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技術(shù)文章

電動(dòng)執(zhí)行器應(yīng)用和維護(hù)保養(yǎng)

閱讀：2381發(fā)布時(shí)間：2012-6-7

　　分析了電動(dòng)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的故障特征以及在其維護(hù)保養(yǎng)中應(yīng)注意的問題，并介紹了一種新型智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
　　
　　電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為直行程和角行程兩大類，它是自動(dòng)控制系統(tǒng)中*的重要設(shè)備，其主要任務(wù)是將調(diào)節(jié)器送來的控制信號成比例的轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移去帶動(dòng)閥門、擋板等調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，因而廣泛用于電力、冶金、石油、化工等工業(yè)部門的自動(dòng)控制領(lǐng)域。近10年來，由于廣泛采用和吸收微電腦控制、微機(jī)械等新技術(shù)、新成果與成熟經(jīng)驗(yàn)，使電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)得到迅速發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛使用“微機(jī)＋隨動(dòng)系統(tǒng)"結(jié)構(gòu)模式的微機(jī)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它由微處理器完成信號傳遞、調(diào)節(jié)參數(shù)切換、狀態(tài)指示、控制量的輸出，增強(qiáng)了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能、使用及維護(hù)保養(yǎng)等方面的靈活性。
　　
　　一、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的故障分析提高電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可靠性，就要盡可能減少和消除故障，而事實(shí)上這種故障是多種多樣的。主要是由于某一元件失靈、系統(tǒng)中元件/組件綜合因素、電氣、二次回路以及外界因素引起的。有些故障通過調(diào)整的方法就可以解決，有的故障則是由于使用時(shí)間長、精度差，需要修配、更換部件才能恢復(fù)其性能，也有些是由于原始設(shè)計(jì)不周，需要改進(jìn)才能排除。
　　
　　1.1電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的故障特征1調(diào)試階段故障新電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的故障問題比較復(fù)雜，其特征是設(shè)計(jì)、制造、安裝及管理等諸多問題交織在一起。常見的故障有泄漏嚴(yán)重、速度難以調(diào)整穩(wěn)定，臟物或油污使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)卡澀或動(dòng)作失靈。某些組件漏裝或裝錯(cuò)彈簧、密封件，有些屬于設(shè)計(jì)欠妥，元件選擇不當(dāng)，動(dòng)作不平穩(wěn)、定位精度差等，對待這類故障，應(yīng)耐心細(xì)致、慎重處理，逐一排除。2運(yùn)行初期和中期故障調(diào)試后進(jìn)入正常生產(chǎn)階段的故障特征是，少數(shù)密封件由于裝配質(zhì)量和材料質(zhì)量問題短期內(nèi)損壞而漏油，同時(shí)粘附在管壁、孔壁上的毛刺、粘沙、雜質(zhì)和贓物脫落導(dǎo)致某些元件工作不穩(wěn)定。通常在運(yùn)行中期，系統(tǒng)元件/組件處于*運(yùn)行工作狀態(tài)，故障率較低。3運(yùn)行后期故障電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行一段時(shí)間后，各類元件/組件因工作頻率和負(fù)載條件的差異，各易損件先后磨損超標(biāo)，這個(gè)階段的故障特征是位置反饋接觸不良、定位精度差、穩(wěn)定性下降、效率顯著降低、故障率逐漸增加。這時(shí)應(yīng)全面檢查，更換失效部件，全面修復(fù)故障。否則將給運(yùn)行人員帶來很多不便，甚至嚴(yán)重影響機(jī)組的正常調(diào)節(jié)和控制。
　　
　　1.2偶發(fā)性、突發(fā)性故障這類故障在時(shí)間上表現(xiàn)為偶然突變，故障區(qū)域及產(chǎn)生原因較為明顯，由非人為和人為因素造成，如位置反饋器件接觸不良、剎車片磨損及“抱死"、零部件損壞、線圈燒壞、密封件失效等。
　　
　　二、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的維護(hù)保養(yǎng)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由電機(jī)、軸承、齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)和電子部分組成。根據(jù)美國軍標(biāo)MIL-HDBK-338發(fā)表的可靠性數(shù)據(jù)表明，執(zhí)行器故障主要集中在電機(jī)和軸承方面。在電機(jī)故障中：繞組失效占20％，軸承失效占45％，滑環(huán)、電刷、整流子損壞占5％，其它占30％；在軸承故障中：潤滑劑變質(zhì)、消失占45％，污染占30％，剝蝕占5％，誤調(diào)占5％，腐蝕占5％，其它占10％。可見，良好的維護(hù)管理能提高電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可靠性和有效性。1加強(qiáng)潤滑油的清潔度管理電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的zui大特點(diǎn)是需要使用潤滑油，其粘度隨油溫變化。