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電動執(zhí)行機構(gòu)的維護保養(yǎng)及應(yīng)用
點擊次數(shù)：322 發(fā)布時間：2008-10-23
分析了電動機執(zhí)行機構(gòu)的故障特征以及在其維護保養(yǎng)中應(yīng)注意的問題，并介紹了一種新型智能電動執(zhí)行機構(gòu)。
電動執(zhí)行機構(gòu)可分為直行程和角行程兩大類，它是自動控制系統(tǒng)中*的重要設(shè)備，其主要任務(wù)是將調(diào)節(jié)器送來的控制信號成比例的轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移去帶動閥門、擋板等調(diào)節(jié)機構(gòu)，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(lǐng)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(shù)、新成果與成熟經(jīng)驗，使電動執(zhí)行機構(gòu)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(jié)構(gòu)模式的微機型電動執(zhí)行機構(gòu)，它由微處理器完成信號傳遞、調(diào)節(jié)參數(shù)切換、狀態(tài)指示、控制量的輸出，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(gòu)的故障分析 提高電動執(zhí)行機構(gòu)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(fù)其性能，也有些是由于原始設(shè)計不周，需要改進才能排除。
1.1 電動執(zhí)行機構(gòu)的故障特征 1 調(diào)試階段故障 新電動執(zhí)行機構(gòu)的故障問題比較復(fù)雜，其特征是設(shè)計、制造、安裝及管理等諸多問題交織在一起。常見的故障有泄漏嚴重、速度難以調(diào)整穩(wěn)定，臟物或油污使傳動機構(gòu)卡澀或動作失靈。某些組件漏裝或裝錯彈簧、密封件，有些屬于設(shè)計欠妥，元件選擇不當(dāng)，動作不平穩(wěn)、定位精度差等，對待這類故障，應(yīng)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(dǎo)致某些元件工作不穩(wěn)定。通常在運行中期，系統(tǒng)元件/組件處于*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(gòu)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(biāo)，這個階段的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(yīng)全面檢查，更換失效部件，全面修復(fù)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(gòu)的維護保養(yǎng)電動執(zhí)行機構(gòu)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(biāo)MIL-HDBK-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％?？梢?，良好的維護管理能提高電動執(zhí)行機構(gòu)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(gòu)的zui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(gòu)動作頻率高、速度快，難以避免受沖擊，這是導(dǎo)致潤滑油脂泄漏的一個重要原因，一旦潤滑油脂泄漏，需要及時加以解決。3 改善電動執(zhí)行機構(gòu)的工作環(huán)境和使用條件電動執(zhí)行機構(gòu)的可靠性和壽命與它的使用情況、所處的環(huán)境、人員知識等因素有著直接的關(guān)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(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、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(gòu)的偶發(fā)故障一般較難預(yù)測。為了防止偶發(fā)故障，要定期檢查和保養(yǎng)，掌握某階段維護資料和歷史檔案數(shù)據(jù)，這對于準(zhǔn)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(jié)構(gòu)的變化，使他們對電動執(zhí)行機構(gòu)的知識、技術(shù)的掌握有了較大提高，然而，仍有不少運行維護人員缺乏應(yīng)有的專業(yè)知識和技術(shù)?，F(xiàn)場運行維護人員大多對電動執(zhí)行機構(gòu)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(gòu)系統(tǒng)設(shè)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，簡單的系統(tǒng)故障率低，維護管理容易；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/糾錯等新技術(shù)。三、RK-Z系列智能電動執(zhí)行機構(gòu)
