí)行機構(gòu)。因為液體的不可壓縮性，采用液動執(zhí)行器的優(yōu)點就是較優(yōu)的抗偏離能力，這對于調(diào)節(jié)工況是很重要的，因為當調(diào)節(jié)元件接近閥座時節(jié)流工況是不穩(wěn)定的，越是壓差大，這種情況越厲害。另外，液動執(zhí)行機構(gòu)運行起來非常平穩(wěn)，響應快，所以能實現(xiàn)高精度的控制。電液動執(zhí)行機構(gòu)是將電機、油泵、電液伺服閥集成于一體，只要接入電源和控制信號即可工作，而液動執(zhí)行器和氣缸相近，只是比氣缸能耐更高的壓力，它的工作需要外部的液壓系統(tǒng)，工廠中需要配備液壓站和輸油管路，相比之下，還是電液執(zhí)行器更方便一些。2.2 電液氣動三類執(zhí)行器優(yōu)缺點的比較一、電

34、動的優(yōu)缺點：優(yōu)點：1）精確度高；2）節(jié)省能源；3）精密控制；4）改善環(huán)保水平；5）降低噪音；6）節(jié)約成本。缺點：1）機械特性硬度小，穩(wěn)定性差；2）傳遞功率小；3）只適用于調(diào)速方式要求不高場合；二、氣動的優(yōu)缺點：優(yōu)點：1）精確度高；2）空氣作為工作介質(zhì)，來源方便，不污染環(huán)境；3）工作環(huán)境適應性好；4）空氣粘度小，遠距離輸送能量損失少；5）氣動控制動作迅速，反應快，可在較短的時間內(nèi)達到所需的壓力和速度。缺點：1）穩(wěn)定性較差，位置控制和速度控制精度不高；2）壓力級不高，總的輸出力不太大；3）系統(tǒng)中必須采取措施進行給油潤滑；4）噪聲大，超聲速排氣時，需要加裝消聲器。三、液壓傳動的優(yōu)缺點：優(yōu)點：1)體積

35、小、重量輕，因此慣性力較小，當突然過載或停車時，不會發(fā)生大的沖擊； 2)能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)的自動調(diào)節(jié)牽引速度，并可實現(xiàn)無極調(diào)速； 3)換向容易，在不改變電機旋轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便地實現(xiàn)工作機構(gòu)旋轉(zhuǎn)和直線往復運動的轉(zhuǎn)換； 4)液壓泵和液壓馬達之間用油管連接，在空間布置上彼此不受嚴格限制； 5)由于采用油液為工作介質(zhì)，元件相對運動表面間能自行潤滑，磨損小，使用壽命長； 6)操縱控制簡便，自動化程度高； 7)容易實現(xiàn)過載保護。 缺點：1)使用液壓傳動對維護的要求高，工作油要始終保持清潔； 2)對液壓元件制造精度要求高，工藝復雜，成本較高； 3)液壓元件維修較復雜，且需有較高的技術(shù)水平； 4)用

36、油做工作介質(zhì)，在工作面存在火災隱患； 5)傳動效率低。2.3電液氣三類執(zhí)行器的應用領(lǐng)域1、氣動執(zhí)行機構(gòu)：現(xiàn)今大多數(shù)工控場合所用執(zhí)行器都是氣動執(zhí)行機構(gòu)，因為用氣源做動力，相較之下，比電動和液動要經(jīng)濟實惠，且結(jié)構(gòu)簡單，易于掌握和維護。由維護觀點來看，氣動執(zhí)行機構(gòu)比其它類型的執(zhí)行機構(gòu)易于操作和校定，在現(xiàn)場也可以很容易實現(xiàn)正反左右的互換。它最大的優(yōu)點是安全，當使用定位器時，對于易燃易爆環(huán)境是理想的，而電訊號如果不是防爆的或本質(zhì)安全的則有潛在的因打火而引發(fā)火災的危險。所以，雖然現(xiàn)在電動調(diào)節(jié)閥應用范圍越來越廣，但是在化工領(lǐng)域，氣動調(diào)節(jié)閥還是占據(jù)著絕對的優(yōu)勢。 氣動執(zhí)行機構(gòu)的主要缺點就是：響應較慢，控制精度

