劉志剛

江南閥門有限公司

一種適用于液動閥門的手自一體電控液動執(zhí)行機構

劉志剛

江南閥門有限公司

在一般工況企業(yè)中，閥門的驅(qū)動方式主要有手動(包括齒輪傳動)、電動、氣動和液動等，用戶根據(jù)各自的條件選擇不同的閥門驅(qū)動方式。80年代初期，為適應選煤行業(yè)的惡劣工況及日益提高的自動化要求，研制了液動閥門驅(qū)動裝置—電控液動執(zhí)行機構。該執(zhí)行機構集機、電、液于一體，適用于驅(qū)動帶介質(zhì)壓力啟閉的閥門。歷經(jīng)20余年的研究開發(fā)，經(jīng)過大量的試驗室試驗和工業(yè)性試驗，電控液動執(zhí)行機構的技術已日趨成熟。

手自一體；電控液動；閥門；驅(qū)動裝置

隨著船舶自動控制技術的發(fā)展，液動閥門越來越多的使用于船舶閥門控制技術中，手自一體的電控液動執(zhí)行機構大大提高了船舶設備控制的自動化和船舶設備操作的人性化。有效的解決了因液壓動力源故障失效，可對液動閥門進行手動應急等問題。

1 手自一體電控液動執(zhí)行機構的組成

手自一體電控液動執(zhí)行機構由手動與電控兩部分組成。通過手動換向閥與電磁換向閥并聯(lián)布置，形成兩個獨立的回路。在手動換向閥及電磁換向閥前后均有布置截止閥，方便維修，油缸進、出口處各裝有一個可調(diào)的節(jié)流閥，可調(diào)節(jié)油缸的速度。當有壓力油源時，電機接受控制模塊的功能指令，控制油缸的往復運動，以線性或者角位移輸出扭矩來驅(qū)動閥門的啟閉。當失去壓力油源后，可通過手動泵實現(xiàn)油缸的往復運動來驅(qū)動閥門的啟閉。

2 手自一體電控液動執(zhí)行機構的特點

手自一體電控液動執(zhí)行機構，結構簡單、質(zhì)量輕、體積小、傳動平穩(wěn)、功能齊全，可以獲得很大的輸出力矩、速度，調(diào)節(jié)方便、易于控制、控制精度高、控制系統(tǒng)具有總體價格便宜、維護容易、適用范圍廣等特點。

3 手自一體電控液動執(zhí)行機構的設計及要求

3.1 整體設計要求

(1)明確手自一體電控液動執(zhí)行機構的特性，使用條件，安全性和可靠性要求及其它特殊要求。(2)對控制設計方案進行交流完善。(3)對設備的布置，結構設計方案進行明確。(4)手自一體電控液動執(zhí)行機構是機、電、液一體化產(chǎn)品，每部分專業(yè)性都很強，為保證產(chǎn)品質(zhì)量建議該產(chǎn)品應由控制系統(tǒng)專業(yè)設計制造商統(tǒng)一集成提供、產(chǎn)品中所采用的閥門信息應標注清晰。

3.2 軟件設計

系統(tǒng)主芯片采用MSP430系列單片機，該芯片具有超低功耗、集成度高、外圍設備豐富等優(yōu)點。為保證電機的穩(wěn)定性，采用PID控制算法，當設定開度與實際開度差值較大時，取消PID運算中的積分項，適當增大比例項系數(shù)，達到快速調(diào)節(jié)的目的，當差值減小時，積分項投入運算，達到準確定位的目的。PID控制算法的運用大幅提高了控制調(diào)節(jié)的準確度和穩(wěn)定性。

3.3 手動控制和系統(tǒng)遠程控制

通過手動換向閥切換至手動控制模式，手動控制模式的加入能夠靈活的滿足不同用戶在不同場合的需求。為滿足現(xiàn)代系統(tǒng)控制要求，添加HART通信模塊，能夠與上位機之間通過通信直接控制執(zhí)行機構以此來控制閥門的開度，為在危險區(qū)域等地方的使用提供良好媒介。

