阀门液压伺服执行器.pdf

文章编号 100225855 2007 0520033203 作者简介朱小明1967 - ,男,江西南康人,工程师,从事液压系统及液压元件的应用工作。 阀门液压伺服执行器 朱小明 上海豪高机电科技有限公司,上海201102 摘要 介绍了3种常用的阀门液压伺服执行器的结构特点,阐述了其工作原理和应用条件。 关键词 阀门;液压;伺服;执行器 中图分类号 TH134 文献标识码 A The valve’s hydraulic servo actuator ZHU Xiao2ming Haogao Mechatronics Technology Shanghai Co. , Ltd. , Shanghai 201102 , China Abstract Introduce three valve’s hydraulic servo actuators , expound their operating principle and application. Key words valve ; hydraulic; servo ; actuator 1 概述 阀门液压伺服执行器是用来自动控制阀门开度 的驱动装置,根据其控制方式可以分为直行程液压 伺服执行器和角行程液压伺服执行器。直行程液压 伺服执行器的输出是直线位移,角行程液压伺服执 行器的输出是角度位移。根据其结构形式可以分为 紧凑型液压伺服执行器和标准型液压伺服执行器, 紧凑型液压伺服执行器是液压元附件高度集成的结 构形式,标准型液压伺服执行器则是采用标准液压 元附件进行组合的结构形式。阀门液压伺服执行器 接受到某一电信号时,将其转换成与输入信号相对 应的直线或转角位移,自动地调节阀门的开度,实 现工业过程的自动调节。 2 紧凑型直行程液压伺服执行器 紧凑型直行程液压伺服执行器的工作原理如图 1所示。由电机驱动油泵经过过滤器和自带反馈装 置的伺服阀把液压油送到油缸,实现活塞杆的伸出 或收回动作。当达到所需的控制位置时,多余的液 压油将通过可调节的溢流阀流回油箱。从控制器来 的电输入信号可以是电流信号,也可以是电压信 号作用在电液伺服阀的电磁线圈上,此时系统作 用一个力在衔铁上,使其偏离中心位置。挡板连接 着衔铁,由此可在喷嘴之间形成不相等的间距。高 211电机 311油泵 511油缸 611伺服阀 2a 1 反馈弹簧 61 衔铁 71 电磁线圈 91 节流孔 131 喷嘴 141 挡板 271 反馈杆 291 连接装置 711溢流阀 1011过滤器 1211压力表 图1 紧凑型直行程液压伺服执行器工作原理 压油流通过节流孔从喷嘴喷出供油。由于衔铁偏离 了中心位置而带动主阀芯移动,使得液压油流进或 流出油缸。油缸的动作被传递到控制部件,也通过 332007年第5期 阀 门 反馈杆和连接装置传递给伺服阀。反馈弹簧因此被 拉紧或放松,从而作用一个与输入信号产生效果相 反的力在衔铁上。当阀杆到达新的位置时,作用在 衔铁上的力平衡了,挡板回到喷嘴中间,活塞杆和 阀杆便停止运动。执行机构的直线输出位移与输入 信号成比例关系。 由于受到结构的限制,紧凑型直行程液压伺服 执行器的推力一般为1 500～200 000N ,行程为20 ～120mm ,速度为2～40mm/ s。紧凑型直行程液 压伺服执行器适合于各类控制阀门。 3 紧凑型角行程液压伺服执行器 紧凑型角行程液压伺服执行器的工作原理如图2 所示。由电机驱动油泵经过过滤器和自带反馈装置的 伺服阀把液压油送到铰接式油缸,实现活塞杆的伸出 或收回动作。当达到所需的控制位置时,多余的液压 油将通过可调节的溢流阀流回油箱。从控制器来的电 输入信号可以是电流信号,也可以是电压信号作 用在电液伺服阀的电磁线圈上,此时系统作用一个力 211电机 311油泵 511油缸 611伺服阀 2a 1 反馈弹簧 61 衔铁 71 电磁线圈 91 节流孔 131 喷嘴 141 挡板 281 反馈条 291 连接装置 711溢流阀 1011过虑器 1211压力表 图2 紧凑型角行程液压伺服执行器工作原理 111油箱 211电机 311、312油泵 313手动泵 411蓄能器 511油缸 611伺服阀 612手动换向阀 613液控换向阀组 614液控换向阀 711、712、713、714溢流阀 811、812液控单向阀 813、814、817、818单向阀 815压力表开关 816截止阀 911、912单向节流阀 1011过滤器 1211测压点 1212压力表 1311位移传感器 1312、1313限位开关 图3 标准型液压伺服执行器工作原理 43 阀 门 2007年第5期 在衔铁上,使其偏离中心位置。