37、欠佳，抗偏離能力較差，這是因為氣體的可壓縮性，尤其是使用大的氣動執(zhí)行機構(gòu)時，空氣填滿氣缸和排空需要時間。但這應該不成問題，因為許多工況中不要求高度的控制精度和極快速的響應以及抗偏離能力。 2、電動執(zhí)行機構(gòu)：電動執(zhí)行機構(gòu)主要應用于動力廠或核動力廠，因為在高壓水系統(tǒng)需要一個平滑、穩(wěn)定和緩慢的過程。電動執(zhí)行機構(gòu)的主要優(yōu)點就是高度的穩(wěn)定和用戶可應用的恒定的推力，最大執(zhí)行器產(chǎn)生的推力可高達225000kgf，能達到這么大推力的只有液動執(zhí)行器，但液動執(zhí)行器造價要比電動高很多。電動執(zhí)行器的抗偏離能力是很好的，輸出的推力或力矩基本上是恒定的，可以很好的克服介質(zhì)的不平衡力，達到對工藝參數(shù)的準確控制，所以控制精度

38、比氣動執(zhí)行器要高。如果配用伺服放大器，可以很容易地實現(xiàn)正反作用的互換，也可以輕松設(shè)定斷信號閥位狀態(tài)（保持/全開/全關(guān)），而故障時，一定停留在原位，這是氣動執(zhí)行器所作不到，氣動執(zhí)行器必須借助于一套組合保護系統(tǒng)來實現(xiàn)保位。 電動執(zhí)行機構(gòu)的缺點主要有：結(jié)構(gòu)較復雜，更容易發(fā)生故障，且由于它的復雜性，對現(xiàn)場維護人員的技術(shù)要求就相對要高一些；電機運行要產(chǎn)生熱，如果調(diào)節(jié)太頻繁，容易造成電機過熱，產(chǎn)生熱保護，同時也會加大對減速齒輪的磨損；另外就是運行較慢，從調(diào)節(jié)器輸出一個信號，到調(diào)節(jié)閥響應而運動到那個相應的位置，需要較長的時間，這是它不如氣動、液動執(zhí)行器的地方。 3、液動執(zhí)行機構(gòu)：當需要異常的抗偏離能力和高的

39、推力以及快的形成速度時，我們往往選用液動或電液執(zhí)行機構(gòu)。因為液體的不可壓縮性，采用液動執(zhí)行器的優(yōu)點就是較優(yōu)的抗偏離能力，這對于調(diào)節(jié)工況是很重要的，因為當調(diào)節(jié)元件接近閥座時節(jié)流工況是不穩(wěn)定的，越是壓差大，這種情況越厲害。另外，液動執(zhí)行機構(gòu)運行起來非常平穩(wěn)，響應快，所以能實現(xiàn)高精度的控制。電液動執(zhí)行機構(gòu)是將電機、油泵、電液伺服閥集成于一體，只要接入電源和控制信號即可工作，而液動執(zhí)行器和氣缸相近，只是比氣缸能耐更高的壓力，它的工作需要外部的液壓系統(tǒng)，工廠中需要配備液壓站和輸油管路，相比之下，還是電液執(zhí)行器更方便一些。液動執(zhí)行機構(gòu)的主要缺點就是造價昂貴，體檢龐大笨重，特別復雜和需要專門工程，所以大多數(shù)

