電動執(zhí)行機構的維護保養(yǎng)及應用

1、電動執(zhí)行機構的維護保養(yǎng)及應用發(fā)布時間：2008年7月29日分析了電動機執(zhí)行機構的故障特征以及在其維護保養(yǎng)中應 注意的問題，并介紹了一種新型智能電動執(zhí)行機構。電動執(zhí)行機構可分為直行程和角行程兩大類，它是自動控制 系統(tǒng)中不可缺少的重要設備，其主要任務是將調(diào)節(jié)器送來的 控制信號成比例的轉換成直線位移或角位移去帶動閥門、擋 板等調(diào)節(jié)機構，以實現(xiàn)自動控制，因而廣泛用于電力、冶金、石油、化工等工業(yè)部門的自動控制領域。近 10年來， 由于廣泛采用和吸收微電腦控制、微機械等新技術、新成果 與成熟經(jīng)驗，使電動執(zhí)行機構得到迅速發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛 使用“微機+隨動系統(tǒng)”結構模式的微機型電動執(zhí)行機構， 它由微處理器完

2、成信號傳遞、調(diào)節(jié)參數(shù)切換、狀態(tài)指示、控 制量的輸由，增強了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能、使用及維護保養(yǎng)等方 面的靈活性。一、電動執(zhí)行機構的故障分析提高電動執(zhí)行機構的可靠性，就要盡可能減少和消除故障，而事實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。有些故障通過調(diào)整的方法就可以解決，有的故障則是由于使用時間長、精度差，需要修配、更換部件才能恢復其性能，也有些是由于原始設 計不周，需要改進才能排除。1.1 電動執(zhí)行機構的故障特征 （1）調(diào)試階段故障 新電動 執(zhí)行機構的故障問題比較復雜，其特征是設計、制造、安裝 及管理等諸多問題交織在一起。常見的

3、故障有泄漏嚴重、速 度難以調(diào)整穩(wěn)定，臟物或油污使傳動機構卡澀或動作失靈。 莫些組件漏裝或裝錯彈簧、密封件，有些屬于設計欠妥，元 件選擇不當，動作不平穩(wěn)、定位精度差等，對待這類故障， 應耐心細致、慎重處理，逐一排除。（2）運行初期和中期故障 調(diào)試后進入正常生產(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)量問題短期內(nèi)損壞而漏油，同時粘附在 管壁、孔壁上的毛刺、粘沙、雜質(zhì)和贓物脫落導致莫些元件 工作不穩(wěn)定。通常在運行中期，系統(tǒng)元件/組件處于最佳運行工作狀態(tài)，故障率較低。（3）運行后期故障 電動執(zhí)行機構運行一段時間后，各類元件 /組件因工作頻率和負載條件 的差異，各易損件先后磨損超標，這個階段的

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。這時應全面檢查，更換失效部件，全面修 復故障。否則將給運行人員帶來很多不便，甚至嚴重影響機 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、電動執(zhí)行機構的維護保養(yǎng)電動執(zhí)行機構主要由電機、軸 承、齒輪傳動系統(tǒng)和電子部分組成。根據(jù)美國軍標 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 和軸承方面。在電機故障中：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%。可見，良 好的維護管理能提高電動執(zhí)行機構的可靠性和有效性。（1）加強潤滑油的清潔度管理電動執(zhí)行機構的最大特點是需要 使用潤滑油，其粘度隨油溫變化。粘度過低，渦輪蝸桿及齒 輪等傳動部件的磨損會增大，使傳動精度下降；粘度過高， 動作不良。而潤滑油脂的清潔度管理更為困難，渦輪蝸桿及 齒輪等傳動部件磨損、老化產(chǎn)生的雜質(zhì)與水分的滲入，內(nèi)部 涂層的脫落、銹蝕等都會影響潤滑油的清潔度。（2）及時消除潤滑油脂泄漏由于電動執(zhí)行機構動作頻

