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摘要：本文介紹了科遠(yuǎn)股份全新開發(fā)的分體式多回轉(zhuǎn)系列化電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該系列執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用了電動(dòng)頭與控制端分體設(shè)計(jì)、電機(jī)耐高溫設(shè)計(jì)、接線端子的耐高溫和IP67防護(hù)設(shè)計(jì)，并通過(guò)整機(jī)測(cè)試驗(yàn)證了其滿足行業(yè)各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，滿足了耐高溫、易維護(hù)、智能化的市場(chǎng)需求，為環(huán)保條件下的管道閥門提供驅(qū)動(dòng)和過(guò)程控制。
關(guān)鍵詞：多回轉(zhuǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 分體式 智能化
引言
多回轉(zhuǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是各類閥門的驅(qū)動(dòng)裝置，用以控制閥門的開啟和關(guān)閉，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、結(jié)構(gòu)緊湊，適用于閘閥、截止閥、隔膜閥。其派生產(chǎn)品可以輸出角位移和直線位移，適用于碟閥，球閥和風(fēng)門等裝置，可以準(zhǔn)確按照控制指令動(dòng)作，是對(duì)閥門實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的驅(qū)動(dòng)裝置。本產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電力、冶金、石油、化工、輕工、紡織、礦山、消防和環(huán)保等行業(yè)的過(guò)程控制系統(tǒng)中。
目前，根據(jù)國(guó)家大力發(fā)展智慧工廠的需求，人性化的人機(jī)交互設(shè)計(jì)顯得格外重要，基于客戶現(xiàn)場(chǎng)閥門安裝位置多處于高溫、高振動(dòng)或其他惡劣環(huán)境不便于調(diào)試和維護(hù)，科遠(yuǎn)股份開發(fā)設(shè)計(jì)了分體式多回轉(zhuǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如圖1所示。
圖1 分體式多回轉(zhuǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)
產(chǎn)品特點(diǎn)：
(1)分體式設(shè)計(jì)：分成電動(dòng)頭和控制柜，電動(dòng)頭防護(hù)等級(jí)為IP67，環(huán)境溫度達(dá)105℃；
(2)遠(yuǎn)距離傳輸設(shè)計(jì)：動(dòng)力線電纜和信號(hào)線電纜長(zhǎng)度可達(dá)50m，傳輸安全可靠。
(3)電機(jī)耐高溫和溫度保護(hù)：可在105℃環(huán)境下長(zhǎng)期運(yùn)行，有溫度保護(hù)功能，保護(hù)值為165℃；
(4)接線端子的耐高溫性和高密封性：可以在105℃環(huán)境溫度下長(zhǎng)期適用，防護(hù)等級(jí)達(dá)IP67；
(5)編碼器精度可調(diào)性和耐高溫性：編碼器精度有9個(gè)檔位可調(diào)，可在105℃下長(zhǎng)期使用；
(6)具有電動(dòng)頭振動(dòng)參數(shù)及輸出力矩實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能；
(7) 智能化設(shè)計(jì)：對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)各信號(hào)進(jìn)行記錄，方便信號(hào)讀取，精確驅(qū)動(dòng)閥門；
(8)壽命滿足開關(guān)型額定力矩開關(guān)各10000次，調(diào)節(jié)型50%額定力矩開關(guān)各500000次。
一、分體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
機(jī)械傳動(dòng)與控制部分分離，控制部分單獨(dú)安裝在一個(gè)環(huán)境較好，溫度、濕度均滿足人體、人為操作，便于維護(hù)的地方，在機(jī)械傳動(dòng)部分和控制部分之間通過(guò)電纜進(jìn)行連接，就形成了分體式多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)在原有普通型多回轉(zhuǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將電源板、主控板、顯示屏、正反轉(zhuǎn)控制模塊和接線端子從一體式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)上分離出來(lái)，放在獨(dú)立的一個(gè)控制柜當(dāng)中，該控制柜的防護(hù)等級(jí)可達(dá)IP65，控制柜和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間通過(guò)兩根電纜聯(lián)通，一根動(dòng)力線電纜和一根信號(hào)線電纜，電纜的長(zhǎng)度最長(zhǎng)可達(dá)50m。