40、都用在一些諸如電廠、石化等比較特殊的場合。2.4 Automation Studio軟件的介紹在液動控件、氣動控件和電氣控制回路系統(tǒng)的設(shè)計過程中，我們通常希望能夠預測系統(tǒng)的動靜態(tài)性能，明白執(zhí)行元件的負載特性、速度特性，或明白單個元件在整個系統(tǒng)中的作用等，以方便縮短系統(tǒng)或元件的設(shè)計周期，防止因重復試驗及加工所帶來的昂貴代價，同時可以提前認識所設(shè)計系統(tǒng)在動態(tài)特性方面存在的薄弱環(huán)節(jié)，并加以消除，從而縮短電動、液動、氣動等系統(tǒng)的設(shè)計周期、試驗周期，減少開發(fā)成本。仿真是解決上述問題的方法之一。加拿大科學家開發(fā)的系統(tǒng)設(shè)計軟件Automation Studio可以對電動、液動、氣動系統(tǒng)進行虛擬設(shè)計和分析，它

41、不同于其他仿真軟件的特點在于面向各個系統(tǒng)的原理進行建模，使設(shè)計者擺脫繁瑣的建模 過程和復雜的程序設(shè)計。Automation Studio軟件是一個具有設(shè)計和動態(tài)仿真功能的軟件工具。該軟件具有對液壓系統(tǒng)虛擬設(shè)計、模擬、測試、分析等功能，通過模擬，可以進一步完善修改液壓系統(tǒng)的設(shè)計及分析等。該軟件具有面向液壓系統(tǒng)原理圖的特點，通過輸入研究系統(tǒng)的液壓原理圖，即可實現(xiàn)模型建立、仿真實驗及結(jié)果輸出與顯示的全部過程。其庫管理器包含許多液壓、氣動及電控方面的元件，也可以按設(shè)計者要求創(chuàng)建、管理新庫和新元件。Automation Studio軟件通用性強，可廣泛應用于各類液壓傳動及控制系統(tǒng)的動態(tài)特性分析研究，這必

42、將使以動態(tài)特性分析研究作為一個重要設(shè)計環(huán)節(jié)的液壓產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計方法的實施向前大大邁進了一步，為在設(shè)計階段預測產(chǎn)品的動態(tài)性能、提高設(shè)計質(zhì)量及縮短設(shè)計周期等提供了一條良好的實施途徑。Automation Studio是一款綜合仿真軟件，用戶能夠使用它仿真模 擬各種技術(shù)回路，包括液壓、氣動、電路控制、可編程邏輯控制器 (PLC)、順序功能圖(SFC)以及其他多項技術(shù)。Automation Studio為工程設(shè)計、測試、維護、診斷、排除故障和技術(shù)培訓提供了有效工具。該軟 件可動態(tài)仿真回路，觀察組件與電路之間的關(guān)系，控制實際硬件，具有 組件剖面動態(tài)演示功能，提供了一個涵蓋多學科領(lǐng)域、仿真過程形象直 觀的軟

43、件環(huán)境。Automation Studio特點是支持多領(lǐng)域建模仿真，包含 機、電、液、電磁、控制等多學科領(lǐng)域。同時，具有易操作的圖形化用戶 操作界面及實時仿真功能。元件模型在軟件中用圖標表示，由計算機自動生成回路的仿真描述文件和程序，用戶可實時看到仿真動作。軟件主要包含以下模塊和函數(shù)庫：Hydraulics(液壓設(shè)計)、Propor tional and Servo Hydraulics(比例和伺服液壓)、Pneumatics(氣動設(shè)計)、 Fluid Power Component Sizing(流體傳動組件編輯)、Spool and Pump Designer(線管和泵設(shè)計)、PLC La

44、dder Logic&Digital Electronics(可編 程邏輯控制器梯形邏輯及數(shù)字電子)、HMI andControl Panel Module(人機界面和控制面板模塊)、Digital Electronics Library(數(shù)字電子庫)、 Sequential Function Chart(順序功能圖)、Electrical Controls(電氣控制)、 Electrical(電氣函數(shù)庫)等。Automation Studio是一種創(chuàng)新型的機電一體化設(shè)計仿 真軟件，具有回路設(shè)計、系統(tǒng)分析、情境演示和動態(tài)仿真等 功能。Automation Studio由液壓、氣動、PL

