piston type actuator training
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液压控制系统的压力等级：
低 压： 0~2.5 Mpa 中 压： > 2.5~8.0 Mpa 中高压： > 8.0~16.0 Mpa 高 压： > 16.0~32.0 Mpa 超高压： >32.0 Mpa
29
2014-11-6
执行机构与自动控制
液压控制系统的介质分类：
按品种分类：水基，油基； • 水基；水包液乳化液、油包水乳化液、水的化学溶液等； • 油基：矿物油、液压油； 按黏度分类：采用在400C时油液运动黏度。 最常用的有：10、15、22、32、46、68、100、150八个黏度等级。
25
2014-11-6
执行机构与自动控制
第二部分- 液压执行机构及电液控制
26
2014-11-6
执行机构与自动控制
电液控制系统的优点：
• • • • • • • 重量轻、体积小、运动惯性小； 动态相应好，反应速度快，滞后小； 操纵控制方便，可以实现大范围的无级调速（2000:1） 可自动实现过载保护； 运动面可自行润滑，使用寿命长； 很容易实现直线运动； 采用电液联合控制，可以实现高精度的自动过程控制；
34
2014-11-6
执行机构与自动控制
电液控制系统的组成：
原理图
35
2014-11-6
执行机构与自动控制
电液控制系统的种类：
按照用户要求设计，量身定做 • 比例伺服调节 • 开关 • 调节+开关 • ESD/PST • 太阳能供电 • …
36
2014-11-6
执行机构与自动控制
电液控制系统的应用：
执行机构及控制系统 - 气动及液压执行机构 培训教材
执行机构与自动控制
第一部分- 气动执行机构及控制
2
2014-11-6
执行机构与自动控制
气动控制的优点
• 以空气为介质，来源容易，可以直接排到大气，处理方 便，不需设回收装置和管道。 • 空气阻力小，损失小，便于集中供气、远距离传输。 • 气动动作迅速，反应快，维护简单，工作介质清洁。无 变质问题 • 工作环境适应性好，特别适合易燃、易爆、多尘、强磁、 辐射、振动等恶恶劣工况。 • 成本低、过载能自动保护
27
2014-11-6
执行机构与自动控制
电液控制系统的缺点：
• • • • • • 液体流动阻尼损失较大，泄漏会污染环境； 高精度控制易受温度影响； 液压元件的制造精度要求高； 对液体要求较高 系统复杂，在故障时不易查出原因，使用和维修要求较高的技术水平。 价格较高
28
2014-11-6
执行机构与自动控制
46
2014-11-6
执行机构与自动控制
气液联动执行机构的选型要点：
• • • • • 管线压力，最低压力，正常压力，最高压力 阀门各个位置（全开位，全关位，中间位）在不同压差下的扭矩 控制要求，是否需要破管检测控制系统 天然气管线介质组成，注意是否抗硫 是否需要储气罐
47
2014-11-6
执行机构与自动控制
39
2014-11-6
执行机构与自动控制
气液联动执行机构-用于长输管线
• • • • • 输送管线的安全保护装置 ,用于无电源工况 采用管线内天然气压力或外接氮气瓶为动力源 检测阀门下游侧压力变化,压力降，压力低等 驱动阀门关闭 现场手动操作
40
2014-11-6
执行机构与自动控制
气液联动执行机构的组成：
安全系数: 1.25~1.5倍 最大输出扭矩不要超过阀杆允许扭矩
Torque %
120 100 80 60 40 20 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Valve opening degrees
单作用：注意弹簧的压力等级
15
2014-11-6
执行机构与自动控制
气动执行机构的常用控制附件：
执行机构与自动控制
气动系统的组成
• 气压发生装置： 是获得压缩空气的能源装置。 空气压缩机；
•执行元件-气动执行机构：是以压缩空气为工作介质产生机械运动，并 将气体压力能转变为机械能的能量转换装置；如：汽缸、气动马达、摆 动缸； • 控制元件：是用来控制压缩空气的压力、流量和流动方向的元件；如： 压力阀、流量阀、方向阀、逻辑阀、行程阀等 • 辅助元件：是使压缩空气净化、润滑、消声以及元件之间的连接件等； 如：分水滤气器、油雾器、消声器及管件。
执行机构与自动控制
气动执行机构的高端控制要求：
HIPPS：一体化故障安全压力保护控制系统 ESD：紧急停车系统 PST：部分行程测试系统
24
2014-11-6
执行机构与自动控制
气动执行机构的发展趋势：
更加丰富的气动控制元件，大流量，高精度， 智能化电气定位器和阀位监控器-阀门/执行机构的可预测维护功能 各种现场总线接口 无线通讯网络的应用 可靠性进一步提高
21
2014-11-6
执行机构与自动控制
安全完整性等级的概念：
风险评估的相关标准： IEC 61508， 更新的IEC 60204-1 功能性安全标准IEC 62061（BS EN 62061:2005）
22 2014-11-6
执行机构与自动控制
气动执行机构的常用控制系统实例：
23
2014-11-6