二、接線端子耐高溫性和高密封性
控制柜端的電源線和信號(hào)線通過(guò)電動(dòng)頭端的接線端子與電機(jī)、傳感器信號(hào)連接，該接線端子既要滿足105℃環(huán)境溫度，又要滿足IP67防護(hù)等級(jí)。基于這兩個(gè)需求，科遠(yuǎn)股份自主開發(fā)出了一款執(zhí)行機(jī)構(gòu)用耐高溫、高密封接線端子，如圖2所示。該接線端子主要由絕緣擋板、絕緣固化膠、銅螺柱、耐高溫O型圈等組成，絕緣擋板和絕緣固化膠保證了端子之間的絕緣性，銅螺柱保證了端子兩端的導(dǎo)電性，耐高溫O型圈保證了每個(gè)端子以及接線端子整體的IP67密封性。另外，絕緣固化膠還保證了各端子銅螺柱沿旋轉(zhuǎn)方向的固定，保證其松動(dòng)。接線端子兼顧電源線和信號(hào)線使用，在105℃環(huán)境下通電測(cè)試340h無(wú)異常，且高溫前和高溫后均測(cè)試氣密性，滿足IP67防護(hù)等級(jí)。
三、編碼器的耐高溫設(shè)計(jì)
科遠(yuǎn)股份普通型多回轉(zhuǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用的編碼器和普通型角行程采用自主研發(fā)的12位可編程磁旋轉(zhuǎn)編碼器，但編碼器無(wú)法滿足105℃高溫環(huán)境，磁編碼器無(wú)法實(shí)現(xiàn)多圈識(shí)別，通過(guò)將磁編碼器與減速器齒輪組配合使用，既實(shí)現(xiàn)了105℃環(huán)境溫度下長(zhǎng)期使用，又實(shí)現(xiàn)了多圈識(shí)別計(jì)數(shù)。
通過(guò)測(cè)試表明，將批量磁編碼器放置在120℃環(huán)境溫度下測(cè)試長(zhǎng)達(dá)1個(gè)月，各方面性能保持良好，系統(tǒng)正常工作。磁編碼器與減速器齒輪組結(jié)合，如圖3所示，該齒輪組共有9個(gè)檔位，可實(shí)現(xiàn)9級(jí)減速，經(jīng)過(guò)減速后，僅能單圈識(shí)別的磁編碼器即可實(shí)現(xiàn)2圈、4圈、8圈、16圈、32圈、64圈、128圈、256圈、512圈的識(shí)別。隨著識(shí)別圈數(shù)的增多，識(shí)別精度隨之越低，當(dāng)識(shí)別圈數(shù)為64圈時(shí)，識(shí)別精度為7.9°。
四、高溫采集板的耐高溫設(shè)計(jì)
機(jī)械傳動(dòng)單元的閥位信號(hào)、力矩參數(shù)、電機(jī)溫度報(bào)警信號(hào)等需要傳輸至控制單元，而閥位信號(hào)為SPI信號(hào)，當(dāng)傳輸超過(guò)10米時(shí)，相應(yīng)EMC的電磁抗力會(huì)變差，開關(guān)量信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸后，信息驅(qū)動(dòng)能力會(huì)大大下降。高溫采集板可以采集上述相應(yīng)信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為RS-485信號(hào)，增強(qiáng)信號(hào)的抗力，確保長(zhǎng)距離傳輸?shù)挠行浴Ｍ瑫r(shí)，本體中的振動(dòng)情況參數(shù)需要傳遞到高溫采集板上進(jìn)行采集。因此，對(duì)于安裝在機(jī)械傳動(dòng)單元中的高溫采集板，需要進(jìn)行耐高溫設(shè)計(jì)。
高溫采集板主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
(1)高溫采集板板材Tg點(diǎn)為170℃
在NEMA標(biāo)準(zhǔn)中，環(huán)氧玻纖布覆銅板有四種型號(hào)：G10(不阻燃)、G11(保留熱強(qiáng)度，不阻燃)、FR-4(阻燃)、FR-5(保留熱強(qiáng)度，阻燃)。線路板基材的一個(gè)重要的溫度性能指標(biāo)為Tg溫度。當(dāng)溫度升高到某一區(qū)域時(shí)，基板將由"玻璃態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;橡膠態(tài)”，此時(shí)的溫度稱為玻璃化溫度(Tg)。Tg是基材保持剛性的溫度。
(2)高溫電子元器件采用汽車級(jí)
分體式角行程高溫采集板上的高溫電子元器件物料主要包括MCU、頻率振蕩器、共模電感、表貼3.3V穩(wěn)壓器等。
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