粘度過低，渦輪蝸桿及齒輪等傳動(dòng)部件的磨損會增大，使傳動(dòng)精度下降；粘度過高，動(dòng)作不良。而潤滑油脂的清潔度管理更為困難，渦輪蝸桿及齒輪等傳動(dòng)部件磨損、老化產(chǎn)生的雜質(zhì)與水分的滲入，內(nèi)部涂層的脫落、銹蝕等都會影響潤滑油的清潔度。2及時(shí)消除潤滑油脂泄漏由于電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作頻率高、速度快，難以避免受沖擊，這是導(dǎo)致潤滑油脂泄漏的一個(gè)重要原因，一旦潤滑油脂泄漏，需要及時(shí)加以解決。3改善電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作環(huán)境和使用條件電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可靠性和壽命與它的使用情況、所處的環(huán)境、人員知識等因素有著直接的關(guān)系。只有在維護(hù)管理上改善其工作環(huán)境與使用條件，以人為本，才可能延長使用壽命。4故障初期特別要加強(qiáng)維護(hù)在電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的所有故障中，初期故障的比例一般都比較高。初期故障大多是由于設(shè)計(jì)、制造、安裝上的初步誤差而引起的，這些初期故障的發(fā)現(xiàn)需要花費(fèi)一定的功夫，解決也需要時(shí)間。因此，初期故障期間要特別加強(qiáng)維護(hù)管理。5做好數(shù)據(jù)管理以防偶發(fā)故障電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的偶發(fā)故障一般較難預(yù)測。為了防止偶發(fā)故障，要定期檢查和保養(yǎng)，掌握某階段維護(hù)資料和歷史檔案數(shù)據(jù)，這對于準(zhǔn)確實(shí)施故障判斷和日常維護(hù)是十分重要的。6提高運(yùn)行維護(hù)人員的專業(yè)知識運(yùn)行維護(hù)人員專業(yè)知識的掌握程度直接影響維護(hù)管理。近年來，由于運(yùn)行維護(hù)人員結(jié)構(gòu)的變化，使他們對電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的知識、技術(shù)的掌握有了較大提高，然而，仍有不少運(yùn)行維護(hù)人員缺乏應(yīng)有的專業(yè)知識和技術(shù)?，F(xiàn)場運(yùn)行維護(hù)人員大多對電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于“似懂非懂"的狀況，這也是維護(hù)管理薄弱的環(huán)節(jié)所在。為使運(yùn)行維護(hù)人員方便進(jìn)行現(xiàn)場維護(hù)管理，在進(jìn)行電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要有超前意識，充分考慮到便于維護(hù)管理的實(shí)施，努力做到：系統(tǒng)要簡化，簡單的系統(tǒng)故障率低，維護(hù)管理容易；標(biāo)準(zhǔn)化程度高、互換性好、容易修復(fù)；集成化、組合化，調(diào)整、檢查方便；引入故障診斷和定位、容錯(cuò)/糾錯(cuò)等新技術(shù)。
三、RK-Z系列智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)
　　
　　3.1裝置概況從國產(chǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用情況分析，雖然在某些技術(shù)指標(biāo)上可以同國外同類產(chǎn)品相媲美，但可靠性和穩(wěn)定性問題卻長期得不到根本性解決，其主要原因有：①長期忽視基礎(chǔ)技術(shù)的研究和開發(fā)；②國產(chǎn)通用件和基礎(chǔ)件質(zhì)量不過關(guān)；③企業(yè)對產(chǎn)品質(zhì)量控制和管理不力。針對上述問題，上海銳凱儀表有限公司開發(fā)了新一代RK-Z系列智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，較好地解決了這些缺陷和不足。RK-Z系列智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示，來自現(xiàn)場的4～20mA信號或其它類型信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送至CPU進(jìn)行運(yùn)算處理，同時(shí)CPU與來自電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開度信號及上、下限設(shè)定值進(jìn)行比較后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)減速后推動(dòng)輸出軸作上、下位移或角位移，zui終實(shí)現(xiàn)輸入信號通過電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對閥門等設(shè)備的位移控制。另外，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出當(dāng)前的實(shí)際位置經(jīng)CPU處理及D/A轉(zhuǎn)換后，以4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。
　　
