電動執(zhí)行器過力矩保護(hù)的發(fā)展

    過力矩保護(hù)是電動執(zhí)行器的一個重要控制環(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.

    電動執(zhí)行器作為工業(yè)過程控制系統(tǒng)中一個十分重要的現(xiàn)場驅(qū)動裝置，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，就會在電動執(zhí)行器中表達(dá)出來。所以它還擁有一個身份-“閥門的保護(hù)者’其作用就表達(dá)在對閥門的正常使用的監(jiān)測，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)出報警信號，進(jìn)而停止電機(jī)的轉(zhuǎn)動，以到達(dá)保護(hù)閥門同時保護(hù)執(zhí)行器自身的目的.  

    作為現(xiàn)場儀表的一種，電動執(zhí)行器的價值更多地表達(dá)在穩(wěn)定性、可靠性和控制精度上。隨著技術(shù)的發(fā)展，對執(zhí)行器的要求早已超越了運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定和可靠，對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，電動執(zhí)行器發(fā)展相對較晚，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型直行程電動執(zhí)行器(我國生產(chǎn)的電動執(zhí)行器那個時候電動執(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)計時電機(jī)的功率來保證對力矩的控制。后來引進(jìn)伯納德電動執(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件、行星內(nèi)齒圈、力矩微動開關(guān)。

1.1、控制原理

電動執(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(具體計算在這里省略)所以一旦負(fù)載超過允許的最大值，撥動裝在內(nèi)齒輪外沿上的裝有平衡正向和反向兩個轉(zhuǎn)矩的兩個螺旋圓柱彈簧(簡稱力矩簧組件)的傳動件，使力矩簧組件整體左右移動。當(dāng)過力矩時,傳動件帶動連桿觸動該方向上的力矩微動開關(guān)動作產(chǎn)生瞬時電信號。在這里就有一個問題，如果電動執(zhí)行器過力矩只報警一下，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)在整個控制過力矩過程起著重要的作用;傳動件的加工精度--傳動件是保證連桿、力矩簧、傳動件三部分保持相對受力平衡的關(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較短隨著使用時間的加長，故障的出現(xiàn)率也會越來越高，同時大大影響過力矩保護(hù)控制的精度；

3)在現(xiàn)場安裝執(zhí)行器需要根據(jù)不同的要求的保護(hù)轉(zhuǎn)矩值來對傳動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。