• • • • • • • 液压执行机构 气液分离罐 气动控制系统 破管检测控制系统 液压手动操作系统 扭矩保护系统 调速阀
41
2014-11-6
执行机构与自动控制
气液联动执行机构的组成：
气动破管检测自动装置 • 检测管道内压力 • 检测管道内压力降速率 • 达到设定值时，驱动 阀门关闭 • 人工手动复位
限位开关, 指示阀位及反馈 • 机械式开关 • 接近式开关 • 4-20mA连续反馈 • 现场总线 • 一体化阀门监控器
限位开关
机械阀位指示
17
2014-11-6
执行机构与自动控制
气动执行机构的常用控制附件：
过滤器减压阀, 2阀组，3阀组 • 手动排放 • 自动排放 • 半自动排放
18
2014-11-6
。。。
14
2014-11-6
执行机构与自动控制
气动执行机构的选型原则：
用户气源压力: >0.4MPa 阀门/执行机构扭矩: 开方向：起始扭矩BTO，运行扭矩 RUNNING, 终点扭矩ETO 关方向：起始扭矩BTC，运行扭矩 RUNNING, 终点扭矩ETC
TORQUE CHART % OF DOUBLE ACTING
42
2014-11-6
执行机构与自动控制
气液联动执行机构的组成：
电子式破管检测自动装置
• 取代传统机械式破管检测装置进行阀门控制 • 能够进行数据采集，记录 • 能够灵活地进行各种参数设定 • 应有现场操作接口 • 能够与便携电脑通讯，下载数据设定参数及分 析管线工况 • 具有RS232/RS485接口，可与SCADA系统通讯 • 稳定可靠 • 防爆及全天候防护结构
30
2014-11-6
执行机构与自动控制
电液控制系统的组成：
液压执行机构
31
2014-11-6
执行机构与自动控制
电液控制系统的组成：
液压执行机构
32
2014-11-6
执行机构与自动控制
电液控制系统的组成：
动力油源
33
2014-11-6
执行机构与自动控制
电液控制系统的组成：
控制部分 辅助元件 电控系统
执行机构与自动控制
气动执行机构的常用控制附件：
• • • • 定位器, 接受信号控制阀位和/或反馈 气动控制信号: 0.2-1.0 barg 电流控制信号: 4-20 mA / 1-5VDC/ 0-20mA 其它：现场总线
智能定位器 AVID-SMARTCAL
19 2014-11-6
电气定位器 PMV-EP5
石油化工 油气管道 冶金钢厂 海上平台 造船 水厂 电力 …
37
2014-11-6
执行机构与自动控制
电液控制系统的发展：
• • • • • • • … 抗污染液压元件 电液一体化，更加精巧 智能化节能控制 现场总线 免维护 可靠性提高 环保
38
2014-11-6
执行机构与自动控制
第三部分- 气液联动执行机构及控制
5
2014-11-6
执行机构与自动控制
气动执行机构组成
• • • • 气缸 弹簧缸 驱动头, 拨叉机构/齿轮齿条 手动机构, 手轮/液压
重要概念: • 双作用: 执行机构双向动作由气源推动 • 单作用: 执行机构单向动作由气源推动, 另一方向由弹簧 推动
6
2014-11-6
执行机构与自动控制
气动执行机构类型：齿轮齿条执行机构
43
2014-11-6
执行机构与自动控制
气液联动执行机构的组成：
液压手动装置 • 手动开关阀门 • 平衡液罐中的液位
44
2014-11-6
执行机构与自动控制
气液联动执行机构的组成：
速度调流阀 可调节阀门的开关时间
45
2014-11-6
执行机构与自动控制
气液联动执行机构的组成：
限扭矩开关 用于管道气压变化范围大的情况
气压作用在活塞推动齿条产生扭矩。 齿轮和齿条相互作用。 根据力臂定律线性运动产生扭矩。
齿轮齿条执行机构的力臂
7 2014-11-6
执行机构与自动控制
气动执行机构类型：齿轮齿条执行机构
8
2014-11-6
执行机构与自动控制
气动执行机构类型：齿轮齿条执行机构
输出扭矩曲线
TORQUE CHART % OF DOUBLE ACTING
120 100
Torque %
80 60 40 20 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Valve opening degrees
9
2014-11-6
执行机构与自动控制
气动执行机构类型：拨叉型
气源作用在活塞上推动 力臂产生扭矩。
10Baidu Nhomakorabea
2014-11-6
执行机构与自动控制
执行机构与自动控制
气动执行机构的常用控制附件：
手动操作机构, 手轮 液压
20
2014-11-6
执行机构与自动控制
气动执行机构的使用要求：
动作时间要求， 特别注意关闭时间小于1秒的要求 防爆要求，所有附件要符合要求 环境温度，特别注意高温>60度，低温<-20度 手动方式 供气压力/弹簧压力等级 控制要求，调节和/或开关型 完整安全性要求：SIL等级
• 电磁阀, 控制执行机构动作方向和 速度 • 形式： • 管式 • 板式，Namur • 功能： • 3/2 用于单作用执行机构 • 5/2，4/2 用于双作用执行机 构 • 结构： • 直动式，小口径，小流量 • 先导式，大口径，大流量
16
2014-11-6
执行机构与自动控制
气动执行机构的常用控制附件：
3
2014-11-6
