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电液执行机构的组成、原理及应用

2018-03-30

  执行器作为一种动力装置,综合了气动、液压、控制、机电、计算机、通信等技术,可以快速、稳定地对被控对象的位置进行精确控制,不仅应用于各种阀门的驱动、控制中,而且现已广泛应用在电力、水利、冶金、造纸、航天、管线、石化、工业装备、食品加工等领域众多需要动力驱动的部位。
  执行器按所用驱动能源形式划分,可分为气动执行器、电动执行器和电液执行器。之前仪控君已经为大家整理了气动执行器和电动执行器的相关知识,今天我们就来一起了解一下电液执行器的相应内容吧!
  电液执行器的概念
  电液执行器将控制模块和液压动力模块集成一体,分为直行程、角行程两种。控制模块发出指令到智能可控电动机或伺服阀,控制液压动力模块以线性位移(或角位移)输出力(或力矩),驱动被控对象,并通过位移反馈完成调节过程,实现各种功能控制。
  目前市场上使用最多的电液执行器一般可分为两种:一种是伺服阀控制式电液执行器,即传统的电液伺服执行器,通常采用开式循环液压系统,通过控制伺服阀调节液压油流动方向及流量大小,实现对被控对象的调节,如德国的Reineke电液执行器;另一种是电动机控制式电液执行器,采用闭式循环液压系统,通过调节步进电动机或伺服电动机的转向和转速来控制双向泵压力油输出方向和流量,对被控对象进行精确调控,如美国REXA等电液执行器。
  电液执行机构的组成
  电液执行机构包含两个主要部分,即执行器(缸和电液动力组件)部分和控制箱部分。执行机构装在驱动装置上,控制箱远程安装。连接它们的是模块电缆和反馈电缆。控制箱包括位置控制处理器、电源供应、马达驱动器、保险丝和电源滤波器以及接线端子。
  在位置控制处理器的操作装置中有自动、设定和本地三种操作模式。当执行机构处在自动模式时,它会根据控制信号,通过自动调节来达到目标位置。当执行机构处在现场本地模式时,可以通过手动方式来调节执行器位置。当执行机构处在设定模式时,可以对执行器进行校准,同时可设置其运行参数,此运行参数控制执行器的动态特性。
  通过一个简单的操作可以使位置控制处理器(PCP)进入“设置”模式,在这里,速度、行程、死区和控制信号可以通过三键区和显示器设置。编程参数可以从永久存储器中获得。 PCP能够对执行器的各种故障进行诊断。
  执行器部分的核心是电液动力模块,包括马达、齿轮泵、流量匹配阀、贮油箱、加热器、旁路电磁阀(弹簧失效单元特有)等。
  流量匹配系统允许动力模块以增量方式定位。马达和泵只在执行器需要动作时动作。不动时,锁在原位。该系统完全能够胜任调节任务,而不受启、停或反转的限制。
  电液执行器结构及原理
  1.传统电液伺服执行器
  传统电液伺服执行器将油源站与电液伺服系统集成为一体,所有部件如电动机-泵单元、伺服或比列控制阀、液压缸、位置反馈组件、压力表、液位和温度报警传感器、过滤器、溢流阀、单向阀等都安装在容器内部。电动机通常为鼠笼式异步电动机,性能稳定,可满足电液伺服执行器各工况要求,且价格较低。伺服阀为电液伺服执行器的控制核心,既是电液转换元件,又是功率放大元件,其功用是将小功率的电信号输入转换为大功率液压能(压力和流量)输出,能够对输出流量和压力进行连续双向控制,从而实现对执行器位移、速度、加速度和力的控制,动态响应速度快,控制精度高,结构紧凑,广泛用于快速高精度的各类机械设备的液压闭环控制中。
  2.电动机控制式电液执行器
  市场上电动机控制式电液执行器无论是液压系统、控制方式还是工作过程都大同小异,均采用步进电动机或伺服电动机、高精度双向齿轮泵、液压缸、油箱、反馈组件等。所有组件均与外部独立、封闭,高度集成,模块化、小型化设计。
  电液执行器的应用分析
  高精度的电液伺服执行器输出推力大,全行程时间短,响应快,控制精度高,无超调,运行非常平稳,适合于高压差、高黏度介质等严酷工况条件。但其往往需要配套使用一个液压站或者带一套伺服控制系统,体积庞大,对液压油清洁度要求高,往往存在泄漏等问题,而且生产成本、使用成本(能耗和维护费用)高。因而仅在少数需要大驱动力或高精度连续调节控制的时候才使用。
  和传统电液伺服执行器相比,电动机控制式电液执行器,体积小、重量轻,安装、使用方便,生产、使用成本低,只在需要调节时电动机和泵才会启动。性能优越,能达到电液伺服执行器大多数指标。虽然电动机控制式电液执行器有诸多优点,但在大功率、大行程、大惯量、复杂的特性补偿方面无法实现,而传统的电液伺服执行器则有明显的优势。
  电液执行机构与气动执行机构相比,执行机构综合运用了电子、机械与液压传动技术,具有调节精度高、输出推力大、行程速度快、响应灵敏、操作平稳、无滞后、无振荡、低噪声和可靠性高等特点。截止目前,电液执行机构在石化行业总装机量已达900余台。由于用量大、使用部位关键,因而电液执行机构的正常运行、维护对于炼厂的正常运行至关重要。
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