3.1 裝置概況從國產(chǎn)電動執(zhí)行機構(gòu)使用情況分析，雖然在某些技術(shù)指標(biāo)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：①長期忽視基礎(chǔ)技術(shù)的研究和開發(fā)；②國產(chǎn)通用件和基礎(chǔ)件質(zhì)量不過關(guān)；③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(gòu)，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(gòu)系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示，來自現(xiàn)場的4～20mA信號或其它類型信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送至CPU進行運算處理，同時CPU與來自電動執(zhí)行機構(gòu)的開度信號及上、下限設(shè)定值進行比較后驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動，經(jīng)減速后推動輸出軸作上、下位移或角位移，zui終實現(xiàn)輸入信號通過電動執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)對閥門等設(shè)備的位移控制。另外，電動執(zhí)行機構(gòu)輸出當(dāng)前的實際位置經(jīng)CPU處理及D/A轉(zhuǎn)換后，以4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。
RK-Z系列智能電動執(zhí)行機構(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機，具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、傳動慣量小、轉(zhuǎn)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(shù)，嚴格控制各零部件質(zhì)量。執(zhí)行機構(gòu)出廠前加足進口油脂，無需保養(yǎng)、也不會向外泄漏。位置反饋采用航天工業(yè)的高精度、高可靠性、高分辨率0.1％、長壽命導(dǎo)電塑料電位器。借助于*的機械設(shè)計理念，將電位器與執(zhí)行機構(gòu)輸出軸相連，從而檢測到調(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(gòu)反饋信號依靠齒輪傳動裝置傳遞，因齒輪磨損而使輸出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(shù)，當(dāng)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(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"以及剎車時易產(chǎn)生大沖擊電流燒壞電機等老大難問題。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(gòu)。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(shè)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(shè)計、可靠性評估、失效分析和嚴格的篩選、老化等工藝措施，并zui大限度的減少了可動部件，使整機的MTBF值達到40000萬小時以上。
3.3 裝置自診斷功能1 當(dāng)輸出軸位移到行程起始點0％或行程終點100％時，電動執(zhí)行機構(gòu)會輸出無源常開觸點各一付，供控制系統(tǒng)選用。2 當(dāng)電網(wǎng)電壓驟降或停電時，執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)部控制電路會使執(zhí)行結(jié)構(gòu)停留在當(dāng)前位置，并自動記憶此前瞬間的有關(guān)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，一旦電壓恢復(fù)正常，執(zhí)行機構(gòu)能自動恢復(fù)有關(guān)數(shù)據(jù)而繼續(xù)正常工作。3 當(dāng)機械部件發(fā)生故障卡澀，致使電機超負荷時，其輸出軸會維持在原來位置上，控制電路會切斷電機電源，并發(fā)出顯示報警信號但仍保持反向運動方式，同時輸出無源常開觸點一付。當(dāng)故障排除后，自動進入正常工作。4 當(dāng)自動控制系統(tǒng)故障時，可根據(jù)工藝過程要求設(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(shè)置RS-485等其它通訊“協(xié)議"，通過通訊接口，掛接到數(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(jié)語在自動控制系統(tǒng)中，選擇高質(zhì)量的電動執(zhí)行機構(gòu)，對“壽命周期費用"是很重要的，如果電動執(zhí)行機構(gòu)選擇不當(dāng)或質(zhì)量不過關(guān)，再的控制思路、高超的控制策略也難以達到預(yù)想的控制效果。為此，生產(chǎn)、制造和選用高可靠性的產(chǎn)品日益受到過程控制界的重視。RK-Z系列智能電動執(zhí)行機構(gòu)采用機電一體化結(jié)構(gòu)，利用微機技術(shù)、電子限位等新技術(shù)及*的機械設(shè)計理念，具有體積小、重量輕、力矩大、可靠性高、定位精度準(zhǔn)、成本低等特點。目前已有幾百套智能電動執(zhí)行機構(gòu)在楊樹浦、崇明、南市、高橋、洛河、匯源電廠及冶金、化工等行業(yè)得到應(yīng)用。其以人為本的設(shè)計思路、便利的維護調(diào)整方式，得到了現(xiàn)場技術(shù)人員的青睞，具有良好的應(yīng)用前景。