挡板连接着衔铁, 由此可在喷嘴之间形成不相等的间距。高压油流通 过节流孔从喷嘴喷出供油。由于衔铁偏离了中心位 置而带动主阀芯移动,使得液压油流进或流出铰接 式油缸,从而带动输出轴旋转。油缸的动作被传递 到控制部件,也通过反馈条和连接装置传递给伺服 阀。反馈弹簧因此被拉紧或放松,从而作用一个与 输入信号产生效果相反的力在衔铁上。当阀杆到达 新的位置时,作用在衔铁上的力平衡了,挡板回到 喷嘴中间,活塞杆和阀杆便停止运动。执行机构的 角度输出位移与输入信号成比例关系。 由于受到结构的限制,紧凑型角行程液压伺服 执行器的力矩一般为40～4 500Nm ,角度行程为 70 ～90,速度为4 ～35/ s。紧凑型角行程液压伺 服执行器适合于各类蝶阀。 4 标准型液压伺服执行器 标准型液压伺服执行器的工作原理如图3所 示。由电机驱动双泵经过过滤器和伺服阀把液压油 送入油缸中,实现活塞杆的伸出或收回动作。在要 求大范围动作的情况下,液压系统需要较大的流 量,低压大流量泵和高压小流量泵同时供油到油 缸,此时系统压力低一些。在要求小范围动作或高 压力动作的情况下,液控换向阀阀芯左移,低压大 流量泵处于循环状态即直接回油箱 , 系统仅由 高压小流量泵供油到伺服阀。系统的最高压力由溢流 阀来调定。这样可确保在低压大范围动作的情况下有 足够的油量使活塞以所需的速度运行,又可以避免执 行器高压运行时过多的发热。测压点监测液压泵的压 力,压力表监测蓄能器的压力。溢流阀是经TV检 测的安全阀,用于控制蓄能器的最大压力。油缸的运 行速度是由伺服阀来控制,但其最大的运行速度是由 单向节流阀控制。在油泵不供油或系统失去油压的情 况下,液控换向阀组动作,使得蓄能器直接把压力油 供给油缸,以实现阀门紧急打开或关闭的动作。在断 电时,油缸也可以通过手泵和手动换向阀进行手动双 向运行。在电机断电时,液控单向阀锁住,中断了伺 服阀和油缸之间的液压通路,将油缸活塞锁定在故障 发生时的位置。配备了蓄能器的执行器,可将活塞移 动到预先设定的位置。执行机构的直线输出位移与输 入信号成比例关系。 标准型液压伺服执行器的推力最大可以到 1 000 kN ,行程没有限制,速度为2～40mm/ s。 标准型液压伺服执行器适合于各类控制阀门,尤其 是大型阀门。 5 结语 阀门液压伺服执行器由于采用了高性能的伺服 阀其灵敏度高小于满行程的012 ,回差小 小于满行程的014 ,力量大推力最大可以到 1 000 kN ,速度快40mm/ s或35/ s ,控制平稳 精确,结构紧凑,安装方便,现广泛应用于高负荷 控制阀直行程、大口径蝶阀角行程、汽轮机 入口控制阀和燃气轮机分向器挡板控制阀等。 参考文献 〔1〕 雷天觉主编 1 新编液压工程手册 〔M〕1 北京北京理工大 学出版社, 19981 〔2〕 成大先主编 1 机械设计手册 〔M〕1 北京化学工业出版 社, 20021 〔3〕 陆培文主编 1 实用阀门设计手册 〔M〕1 北京机械工业出 版社, 20041 〔4〕 朱小明,隆跃进,许仰曾 1 快关蝶阀液压驱动装置 〔J〕1 阀门, 2005 , 41 收稿日期 20071061 24 上接第32页 3曲柄连杆式 曲柄连杆驱动装置是将直行 程推力经过曲柄连杆机构转换为旋转力矩,因此力 矩输出特性是发生变化的。但因在转换过程中,中 间行程时力臂最长,力矩输出特性为抛物线型。 6 选型 要准确的为阀门组配合适的执行机构,必须要 对阀门的结构形式及特点性能有充分的了解。活塞 拨叉式执行机构力矩输出特性符合球阀及蝶阀的力 矩需求,但由于不能准确计算阀的力矩,而是以阀 的最大力矩选择执行机构的最小力矩,因此特性的 匹配就失去了意义,反而造成浪费。单作用式曲柄 连杆驱动装置适用于开阀力矩小于关阀力矩的偏心 式凸轮挠曲阀。活塞齿轮齿条驱动装置输出力矩平 稳,无交变力矩的影响,更因为它受力面的增大, 而使其更可靠,寿命更长。所以在动作比较频繁的 工况条件下,应优先选用齿轮齿条式驱动装置。 7 结语 阀门与执行机构的合理匹配,一方面应结合阀 自身的力矩需求特点,同时考虑管道安装尺寸约束 条件,以及工况条件的特殊要求进行选择。 参考文献 〔1〕 杨源泉 1 阀门设计手册 〔M〕1 北京机械工业出版社, 2000. 收稿日期 20071061 24 532007年第5期 阀 门