引领执行机构发展方向的电液执行机构    

摘要

电液执行机构由于其优越的性能正在越来越多地受到关注，本文通过其和气动、电动执行机构的比较以及一些典型应用的介绍，说明了电液执行机构的优势和未来发展方向。

Abstract

Electro hydraulic actuator due to its superior performance is more and more attention, this article through the pneumatic, electric actuator as well as the comparison of some typical application of electro-hydraulic actuator, illustrates the advantage and future development direction.

关键词

电液执行机构  应用

Key word

    electro-hydraulic actuator  Application

0引言

执行机构是自动控制领域中常用的机电一体化设备，是自动化仪表三大组成部分（检测设备、调节设备和执行设备）中的执行设备。执行机构用于替代人工对一些设备和装置进行自动操作，控制其开关和调节。

执行机构作为一种执行设备，广泛应用于各种阀门的驱动和控制，也正在被用于完成几乎任何需要动力驱动的工作。

1.概述

执行机构按动力类型划分可分为气动、电动、电液等几类。气动执行机构在有气源的条件下结构简单，动作迅速，维护方便，安全可靠，占据市场需求的60%，是当今应用最多的执行机构；电动执行机构体积小，使用方便，调节控制时定位精度高，约占市场需求的30%。但二者也同时有自身无法克服的缺点：气动执行机构受气源稳定性影响较大且控制精度较低；电动执行机构实现大驱动力比较困难，且存在响应速度慢、使用寿命短和维护量大的问题。

电液执行机构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。

下表为三类执行机构的性能对比：

气动执行器机构

电动执行机构

电液执行机构

推力

小推力时气动薄膜，大推力时用气动活塞（笨重）

大推力时靠加大电机瓦数和增大齿轮传动比实现，笨重

靠高油压实现大推力，体积小，重量轻

全行程时间

较快

较慢

很快

精度

响应较慢，精度低

响应较快，精度一般

响应快，精度高

定位

对压力振动敏感，稳定性差

定位性一般

定位效果佳，适合精确调节控制

加工

简单

较高

液压组件的加工和配合要求非常高

价格

小型气动价格低，大型气动执行器复杂，笨重，昂贵

小型电动执行器高于气动，大型价格低于气动

较高

安装

需要工作现场提供气源，附件多，安装复杂

简单，只需电源和控制信号

简单，只需电源和控制信号

维护

故障隐患多，维护麻烦

简单

长期免维护

3．电液执行机构的特点及典型应用

电液执行机构出现在中国市场也就是最近十年的事情，主要是通过进口配套引入的，如在西气东输管线上的应用，电厂电调系统中的应用以及焦化厂大型焦炉控制系统中的应用等。

本文将以鞍山工装自控仪表有限公司新推出的4800-M-mac系列为例介绍。该电液执行机构是日本工装先进的电子控制技术和美国M-mac的液压集成技术相结合的新一代产品（图1）。

图1：4800-M-mac电液执行机构

3.1.4800系列电液执行机构的主要特点

①电液执行机构的最大特点是用液压传动代替传统电动执行器的齿轮传动，所以其响应时间更快、控制精度更高，适合动作频繁的自动控制场合

②全封闭内置液压动力源，无需外接油站，零泄漏设计，维护量小，可靠性高。

③集成液压系统。油压可调，可在现场改变输出力或力矩，即对因执行器推力选小或因负荷增大而造成执行器推力不够等现象，现场可在一定范围内调整油压增大其推力，无需更换执行器。

④具有变频器调速功能。可在一定范围内满足用户对阀门开启速度的要求，变速动作，低速功能可使阀芯接近阀座时缓慢动作，有效防止水锤效应，减少对阀座的冲蚀，延长阀门使用寿命。

⑤控制箱可分体安装。在高温场合下可使电子元器件免受高温影响，也可应用在一些危险场合减轻操作人员工作时的危险系数。

⑥具有容积补偿功能。储油器可三年免注油，效率高，同等推力比机械传动节能20%以上。

⑦耐振动（反馈机构浸在油中），低噪音，寿命长，可最大限度的实现免维护。

3.2电液执行机构的典型应用

目前4800系列执行机构在电厂（主给水，减温水，风机）、冶金钢厂（高炉防喘振，热风炉，焦炉集气管，焦炉湿熄焦）、水处理厂（防水锤调节蝶阀）已经有了越来越多的应用。