6、率高、速度快，難 以避免受沖擊，這是導致潤滑油脂泄漏的一個重要原因，一 且潤滑油脂泄漏，需要及時加以解決。（3）改善電動執(zhí)行機構的工作環(huán)境和使用條件電動執(zhí)行機構的可靠性和壽命與 它的使用情況、所處的環(huán)境、人員知識等因素有著直接的關 系。只有在維護管理上改善其工作環(huán)境與使用條件，以人為 本，才可能延長使用壽命。（4）故障初期特別要加強維護在電動執(zhí)行機構的所有故障 中，初期故障的比例一般都比較高。初期故障大多是由于設 計、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)需要花費一定的功夫，解決也需要時間。因此，初期故障 期間要特別加強維護管理。（5）做好數(shù)據(jù)管理以防偶發(fā)故障 電動執(zhí)行機構的偶發(fā)

7、故障一般較難預測。為了防止偶發(fā)故 障，要定期檢查和保養(yǎng)，掌握莫階段維護資料和歷史檔案數(shù) 據(jù)，這對于準確實施故障判斷和日常維護是十分重要的。（6）提高運行維護人員的專業(yè)知識運行維護人員專業(yè)知識的掌握程度直接影響維護管理。近年來，由于運行維護人員結構 的變化，使他們對電動執(zhí)行機構的知識、技術的掌握有了較 大提高，然而，仍有不少運行維護人員缺乏應有的專業(yè)知識 和技術。現(xiàn)場運行維護人員大多對電動執(zhí)行機構處于“似懂 非懂”的狀況，這也是維護管理薄弱的環(huán)節(jié)所在。為使運行 維護人員方便進行現(xiàn)場維護管理，在進行電動執(zhí)行機構系統(tǒng) 設計時要有超前意識，充分考慮到便于維護管理的實施，努 力做到：系統(tǒng)要簡化，簡單的系

8、統(tǒng)故障率低， 維護管理容易； 標準化程度高、互換性好、容易修復；集成化、組合化，調(diào) 整、檢查方便；引入故障診斷和定位、容錯/糾錯等新技術。三、RK-Z系列智能電動執(zhí)行機構3.1 裝置概況從國產(chǎn)電動執(zhí)行機構使用情況分析，雖然在莫 些技術指標上可以同國外同類產(chǎn)品相媲美，但可靠性和穩(wěn)定性問題卻長期得不到根本性解決，其主要原因有:長期忽視基礎技術的研究和開發(fā)；國產(chǎn)通用件和基礎件 質(zhì)量不過關；企業(yè)對產(chǎn)品質(zhì)量控制和管理不力。針對上述 問題，上海銳凱儀表有限公司開發(fā)了新一代RK-Z系列智能電動執(zhí)行機構，較好地解決了這些缺陷和不足。RK-Z系列智能電動執(zhí)行機構系統(tǒng)構成如圖1所示，來自現(xiàn)場的420mA信號（或其

9、它類型信號）經(jīng)A/D轉換送至CPU進行運算處理， 同時CPUJ來自電動執(zhí)行機構的開度信號及上、下限設定值 進行比較后驅(qū)動電動機轉動，經(jīng)減速后推動輸由軸作上、下 位移或角位移，最終實現(xiàn)輸入信號通過電動執(zhí)行機構實現(xiàn)對 閥門等設備的位移控制。另外，電動執(zhí)行機構輸由當前的實 際位置經(jīng)CPUfe理及D/A轉換后，以420mA標準信號輸由。RK-Z系列智能電動執(zhí)行機構采用全封閉、一體化結構。配以單相永磁式交流同步電動機，具有體積小、重量輕、結構簡 單、傳動慣量小、轉矩大等特點。傳動系統(tǒng)采用螺桿螺母式， 具有傳動平穩(wěn)、承載能力強、傳動精度高、有自鎖能力等優(yōu) 點。機內(nèi)傳動部件采用精細加工技術，嚴格控制各零部件

