一种适用于液动阀门的手自一体电控液动执行机构

刘志刚

江南阀门有限公司

一种适用于液动阀门的手自一体电控液动执行机构

刘志刚

江南阀门有限公司

在一般工况企业中，阀门的驱动方式主要有手动(包括齿轮传动)、电动、气动和液动等，用户根据各自的条件选择不同的阀门驱动方式。80年代初期，为适应选煤行业的恶劣工况及日益提高的自动化要求，研制了液动阀门驱动装置—电控液动执行机构。该执行机构集机、电、液于一体，适用于驱动带介质压力启闭的阀门。历经20余年的研究开发，经过大量的试验室试验和工业性试验，电控液动执行机构的技术已日趋成熟。

手自一体；电控液动；阀门；驱动装置

随着船舶自动控制技术的发展，液动阀门越来越多的使用于船舶阀门控制技术中，手自一体的电控液动执行机构大大提高了船舶设备控制的自动化和船舶设备操作的人性化。有效的解决了因液压动力源故障失效，可对液动阀门进行手动应急等问题。

1 手自一体电控液动执行机构的组成

手自一体电控液动执行机构由手动与电控两部分组成。通过手动换向阀与电磁换向阀并联布置，形成两个独立的回路。在手动换向阀及电磁换向阀前后均有布置截止阀，方便维修，油缸进、出口处各装有一个可调的节流阀，可调节油缸的速度。当有压力油源时，电机接受控制模块的功能指令，控制油缸的往复运动，以线性或者角位移输出扭矩来驱动阀门的启闭。当失去压力油源后，可通过手动泵实现油缸的往复运动来驱动阀门的启闭。

2 手自一体电控液动执行机构的特点

手自一体电控液动执行机构，结构简单、质量轻、体积小、传动平稳、功能齐全，可以获得很大的输出力矩、速度，调节方便、易于控制、控制精度高、控制系统具有总体价格便宜、维护容易、适用范围广等特点。

3 手自一体电控液动执行机构的设计及要求

3.1 整体设计要求

(1)明确手自一体电控液动执行机构的特性，使用条件，安全性和可靠性要求及其它特殊要求。(2)对控制设计方案进行交流完善。(3)对设备的布置，结构设计方案进行明确。(4)手自一体电控液动执行机构是机、电、液一体化产品，每部分专业性都很强，为保证产品质量建议该产品应由控制系统专业设计制造商统一集成提供、产品中所采用的阀门信息应标注清晰。

3.2 软件设计

系统主芯片采用MSP430系列单片机，该芯片具有超低功耗、集成度高、外围设备丰富等优点。为保证电机的稳定性，采用PID控制算法，当设定开度与实际开度差值较大时，取消PID运算中的积分项，适当增大比例项系数，达到快速调节的目的，当差值减小时，积分项投入运算，达到准确定位的目的。PID控制算法的运用大幅提高了控制调节的准确度和稳定性。

3.3 手动控制和系统远程控制

通过手动换向阀切换至手动控制模式，手动控制模式的加入能够灵活的满足不同用户在不同场合的需求。为满足现代系统控制要求，添加HART通信模块，能够与上位机之间通过通信直接控制执行机构以此来控制阀门的开度，为在危险区域等地方的使用提供良好媒介。

3.4 位置反馈及保护电路参数

位置反馈电路的输入信号来自液压缸后盖内的位置发送器，该发送器采用德国公司的电路，并选用优质元件进行严格筛选和老化试验。位置反馈电路将微小的、与拉杆位移相应的50～300μA的半波信号，转换为4～20mA的标准电流信号。为防止系统人为操作损坏，加装了完善的上下限和延时保护电路，其上下限和延时时间均可调，以适应不同的工况。电路设计中采取了抗干扰措施，解决了以往零点漂移幅度无规律，漂移方向不确定造成工作不稳定的现象。

3.5 中高压液压缸

中高压液压缸为双作用式，密封采用能抗恶劣环境的组合形式，主要密封件均采用进口产品，较大限度的避免了跑、冒、滴、漏现象，保证了产品质量，减少了用户的维护工作量。独特的位移传感机构，精确地反映了活塞位移量的变化，为测量信号的准确打下了良好的基础。

3.6 手动液压操作装置

手动泵采用704所研制的一型双向往复式泵油的手动液压泵，其无油箱、体积小、省力效率高，采用了整体块式结构，方便与液压阀块连接，进出油在任一操作时间段内吸入油和排出油量相等，并进行了相关试验验证。手动液压操作装置集成安装于液动执行机构本体，也可与液动执行机构分离安装，以选择合适、方便操作的位置，实现快速应急手动操作。还可加装液压快速接口，作为液动阀门手动操作备用液压设备。

3.7 位置反馈及保护电路参数

位置反馈电路的输入信号来自液压缸后盖内的位置发送器，该发送器采用德国公司的电路，并选用优质元件进行严格筛选和老化试验。位置反馈电路将微小的、与拉杆位移相应的50～300μA的半波信号，转换为4～20mA的标准电流信号。为防止系统人为操作损坏，加装了完善的上下限和延时保护电路，其上下限和延时时间均可调，以适应不同的工况。电路设计中采取了抗干扰措施，解决了以往零点漂移幅度无规律，漂移方向不确定造成工作不稳定的现象。

3.8 中高压复合双向齿轮泵

根据电控液动执行机构闭式液压系统的设计要求，齿轮泵应双向运转。同时，为简化系统管路和减轻重量，所有阀件均复合于齿轮泵上。为此，研制了专用复合双向齿轮泵，该泵改进了端面补偿配油盘，设计了补油阀组、溢流阀组和锁紧阀组，其额定压力10MPa，最高压力16MPa，排量6～10ml/r，额定转速1500r/min。经过反复试验和改进，齿轮泵达到国家有关标准的要求，并已申报国家专利。

液动阀门的执行机构决定着液动阀门使用性能，手自一体电控液动执行机构从液压原理上解决了液动阀门的操作问题，大大提高了船用液动阀门的操作性能。

液压技术在设备设计中广泛应用，如甲板机械、搬运机械、舵机、推进装置、升降装置等。手自一体电控液动执行机构，也为船用液压设备的应急手动操作方式提供参考。

[1] 沈雪松. 液动阀门系统控制研究与设计[D]. 四川大学，2005.

[2] 张楷彭. 工业阀门用新型液动执行器的研究[D]. 西南交通大学，2013.