执行机构与自动控制
气动控制的缺点
• 空气可压缩，工作速度稳定性差。 • 工作压力低：结构尺寸大，总的输出力不宜于大于1040KN • 噪音大，在高速排气时要加消声器。 • 气信号传递速度在声速以内比电子及光速慢，因此，气 动控制不宜用于元件级数过多的复杂回路
4
2014-11-6
气动执行机构类型：拨叉型实例
11
2014-11-6
执行机构与自动控制
气动执行机构类型：拨叉型
气源作用在活塞上推动 力臂产生扭矩。
拨叉的力臂
12
2014-11-6
执行机构与自动控制
气动执行机构类型：拨叉型
输出扭矩曲线 适合于球阀和蝶阀
13
2014-11-6
执行机构与自动控制
气动执行机构类型
薄膜型 曲柄式 旋转叶片式 升降螺旋气缸式 齿轮箱+气动泵
气液联动执行机构的应用举例：
48
2014-11-6
低 压： 0~2.5 Mpa 中 压： > 2.5~8.0 Mpa 中高压： > 8.0~16.0 Mpa 高 压： > 16.0~32.0 Mpa 超高压： >32.0 Mpa
29
2014-11-6
执行机构与自动控制
液压控制系统的介质分类：
按品种分类：水基，油基； • 水基；水包液乳化液、油包水乳化液、水的化学溶液等； • 油基：矿物油、液压油； 按黏度分类：采用在400C时油液运动黏度。 最常用的有：10、15、22、32、46、68、100、150八个黏度等级。
25
2014-11-6
执行机构与自动控制
第二部分- 液压执行机构及电液控制
26
2014-11-6
执行机构与自动控制
电液控制系统的优点：
• • • • • • • 重量轻、体积小、运动惯性小； 动态相应好，反应速度快，滞后小； 操纵控制方便，可以实现大范围的无级调速（2000:1） 可自动实现过载保护； 运动面可自行润滑，使用寿命长； 很容易实现直线运动； 采用电液联合控制，可以实现高精度的自动过程控制；
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2014-11-6
执行机构与自动控制
电液控制系统的组成：
原理图
35
2014-11-6
执行机构与自动控制
电液控制系统的种类：
按照用户要求设计，量身定做 • 比例伺服调节 • 开关 • 调节+开关 • ESD/PST • 太阳能供电 • …
36
2014-11-6
执行机构与自动控制
电液控制系统的应用：
执行机构及控制系统 - 气动及液压执行机构 培训教材
执行机构与自动控制
第一部分- 气动执行机构及控制
2
2014-11-6
执行机构与自动控制
气动控制的优点
• 以空气为介质，来源容易，可以直接排到大气，处理方 便，不需设回收装置和管道。 • 空气阻力小，损失小，便于集中供气、远距离传输。 • 气动动作迅速，反应快，维护简单，工作介质清洁。无 变质问题 • 工作环境适应性好，特别适合易燃、易爆、多尘、强磁、 辐射、振动等恶恶劣工况。 • 成本低、过载能自动保护
27
2014-11-6
执行机构与自动控制
电液控制系统的缺点：
• • • • • • 液体流动阻尼损失较大，泄漏会污染环境； 高精度控制易受温度影响； 液压元件的制造精度要求高； 对液体要求较高 系统复杂，在故障时不易查出原因，使用和维修要求较高的技术水平。 价格较高
28
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执行机构与自动控制
46
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执行机构与自动控制
气液联动执行机构的选型要点：
• • • • • 管线压力，最低压力，正常压力，最高压力 阀门各个位置（全开位，全关位，中间位）在不同压差下的扭矩 控制要求，是否需要破管检测控制系统 天然气管线介质组成，注意是否抗硫 是否需要储气罐
47
2014-11-6
执行机构与自动控制
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执行机构与自动控制
气液联动执行机构-用于长输管线
• • • • • 输送管线的安全保护装置 ,用于无电源工况 采用管线内天然气压力或外接氮气瓶为动力源 检测阀门下游侧压力变化,压力降，压力低等 驱动阀门关闭 现场手动操作
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执行机构与自动控制
气液联动执行机构的组成：
安全系数: 1.25~1.5倍 最大输出扭矩不要超过阀杆允许扭矩
Torque %
120 100 80 60 40 20 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Valve opening degrees
单作用：注意弹簧的压力等级
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执行机构与自动控制
气动执行机构的常用控制附件：
执行机构与自动控制
气动系统的组成
• 气压发生装置： 是获得压缩空气的能源装置。 空气压缩机；
