電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的維護(hù)保養(yǎng)及應(yīng)用

1、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的維護(hù)保養(yǎng)及應(yīng)用發(fā)布時(shí)間：2008年7月29日分析了電動(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(wèn)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)中不可缺少的重要設(shè)備，其主要任務(wù)是將調(diào)節(jié)器送來(lái)的 控制信號(hào)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(lái)， 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

2、成信號(hào)傳遞、調(diào)節(jié)參數(shù)切換、狀態(tài)指示、控 制量的輸由，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(guò)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(zhǎng)、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(wèn)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(wèn)題交織在一起。常見的

3、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。 莫些組件漏裝或裝錯(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(duì)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(wèn)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)致莫些元件 工作不穩(wěn)定。通常在運(yùn)行中期，系統(tǒng)元件/組件處于最佳運(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

4、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(lái)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(guó)軍標(biāo) MIL-HDB K-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

5、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(rùn)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%?？梢?，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(rùn)滑油的清潔度管理電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最大特點(diǎn)是需要 使用潤(rùn)滑油，其粘度隨油溫變化。粘度過(guò)低，渦輪蝸桿及齒 輪等傳動(dòng)部件的磨損會(huì)增大，使傳動(dòng)精度下降；粘度過(guò)高， 動(dòng)作不良。而潤(rùn)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(huì)影響潤(rùn)滑油的清潔度。（2）及時(shí)消除潤(rùn)滑油脂泄漏由于電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作頻

6、率高、速度快，難 以避免受沖擊，這是導(dǎo)致潤(rùn)滑油脂泄漏的一個(gè)重要原因，一 且潤(rùn)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(shí)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(zhǎng)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)

7、故障一般較難預(yù)測(cè)。為了防止偶發(fā)故 障，要定期檢查和保養(yǎng)，掌握莫階段維護(hù)資料和歷史檔案數(shù) 據(jù)，這對(duì)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(shí)運(yùn)行維護(hù)人員專業(yè)知識(shí)的掌握程度直接影響維護(hù)管理。近年來(lái)，由于運(yùn)行維護(hù)人員結(jié)構(gòu) 的變化，使他們對(duì)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的知識(shí)、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(shí) 和技術(shù)。現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)人員大多對(duì)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(chǎng)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(shí)，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(jiǎn)化，簡(jiǎn)單的系

8、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(guó)產(chǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用情況分析，雖然在莫 些技術(shù)指標(biāo)上可以同國(guó)外同類產(chǎn)品相媲美，但可靠性和穩(wěn)定性問(wèn)題卻長(zhǎng)期得不到根本性解決，其主要原因有:長(zhǎng)期忽視基礎(chǔ)技術(shù)的研究和開發(fā)；國(guó)產(chǎn)通用件和基礎(chǔ)件 質(zhì)量不過(guò)關(guān)；企業(yè)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量控制和管理不力。針對(duì)上述 問(wèn)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(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的420mA信號(hào)（或其

9、它類型信號(hào)）經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送至CPU進(jìn)行運(yùn)算處理， 同時(shí)CPUJ來(lái)自電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開度信號(hào)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)輸由軸作上、下 位移或角位移，最終實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)通過(guò)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì) 閥門等設(shè)備的位移控制。另外，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸由當(dāng)前的實(shí) 際位置經(jīng)CPUfe理及D/A轉(zhuǎn)換后，以420mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸由。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(jiǎn) 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

10、質(zhì) 量。執(zhí)行機(jī)構(gòu)由廠前加足進(jìn)口高級(jí)油脂，無(wú)需保養(yǎng)、也不會(huì)向外泄漏。位置反饋采用航天工業(yè)專用的高精度、高可靠性、高分辨率(0.1 %)、長(zhǎng)壽命導(dǎo)電塑料電位器。借助于獨(dú)特的機(jī)械設(shè)計(jì) 理念，將電位器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸由軸相連，從而精確檢測(cè)到調(diào) 節(jié)閥的位移，確保了位置反饋信號(hào)的真實(shí)性，克服了傳統(tǒng)執(zhí) 行機(jī)構(gòu)反饋信號(hào)依靠齒輪傳動(dòng)裝置傳遞，因齒輪磨損而使輸 曲軸實(shí)際位置與反饋信號(hào)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

11、問(wèn)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(guò)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(duì)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(lái)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(píng)估、 失效分析和嚴(yán)格的篩選、老化等工藝措施，并最大限度的減少了可動(dòng)部件，使整機(jī)的 MTB奇達(dá)到40000萬(wàn)小時(shí)以上。3.2 裝置特點(diǎn)(1)可接受010mA 420mA 05V、15V 等多種模擬信號(hào)，輸入信號(hào)的選擇，正、反行程的切換，以 及上、下限的定位調(diào)整等，無(wú)需開蓋，只需通過(guò)顯示窗的觸 摸式按鍵，就可完成所有調(diào)試。（2

12、）具有多種控制方式：輸入模擬量控制、無(wú)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）采用先進(jìn)的智能化技術(shù)來(lái)控制過(guò)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(chǎng)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(jí)：IP66。3.3 裝置自診斷功能（1）當(dāng)輸由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(huì)輸由無(wú)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(huì)使執(zhí)行結(jié)構(gòu)停留在當(dāng)前位置

13、，并自 動(dòng)記憶此前瞬間的有關(guān)現(xiàn)場(chǎng)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)，其輸由軸會(huì)維持在原來(lái) 位置上，控制電路會(huì)切斷電機(jī)電源， 并發(fā)生顯示報(bào)警信號(hào)（但 仍保持反向運(yùn)動(dòng)方式），同時(shí)輸由無(wú)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(guò)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(guò)通訊接口，桂接到數(shù)據(jù)總線上， 接收來(lái)自系統(tǒng)的指令、數(shù)據(jù)等，并協(xié)同工作。四、結(jié)語(yǔ)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(duì)“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(guò)關(guān)，再完美的控制思路、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(guò)程控制界的重視。RK-Z系列智