执行元件是指能够根据控制器提供的指令,对受控对象实施控制的元件。这些元件能够将电能或流体能量转化为机械能或其他形式的能量,从而改变受控对象的状态,包括机械运动状态和其他物理状态,如温度、压力等。
分类
电动执行元件
电动执行元件是将电能转换为机械能的电磁元件,主要用于实现往复运动或回转运动。常见类型包括直流伺服电动机、交流伺服电动机、步进电动机、电磁制动器和继电器等。电动执行元件具有调速范围宽、灵敏度高、响应速度快等特点,并能够在特殊环境下满足防爆、防腐、耐高温等需求。随着自动控制技术的进步,电动执行元件的种类不断增加,性能不断提升。无刷电动机、低惯量电动机、慢速电动机、直线电动机和平面电动机等新型电动执行元件均有广阔发展前景。在国内,多家企业致力于自动化元件的研发和生产,其中快易优的产品涵盖了气缸、轴承、气压阀、直流伺服电动机、步进电动机等多种类别。步进电动机作为一种增量运动控制的主流执行元件,同时也是数控系统的执行元件,其走步均匀性备受关注。
直流伺服电动机
直流伺服电动机是一种将电信号转换为角位移或角速度输出的直流电动机。根据励磁方式的不同,可分为电磁式和永磁式两类。直流伺服电动机常用于功率稍大的自动控制系统中,输出功率一般在1~600瓦之间,最高可达数千瓦。
交流伺服电动机
交流伺服电动机是一种定子绕组轴线在空间相差90°电角度的两相异步电动机。其中一相作为激磁绕组,接至固定的交流电源上;另一相作为控制绕组,受功率放大器输出电压的控制。与直流伺服电动机相比,交流伺服电动机消除了电刷的摩擦和换向火花造成的干扰,工作可靠性更高,但其机械特性和控制特性存在非线性,且电机参数随转速变化,可能会影响控制系统的动态特性。
电磁制动器
电磁制动器是一种利用电磁力将主动侧扭力传递给被动侧的连接器。它可以快速结合、分离或制动,适用于各种需要精确停车或减速的场景。电磁制动器具有响应速度快、结构简单的优点,广泛应用于机床、吊车等频繁启停的机械设备中。电磁制动器分为交流和直流两种类型。
电磁接触器
电磁接触器是一种通断功率较大的电磁开关,可用于远程控制交、直流电路的通断。它还可以与其他电气元件组合,形成磁力起动器,用于机床电机、电力电容器和电焊、电热、起重设备等控制系统的过载保护。电磁接触器同样分为交流和直流两种类型。
气动执行元件
气动执行元件是将气体能转化为机械能的执行元件,主要包括气缸和气动马达。气动执行元件结构简单,重量轻,工作可靠,并具有防爆的特点,尤其适合在中、小功率的化工石油设备和机械工业生产自动线上应用。
气缸
气缸是气压传动的主要执行元件之一,用于实现直线往复运动。气缸分为单作用式和双作用式两种,前者仅在一端提供压缩空气,后者则可在两端均提供压缩空气。气缸由前端盖、后端盖、活塞、气缸筒、活塞杆等组成,常用压缩空气作为动力源,行程从几毫米到几百毫米不等,输出推力可达数十吨。随着应用领域的扩展,出现了许多新型气缸,如带行程控制的气缸、气液进给缸、气液分阶进给缸、具有往复和回转90°两种运动方式的气缸等,广泛应用于机械自动化和机器人等领域。
气动马达
气动马达是另一种气动执行元件,用于实现回转运动。气动马达分为摆动式和回转式两类,前者实现有限回转运动,后者实现连续回转运动。摆动式气动马达包括叶片式和螺杆式两种,螺杆式气动马达利用螺杆将活塞的直线运动转变为回转运动。摆动马达依靠销轴传递扭矩,具有较大的惯性力,需要采取油缓冲或外部缓冲装置。回转式气动马达可以实现无级调速,具有过载保护功能,适用于驱动齿轮齿条机构等。
液压执行元件
液压执行元件是将液压能转化为机械能的执行元件,包括液压缸、摆动液压马达和旋转液压马达。液压执行元件具有单位重量和单位体积功率大、机械刚性好、动态响应快等优点,广泛应用于精密控制系统、航空航天等领域。但也存在制造工艺复杂、维护困难、效率较低等缺点。
液压缸
液压缸是实现直线往复机械运动的液压执行元件,输出力和线速度。液压缸种类多样,包括单作用液压缸、双作用液压缸、单出杆液压缸和双出杆液压缸等。液压缸的动作原理类似于双作用液压缸,通过四通阀控制活塞两侧的压力,实现活塞的往复运动。
摆动液压马达
摆动液压马达实现有限往复回转机械运动,输出力矩和角速度。其动作原理与双作用液压缸类似,但高压油作用在叶片上的力对输出轴产生力矩,带动负载摆动做机械功。摆动液压马达结构紧凑,效率高,能在两个方向产生大的瞬时力矩。
旋转液压马达
旋转液压马达实现无限回转机械运动,输出扭矩和角速度。旋转液压马达具有转动惯量小、换向平稳、易于启动和制动、良好的加速度、速度、位置控制性能等特点,可直接与旋转负载相连。旋转液压马达通常分为齿轮型、叶片型、柱塞型三种。