SKJ型角行程电动执行机构(详细介绍机械限位)

1、“DDZ-S系列电动执行机构”讲座 第5讲 SKJ型角行程电动执行机构SKJ型角行程电动执行机构是DDZ-S系列仪表中的执行单元。它以交流电源为动力，接受统一的420mA，d.c.信号，将此转换成相应的输出轴角位移，自动地操作蝶阀、球阀和风门挡板等调节机构，完成调节任务。   中小功率SKJ型角行程电动执行机构采用单相电动机驱动。比例式角行程电动执行机构由单相伺服放大器和执行机构两部分组成。伺服放大器为架装式结构，安装在控制室内。   大功率（如4000Nm以上）SKJ型角行程电动执行机构采用三相电动机驱动。由三相

2、伺服放大器和执行机构两部分组成。三相伺服放大器为墙挂式结构.可以安装在控制室内也可以安装在现场，由用户根据使用而定。    S系列电动执行机构的特点则下：    具有机械限位和电气限位双重限位功能。    具有中途电气限位功能，限位区间可以任意调整。在系统中作连锁，报警等作用。   具有力矩保护机构，限制力矩可在一定规定的范围内调整，这样可以有效地保护执行机构和阀门的安全使用，并可以满足阀门启闭特性的要求。    位置发送器采用小型化电感式传感器

3、或导电塑料电位器，使用可靠，寿命长、稳定性好。   减速器采用具有自锁性能的NN行星齿轮传动机构和蜗轮副传动机构，这样可以克服由于阀门反力过大而导致执行机构滑行的毛病，本减速器体积小，传动效率较高，输出轴与曲柄之间采用渐开线花键连接，便于现场机械零位调整。   就地机械手操机构没有切换离合器；这样可以在任何运行情况下进行就地手操，安全可靠，不会因手操失误而发生事故，对人身安全有极大的好处。   具有断输入信号，断位置反馈信号和安全联锁保护等功能，事故状态时输出轴可选择在全开、全闭和原位三种位置状态中的任一

4、位置。    远方电气阈位显示采用LED光柱显示器或指针式电流槽形表，并且还有就地机械阀位指示。   中小功率机构采用组合化设计，三化程度高，便于生产管理，而且可以灵活地组合成不同功能和要求的执行机构以满足用户需要。    执行机构外壳防护等级为IP65，环境温度为-25+70，可作户外型使用。    1 主要技术性能    输入信号：420 mA，d.c.    输入通道：二个（电隔离）  &#

5、160; 输入电阻：250    基本误差：±2.5%    回差；1.5%    死区：0.5%5%可调    全行程时间；（见表1）    额定转角范围；（见表1）    输出轴转矩：（见表1）   供电电源：控制室仪表；220V，a.c.允差，50Hz；现场仪表；220V，a.c.允差，50Hz，380V，a.c.允差±10%，50Hz；  

6、  使用环境条件：    环境温度：执行机构-25+70，单相伺服放大器0-50；    相对湿度：执行机构为5%95%，单相伺服放大器为10%85%    大气压力：86106kPa    周围空气介质：周围空气中无起腐蚀作用的介质    执行机构外壳防护等级为IP65    2 工作原理和结构    2.1比例式角行程电动执行机构（带伺服放大器）  &#

7、160; SKJ型比例式角行程电动执行机构由伺服放大器和执行机构两个在结构上互相独立的两大部分组成。    其系统方块图如图1所示。   该执行机构是个闭环系统，位置发送器将减速器的输出位移转换成420mA信号，作为位置反馈信号与伺服放大器的输入信号相比较形成一个偏差信号，当此信号大于伺服放大器的死区时，伺服放大器有功率信号输出，驱动伺服电动机转动。由于执行机构的旋转方向取决于偏差信号的极性，又总是朝减小偏差方向转动，因此将减小偏差信号直到小于伺服放大器的死区时，伺服放大器没有功率信号输出，伺服电动机停止转动，执行机构达到一个新的输出

8、位置，并与输入信号保持比例关系。其输入输出特性曲线如图2所示。    执行机构主要由伺服电动机、减速器、位置发送器、行程限位机构、力矩保护机构等部分组成。    a.伺服电动机   伺服电动机是电动执行机构中的驱动部件，它的特性要求与一般的电机是不一样的，因为执行机构工作比较频繁，经常处于启动工作状态，所以要求电机具有低起动电流，高起动转矩的特性，使电动机在经常起动时电机温升不致过高。且有克服电动执行机构从静止到动作所需的足够力矩。电动机特性曲线如图4所示。图中曲线2和3是电动执行机构常采用的两种电动机。

9、    执行机构电动机的功率计算如下：    P=6.15（MH/l00）   （1）   式中：P为电动机的计算功率，W；MH为执行机构输出轴额定转矩，N·m；为减速器的总传动效率。   电动机结构与普通鼠笼式感应电动机相同，一般由转子、定子和电磁制动器等部件构成。电磁制动器设在电动机后输出轴端，制动线圈与电机绕组并联，当电动机通电时，制动线圈同时得电，由此产生的电磁力将制动片打开，使电机转子自由旋转，当电动机断电时，制动线圈同时失电

