CN110260027A - 基于电液伺服直驱式的阀门执行机构 - Google Patents

基于电液伺服直驱式的阀门执行机构 Download PDF

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熊彬
袁昌耀
曹秀芳
王俊霞
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    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/12—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Abstract

本发明公开了一种基于电液伺服直驱式的阀门执行机构，包括电液伺服系统和执行机械系统，电液伺服系统包括伺服电机、液压泵、第一液控单向阀、第一压力传感器、第一安全阀、液压马达、第二安全阀、第二压力传感器、第二液控单向阀；液压泵正向旋转时，提供的高压油通过第一液控单向阀，进入液压马达，液压马达带动阀门阀芯作旋转运动，实现阀门打开；液压泵反向旋转时，提供的高压油通过第二液控单向阀进入液压马达，液压马达带动阀门阀芯作旋转运动，实现阀门关闭。本发明主要应用于手动阀门的自动化升级改造，安装方便，能够在线完成更换；采用PID压力闭环控制技术，节能效果明显，具有较高的自动化水平，可实现本地和远程自动控制。

Description

基于电液伺服直驱式的阀门执行机构
技术领域
本发明属于液压控制技术领域，具体涉及一种基于电液伺服直驱式的阀门执行机构。
背景技术
工业管路阀门广泛应用于工厂、矿山、农业、交通、物流、医疗、核工业、航空航天等各行各业，市场保有量巨大。其中手动阀门占据很大部分，随着国家工业自动化、智能化快速发展，国家工业安全需求紧迫，大量的手动阀门需进行自动化升级，逐步实现智能化。
目前，用于阀门升级改造的执行机构较少，并且仍采用电动执行机构或传统的开式电液执行机构，存在控制精度低、输出力小、体积较大等问题。在安装过程中，还需要停机更换将破坏连接管路、传输介质，影响生产，造成重大损失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种控制精度高、结构紧凑、推力大、安装方便、智能化程度高的基于电液伺服直驱式的阀门执行机构。
实现本发明目的的技术方案为：一种基于电液伺服直驱式的阀门执行机构，包括电液伺服系统和执行机械系统，执行机械系统通过连接法兰与阀门连接；所述电液伺服系统包括伺服电机、液压泵、第一液控单向阀、第一压力传感器、第一安全阀、液压马达、第二安全阀、第二压力传感器、第二液控单向阀；所述液压马达的进出油口，分别设有第一压力传感器、第一安全阀、第二安全阀、第二压力传感器；所述第一压力传感器、第二压力传感器用于检测液压马达进出油口的压力，所述第一安全阀、第二安全阀用于限定系统最大工作压力；
所述液压泵为双向液压泵，安装在油箱内，通过联轴器与伺服电机直连；所述伺服电机为变频伺服电机；液压泵正向旋转时，提供的高压油通过第一液控单向阀，进入液压马达，液压马达带动阀门阀芯作旋转运动，实现阀门打开；液压泵反向旋转时，提供的高压油通过第二液控单向阀进入液压马达，液压马达带动阀门阀芯作旋转运动，实现阀门关闭。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：(1)采用直驱式电液伺服系统控制技术，伺服电机直驱泵控液压系统，具有结构简单、体积小、传递效率高等特点；根据实时工况，调节系统所需压力和流量，达到节能的目的；(2)采用执行机构压力传感器+变频伺服电机控制模式，实现PID压力闭环控制，控制阀门启/闭到位及到位力矩，避免过力矩，损坏阀门阀杆及阀芯密封性能；(3)采用执行机构管路压差传感器+变频伺服电机控制模式，实现PID闭环控制阀门开口度，避免阀门前后压力变化过快，损坏主机；(4)执行机构采用模块化、集成化设计，与阀门连接部位设计为标准连接法兰，可实现在线更换和快速安装；(5)可用于各种工业阀门的自动化升级改造，具有本地和远程两种控制模式，适用于多种工作环境。
附图说明
图1为本发明基于电液伺服直驱式的阀门执行机构示意图。
图2为本发明的液压原理图。
图3为本发明的机械结构图。
图中标号：执行机械系统1、电液伺服系统2、阀门3、伺服电机4、液压泵5、第一液控单向阀6、第一压力传感器7、第一安全阀8、液压马达9、第二安全阀10、第二压力传感器11、第二液控单向阀12、直线导轨13、位移传感器14、联轴器15、底座16。
具体实施方式
一种基于电液伺服直驱式的阀门执行机构，所述机构包括电液伺服系统2和执行机械系统1。所述电液伺服系统2包括伺服电机4、液压泵5、第一液控单向阀6、第一压力传感器7、第一安全阀8、液压马达9、第二安全阀10、第二压力传感器11、第二液控单向阀12。所述执行机械系统1包括直线导轨13、位移传感器14、联轴器15、底座16。
如图1所示，执行机构采用模块化、集成化设计，与阀门3连接部位设计为标准连接法兰，可实现在线更换和快速安装。
如图2所示，所述第一液控单向阀6、第一压力传感器7、第一安全阀8、第二安全阀10、第二压力传感器11、第二液控单向阀12均集成在阀块上；通过阀块内回油路分别连接液压马达9、第一安全阀8和第二安全阀10、第一液控单向阀6和第二液控单向阀12的出油口，最终将出油口集中后回油箱；所述液压泵5为双向液压泵，安装在油箱内，通过联轴器与伺服电机4直连；所述伺服电机4为变频伺服电机；所述液压泵5提供的高压油通过液控单向阀和阀块内压力油路分别与液压马达9、安全阀、压力传感器相连，液压马达9作旋转运动；液压泵5正向旋转时，提供的高压油通过第一液控单向阀6后，进入液压马达9，液压马达9带动阀门阀芯作旋转运动，实现阀门打开；所述液压泵5反向旋转时，提供的高压油通过第二液控单向阀12后，进入液压马达9，液压马达9带动阀门阀芯作旋转运动，实现阀门关闭；所述液压马达9进出油口，均设有压力传感器7、11和安全阀8、10；压力传感器7、11用于检测液压马达9进出油口的压力；安全阀8、10限定系统最大工作压力，防止系统出现过载导致压力异常升高。
当液压泵5停止工作时，所述第一液控单向阀6和第二液控单向阀12能够实现液压马达9的位置锁定，保证阀芯可处于任一设定位置；通过压力传感器7、11和伺服电机4，采用PID压力闭环控制，控制阀门启/闭到位时的到位力矩，避免过力矩和过关闭，损坏阀门阀杆及阀芯密封性能；通过阀门管路压差传感器和伺服电机4，采用PID压力闭环控制，自动调节伺服电机4转速，控制阀门开度及速度，避免阀门前后压力变化过快，损坏主机；
如图3所示，所述底座16安装在直线导轨13上；所述液压马达9和位移传感器14安装在底座16上；所述液压马达9输出轴，通过联轴器与阀芯连接，液压马达9带动阀芯旋转时，底座16在直线导轨13上运动；所述位移传感器14用于检测阀芯的实时位置。