（1）在电站锅炉三变量控制中应用（动作频繁工况）

电厂汽水系统是复杂的自动化控制系统，其中锅炉主给水调节阀的控制是典型的代表，调节阀的动作由主蒸汽流量，汽包水位和主给水流量三个参数控制，因此调节阀的执行机构的动作非常频繁。现在大型电厂主给水调节阀上的执行机构多为电动执行机构，其传动方式为电机带动蜗杆，蜗杆带动蜗轮使蜗轮多回转运动，蜗轮再带动丝杠进行螺旋传动，最终输出直线运动带动阀杆动作，整个过程机械传动的效率很低。因为传动部分动作频繁，时间一长磨损就会较严重，影响调节阀的控制精度。特别是丝杠部分寿命只有18个月左右，现场需要定期更换丝杠给现场生产带来了很大不便。我公司电液执行机构在晨鸣纸业热电厂对电动执行机构进行了改造，现在已安全稳定运行了3年（图2），用户对电液执行机构的控制精度，耐用性和稳定性非常满意。

图2

（2）在减温减压装置上应用（高温工况）

山东莱芜钢铁有限公司焦化厂减温减压装置中减压调节阀执行机构以前用电动执行机构，因现场温度高（介质温度350度、环境温度60度），热传导热辐射严重，造成电动执行机构控制模块融化变形，现场工作人员只能手动控制，给安全稳定生产带来了很大不便。我公司2010年对现场电动执行机构进行了改造，执行机构添加耐高温硅油，控制箱和执行机构本体分体安装，避免传导和辐射热量直接作用在控制部分的电子元器件上，改造至今一直安全稳定运行（图3）。

图3

（3）在高炉鼓风机防喘振系统应用（大力矩快速响应振动高温工况） 

高炉鼓风机给高炉送风量的大小，风压是否平稳，保护措施是否得当，直接影响着高炉冶炼的效率和产品质量。因为喘振是离心式风机的固有特性，所以高炉风机的喘振现象始终影响着风机安全、稳定的运行，喘振可能造成高炉停产、风机毁坏等重大事故。防喘振调节阀又是控制方案能够实现的关键，控制方案对的执行机构的要求是：

1）  稳定性好，响应速度快，能够快速打开使风机不进入喘振区；

2）  执行机构应当有非常好的抗振性，防止因误动作造成重大事故；

3）  关闭时要执行机构慢慢关闭，防止管网压力波动过大影响生产；

4）  安装位置在地下室，管网中是300度高温热空气，应有耐高温能力

5）  阀体是硬密封蝶阀，介质高温空气，执行机构要有足够的力矩保证打开蝶阀。

山东泰山钢铁有限公司原使用的电动防喘振调节阀现场反应使用效果非常不好，进入喘振危险区时程序要求快速打开阀门时有时打不开阀门或打开阀门速度太慢，造成系统喘振，并因此停炉检修过几次。2010年底我公司将该电动调节阀改造为电液调节，现该防喘振调节阀已安全稳定地运行了一年半，给高炉的稳定连续生产和鼓风机的安全高效运行提供了有力保障（图4）。

图4

4.电液执行机构的市场未来            

那么为什么过去电液执行机构应用的不多呢？其原因主要是：过去电液执行器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，价格昂贵且使用成本很高，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。

随着液压技术、电子技术和计算机技术飞速发展，液压系统可以做到不用油站，电液执行机构可以做到非常小巧，尤其是近年来电液执行机构的开发和应用步伐明显加快。

由于电液执行机构集成了电动操作的简易性，液压的动力快速性，固态电子的可靠性和用户配置操作的灵活性等独有的特点和功能，得到了越来越多的应用，而价格也更趋合理。

作为执行机构的下一代产品，电液执行机构必将得到快速推广和应用，其市场前景十分广阔。

5．结束语

随着市场对电液执行机构的认知度越来越高，目前国内电液执行机构迎来了高速发展期，随着电液执行机构成本的不断降低，其应用范围也会越来越广，在不远的将来电液执行机构取代电动执行机构将成为可能。

                                      KOSO 大中华区 液控事业部刘江  13605315203