45、C、比例伺服、電 機拖動與電氣控制等多個標準模塊構(gòu)成，這些模塊也被稱 為工作室編輯器。 軟件采用人性化設(shè)計，每個系統(tǒng)都提供快速啟動指南， 幫助用戶熟悉系統(tǒng)的相關(guān)信息和操作方法。元件庫采用國 際標準化元件，包含數(shù)千個SO、JIC、IEC和NEMA通用元 件，用戶可根據(jù)需要進行選用或添加。操作時，可將元件直 接拖放到工作平臺，進行實驗、設(shè)計、測試和分析，然后通過 模擬仿真，修改或完善設(shè)計不足。 Automation Studio具有以下特點： 一是采用圖形化編程語言，用元件圖標代替文本，通過 圖標輸入編輯器，實現(xiàn)模型構(gòu)建、動態(tài)演示和數(shù)據(jù)采集等多 種功能。 二是把液壓、氣動、PLC、電氣控制、CAD

46、繪圖和模擬仿 真等操作都匯集到一個工作平臺，利用這個工作平臺，靈活 地進行機電一體化系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計和實驗研究。 三是界面友好，兼容性強，可直接將回路設(shè)計和圖表復 制下來，在Word文本上粘貼，極大地方便了用戶需求。 四是技術(shù)分析能力強，廣泛地應用于機電液氣控制系 統(tǒng)的研究中，為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析、動靜態(tài)性能測試、元件負載 特性研究和技術(shù)數(shù)據(jù)采集，提供了良好的實施工具。Automation Studio軟件包涵了液壓、氣動、電氣、可編程邏輯控制器、順序功能圖等多項技術(shù)，整合了系統(tǒng)設(shè)計的易操作性、動態(tài)現(xiàn)實模擬、演示，以及資料編制等功能。用戶可以使用此平臺作液壓、氣動、電路控制、PLC等圖紙設(shè)計

47、、資料編制，控制面板、人機界面開發(fā)，以及模擬、演示各種技術(shù)畫面。軟件具備功能強大、數(shù)量完備、符合國際標準的交互式元件庫/函數(shù)庫，具體包括比例和伺服液壓、氣壓、電氣控制、人機界面和控制面板模塊、數(shù)字電子庫、電氣技術(shù)、可編程邏輯控制器邏輯梯形圖、順序功能圖等。基于Automation Studio軟件的自動化實踐教學平臺能夠形象生動地描述自動化生產(chǎn)線的全過程，激發(fā)學生對專業(yè)課程的學習興趣。學生可運用該軟件自行設(shè)計系統(tǒng)，并實現(xiàn)調(diào)試與組態(tài)監(jiān)控。實踐教學更好地貼近生產(chǎn)、貼近工程。第3章 利用AS軟件設(shè)計控制方案并進行仿真3.1 電動執(zhí)行器的開閉控制方案設(shè)計以及仿真電動執(zhí)行器被廣泛應用于各種工業(yè)自動化過程

48、的控制環(huán)節(jié)，能夠精確地實現(xiàn)遠程控制。主要由伺服放大器和執(zhí)行器兩大部分組成。電動執(zhí)行器接受調(diào)節(jié)器來的4-20mA的直流信號，將其線性地轉(zhuǎn)換成機構(gòu)轉(zhuǎn)角或直線位置位移，用以操作風門、擋板、閥門等調(diào)節(jié)機構(gòu)，以實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。本設(shè)計的重點是設(shè)計電動執(zhí)行器的控制部分。利用Automation Studio軟件來仿真電機的正反轉(zhuǎn)，來達到實際生活生產(chǎn)中風門、擋板、閥門等調(diào)節(jié)機構(gòu)的自動調(diào)節(jié)。圖3-1電機正轉(zhuǎn)仿真模型圖3-2電機反轉(zhuǎn)仿真模型圖3-2中為左邊為電機正反轉(zhuǎn)的電路仿真圖，圖右為油壓控制下的一套液壓傳動系統(tǒng)，上圖的仿真模型是利用液壓傳動系統(tǒng)來自動控制電機的正反轉(zhuǎn)，其工作原理以及流程如下： 電機要實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控

