一種新型的智能型電液集成執(zhí)行器

執(zhí)行器作為一種動力裝置，不僅已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各種閥門的驅(qū)動、控制中，而且也正在被更多的用戶應(yīng)用在幾乎任何需要動力驅(qū)動的部位。如果按執(zhí)行器驅(qū)動裝置的類型劃分的話可分為電動執(zhí)行器、氣動執(zhí)行器和電液執(zhí)行器三大類。

　目前使用最多的是電動和氣動執(zhí)行器，其原因為電動執(zhí)行器體積小使用方便可以實現(xiàn)調(diào)節(jié)控制，氣動執(zhí)行器在有氣源的條件下結(jié)構(gòu)簡單，但二者也同時有自身無法克服的缺點，比如電動執(zhí)行器實現(xiàn)大驅(qū)動力比較困難，而且存在使用壽命和維護問題；而氣動執(zhí)行器則存在穩(wěn)定性和控制精度不高的問題等。
　　而電液執(zhí)行器（包括高精度的電液伺服控制執(zhí)行器）則可以很容易的實現(xiàn)大驅(qū)動力控制，高精度的調(diào)節(jié)控制和快速開關(guān)控制，那么為什么這種驅(qū)動器應(yīng)用的不多呢？其原因主要是過去電液執(zhí)行器往往需要配套使用一個液壓站或者帶一套伺服控制系統(tǒng)致使體積龐大，往往存在泄漏等問題，而且使用成本很高（能耗和維護費用）。因而僅在少數(shù)需要大驅(qū)動力或高精度調(diào)節(jié)控制的時候才使用。
　目前一種由美國KOSO公司生產(chǎn)的新型的REXA電液集成執(zhí)行器已經(jīng)進入中國市場并在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用，REXA電液執(zhí)行器是一種智能型機、電、液一體化的執(zhí)行器，它有兩個系列Xpac和Mpac，其中Xpac執(zhí)行器是一種專用于調(diào)節(jié)、由微處理器控制的集成型的電液執(zhí)行器。其調(diào)節(jié)性能與目前我們常見的電液伺服執(zhí)行機構(gòu)可以媲美。Mpac是專用于開關(guān)控制的電液執(zhí)行器，有著優(yōu)良的穩(wěn)定性和可靠性。REXA執(zhí)行器因其高度集成化的設(shè)計改變了傳統(tǒng)電液執(zhí)行器體積龐大的缺點，而電液執(zhí)行器優(yōu)良的控制性能卻得到了保證和提高。下面簡單介紹一下Xpac系列執(zhí)行器的組成、原理和性能特點。
　　REXA執(zhí)行器主要由兩大部分組成即執(zhí)行器（集成在一起的液壓缸和電液動力組件）和控制箱部分。在使用中執(zhí)行器安裝在被驅(qū)動裝置上，控制箱可根據(jù)需要遠程或就近安裝，二者由電纜連接，電纜包括動力電纜、控制電纜和反饋電纜，長度最長可達150米，方便的實現(xiàn)遠距離控制。
　　執(zhí)行器部分的核心是電液動力模塊，該模塊由馬達、齒輪泵、流量配對閥、儲油箱、電加熱器和旁路電磁閥（彈簧失效單元特有）等組成。動力模塊有B、C、1／4D、1／2D和D五種規(guī)格。這些規(guī)格的動力模塊均以2000psi（13.78Mpa）的壓力把油傳遞到液壓缸，而由于其內(nèi)部不同的泵和馬達組合，產(chǎn)生不同的最大流量和由此使執(zhí)行器產(chǎn)生不同的最大行程速度。更大的速度可采用將若干動力模塊組合在一起的方法或采用REXA特有的增壓泵系統(tǒng)來獲得。這種模塊形式的結(jié)構(gòu)不僅提高了通用性，保證了產(chǎn)品性能的穩(wěn)定，而且減少了備件的庫存量。
