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摘要：本文介紹了科遠股份全新開發的50-100nm角行程電動執行機構，該執行機構采用了高壓鑄造工藝設計、電子鎖及按鈕保護安全設計和人機交互設計，并通過整機測試驗證了其滿足行業各項標準，滿足了小力矩、輕量化、智能化的市場需求，為環保條件下的管道閥門提供驅動和過程控制。
關鍵詞：角行程電動執行機構 小力矩 輕量化 智能化
王成 禹建勇 李秋實 李超
引言
電動執行機構是自動控制系統中常用的機電一體化設備，是一種以電能作為動力，輸出具有一定動能的角位移或直線位移的驅動裝置，主要由電機、主傳動機構、位置傳感器、行程限制機構，手自動切換機構組成。它可以按預先設定的要求，輸出相應的圈數、角度或長度，即實現行程控制功能，并能限制輸出的轉矩或推力，即實現轉矩控制功能。同時還可以通過手自動切換機構，進行手動調試操作。
角行程電動執行機構輸出角位移為0-90°或其他轉角，主要由電機、位置傳感器、蝸輪、蝸桿、驅動軸、控制單元、操作面板、手輪等組成，控制單元接收4-20mA電流或開關量控制信號從而驅動電機轉動，電機的旋轉通過轉子軸直接帶動一級蝸桿轉動，一級蝸桿帶動一級斜齒輪轉動，再通過離合器帶動二級蝸桿轉動，二級蝸桿帶動二級蝸輪轉動，從而輸出相應的力矩和角位移。
目前根據國家環保要求，許多電廠、化工廠等需要加裝脫硫脫硝系統，脫硫脫硝系統用到的均是小口徑管道，要求電動執行機構必須體積小、重量輕、輸出轉矩小，故市場對這一類角行程電動執行機構需求量增加。鑒于以上需求，開發出了一款輸出轉矩在50-100nm、體積小、質量輕的角行程電動執行機構，如圖1所示。
圖1 ST0010電動執行機構
產品的主要特點為
(1) 優化結構設計，使得產品小型化、精巧化，如圖2所示；
(2) 箱體與上蓋采用高壓鑄造工藝，使產品輕型化；
(3) 接線出線口的可以選擇兩個方向進行安裝；
(4) 電氣腔采用二級密封設計，防止因接線腔進水導致電氣腔進水；
(5) 具有按鈕碰撞保護、顯示罩碰撞保護、手輪碰撞保護功能；
(6) 智能化設計，如圖所示，對執行機構各信號進行記錄，方便信號讀取，精確驅動閥門；
(7) 輸出精度高，誤差小于0.5°；
(8)壽命滿足開關閥各10000次。
圖2 ST0010電動執行機構智能化設計
一、高壓鑄造殼體設計
箱體和上蓋是本產品體積的兩個零件，為了使產品輕型化，采用高壓鑄造工藝鑄造出箱體和上蓋，材料選擇ADC12，高壓鑄造相比低壓鑄造具有精度高，薄壁、質量輕、生產效率高等特點，特別符合本產品的設計需求，箱體和上蓋多處采用免加工，壁厚保持在3-6mm之間，批量鑄件結構尺寸及產品工藝穩定可靠，該執行機構的總重僅為12kg。箱體和上蓋毛坯設計時已兼顧隔爆設計，箱體與上蓋配合止口面、箱體與一級蝸桿軸承壓蓋配合面、箱體與蝸輪軸上端配合面、箱體與接線端蓋配合止口處均滿足DIICT4的拓展。
二、電子鎖及按鈕保護安全設計
為了防止按鈕在現場受到觸碰而導致誤操作，從上蓋結構設計上充分考慮了按鈕的保護，按鈕周圍均設計有高出按鈕頂端的結構，即便不小心碰撞到上蓋表面，也不會觸發按鈕。一般情況下，執行機構要處在“遠程”模式下，按照上位機的命令來動作，一旦工作模式被誤切換，執行機構將會意外停機，給生產帶來不可預想的后果。為了進一步加強安全保護，防止現場因按鈕誤操作導致的事故，在控制單元也增加了按鈕電子鎖模塊，即當電動執行機構在現場安裝完畢并調試無誤正常運轉后，可在軟件界面設置按鈕鎖功能啟用，這樣當任一按鈕被誤操作時，界面會提示輸出密碼后方可進行相關命令的執行，相比以前的機械鎖方案，機械零件結構上得到優化，安全性更加可靠，且電子鎖沒有機械磨損，因此壽命大大提高，另外也節約了成本。
按鈕電子鎖啟用
三、人機交互設計
為了滿足客戶現場不同的安裝位置要求，電動執行機構的出線口設計在了兩個方向上，如圖所示，方便客戶自由選擇合適出線位置，為現場整潔科學布線提供方便接口；另外，電動執行機構安裝位置不同，可能會導致現場
工作人員觀察電動執行機構顯示屏時遇到顯示字倒立或垂直的現象，為了解決這一問題，在控制單元設計了屏幕顯示旋轉設置功能，可根據不同現場安裝需求，將顯示屏顯示字旋轉90°、180°和270°，如圖所示，以適應客戶現場的視覺需求，*人機交互的舒適性，充分體現了以人為本的設計理念。
顯示屏可旋轉
四、整機性能測試驗證
1) 振動測試：電動執行機構在通電狀態下，在三個方向以10Hz-150Hz的頻率進行掃頻振動，找到共振點，然后在共振頻率上進行30分鐘耐振試驗，振幅為0.1mm，加速度為20m/s-2，無異常；
2) 間隙測試：實驗測得電動執行機構輸出間隙滿足0.5°以內的標準；
3) 機械壽命測試：滿足100Nm載荷下開關各10000次；
4) 整機高溫老化測試：設置高溫老化箱環境溫度70°C，執行機構以開10S、停30S、關10S。
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展會城市：合肥市展會時間：2025-09-20