49、制，將其電源的相序中任意兩相對調(diào)即可（我們稱為換相），通常是V相不變，將U相與W相對調(diào)節(jié)器，為了保證兩個接觸器動作時能夠可靠調(diào)換電動機的相序，接線時應使接觸器的上口接線保持一致，在接觸器的下口調(diào)相。由于將兩相相序?qū)φ{(diào)，故須確保二個KM線圈不能同時得電，否則會發(fā)生嚴重的相間短路故障，因此必須采取聯(lián)鎖。圖中主回路采用兩個接觸器，即正轉(zhuǎn)接觸器KM1和反轉(zhuǎn)接觸器KM2。當接觸器KM1的三對主觸頭接通時，三相電源的相序按UVW接入電動機。當接觸器KM1的三對主觸頭斷開，接觸器KM2的三對主觸頭接通時，三相電源的相序按WVU接入電動機，電動機就向相反方向轉(zhuǎn)動。電路要求接觸器KM1和接觸器KM2不能同時接通

50、電源，否則它們的主觸頭將同時閉合，造成U、W兩相電源短路。為此在KM1和KM2線圈各自支路中相互串聯(lián)對方的一對輔助常閉觸頭，以保證接觸器KM1和KM2不會同時接通電源，KM1和KM2的這兩對輔助常閉觸頭在線路中所起的作用稱為聯(lián)鎖或互鎖作用，這兩正向啟動過程對輔助常閉觸頭就叫聯(lián)鎖或互鎖觸頭。正向啟動過程：圖3-1中液壓傳動系統(tǒng)的雙向電控制器左邊開關(guān)啟動，液壓使液壓缸向左移動觸發(fā)SB2點，然后發(fā)出信號自動按下起動按鈕SB2，接觸器KM1線圈通電，與SB1并聯(lián)的KM1的輔助常開觸點閉合，以保證KMl線圈持續(xù)通電，串聯(lián)在電動機回路中的KM1的主觸點持續(xù)閉合，電動機連續(xù)正向運轉(zhuǎn)。停止過程：圖中液壓傳動系

51、統(tǒng)的雙向電控制器右邊開關(guān)啟動，液壓使液壓缸向左移動觸發(fā)SB1點，然后發(fā)出信號自動按下按下停止按鈕SB1，接觸器KMl線圈斷電，與SB2并聯(lián)的KM1的輔助觸點斷開，以保證KMl線圈持續(xù)失電，串聯(lián)在電動機回路中的KMl的主觸點持續(xù)斷開，切斷電動機定子電源，電動機停轉(zhuǎn)。反向啟動過程：圖3-2中液壓傳動系統(tǒng)的雙向電控制器右邊開關(guān)啟動，液壓使液壓缸向左移動觸發(fā)SB3點，然后發(fā)出信號自動按下按下起動按鈕SB3，接觸器KM2線圈通電，與SB3并聯(lián)的KM2的輔助常開觸點閉合，以保證KM2線圈持續(xù)通電，串聯(lián)在電動機回路中的KM2的主觸點持續(xù)閉合，電動機連續(xù)反向運轉(zhuǎn)。3.2液動執(zhí)行器的開閉控制方案設(shè)計以及仿真液壓

52、系統(tǒng)的作用為通過改變壓強增大作用力。一個完整的液壓系統(tǒng)由五個部分組成，即動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件（附件）和液壓油。液壓系統(tǒng)可分為兩類：液壓傳動系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)。液壓傳動系統(tǒng)以傳遞動力和運動為主要功能 。液壓控制系統(tǒng)則要使液壓系統(tǒng)輸出滿足特定的性能要求（特別是動態(tài)性能），通常所說的液壓系統(tǒng)主要指液壓傳動系統(tǒng)。我們利用Automation Studio軟件來仿真液壓傳動的工作流程。a）充氣推動活塞b）泄氣關(guān)閉氣缸圖3-3 Automation Studio軟件來仿真液壓傳動系統(tǒng)圖：原件功能介紹：圖3-4 氣動執(zhí)行機構(gòu)傳動系統(tǒng)圖1-油箱；2-過濾器；3-液壓泵；4-溢流閥；5-開停閥