10、質(zhì) 量。執(zhí)行機構由廠前加足進口高級油脂，無需保養(yǎng)、也不會向外泄漏。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 %)、長壽命導電塑料電位器。借助于獨特的機械設計 理念，將電位器與執(zhí)行機構輸由軸相連，從而精確檢測到調(diào) 節(jié)閥的位移，確保了位置反饋信號的真實性，克服了傳統(tǒng)執(zhí) 行機構反饋信號依靠齒輪傳動裝置傳遞，因齒輪磨損而使輸 曲軸實際位置與反饋信號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，當接近閥門極限位置時自動減 速，實現(xiàn)了閥門的“柔性全開”和“柔性全關”，取消了限 位開關和剎車片，解決了限位開關易失靈、 剎車片易“抱死” 以及剎車時易產(chǎn)生大沖擊電流燒壞電機等老大難

11、問題。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執(zhí)行機構。通過控制面板上的 5個按鍵和6位超高亮度LED 數(shù)碼管進行人機對話、參數(shù)設定和調(diào)整，顯示清晰的運行狀 態(tài)及多種報警信息，給調(diào)試和檢修維護人員帶來很大的方便。為了提高整機可靠性， 采用了可靠性設計、可靠性評估、 失效分析和嚴格的篩選、老化等工藝措施，并最大限度的減少了可動部件，使整機的 MTB奇達到40000萬小時以上。3.2 裝置特點(1)可接受010mA 420mA 05V、15V 等多種模擬信號，輸入信號的選擇，正、反行程的切換，以 及上、下限的定位調(diào)整等，無需開蓋，只需通過顯示窗的觸 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、無源開關量遠程 控制（內(nèi)、外置24VDC 10mA）、有源（220V, 10mA交流）開關 量遠程控制等。（3）采用先進的智能化技術來控制過力矩保 護和超限位保護，取消了需要進行復雜調(diào)整的機械式力矩開 關和限位開關。（4）可根據(jù)現(xiàn)場系統(tǒng)的需求，實現(xiàn)閥門全行 程任意設定。（5）頻繁通斷次數(shù)可達 1200次/小時。（6）防 護等級：IP66。3.3 裝置自診斷功能（1）當輸由軸位移到行程起始點（0%） 或行程終點（100 %）時，電動執(zhí)行機構會輸由無源常開觸點 各一付，供控制系統(tǒng)選用。（2）當電網(wǎng)電壓驟降或停電時， 執(zhí)行機構內(nèi)部控制電路會使執(zhí)行結構停留在當前位置

13、，并自 動記憶此前瞬間的有關現(xiàn)場數(shù)據(jù)，一旦電壓恢復正常，執(zhí)行 機構能自動恢復有關數(shù)據(jù)而繼續(xù)正常工作。（3）當機械部件發(fā)生故障卡澀，致使電機超負荷時，其輸由軸會維持在原來 位置上，控制電路會切斷電機電源， 并發(fā)生顯示報警信號（但 仍保持反向運動方式），同時輸由無源常開觸點一付。當故 障排除后，自動進入正常工作。（4）當自動控制系統(tǒng)故障時， 可根據(jù)工藝過程要求設定閥門的全開、關閉和保持原位3種狀態(tài)，省略了系統(tǒng)的一些聯(lián)鎖保護措施，使運行更放心。（5）具有多“協(xié)議”通訊功能，根據(jù)用戶要求，可設置 RS-485 等其它通訊“協(xié)議”，通過通訊接口，桂接到數(shù)據(jù)總線上， 接收來自系統(tǒng)的指令、數(shù)據(jù)等，并協(xié)同工作。四、結語在自動控制系統(tǒng)中，選擇高質(zhì)量的電動執(zhí)行機構， 對“壽命周期費用”是很重要的，如果電動執(zhí)行機構選擇不 當或質(zhì)量不過關，再完美的控制思路、高超的控制策略也難 以達到預想的控制效果。為此，生產(chǎn)、制造和選用高可靠性 的產(chǎn)品日益受到過程控制界的重視。RK-Z系列智