•执行元件-气动执行机构：是以压缩空气为工作介质产生机械运动，并 将气体压力能转变为机械能的能量转换装置；如：汽缸、气动马达、摆 动缸； • 控制元件：是用来控制压缩空气的压力、流量和流动方向的元件；如： 压力阀、流量阀、方向阀、逻辑阀、行程阀等 • 辅助元件：是使压缩空气净化、润滑、消声以及元件之间的连接件等； 如：分水滤气器、油雾器、消声器及管件。
执行机构与自动控制
气动执行机构的高端控制要求：
HIPPS：一体化故障安全压力保护控制系统 ESD：紧急停车系统 PST：部分行程测试系统
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执行机构与自动控制
气动执行机构的发展趋势：
更加丰富的气动控制元件，大流量，高精度， 智能化电气定位器和阀位监控器-阀门/执行机构的可预测维护功能 各种现场总线接口 无线通讯网络的应用 可靠性进一步提高
21
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执行机构与自动控制
安全完整性等级的概念：
风险评估的相关标准： IEC 61508， 更新的IEC 60204-1 功能性安全标准IEC 62061（BS EN 62061:2005）
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执行机构与自动控制
气动执行机构的常用控制系统实例：
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• • • • • • • 液压执行机构 气液分离罐 气动控制系统 破管检测控制系统 液压手动操作系统 扭矩保护系统 调速阀
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执行机构与自动控制
气液联动执行机构的组成：
气动破管检测自动装置 • 检测管道内压力 • 检测管道内压力降速率 • 达到设定值时，驱动 阀门关闭 • 人工手动复位
限位开关, 指示阀位及反馈 • 机械式开关 • 接近式开关 • 4-20mA连续反馈 • 现场总线 • 一体化阀门监控器
限位开关
机械阀位指示
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执行机构与自动控制
气动执行机构的常用控制附件：
过滤器减压阀, 2阀组，3阀组 • 手动排放 • 自动排放 • 半自动排放
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。。。
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执行机构与自动控制
气动执行机构的选型原则：
用户气源压力: >0.4MPa 阀门/执行机构扭矩: 开方向：起始扭矩BTO，运行扭矩 RUNNING, 终点扭矩ETO 关方向：起始扭矩BTC，运行扭矩 RUNNING, 终点扭矩ETC
TORQUE CHART % OF DOUBLE ACTING
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执行机构与自动控制
气液联动执行机构的组成：
电子式破管检测自动装置
• 取代传统机械式破管检测装置进行阀门控制 • 能够进行数据采集，记录 • 能够灵活地进行各种参数设定 • 应有现场操作接口 • 能够与便携电脑通讯，下载数据设定参数及分 析管线工况 • 具有RS232/RS485接口，可与SCADA系统通讯 • 稳定可靠 • 防爆及全天候防护结构
30
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执行机构与自动控制
电液控制系统的组成：
液压执行机构
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2014-11-6
执行机构与自动控制
电液控制系统的组成：
液压执行机构
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执行机构与自动控制
电液控制系统的组成：
动力油源
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执行机构与自动控制
电液控制系统的组成：
控制部分 辅助元件 电控系统
执行机构与自动控制
气动执行机构的常用控制附件：
• • • • 定位器, 接受信号控制阀位和/或反馈 气动控制信号: 0.2-1.0 barg 电流控制信号: 4-20 mA / 1-5VDC/ 0-20mA 其它：现场总线
智能定位器 AVID-SMARTCAL
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电气定位器 PMV-EP5
石油化工 油气管道 冶金钢厂 海上平台 造船 水厂 电力 …
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电液控制系统的发展：
• • • • • • • … 抗污染液压元件 电液一体化，更加精巧 智能化节能控制 现场总线 免维护 可靠性提高 环保
