電動(dòng)執(zhí)行器過力矩保護(hù)的發(fā)展

    過力矩保護(hù)是電動(dòng)執(zhí)行器的一個(gè)重要控制環(huán)節(jié)，它的控制精度直接決定著執(zhí)行器能否對(duì)自身和連接的閥門起到保護(hù)作用

    本文從三種主流過力矩保護(hù)方式的優(yōu)缺點(diǎn)及控制精度等方面開展比照和分析，以判斷過力矩保護(hù)的發(fā)展方向.

    電動(dòng)執(zhí)行器作為工業(yè)過程控制系統(tǒng)中一個(gè)十分重要的現(xiàn)場(chǎng)驅(qū)動(dòng)裝置，廣泛應(yīng)用于電力、冶金、石油、化工等行業(yè)在流體控制中如閥門在運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)問題，就會(huì)在電動(dòng)執(zhí)行器中表達(dá)出來。所以它還擁有一個(gè)身份-“閥門的保護(hù)者’其作用就表達(dá)在對(duì)閥門的正常使用的監(jiān)測(cè)，其中很重要的一點(diǎn)就是過力矩保護(hù).顧名思義，過力矩保護(hù)就是指電動(dòng)執(zhí)行器在運(yùn)行過程中一旦出現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過允許的數(shù)值，應(yīng)立即切斷電源或者發(fā)出報(bào)警信號(hào)，進(jìn)而停止電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，以到達(dá)保護(hù)閥門同時(shí)保護(hù)執(zhí)行器自身的目的.  

    作為現(xiàn)場(chǎng)儀表的一種，電動(dòng)執(zhí)行器的價(jià)值更多地表達(dá)在穩(wěn)定性、可靠性和控制精度上。隨著技術(shù)的發(fā)展，對(duì)執(zhí)行器的要求早已超越了運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定和可靠，對(duì)控制精度的要求越來越高，而過力矩保護(hù)在控制精度中占有極為重要的位置。在我國，電動(dòng)執(zhí)行器發(fā)展相對(duì)較晚，在過力矩保護(hù)方面就表達(dá)得更為明顯。我們姑且把發(fā)展階段按過力矩的發(fā)展?fàn)顩r分為三個(gè)階段:機(jī)械控制過力矩階段、傳感器控制過力矩前期傳感器控制過力矩后期。

1、機(jī)械控制過力矩階段我國從六十年代末七十年代初開始仿制前蘇聯(lián)的電動(dòng)執(zhí)行器，經(jīng)過二十年緩慢發(fā)展，到八十年代生產(chǎn)出DKJ型角行程 DKZ型直行程電動(dòng)執(zhí)行器(我國生產(chǎn)的電動(dòng)執(zhí)行器那個(gè)時(shí)候電動(dòng)執(zhí)行器在我國尚在推廣之中，僅僅用來在特殊環(huán)境下代替人工作業(yè)，更談不上過力矩保護(hù)功能，只能依靠設(shè)計(jì)時(shí)電機(jī)的功率來保證對(duì)力矩的控制。后來引進(jìn)伯納德電動(dòng)執(zhí)行器的技術(shù)，出現(xiàn)了最早的過力矩保護(hù)，其控制方式就是機(jī)械控制過力矩方式(后文介紹和分析的是在此根底上加以改良的控制過力矩方式)。這種方式的主要部件是力矩傳動(dòng)件、行星內(nèi)齒圈、力矩微動(dòng)開關(guān)。

1.1、控制原理

電動(dòng)執(zhí)行器帶負(fù)載運(yùn)行，與電機(jī)連接的行星內(nèi)齒圈隨著轉(zhuǎn)矩的傳遞，根據(jù)傳遞轉(zhuǎn)矩的大小，軸側(cè)力出現(xiàn)微小的偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)的幅度幾乎與負(fù)載所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大小成正比(具體計(jì)算在這里省略)所以一旦負(fù)載超過允許的最大值，撥動(dòng)裝在內(nèi)齒輪外沿上的裝有平衡正向和反向兩個(gè)轉(zhuǎn)矩的兩個(gè)螺旋圓柱彈簧(簡(jiǎn)稱力矩簧組件)的傳動(dòng)件，使力矩簧組件整體左右移動(dòng)。當(dāng)過力矩時(shí),傳動(dòng)件帶動(dòng)連桿觸動(dòng)該方向上的力矩微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生瞬時(shí)電信號(hào)。在這里就有一個(gè)問題，如果電動(dòng)執(zhí)行器過力矩只報(bào)警一下，那就根本無法符合實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)要求，故要借助控制電路板中專用的繼電器來協(xié)助完成，從而使電動(dòng)執(zhí)行器停止運(yùn)轉(zhuǎn)。  

1.2、控制精度

控制精度一般在 10%到 25%之間，而且隨著負(fù)載的轉(zhuǎn)矩的變小，變得越來越差。這種過力矩保護(hù)方式是電動(dòng)執(zhí)行器發(fā)展到目前為止的機(jī)械控制過力矩方式，與電氣控制部分、電機(jī)、減速器部分有機(jī)結(jié)合和連接。

1.3、缺點(diǎn)

這種機(jī)械控制方式主要存在三方面的問題

1)力矩簧的材質(zhì)--彈簧的彈性系數(shù)在整個(gè)控制過力矩過程起著重要的作用;傳動(dòng)件的加工精度--傳動(dòng)件是保證連桿、力矩簧、傳動(dòng)件三部分保持相對(duì)受力平衡的關(guān)鍵部件以上兩點(diǎn)，任何一方面都足以影響整個(gè)過力矩控制過程；

2)機(jī)械部件在長期頻繁使用狀況下顯得壽命相對(duì)較短隨著使用時(shí)間的加長，故障的出現(xiàn)率也會(huì)越來越高，同時(shí)大大影響過力矩保護(hù)控制的精度；

3)在現(xiàn)場(chǎng)安裝執(zhí)行器需要根據(jù)不同的要求的保護(hù)轉(zhuǎn)矩值來對(duì)傳動(dòng)件的位置和力矩簧的松緊程度開展有效調(diào)節(jié)，而這樣的機(jī)械控制方式需要打開控制箱部分的箱蓋，最重要的是需要專業(yè)人員開展調(diào)節(jié)，非專業(yè)人員不易掌握，而且不易調(diào)節(jié)準(zhǔn)確，造成較大誤差之后也有一些制造商主動(dòng)求變，將這樣的過力矩保護(hù)方式構(gòu)造做了一些改變，又將行星盤組件的位置做了一些改動(dòng)但實(shí)際效果大同小異，并沒有實(shí)質(zhì)的改變。目前的機(jī)械控制方式顯然已經(jīng)不滿足現(xiàn)在的技術(shù)發(fā)展要求了，但作為機(jī)械控制方式，仍可以控制過力矩的范圍，而不作為準(zhǔn)確控制考慮到這種技術(shù)的成熟度和認(rèn)知度，現(xiàn)在國內(nèi)仍有廣闊執(zhí)行器制造商使用此種控制方式。