　　那么REXA Xpac執(zhí)行器是如何實現(xiàn)高性能的調(diào)節(jié)控制的呢？這里不能不提到其專利的流量配對（Flow Match System）系統(tǒng)（見下圖）這一液壓控制方面的最新技術(shù)。該系統(tǒng)使得執(zhí)行器內(nèi)部流體壓力得以獨立于外部載荷的大小和方向而保持恒定，是執(zhí)行器可以對控制信號迅速作出反應(yīng)，輸出平滑、精確的操作從而使系統(tǒng)取得其他方式極難達到的定位效果。流量配對系統(tǒng)允許Xpac以增量的方式定位，馬達和泵只在執(zhí)行其需要動作時運轉(zhuǎn)，一旦油缸輸出到達預(yù)定位置，泵馬達即停止工作，流量配對系統(tǒng)可確保Xpac原位鎖定，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)任務(wù)不受泵馬達啟、停或反轉(zhuǎn)的影響。
　　控制箱包括位置控制處理器、電源、馬達驅(qū)動器、保險絲、濾波器和一個終端，位置處理器（PCP）包括一個8位80C52微處理器，一個用于程序存儲的32KB EEPROM存儲器，一個用于數(shù)據(jù)存儲的2KB EEPROM，一個12位A/D轉(zhuǎn)換器和一個3鍵5位顯示板。PCP同時提供兩個安裝可選I/O接口板的連接器。
　　Xpac由位置控制處理器（PCP）控制。在PCP操作設(shè)置中有自動、設(shè)定和現(xiàn)場三種操作模式。在調(diào)節(jié)操作中，PCP處于自動模式。在設(shè)定模式中使用者可以利用鍵盤和顯示板，通過一些簡單的操作步驟對速度、行程、死區(qū)可控制信號等各種參數(shù)進行設(shè)定。在現(xiàn)場模式中，允許利用PCP鍵盤手動操作。
　 執(zhí)行器的動作過程是執(zhí)行器根據(jù)設(shè)置時確定的行程和信號范圍，PCP把外部送入的控制信號轉(zhuǎn)化為目標位置，執(zhí)行器的當前位置通過裝在執(zhí)行器上的反饋組件測定。目標位置和當前位置的差值為控制偏差。如果偏差超出了死區(qū)（用戶設(shè)定），PCP將啟動馬達重新校正。
　　雙向齒輪泵通過兩個流量配對閥（FMV1和FMV2）中的一個來使雙作用缸的任一側(cè)增壓，為把活塞移動到左邊，通過A端口使FMV2加壓，閥芯在壓差作用下左移打開逆止閥，液壓油可從端口D流到B，從端口A流到E，在從D流出的油壓作用下活塞向左移動。需要說明的是在圖示活塞的運行方向和負載方向相反的情況下，由于B、C端口的壓力很低，幾乎為大氣壓力，此時FMV2還起到節(jié)流閥的作用使D腔保持適當?shù)谋硥海瑥亩ＷC系統(tǒng)運行平穩(wěn)。當油缸輸出到達指定位置時泵停止工作，兩個逆止閥均關(guān)閉，液壓油留在缸內(nèi)，馬達不需要操作就可以使液壓缸的位置得以保持。
　　Xpac執(zhí)行器的輸出形式有直線位移或角位移可選。直線位移推力從0.9噸到53噸；角位移扭矩從68Nm到45194Nm，足以滿足大多數(shù)的控制力要求。直線位移速度根據(jù)不同模塊和出力而不同，如8896Nm出力時最大可達101mm／s；角位移速度同樣根據(jù)不同模塊和出力而不同，如282Nm出力時可達0.55s/90°。死區(qū)：0.1％，可利用PCP在0.1％－0.5％之間調(diào)整。定位精度小于全行程的0.15％。線性度小于全行程的0.05％。重復(fù)精度小于全行程的0.10％。正常工作溫度：－12～90℃。對于一些特殊和高難度的應(yīng)用，如最小控制點設(shè)定、流量特性描述和水錘抑制（雙速）以及喘振控制等，REXA均能提供可選軟件或硬件配置。
　　具有這樣復(fù)雜的控制功能和優(yōu)良的控制特性的REXA執(zhí)行器，安裝使用起來卻非常的簡單、方便。它可以很輕松的和各種閥門配套使用，也可以替代復(fù)雜的伺服控制機構(gòu)，輕松的實現(xiàn)各種精密控制要求。目前REXA執(zhí)行器在電廠設(shè)備、石化管線、冶金設(shè)備、水處理廠調(diào)節(jié)閥以及各種燃氣動力管道閥門上已經(jīng)有了越來越多的應(yīng)用。
　　總之，REXA執(zhí)行器是集成了電動操作的簡易性，液壓的動力快速，固態(tài)電子的可靠性和用戶配置操作的靈活性，從而簡化了液壓系統(tǒng)的使用、調(diào)節(jié)、診斷和維護的革命性技術(shù)，這一技術(shù)值得大力推廣和應(yīng)用。