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执行机构与自动控制
第三部分- 气液联动执行机构及控制
5
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执行机构与自动控制
气动执行机构组成
• • • • 气缸 弹簧缸 驱动头, 拨叉机构/齿轮齿条 手动机构, 手轮/液压
重要概念: • 双作用: 执行机构双向动作由气源推动 • 单作用: 执行机构单向动作由气源推动, 另一方向由弹簧 推动
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2014-11-6
执行机构与自动控制
气动执行机构类型：齿轮齿条执行机构
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2014-11-6
执行机构与自动控制
气液联动执行机构的组成：
液压手动装置 • 手动开关阀门 • 平衡液罐中的液位
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执行机构与自动控制
气液联动执行机构的组成：
速度调流阀 可调节阀门的开关时间
45
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执行机构与自动控制
气液联动执行机构的组成：
限扭矩开关 用于管道气压变化范围大的情况
气压作用在活塞推动齿条产生扭矩。 齿轮和齿条相互作用。 根据力臂定律线性运动产生扭矩。
齿轮齿条执行机构的力臂
7 2014-11-6
执行机构与自动控制
气动执行机构类型：齿轮齿条执行机构
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执行机构与自动控制
气动执行机构类型：齿轮齿条执行机构
输出扭矩曲线
TORQUE CHART % OF DOUBLE ACTING
120 100
Torque %
80 60 40 20 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Valve opening degrees
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执行机构与自动控制
气动执行机构类型：拨叉型
气源作用在活塞上推动 力臂产生扭矩。
10Baidu Nhomakorabea
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执行机构与自动控制
气动执行机构的常用控制附件：
手动操作机构, 手轮 液压
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执行机构与自动控制
气动执行机构的使用要求：
动作时间要求， 特别注意关闭时间小于1秒的要求 防爆要求，所有附件要符合要求 环境温度，特别注意高温>60度，低温<-20度 手动方式 供气压力/弹簧压力等级 控制要求，调节和/或开关型 完整安全性要求：SIL等级
• 电磁阀, 控制执行机构动作方向和 速度 • 形式： • 管式 • 板式，Namur • 功能： • 3/2 用于单作用执行机构 • 5/2，4/2 用于双作用执行机 构 • 结构： • 直动式，小口径，小流量 • 先导式，大口径，大流量
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2014-11-6
执行机构与自动控制
气动执行机构的常用控制附件：
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2014-11-6
执行机构与自动控制
气动控制的缺点
• 空气可压缩，工作速度稳定性差。 • 工作压力低：结构尺寸大，总的输出力不宜于大于1040KN • 噪音大，在高速排气时要加消声器。 • 气信号传递速度在声速以内比电子及光速慢，因此，气 动控制不宜用于元件级数过多的复杂回路
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气动执行机构类型：拨叉型实例
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执行机构与自动控制
气动执行机构类型：拨叉型
气源作用在活塞上推动 力臂产生扭矩。
拨叉的力臂
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执行机构与自动控制
气动执行机构类型：拨叉型
输出扭矩曲线 适合于球阀和蝶阀
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执行机构与自动控制
气动执行机构类型
薄膜型 曲柄式 旋转叶片式 升降螺旋气缸式 齿轮箱+气动泵
气液联动执行机构的应用举例：
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