一種適用于液動閥門的手自一體電控液動執行機構

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行機構

劉志剛

江南閥門有限公司

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

手自一體；電控液動；閥門；驅動裝置

隨著船舶自動控制技術的發展，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行機構的組成

手自一體電控液動執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的節流閥，可調節油缸的速度。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動閥門的啟閉。當失去壓力油源后，可通過手動泵實現油缸的往復運動來驅動閥門的啟閉。

2 手自一體電控液動執行機構的特點

手自一體電控液動執行機構，結構簡單、質量輕、體積小、傳動平穩、功能齊全，可以獲得很大的輸出力矩、速度，調節方便、易于控制、控制精度高、控制系統具有總體價格便宜、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行機構是機、電、液一體化產品，每部分專業性都很強，為保證產品質量建議該產品應由控制系統專業設計制造商統一集成提供、產品中所采用的閥門信息應標注清晰。

3.2 軟件設計

系統主芯片采用MSP430系列單片機，該芯片具有超低功耗、集成度高、外圍設備豐富等優點。為保證電機的穩定性，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，達到快速調節的目的，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節的準確度和穩定性。

3.3 手動控制和系統遠程控制

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。為滿足現代系統控制要求，添加HART通信模塊，能夠與上位機之間通過通信直接控制執行機構以此來控制閥門的開度，為在危險區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

位置反饋電路的輸入信號來自液壓缸后蓋內的位置發送器，該發送器采用德國公司的電路，并選用優質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，轉換為4～20mA的標準電流信號。為防止系統人為操作損壞，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，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律，漂移方向不確定造成工作不穩定的現象。

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境的組合形式，主要密封件均采用進口產品，較大限度的避免了跑、冒、滴、漏現象，保證了產品質量，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行機構本體，也可與液動執行機構分離安裝，以選擇合適、方便操作的位置，實現快速應急手動操作。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

位置反饋電路的輸入信號來自液壓缸后蓋內的位置發送器，該發送器采用德國公司的電路，并選用優質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，轉換為4～20mA的標準電流信號。為防止系統人為操作損壞，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，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律，漂移方向不確定造成工作不穩定的現象。

3.8 中高壓復合雙向齒輪泵

根據電控液動執行機構閉式液壓系統的設計要求，齒輪泵應雙向運轉。同時，為簡化系統管路和減輕重量，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，額定轉速1500r/min。經過反復試驗和改進，齒輪泵達到國家有關標準的要求，并已申報國家專利。

液動閥門的執行機構決定著液動閥門使用性能，手自一體電控液動執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. 液動閥門系統控制研究與設計[D]. 四川大學，2005.

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