　　RK-Z系列智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用全封閉、一體化結(jié)構(gòu)。配以單相永磁式交流同步電動(dòng)機(jī)，具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)慣量小、轉(zhuǎn)矩大等特點(diǎn)。傳動(dòng)系統(tǒng)采用螺桿螺母式，具有傳動(dòng)平穩(wěn)、承載能力強(qiáng)、傳動(dòng)精度高、有自鎖能力等優(yōu)點(diǎn)。機(jī)內(nèi)傳動(dòng)部件采用精細(xì)加工技術(shù)，嚴(yán)格控制各零部件質(zhì)量。執(zhí)行機(jī)構(gòu)出廠前加足進(jìn)口油脂，無需保養(yǎng)、也不會向外泄漏。位置反饋采用航天工業(yè)的高精度、高可靠性、高分辨率0.1％、長壽命導(dǎo)電塑料電位器。借助于*的機(jī)械設(shè)計(jì)理念，將電位器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸相連，從而檢測到調(diào)節(jié)閥的位移，確保了位置反饋信號的真實(shí)性，克服了傳統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)反饋信號依靠齒輪傳動(dòng)裝置傳遞，因齒輪磨損而使輸出軸實(shí)際位置與反饋信號的誤差日趨增大的難題。限位和剎車采用逐步逼近電子技術(shù)，當(dāng)接近閥門極限位置時(shí)自動(dòng)減速，實(shí)現(xiàn)了閥門的“柔性全開"和“柔性全關(guān)"，取消了限位開關(guān)和剎車片，解決了限位開關(guān)易失靈、剎車片易“抱死"以及剎車時(shí)易產(chǎn)生大沖擊電流燒壞電機(jī)等老大難問題。充分利用微處理器的數(shù)據(jù)處理功能使其成為真正的智能化電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通過控制面板上的5個(gè)按鍵和6位超高亮度LED數(shù)碼管進(jìn)行人機(jī)對話、參數(shù)設(shè)定和調(diào)整，顯示清晰的運(yùn)行狀態(tài)及多種報(bào)警信息，給調(diào)試和檢修維護(hù)人員帶來很大的方便。為了提高整機(jī)可靠性，采用了可靠性設(shè)計(jì)、可靠性評估、失效分析和嚴(yán)格的篩選、老化等工藝措施，并zui大限度的減少了可動(dòng)部件，使整機(jī)的MTBF值達(dá)到40000萬小時(shí)以上。
　　
　　3.2裝置特點(diǎn)1可接受0～10mA、4～20mA、0～5V、1～5V等多種模擬信號，輸入信號的選擇，正、反行程的切換，以及上、下限的定位調(diào)整等，無需開蓋，只需通過顯示窗的觸摸式按鍵，就可完成所有調(diào)試。2具有多種控制方式：輸入模擬量控制、無源開關(guān)量遠(yuǎn)程控制內(nèi)、外置24VDC，10mA、有源220V，10mA交流開關(guān)量遠(yuǎn)程控制等。3采用*的智能化技術(shù)來控制過力矩保護(hù)和超限位保護(hù)，取消了需要進(jìn)行復(fù)雜調(diào)整的機(jī)械式力矩開關(guān)和限位開關(guān)。4可根據(jù)現(xiàn)場系統(tǒng)的需求，實(shí)現(xiàn)閥門全行程任意設(shè)定。5頻繁通斷次數(shù)可達(dá)1200次/小時(shí)。6防護(hù)等級：IP66。
　　
　　3.3裝置自診斷功能1當(dāng)輸出軸位移到行程起始點(diǎn)0％或行程終點(diǎn)100％時(shí)，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)會輸出無源常開觸點(diǎn)各一付，供控制系統(tǒng)選用。2當(dāng)電網(wǎng)電壓驟降或停電時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部控制電路會使執(zhí)行結(jié)構(gòu)停留在當(dāng)前位置，并自動(dòng)記憶此前瞬間的有關(guān)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，一旦電壓恢復(fù)正常，執(zhí)行機(jī)構(gòu)能自動(dòng)恢復(fù)有關(guān)數(shù)據(jù)而繼續(xù)正常工作。3當(dāng)機(jī)械部件發(fā)生故障卡澀，致使電機(jī)超負(fù)荷時(shí)，其輸出軸會維持在原來位置上，控制電路會切斷電機(jī)電源，并發(fā)出顯示報(bào)警信號但仍保持反向運(yùn)動(dòng)方式，同時(shí)輸出無源常開觸點(diǎn)一付。當(dāng)故障排除后，自動(dòng)進(jìn)入正常工作。4當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)故障時(shí)，可根據(jù)工藝過程要求設(shè)定閥門的全開、關(guān)閉和保持原位3種狀態(tài)，省略了系統(tǒng)的一些聯(lián)鎖保護(hù)措施，使運(yùn)行更放心。5具有多“協(xié)議"通訊功能，根據(jù)用戶要求，可設(shè)置RS-485等其它通訊“協(xié)議"，通過通訊接口，掛接到數(shù)據(jù)總線上，接收來自系統(tǒng)的指令、數(shù)據(jù)等，并協(xié)同工作。
　　
　　四、結(jié)語在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，選擇高質(zhì)量的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對“壽命周期費(fèi)用"是很重要的，如果電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇不當(dāng)或質(zhì)量不過關(guān)，再的控制思路、高超的控制策略也難以達(dá)到預(yù)想的控制效果。為此，生產(chǎn)、制造和選用高可靠性的產(chǎn)品日益受到過程控制界的重視。RK-Z系列智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)，利用微機(jī)技術(shù)、電子限位等新技術(shù)及*的機(jī)械設(shè)計(jì)理念，具有體積小、重量輕、力矩大、可靠性高、定位精度準(zhǔn)、成本低等特點(diǎn)。目前已有幾百套智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在楊樹浦、崇明、南市、高橋、洛河、匯源電廠及冶金、化工等行業(yè)得到應(yīng)用。其以人為本的設(shè)計(jì)思路、便利的維護(hù)調(diào)整方式，得到了現(xiàn)場技術(shù)人員的青睞，具有良好的應(yīng)用前景。

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