1 概述

    閥門液壓伺服執(zhí)行器是用來自動控制閥門開度的驅動裝置，根據(jù)其控制方式可以分為直行程液壓伺服執(zhí)行器和角行程液壓伺服執(zhí)行器。直行程液壓伺服執(zhí)行器的輸出是直線位移，角行程液壓伺服執(zhí)行器的輸出是角度位移。根據(jù)其結構形式可以分為緊湊型液壓伺服執(zhí)行器和標準型液壓伺服執(zhí)行器，緊湊型液壓伺服執(zhí)行器是液壓元附件高度集成的結構形式，標準型液壓伺服執(zhí)行器則是采用標準液壓元附件進行組合的結構形式。閥門液壓伺服執(zhí)行器接受到某一電信號時，將其轉換成與輸入信號相對應的直線或轉角位移，自動地調節(jié)閥門的開度，實現(xiàn)工業(yè)過程的自動調節(jié)。

    2 緊湊型直行程液壓伺服執(zhí)行器

圖1 緊湊型直行程液壓伺服執(zhí)行器工作原理

    緊湊型直行程液壓伺服執(zhí)行器的工作原理如圖1 所示。由電機驅動油泵經過過濾器和自帶反饋裝置的伺服閥把液壓油送到油缸，實現(xiàn)活塞桿的伸出或收回動作。當達到所需的控制位置時，多余的液壓油將通過可調節(jié)的溢流閥流回油箱。從控制器來的電輸入信號（可以是電流信號，也可以是電壓信號）作用在電液伺服閥的電磁線圈上，此時系統(tǒng)作用一個力在銜鐵上，使其偏離中心位置。擋板連接著銜鐵，由此可在噴嘴之間形成不相等的間距。高壓油流通過節(jié)流孔從噴嘴噴出供油。由于銜鐵偏離了中心位置而帶動主閥芯移動，使得液壓油流進或流出油缸。油缸的動作被傳遞到控制部件， 也通過反饋桿和連接裝置傳遞給伺服閥。反饋彈簧因此被拉緊或放松，從而作用一個與輸入信號產生效果相反的力在銜鐵上。當閥桿到達新的位置時，作用在銜鐵上的力平衡了，擋板回到噴嘴中間，活塞桿和閥桿便停止運動。執(zhí)行機構的直線輸出位移與輸入信號成比例關系。

    由于受到結構的限制，緊湊型直行程液壓伺服執(zhí)行器的推力一般為1500～200000N，行程為20～120mm，速度為2～40mm/s。緊湊型直行程液壓伺服執(zhí)行器適合于各類控制閥門。

    3 緊湊型角行程液壓伺服執(zhí)行器

圖2 緊湊型角行程液壓伺服執(zhí)行器工作原理

    緊湊型角行程液壓伺服執(zhí)行器的工作原理如圖2所示。由電機驅動油泵經過過濾器和自帶反饋裝置的伺服閥把液壓油送到鉸接式油缸， 實現(xiàn)活塞桿的伸出或收回動作。當達到所需的控制位置時，多余的液壓油將通過可調節(jié)的溢流閥流回油箱。從控制器來的電輸入信號（可以是電流信號，也可以是電壓信號）作用在電液伺服閥的電磁線圈上，此時系統(tǒng)作用一個力在銜鐵上，使其偏離中心位置。擋板連接著銜鐵，由此可在噴嘴之間形成不相等的間距。高壓油流通過節(jié)流孔從噴嘴噴出供油。由于銜鐵偏離了中心位置而帶動主閥芯移動，使得液壓油流進或流出鉸接式油缸，從而帶動輸出軸旋轉。油缸的動作被傳遞到控制部件，也通過反饋條和連接裝置傳遞給伺服閥。反饋彈簧因此被拉緊或放松，從而作用一個與輸入信號產生效果相反的力在銜鐵上。當閥桿到達新的位置時，作用在銜鐵上的力平衡了，擋板回到噴嘴中間，活塞桿和閥桿便停止運動。執(zhí)行機構的
角度輸出位移與輸入信號成比例關系。

    由于受到結構的限制，緊湊型角行程液壓伺服執(zhí)行器的力矩一般為40～4500N•m ，角度行程為70°～90°，速度為4°～35°/s。緊湊型角行程液壓伺服執(zhí)行器適合于各類蝶閥。

    4 標準型液壓伺服執(zhí)行器

圖3 標準型液壓伺服執(zhí)行器工作原理

    標準型液壓伺服執(zhí)行器的工作原理如圖3所示。由電機驅動雙泵經過過濾器和伺服閥把液壓油送入油缸中，實現(xiàn)活塞桿的伸出或收回動作。在要求大范圍動作的情況下，液壓系統(tǒng)需要較大的流量，低壓大流量泵和高壓小流量泵同時供油到油缸，此時系統(tǒng)壓力低一些。在要求小范圍動作或高壓力動作的情況下，液控換向閥閥芯左移，低壓大流量泵處于循環(huán)狀態(tài)（即直接回油箱），系統(tǒng)僅由高壓小流量泵供油到伺服閥。系統(tǒng)的壓力由溢流閥來調定。這樣可確保在低壓大范圍動作的情況下有
足夠的油量使活塞以所需的速度運行，又可以避免執(zhí)行器高壓運行時過多的發(fā)熱。測壓點監(jiān)測液壓泵的壓力，壓力表監(jiān)測蓄能器的壓力。溢流閥是經TüV檢測的安全閥，用于控制蓄能器的壓力。油缸的運行速度是由伺服閥來控制，但其的運行速度是由單向節(jié)流閥控制。在油泵不供油或系統(tǒng)失去油壓的情況下， 液控換向閥組動作，使得蓄能器直接把壓力油
供給油缸，以實現(xiàn)閥門緊急打開或關閉的動作。在斷電時，油缸也可以通過手泵和手動換向閥進行手動雙向運行。在電機斷電時，液控單向閥鎖住，中斷了伺服閥和油缸之間的液壓通路，將油缸活塞鎖定在故障發(fā)生時的位置。配備了蓄能器的執(zhí)行器，可將活塞移動到預先設定的位置。執(zhí)行機構的直線輸出位移與輸入信號成比例關系。

    標準型液壓伺服執(zhí)行器的推力可以到1000kN，行程沒有限制，速度為2～40mm/s。標準型液壓伺服執(zhí)行器適合于各類控制閥門， 尤其是大型閥門。

    5 結語

    閥門液壓伺服執(zhí)行器由于采用了高性能的伺服閥其靈敏度高（小于滿行程的012 %），回差小（小于滿行程的014%），力量大（推力可以到1000kN），速度快（40mm/s或35°/s）， 控制平穩(wěn)精確，結構緊湊，安裝方便，現(xiàn)廣泛應用于高負荷控制閥（直行程）、大口徑蝶閥（角行程）、汽輪機入口控制閥和燃氣輪機分向器擋板控制閥等。

原創(chuàng)作者：浙江金鋒自動化儀表有限公司