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一种新型的智能型电液集成执行器

http://www.electric.hc360.com2005年11月16日10:05 来源:中国自动化T|T

    执行器作为一种动力装置,不仅已经广泛的应用于各种阀门的驱动、控制中,而且也正在被更多的用户应用在几乎任何需要动力驱动的部位。如果按执行器驱动装置的类型划分的话可分为电动执行器、气动执行器和电液执行器三大类。

   目前使用最多的是电动和气动执行器,其原因为电动执行器体积小使用方便可以实现调节控制,气动执行器在有气源的条件下结构简单,但二者也同时有自身无法克服的缺点,比如电动执行器实现大驱动力比较困难,而且存在使用寿命和维护问题;而气动执行器则存在稳定性和控制精度不高的问题等。

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  而电液执行器(包括高精度的电液伺服控制执行器)则可以很容易的实现大驱动力控制,高精度的调节控制和快速开关控制,那么为什么这种驱动器应用的不多呢?其原因主要是过去电液执行器往往需要配套使用一个液压站或者带一套伺服控制系统致使体积庞大,往往存在泄漏等问题,而且使用成本很高(能耗和维护费用)。因而仅在少数需要大驱动力或高精度调节控制的时候才使用。

  目前一种由美国KOSO公司生产的新型的REXA电液集成执行器已经进入中国市场并在很多领域得到了应用,REXA电液执行器是一种智能型机、电、液一体化的执行器,它有两个系列Xpac和Mpac,其中Xpac执行器是一种专用于调节、由微处理器控制的集成型的电液执行器。其调节性能与目前我们常见的电液伺服执行机构可以媲美。Mpac是专用于开关控制的电液执行器,有着优良的稳定性和可靠性。REXA执行器因其高度集成化的设计改变了传统电液执行器体积庞大的缺点,而电液执行器优良的控制性能却得到了保证和提高。下面简单介绍一下Xpac系列执行器的组成、原理和性能特点。

  REXA执行器主要由两大部分组成即执行器(集成在一起的液压缸和电液动力组件)和控制箱部分。在使用中执行器安装在被驱动装置上,控制箱可根据需要远程或就近安装,二者由电缆连接,电缆包括动力电缆、控制电缆和反馈电缆,长度最长可达150米,方便的实现远距离控制。

  执行器部分的核心是电液动力模块,该模块由马达、齿轮泵、流量配对阀、储油箱、电加热器和旁路电磁阀(弹簧失效单元特有)等组成。动力模块有B、C、1/4D、1/2D和D五种规格。这些规格的动力模块均以2000psi(13.78Mpa)的压力把油传递到液压缸,而由于其内部不同的泵和马达组合,产生不同的最大流量和由此使执行器产生不同的最大行程速度。更大的速度可采用将若干动力模块组合在一起的方法或采用REXA特有的增压泵系统来获得。这种模块形式的结构不仅提高了通用性,保证了产品性能的稳定,而且减少了备件的库存量。

  那么REXA Xpac执行器是如何实现高性能的调节控制的呢?这里不能不提到其专利的流量配对(Flow Match System)系统(见下图)这一液压控制方面的最新技术。该系统使得执行器内部流体压力得以独立于外部载荷的大小和方向而保持恒定,是执行器可以对控制信号迅速作出反应,输出平滑、精确的操作从而使系统取得其他方式极难达到的定位效果。流量配对系统允许Xpac以增量的方式定位,马达和泵只在执行其需要动作时运转,一旦油缸输出到达预定位置,泵马达即停止工作,流量配对系统可确保Xpac原位锁定,系统的调节任务不受泵马达启、停或反转的影响。

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  控制箱包括位置控制处理器、电源、马达驱动器、保险丝、滤波器和一个终端,位置处理器(PCP)包括一个8位80C52微处理器,一个用于程序存储的32KB EEPROM存储器,一个用于数据存储的2KB EEPROM,一个12位A/D转换器和一个3键5位显示板。PCP同时提供两个安装可选I/O接口板的连接器。

  Xpac由位置控制处理器(PCP)控制。在PCP操作设置中有自动、设定和现场三种操作模式。在调节操作中,PCP处于自动模式。在设定模式中使用者可以利用键盘和显示板,通过一些简单的操作步骤对速度、行程、死区可控制信号等各种参数进行设定。在现场模式中,允许利用PCP键盘手动操作。

  执行器的动作过程是执行器根据设置时确定的行程和信号范围,PCP把外部送入的控制信号转化为目标位置,执行器的当前位置通过装在执行器上的反馈组件测定。目标位置和当前位置的差值为控制偏差。如果偏差超出了死区(用户设定),PCP将启动马达重新校正。

  双向齿轮泵通过两个流量配对阀(FMV1和FMV2)中的一个来使双作用缸的任一侧增压,为把活塞移动到左边,通过A端口使FMV2加压,阀芯在压差作用下左移打开逆止阀,液压油可从端口D流到B,从端口A流到E,在从D流出的油压作用下活塞向左移动。需要说明的是在图示活塞的运行方向和负载方向相反的情况下,由于B、C端口的压力很低,几乎为大气压力,此时FMV2还起到节流阀的作用使D腔保持适当的背压,从而保证系统运行平稳。当油缸输出到达指定位置时泵停止工作,两个逆止阀均关闭,液压油留在缸内,马达不需要操作就可以使液压缸的位置得以保持。

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  Xpac执行器的输出形式有直线位移或角位移可选。直线位移推力从0.9吨到53吨;角位移扭矩从68Nm到45194Nm,足以满足大多数的控制力要求。直线位移速度根据不同模块和出力而不同,如8896Nm出力时最大可达101mm/s;角位移速度同样根据不同模块和出力而不同,如282Nm出力时可达0.55s/90°。死区:0.1%,可利用PCP在0.1%-0.5%之间调整。定位精度小于全行程的0.15%。线性度小于全行程的0.05%。重复精度小于全行程的0.10%。正常工作温度:-12~90℃。对于一些特殊和高难度的应用,如最小控制点设定、流量特性描述和水锤抑制(双速)以及喘振控制等,REXA均能提供可选软件或硬件配置。

  具有这样复杂的控制功能和优良的控制特性的REXA执行器,安装使用起来却非常的简单、方便。它可以很轻松的和各种阀门配套使用,也可以替代复杂的伺服控制机构,轻松的实现各种精密控制要求。目前REXA执行器在电厂设备、石化管线、冶金设备、水处理厂调节阀以及各种燃气动力管道阀门上已经有了越来越多的应用。

  总之,REXA执行器是集成了电动操作的简易性,液压的动力快速,固态电子的可靠性和用户配置操作的灵活性,从而简化了液压系统的使用、调节、诊断和维护的革命性技术,这一技术值得大力推广和应用。

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责任编辑:杨涵

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