摘要：螺杆式执行器；微型动力装置；选择时应注意的事项 　　

　　

　　螺旋结构执行器 　　

　　

　　对阀门执行机构的齿轮齿条产品逐一进行简要讨论。今天简单讨论另一种结构——螺杆式执行器。典型的螺旋致动器如下图所示。 　　

　　

　　螺旋摆动执行器是一种利用大升角螺旋实现输出摆动的特殊油缸，也称复合油缸。它是一种完全不同于传统摆缸设计理念的双螺杆摆缸。与传统的齿轮齿条式摆动油缸和叶片摆动马达相比，本发明具有结构紧凑、安全可靠、占用空间小、易于设计、输出扭矩和摆动角度大等优点。双螺旋摆动液压执行机构已经应用于几乎所有需要高扭矩和有限摆动的场合。 　　

　　

　　 　　

　　

　　螺旋摆动气缸 　　

　　

　　这种致动器的典型结构是活塞外表面有一组与气缸内表面螺旋齿相匹配的螺旋齿；活塞内表面上的螺旋齿与输出轴上的螺旋齿啮合。 　　

　　

　　 　　

　　

　　摆动气缸运动副 　　

　　

　　活塞的内齿轮和输出轴的外齿轮构成第一螺旋副，活塞的外齿轮和固定环的内齿轮构成第二螺旋副。在轴向液压力的作用下，活塞在缸内左右往复运动，通过两个螺旋副的啮合作用，螺旋齿摆动液压缸的输出轴正反转，然后输出一定的角度和扭矩。 　　

　　

　　双螺旋滚筒单螺杆副的传动效率只有80%左右。两个螺旋副的效率相乘后，执行器的机械效率更低，一般在64%-75%左右。与单级齿轮齿条传动相比，效率较低。 　　

　　

　　国外研究的螺旋齿摆动液压缸有很多种，大部分已经批量生产并投入使用。生产厂家主要有美国Helac公司、挪威Scana Skarpenord AS公司、日本武田公司和德国HKS公司。其中，HKS公司生产的系列摆动液压缸的最大输出扭矩为250knm，定位精度为0。3，最大标准转角为1 000。 　　

　　

　　螺旋摆动气缸的设计工作压力高于齿轮齿条式气缸，大多数厂家设计工作压力为210Bar，而齿轮齿条式气缸通常设计最大工作压力为150Bar。 　　

　　

　　螺旋致动器运动副的主要运动是旋转运动，涉及的密封需要适合旋转运动和高压。齿轮齿条式执行机构的主要运动是直线运动，所选用的密封主要是直线密封。 　　

　　

　　微型动力单元 　　

　　

　　前面提到，智能集成液压执行机构、齿轮齿条执行机构、动力单元、控制器、阀位指示器和位置检测传感器以密封的方式安装在阀门执行机构的顶部。结构紧凑，密封，防尘，防水，无管道连接。 　　

　　

　　 　　

　　

　　集成智能阀门执行器 　　

　　

　　这一次，我们简单说一下顶部的液压微动力单元。有时它也被称为液压动力组。 　　

　　

　　根据阀门的开启和关闭时间，选择合适的微动力装置。参数主要是电机功率和泵排量的计算和选择。 　　

　　

　　例：根据群美机电有限公司的一款2000 Nm的执行器。 　　

　　

　　假设所需的打开和关闭时间为10秒，则该致动器的全开流量为274 ml。 　　

　　

　　 　　

　　

　　则每分钟泵输出的需求量(274/10)*60=1644毫升/分钟。 　　

　　

　　根据这个流量需求，结合电机电压和转速，就可以确定泵的排量。假设泵电压为24VDC，最大速度为2000RPM，所需的泵排量计算为0.822 ml。我们可以选择1毫升的泵作为动力源。选择泵后，根据系统要求的压力，选择满足要求的泵功率。假设系统压力需求为150巴，电机功率计算为523瓦.选择功率为600W的电机。 　　

　　

　　一般来说，客户只需要提供开关时间、开关扭矩、电机电压等。制造商将为相应的pr选择匹配的参数 　　

　　

　　群美机电根据应用在系统上匹配了两种应急措施。应急措施是在系统集成块上集成一个手动泵，以便在停电时手动向动力装置供油，并打开或关闭阀门；另一种措施是安装应急油口，依靠外部液压源输入液压油来开启或关闭阀门。液压系统的原理如下： 　　

　　

　　 　　

　　

　　整体结构如下图所示： 　　

　　

　　 　　

　　

　　诸如 　　

果上述计算泵的需求都已经很明确，则可以直接选取需求的动力单元。例如：假设泵需求最大流量0.7升每分钟，电压12VDC,按照样本可以选取PU-25-12 动力单元。

　　

　　

-选用注意事项

　　

作为控制阀门开关的驱动器，无论何种结构，选用时间都需要遵循下列注意事情：摆角大小,输出扭矩及工作压力,启动压力与内泄漏, 缓冲与制动等。下面一一简述。

　　

一：摆角大小

　　

一般来讲，摆角大小在设计时就决定了参数。也就是说选定某个厂家某个结构执行器， 其最大摆动角已经决定了。所以主要看最大摆角能否适合应用要求。例如，蝶阀全开角度是90度， 我们选一款最大转角94度的执行器基本能满足其要求。假设某个执行器只需要打开70度就能满足要求，我们选择最大转角94度执行器时，解决方案之一是匹配行程开关，当角度转到70度时，行程开关触发动作，实现动作停止或者换向。例如下图。

　　

　　

　　

当然，有其他的方案，例如，匹配上角度传感器，当角度转到设定角度参数时，传感器触发，实现动作控制。

　　

二：输出转矩及工作压力

　　

输出转矩及工作压力，这个也是在产品结构设计时间就决定的参数。输出转矩主要取决于系统供应的压力及执行器的机械效率。

　　

选择输出转矩前， 需要了解几件事：

　　

阀门控制打开及关闭需要的扭矩，一般来讲，这个参数阀门制造厂需要实验才能得到准确的参数。所以首先需要了解这个参数是理论的还是实际需要的参数。

　　

例如蝶阀阀门在计算开启力矩时基本上是计算密封件间的摩擦力矩，填料对阀杆的摩擦力矩，轴承对阀杆的摩擦力矩等；另外负载引起的转矩及使负载获得角加速度需要的转矩。这些计算也比较复杂或者不准确，试验测试获得的力矩是比较准确的参数。

　　

在实际参数中，选择阀门开启的力矩X1.3-1.5简单系数原则来来选取执行器参数。

　　

假设实际获得蝶阀开启力矩参数是700牛米，按照简单参数原则。700X1.3-1.5=910-1050牛米。我们选取1000牛米的执行器可以满足要求。

　　

　　

　　

注意另外一个问题，就是系统供应压力是否满足要求，例如，1000牛米扭矩是系统工作压力150Bar. 如果系统压力满足这个条件，执行器输出扭矩达不到需要的扭矩1000牛米。

　　

假如现场不能提供150公斤压力，就参照实际压力及厂商的参数选取，一般厂商有类似参数如下：

　　

　　

　　

假设现场只能提供80Bar 压力， 为满足1000牛米的参数，则需要选取200系列的产品。

　　

另外，需要参照ISO5211参数看阀门或者执行器的法兰规格。法兰规格至少要满足F12以上的法兰。

　　

　　

资料发布已获授权

　　

来源 ：上海群美机电科技有限公司

　　

作者:努力活成执行器达人

　　

　　

阀门液压执行器简谈系列一