(电动执行机构优缺点)

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　　前言

　　电动执行机构是自动控制系统中常用的机电一体化设备，是一种以电能作为动力，输出具有一定动能的角位移或直线位移的驱动装置，主要由电机、主传动机构、位置传感器、行程限制机构，手自动切换机构组成。它可以按预先设定的要求，输出相应的圈数、角度或长度，即实现行程控制功能，并能限制输出的转矩或推力，即实现转矩控制功能。同时还可以通过手自动切换机构，进行手动调试操作。

　　角行程电动执行机构输出角位移为0-90°或其他转角，主要由电机、位置传感器、蜗轮、蜗杆、驱动轴、控制单元、操作面板、手轮等组成，控制单元接收4-20mA电流或开关量控制信号从而驱动电机转动，电机的旋转通过转子轴直接带动一级蜗杆转动，一级蜗杆带动一级斜齿轮转动，再通过离合器带动二级蜗杆转动，二级蜗杆带动二级蜗轮转动，从而输出相应的力矩和角位移。

　　目前根据国家环保要求，许多电厂、化工厂等需要加装脱硫脱硝系统，脱硫脱硝系统用到的均是小口径管道，要求电动执行机构必须体积小、重量轻、输出转矩小，故市场对这一类角行程电动执行机构需求量增加。鉴于以上需求，科远股份开发出了一款输出转矩在50-100nm、体积小、质量轻的角行程电动执行机构，如图1所示。

图1 ST0010电动执行机构

　　产品特点

　　(1) 优化结构设计，使得产品小型化、精巧化，如图2所示；

　　(2) 箱体与上盖采用高压铸造工艺，使产品轻型化；

　　(3) 接线出线口的可以选择两个方向进行安装；

　　(4) 电气腔采用二级密封设计，防止因接线腔进水导致电气腔进水；

　　(5) 具有按钮碰撞保护、显示罩碰撞保护、手轮碰撞保护功能；

　　(6) 智能化设计，如图所示，对执行机构各信号进行记录，方便信号读取，精确驱动阀门；

　　(7) 输出精度高，误差小于0.5°；

　　(8)寿命满足开关阀各10000次。

图2 ST0010电动执行机构智能化设计

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　　高压铸造壳体设计

　　箱体和上盖是本产品体积最大的两个零件，为了使产品轻型化，采用高压铸造工艺铸造出箱体和上盖，材料选择ADC12，高压铸造相比低压铸造具有精度高，薄壁、质量轻、生产效率高等特点，特别符合本产品的设计需求，箱体和上盖多处采用免加工，壁厚保持在3-6mm之间，批量铸件结构尺寸及产品工艺稳定可靠，该执行机构的总重仅为12kg。箱体和上盖毛坯设计时已兼顾隔爆设计，箱体与上盖配合止口面、箱体与一级蜗杆轴承压盖配合面、箱体与蜗轮轴上端配合面、箱体与接线端盖配合止口处均满足DIICT4的拓展。

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　　电子锁及按钮保护安全设计

　　为了防止按钮在现场受到触碰而导致误操作，从上盖结构设计上充分考虑了按钮的保护，按钮周围均设计有高出按钮顶端的结构，即便不小心碰撞到上盖表面，也不会触发按钮。一般情况下，执行机构要处在“远程”模式下，按照上位机的命令来动作，一旦工作模式被误切换，执行机构将会意外停机，给生产带来不可预想的后果。为了进一步加强安全保护，防止现场因按钮误操作导致的事故，在控制单元也增加了按钮电子锁模块，即当电动执行机构在现场安装完毕并调试无误正常运转后，可在软件界面设置按钮锁功能启用，这样当任一按钮被误操作时，界面会提示输出密码后方可进行相关命令的执行，相比以前的机械锁方案，机械零件结构上得到优化，安全性更加可靠，且电子锁没有机械磨损，因此寿命大大提高，另外也节约了成本。

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　　人机交互设计

　　为了满足客户现场不同的安装位置要求，电动执行机构的出线口设计在了两个方向上，如图所示，方便客户自由选择合适出线位置，为现场整洁科学布线提供方便接口；另外，电动执行机构安装位置不同，可能会导致现场工作人员观察电动执行机构显示屏时遇到显示字倒立或垂直的现象，为了解决这一问题，在控制单元设计了屏幕显示旋转设置功能，可根据不同现场安装需求，将显示屏显示字旋转90°、180°和270°，如图所示，以适应客户现场的视觉需求，完全满足人机交互的舒适性，充分体现了以人为本的设计理念。

显示屏可旋转

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　　整机性能测试验证

振动测试：电动执行机构在通电状态下，在三个方向以10Hz-150Hz的频率进行扫频振动，找到共振点，然后在共振频率上进行30分钟耐振试验，振幅为0.1mm，加速度为20m/s-2，无异常；

间隙测试：实验测得电动执行机构输出间隙满足0.5°以内的国家一级标准；

机械寿命测试：满足100Nm载荷下开关各10000次；

整机高温老化测试：设置高温老化箱环境温度70°C，执行机构以开10S、停30S、关10S、停30S的周期运行24H，无异常。

隔爆测试：向腔体内加水至2MPa，加压时间持续10s，观察显示窗及零件配合处无渗水，所有零件没有不可恢复性变形或者碎裂。

IP68测试：在测试已经满足IP67气密基础上，又对其进行了IP68扩展测试，将电动执行机构放置在10m水深处，通电持续72h，动作10次后，无异常，整机内部无渗水。

结 语

　　在环境保护的大背景下，许多电厂都在大力建设脱硫脱硝的环保项目，科远股份小力矩角行程执行机构就是为这些项目提供驱动解决方案，它将成为小管道小阀门小驱动需求下的首选，为管道系统提供稳定可靠的过程控制。