Claims (4)

1.一种基于电液伺服直驱式的阀门执行机构，其特征在于，包括电液伺服系统(2)和执行机械系统(1)，执行机械系统通过连接法兰与阀门(3)连接；所述电液伺服系统包括伺服电机(4)、液压泵(5)、第一液控单向阀(6)、第一压力传感器(7)、第一安全阀(8)、液压马达(9)、第二安全阀(10)、第二压力传感器(11)、第二液控单向阀(12)；所述液压马达(9)的进出油口，分别设有第一压力传感器(7)、第一安全阀(8)、第二安全阀(10)、第二压力传感器(11)；所述第一压力传感器(7)、第二压力传感器(11)用于检测液压马达(9)进出油口的压力，所述第一安全阀(8)、第二安全阀(10)用于限定系统最大工作压力；
所述液压泵(5)为双向液压泵，安装在油箱内，通过联轴器与伺服电机(4)直连；所述伺服电机(4)为变频伺服电机；液压泵(5)正向旋转时，提供的高压油通过第一液控单向阀(6)，进入液压马达(9)，液压马达(9)带动阀门阀芯作旋转运动，实现阀门打开；液压泵(5)反向旋转时，提供的高压油通过第二液控单向阀(12)进入液压马达(9)，液压马达(9)带动阀门阀芯作旋转运动，实现阀门关闭。
2.根据权利要求1所述的基于电液伺服直驱式的阀门执行机构，其特征在于，所述第一液控单向阀(6)、第一压力传感器(7)、第一安全阀(8)、第二安全阀(10)、第二压力传感器(11)、第二液控单向阀(12)均集成在阀块上；通过阀块内回油路分别连接液压马达(9)、第一安全阀(8)和第二安全阀(10)、第一液控单向阀(6)和第二液控单向阀(12)的出油口，最终将出油口集中后回油箱。
3.根据权利要求1所述的基于电液伺服直驱式的阀门执行机构，其特征在于，当液压泵(5)停止工作时，所述第一液控单向阀(6)和第二液控单向阀(12)将液压马达(9)的位置锁定。
4.根据权利要求1所述的基于电液伺服直驱式的阀门执行机构，其特征在于，所述执行机械系统包括直线导轨(13)、位移传感器(14)、联轴器(15)和底座(16)；
底座(16)安装在直线导轨(13)上，液压马达(9)和位移传感器(14)安装在底座(16)上，液压马达(9)输出轴通过联轴器(15)与阀芯连接，液压马达(9)带动阀芯旋转时，底座(16)在直线导轨(13)上运动；所述位移传感器(14)用于检测阀芯的实时位置。
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