3.4 位置反饋及保護電路參數(shù)

位置反饋電路的輸入信號來自液壓缸后蓋內(nèi)的位置發(fā)送器，該發(fā)送器采用德國公司的電路，并選用優(yōu)質(zhì)元件進行嚴格篩選和老化試驗。位置反饋電路將微小的、與拉桿位移相應的50～300μA的半波信號，轉(zhuǎn)換為4～20mA的標準電流信號。為防止系統(tǒng)人為操作損壞，加裝了完善的上下限和延時保護電路，其上下限和延時時間均可調(diào)，以適應不同的工況。電路設計中采取了抗干擾措施，解決了以往零點漂移幅度無規(guī)律，漂移方向不確定造成工作不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

3.5 中高壓液壓缸

中高壓液壓缸為雙作用式，密封采用能抗惡劣環(huán)境的組合形式，主要密封件均采用進口產(chǎn)品，較大限度的避免了跑、冒、滴、漏現(xiàn)象，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，減少了用戶的維護工作量。獨特的位移傳感機構，精確地反映了活塞位移量的變化，為測量信號的準確打下了良好的基礎。

3.6 手動液壓操作裝置

手動泵采用704所研制的一型雙向往復式泵油的手動液壓泵，其無油箱、體積小、省力效率高，采用了整體塊式結構，方便與液壓閥塊連接，進出油在任一操作時間段內(nèi)吸入油和排出油量相等，并進行了相關試驗驗證。手動液壓操作裝置集成安裝于液動執(zhí)行機構本體，也可與液動執(zhí)行機構分離安裝，以選擇合適、方便操作的位置，實現(xiàn)快速應急手動操作。還可加裝液壓快速接口，作為液動閥門手動操作備用液壓設備。

3.7 位置反饋及保護電路參數(shù)

位置反饋電路的輸入信號來自液壓缸后蓋內(nèi)的位置發(fā)送器，該發(fā)送器采用德國公司的電路，并選用優(yōu)質(zhì)元件進行嚴格篩選和老化試驗。位置反饋電路將微小的、與拉桿位移相應的50～300μA的半波信號，轉(zhuǎn)換為4～20mA的標準電流信號。為防止系統(tǒng)人為操作損壞，加裝了完善的上下限和延時保護電路，其上下限和延時時間均可調(diào)，以適應不同的工況。電路設計中采取了抗干擾措施，解決了以往零點漂移幅度無規(guī)律，漂移方向不確定造成工作不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

3.8 中高壓復合雙向齒輪泵

根據(jù)電控液動執(zhí)行機構閉式液壓系統(tǒng)的設計要求，齒輪泵應雙向運轉(zhuǎn)。同時，為簡化系統(tǒng)管路和減輕重量，所有閥件均復合于齒輪泵上。為此，研制了專用復合雙向齒輪泵，該泵改進了端面補償配油盤，設計了補油閥組、溢流閥組和鎖緊閥組，其額定壓力10MPa，最高壓力16MPa，排量6～10ml/r，額定轉(zhuǎn)速1500r/min。經(jīng)過反復試驗和改進，齒輪泵達到國家有關標準的要求，并已申報國家專利。

液動閥門的執(zhí)行機構決定著液動閥門使用性能，手自一體電控液動執(zhí)行機構從液壓原理上解決了液動閥門的操作問題，大大提高了船用液動閥門的操作性能。

液壓技術在設備設計中廣泛應用，如甲板機械、搬運機械、舵機、推進裝置、升降裝置等。手自一體電控液動執(zhí)行機構，也為船用液壓設備的應急手動操作方式提供參考。

[1] 沈雪松. 液動閥門系統(tǒng)控制研究與設計[D]. 四川大學，2005.

[2] 張楷彭. 工業(yè)閥門用新型液動執(zhí)行器的研究[D]. 西南交通大學，2013.