防爆型双作用电液执行机构的研制

2021-02-22李德胜徐文才

机械制造 2021年2期

张宇吴江李德胜徐文才

扬州电力设备修造厂有限公司江苏扬州 225003

1 研制背景

近年来,随着液压技术、计算机技术、电子技术、控制技术的不断发展,传统电控液压系统已经落伍,取而代之的是一体化电液执行机构。电液执行机构在石油、化工,以及西气东输等工程中用量较大,仅一个支线项目就需要几十套电液执行机构,且大部分电液执行机构都是国外产品[1-5]。随着我国西气东输等国家大型石化项目的推进,未来防爆型双作用电液执行机构的市场需求巨大。

2 结构方案

笔者研制的防爆型双作用电液执行机构主要包括电控部分、液控单元、输出机构、行程指示机构等结构,其结构方案如图1所示。

▲图1 防爆型双作用电液执行机构结构方案

电控部分采用先进的ARM芯片作为整机控制系统,配合变频器实现对液控单元的无级变速调节,可以提高控制精度[6]。液控单元采用变频电机连接高精度齿轮泵,通过变频电机的转速变换达到液压油流量的精确控制,使输出机构实现高精度输出[7]。输出机构采用齿轮齿条的输出形式,在减小体积的同时满足大扭矩输出的要求。行程指示机构为防爆型双作用电液执行机构位置反馈的关键部件,设计采用自行研发的高精度霍尔位置传感器,实现输出位置的准确反馈。

3 油路方案

防爆型双作用电液执行机构的油路方案如图2所示。采用电动传动时,由电机带动齿轮泵转动产生油压,通过电动油路部分,带动输出机构转动。采用手动传动时,由手动泵吸油产生油压,通过手动油路部分,带动输出机构转动。

▲图2 防爆型双作用电液执行机构油路方案

4 技术参数

防爆型双作用电液执行机构的技术参数见表1,其防爆等级为ExdIICT4。

表1 防爆型双作用电液执行机构技术参数

5 性能试验

5.1 试验内容

防爆型双作用电液执行机构本质上依旧属于电动执行机构,为验证防爆型双作用电液执行机构是否满足设计要求,对其进行性能试验,具体项目包括转矩设置、转矩重复偏差、行程重复偏差、全行程时间、保压能力。

试验系统主要由试验台本体、计算机、数据采集卡、试验软件、多功能控制箱组成,试验台本体由接口部分、加载装置、转矩信号传感器、行程位置传感器组成[8-10],如图3所示。通过计算机控制试验台的加载及防爆型双作用电液执行机构的运动,从而采集转矩信号传感器和光电编码器的信号,得出防爆型双作用电液执行机构的转矩设置、转矩重复偏差、行程重复偏差、全行程时间等参数。

▲图3 试验系统结构

5.2 输出扭矩

输出扭矩是防爆型双作用电液执行机构的一项重要参数,输出扭矩达到设计要求是保障防爆型双作用电液执行机构在运行过程中能够满足现场要求的关键。笔者针对防爆型双作用电液执行机构的输出扭矩，进行开关方向上的试验各三次,试验结果如图4所示。开关方向各三次试验中,每次所测得的输出扭矩均大于4 000 N·m,满足设计要求。关向输出扭矩平均值为4 198 N·m,开向输出扭矩平均值为4 060 N·m,输出扭矩偏差满足小于±10%的标准要求。

▲图4 输出扭矩试验结果

5.3 行程重复偏差

行程重复偏差反映电液执行机构每次运行过程中实际位置与理想位置的偏差,直接表征防爆型双作用电液执行机构在实际运行过程中的位置精度。笔者针对防爆型双作用电液执行机构的行程重复偏差,进行开关方向上的试验各三次,试验结果如图5所示。开关方向各三次试验中,每次所测得的行程重复偏差均小于1°,满足设计要求。最大行程重复偏差出现在第2次开向试验,结果为0.26°。行程重复偏差试验结果显示,采用变频控制的防爆型双作用电液执行机构具有较高的位置精度。

▲图5 行程重复偏差试验结果

5.4 全行程时间

电液执行机构的全行程时间是现场运行过程中的一项重要参数。防爆型双作用电液执行机构大部分用于石化行业,石化行业对防爆型双作用电液执行机构的运行时间较为关注。笔者针对防爆型双作用电液执行机构的全行程时间,进行开关方向上的试验各三次,试验结果如图6所示。试验结果显示,防爆型双作用电液执行机构的全行程时间为22 s左右,最大偏差出现在第1次开向试验,偏差为0.3 s。

▲图6 全行程时间试验结果

5.5 保压能力

防爆型双作用电液执行机构采用液压力作为动力源,保压能力直接表现为输出扭矩的保持效果。目前行业要求电液执行机构的保压能力要求为48 h内压降小于最大保压上限的20%。对防爆型双作用电液执行机构进行保压能力试验,将运行压力增大至设计压力上限,并记录压力变化情况。保压能力试验结果如图7所示。防爆型双作用电液执行机构在保压能力试验中,最小压力为11.9 MPa,最大压力为12.31 MPa,压差为0.41 MPa,压降远小于保压上限的20%。防爆型双作用电液执行机构的压力波动随时间变化呈现S形波动,当夜晚气温降低后,压力自然减小,当白天温度升高后,压力也随之增大。比较试验初始时刻压力与试验结束时刻压力,压差仅为0.09 MPa,因此,对于电液执行机构的保压能力试验,应综合考虑温度的影响。