53、；6-節(jié)流閥；7-換向手柄；8-活塞；9-液壓缸；10-工作臺； 動力元件：動力元件的作用是將原動機的機械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，指液壓系統(tǒng)中的油泵，它向整個液壓系統(tǒng)提供動力。液壓泵的結(jié)構(gòu)形式一般有齒輪泵、葉片泵、柱塞泵和螺桿泵。執(zhí)行元件：執(zhí)行元件(如液壓缸和液壓馬達)的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，驅(qū)動負載作直線往復運動或回轉(zhuǎn)運動。控制元件：控制元件(即各種液壓閥)在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向。根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥包括溢流閥(安全閥)、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流集流閥等；方向控制

54、閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同，液壓閥可分為開關(guān)式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。輔助元件：輔助元件包括油箱、濾油器、冷卻器、加熱器、蓄能器、油管及管接頭、密封圈、快換接頭、高壓球閥、膠管總成、測壓接頭、壓力表、油位計、油溫計等。液壓油：液壓油是液壓系統(tǒng)中傳遞能量的工作介質(zhì)，有各種礦物油、乳化液和合成型液壓油等幾大類。運行流程介紹：利用Automation Studio軟件來仿真的液壓傳動系統(tǒng)中，圖1為液壓缸活塞的緩開，原油首先從油箱出來經(jīng)過過濾器再通過油泵在經(jīng)過節(jié)流閥、換向器液態(tài)油充入液壓缸，圖中可控單向順序閥是為了控制前后液壓缸順序打開，只有當前一液壓缸完全打開

55、時后一液壓缸才能打開，條件是前一液壓缸的最大壓力是后一順序閥的最低啟動壓力。圖2為換向閥打到另一邊時，液體油流入活塞另一側(cè)推動活塞，使活塞向另一方向推動。3.2氣動執(zhí)行器的開閉控制方案設(shè)計以及仿真 a）活塞停在右端 b）活塞停在左端 c）活塞停在中間圖3-4 氣動回路位置控制系統(tǒng)圖形符號含義以及功能介紹：氣壓源；作用：提供氣壓：三位五通換向閥；作用：雙作用氣缸；作用：具有雙伸出桿：單向節(jié)流閥：作用：控制氣流的輸出量使之單方向流動，流量可調(diào)：泄氣閥；作用：氣體排出氣動執(zhí)行器的執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)是統(tǒng)一的整體，其執(zhí)行機構(gòu)有薄膜式、活塞式、撥叉式和齒輪齒條式。活塞式行程長，適用于要求有較大推力的場合；

56、而薄膜式行程較小，只能直接帶動閥桿。撥叉式氣動執(zhí)行器具有扭矩大、空間小、扭矩曲線更符合閥門的扭矩曲線等特點，但是不很美觀；常用在大扭矩的閥門上。齒輪齒條式氣動執(zhí)行機構(gòu)有結(jié)構(gòu)簡單，動作平穩(wěn)可靠，并且安全防爆等優(yōu)點，在發(fā)電廠、化工，煉油等對安全要求較高的生產(chǎn)過程中有廣泛的應用。利用Automation Studio軟件來仿真的氣動回路是屬于活塞式，本設(shè)計所達到的目的是利用氣缸兩側(cè)壓力差控制氣缸內(nèi)活塞的運動方向，控制活塞能達到設(shè)計者所期望的位置，進行位置的控制。圖3-4 a）為換向閥打到左邊使氣缸左側(cè)充氣，控制活塞向右運動；圖3-4 b）為活塞到達右邊時，換向閥打到右邊使氣缸充氣，控制活塞向左運動；圖3-4 c）為活塞在向左或者向