摘要：本文介绍了科远股份全新开发的50-100nm角行程电动执行机构，该执行机构采用了高压铸造工艺设计、电子锁及按钮保护安全设计和人机交互设计，并通过整机测试验证了其满足行业各项标准，满足了小力矩、轻量化、智能化的市场需求，为环保条件下的管道阀门提供驱动和过程控制。
 

　　关键词：角行程电动执行机构   小力矩  轻量化   智能化
 

　　王成 禹建勇 李秋实  李超
 

　　引言
 

　　电动执行机构是自动控制系统中常用的机电一体化设备，是一种以电能作为动力，输出具有一定动能的角位移或直线位移的驱动装置，主要由电机、主传动机构、位置传感器、行程限制机构，手自动切换机构组成。它可以按预先设定的要求，输出相应的圈数、角度或长度，即实现行程控制功能，并能限制输出的转矩或推力，即实现转矩控制功能。同时还可以通过手自动切换机构，进行手动调试操作。
 

　　角行程电动执行机构输出角位移为0-90°或其他转角，主要由电机、位置传感器、蜗轮、蜗杆、驱动轴、控制单元、操作面板、手轮等组成，控制单元接收4-20mA电流或开关量控制信号从而驱动电机转动，电机的旋转通过转子轴直接带动一级蜗杆转动，一级蜗杆带动一级斜齿轮转动，再通过离合器带动二级蜗杆转动，二级蜗杆带动二级蜗轮转动，从而输出相应的力矩和角位移。
 

　　目前根据国家环保要求，许多电厂、化工厂等需要加装脱硫脱硝系统，脱硫脱硝系统用到的均是小口径管道，要求电动执行机构必须体积小、重量轻、输出转矩小，故市场对这一类角行程电动执行机构需求量增加。鉴于以上需求，开发出了一款输出转矩在50-100nm、体积小、质量轻的角行程电动执行机构，如图1所示。
 

图1 ST0010电动执行机构
 

　　产品的主要特点为
 

　　(1) 优化结构设计，使得产品小型化、精巧化，如图2所示；
 

　　(2) 箱体与上盖采用高压铸造工艺，使产品轻型化；
 

　　(3) 接线出线口的可以选择两个方向进行安装；
 

　　(4) 电气腔采用二级密封设计，防止因接线腔进水导致电气腔进水；
 

　　(5) 具有按钮碰撞保护、显示罩碰撞保护、手轮碰撞保护功能；
 

　　(6) 智能化设计，如图所示，对执行机构各信号进行记录，方便信号读取，精确驱动阀门；
 

　　(7) 输出精度高，误差小于0.5°；
 

　　(8)寿命满足开关阀各10000次。
 

图2 ST0010电动执行机构智能化设计
 

　　一、高压铸造壳体设计
 

　　箱体和上盖是本产品体积的两个零件，为了使产品轻型化，采用高压铸造工艺铸造出箱体和上盖，材料选择ADC12，高压铸造相比低压铸造具有精度高，薄壁、质量轻、生产效率高等特点，特别符合本产品的设计需求，箱体和上盖多处采用免加工，壁厚保持在3-6mm之间，批量铸件结构尺寸及产品工艺稳定可靠，该执行机构的总重仅为12kg。箱体和上盖毛坯设计时已兼顾隔爆设计，箱体与上盖配合止口面、箱体与一级蜗杆轴承压盖配合面、箱体与蜗轮轴上端配合面、箱体与接线端盖配合止口处均满足DIICT4的拓展。
 

　　二、电子锁及按钮保护安全设计
 

　　为了防止按钮在现场受到触碰而导致误操作，从上盖结构设计上充分考虑了按钮的保护，按钮周围均设计有高出按钮顶端的结构，即便不小心碰撞到上盖表面，也不会触发按钮。一般情况下，执行机构要处在“远程”模式下，按照上位机的命令来动作，一旦工作模式被误切换，执行机构将会意外停机，给生产带来不可预想的后果。为了进一步加强安全保护，防止现场因按钮误操作导致的事故，在控制单元也增加了按钮电子锁模块，即当电动执行机构在现场安装完毕并调试无误正常运转后，可在软件界面设置按钮锁功能启用，这样当任一按钮被误操作时，界面会提示输出密码后方可进行相关命令的执行，相比以前的机械锁方案，机械零件结构上得到优化，安全性更加可靠，且电子锁没有机械磨损，因此寿命大大提高，另外也节约了成本。
 

　　按钮电子锁启用
 

　　三、人机交互设计
 

　　为了满足客户现场不同的安装位置要求，电动执行机构的出线口设计在了两个方向上，如图所示，方便客户自由选择合适出线位置，为现场整洁科学布线提供方便接口；另外，电动执行机构安装位置不同，可能会导致现场
 

　　工作人员观察电动执行机构显示屏时遇到显示字倒立或垂直的现象，为了解决这一问题，在控制单元设计了屏幕显示旋转设置功能，可根据不同现场安装需求，将显示屏显示字旋转90°、180°和270°，如图所示，以适应客户现场的视觉需求，*人机交互的舒适性，充分体现了以人为本的设计理念。
 

显示屏可旋转
 

　　四、整机性能测试验证
 

　　1)       振动测试：电动执行机构在通电状态下，在三个方向以10Hz-150Hz的频率进行扫频振动，找到共振点，然后在共振频率上进行30分钟耐振试验，振幅为0.1mm，加速度为20m/s-2，无异常；
 

　　2)       间隙测试：实验测得电动执行机构输出间隙满足0.5°以内的标准；
 

　　3)       机械寿命测试：满足100Nm载荷下开关各10000次；
 

　　4)       整机高温老化测试：设置高温老化箱环境温度70°C，执行机构以开10S、停30S、关10S。