10、，制动片靠弹簧力将电机转子刹住。    b.减速器    减速器是将高转速、小转矩的电动机输出功率转换成低转速、大转矩的执行机构输出轴的功率。    SKJ型角行程电动执行机构结构示意图如图5所示。   如图5所示，电动机（10）通过一级NGW，W=1行星齿轮（7，8，9）传动，并经过伞齿轮（14，15）带动偏心轴（19）以及行星齿轮传动机构（16，17，20，21）旋转。由于内齿轮（16）外缘蜗轮与蜗杆（22）啮合，故固定不动，而内齿轮（17）与输出轴固定为一体，所以输出内

11、齿轮（17）旋转带动输出轴旋转。   手动状态时，操作手轮（27），即摇动手轮转动蜗杆（22）从而带动蜗轮（即固定内齿轮）（16）旋转，并带动双联齿轮（20，21）转动，再带动输出内齿轮（17）和主轴（18）旋转。   因为这类机构.就地手操和自动操作是相互各自独立，无须切换机构，使用绝对安全可靠.不会发生因误操作而引起的任何事故。    NN行星齿轮减速器的特点是：    传动比大，一般为i1700；    传动效率在传动比i50时，0.8，所

12、以比较高；    传动功率一般为3040kW，短时工作制，这符合执行机构工作方式。    NN行星齿轮减速器传动示意图如图6所示。    SKJ-3100型角行程电动执行机构中的NN行星齿轮减速器传动比计算如下：   i=Z17·Z21/（Z17·Z21-Z20·Z16）     （2）   把Z17=46，Z21=40，Z20=48，Z16=38代入式（2）， &#

13、160;  得到传动比：   i=Z17·Z21/（Z17·Z21-Z30·Z16）=115   因为传动比i=115时，该行星齿轮减速器已具有自锁功能，故传动效率相对比较低，经过实测为=0.4。    c.位置发送器   位置发送器是将输出轴的转角位移线性地转换成直流420mA信号，它一方面作为比例式电动执行机构的闭环负反馈信号，另一方面作为电动执行机构输出轴的位置指示信号，对比例式电动执行机构的位置发送器要求很高，一定要稳定可靠地工

14、作。而积分式电动执行机构的位置发送器要求相对而言就低得多了，因为位置信号不直接影响控制系统，仅作阀位显示。   SKJ型角行程电动执行机构的位置发送器有二种结构形式。第一种如图5所示，即采用小型电感式传感器结构，传动过程为在主轴（18）后端装有凸轮（11），此凸轮（11）与主轴同步运转，凸轮（11）通过杠杆（3）带动电感式传感器即位置发送器（1）中铁芯位移，铁芯位移与主轴（18）的转角成比例关系，故铁芯位移代表执行机构输出轴转角大小，然后通过V/I转换单元输出420mA，d.c。第二种是采用导电塑料电位器作为传感器加上WF-S型位发模块。导电塑料电位器有二种，一种

15、是直滑式导电塑料电位器，其结构尺寸与电感式传感器完全相同，故动作过程同第一种所述，另一种是旋转式导电塑料电位器，此传动过程要作改进，即在主轴（18）后端的凸轮（11）换成大齿轮，并在旋转式导电塑料电位器出轴上也装上一只小齿轮，齿轮传动比关系为大齿轮转90°，小齿轮转300°左右。   这二种位发结构各有优缺点：第一种采用电感式传感器其传感器是长寿命的，因为是无触点的，其缺点是使用环境温度范围只有-10+50；第二种采用导电塑料电位器，线路简单，精度高，使用环境温度可达-25+70，其寿命在300万次左右。    d

16、.行程限位机构   行程限位机构有两种功能，一种功能是作为电气极限位置限位，如SKJ型角行程电动执行机构输出轴处于0°或90°二个位置上为极限位置.执行机构输出轴到了其中一个极限位置时，行程开关发生动作.即常闭触头变为常开触头，从而切断电动机的供电电源，起到保护作用。另一种是作为中途限位，如下限中途限位可以在5%到55%之间调整，如上限中途可以在45%到95%之间调整，此功能一般执行机构是不安装的，如果用户有特殊要求，应该在订货时加以说明，注明要带中途限位功能。   行程限位机构由凸轮组件和行程开关二大部分构成。其

17、动作过程如图5所示，在主轴（18）后端安装一只凸轮组件（4），凸轮组件与主轴同步旋转，当凸轮组件中某一只凸轮与行程开关组件（6）某一只开关相碰时，行程开关从常闭状态变为常开状态。凸轮组件（4）结构示意图如图（7）所示。   凸轮组件由齿轮（1）与（2），内齿轮凸轮（3）与（4），小轴和盘簧等构成。只要用螺丝刀旋转齿轮轴（1）或（2），就可以带动内齿轮凸轮（3）或（4）旋转到所需要的转角位置就可以，故此结构调试非常方便。    e.力矩保护机构   力矩保护机构是为了保护执行机构和阀门而设计的一种保护机构。例如执行机构在正常的工作位置上运行时，由于某种机械卡住，使得执行机构不能运转，导致电动机堵转，此时执行机构输出力矩大于力矩保护机构预先设定值，力矩保护机构动作，微动开关翻转，切断电动机供电电源，从而起到保护电动机不烧坏的目的。   SKJ型电动执行机构力矩保护机构工作原理是采用蜗杆轴向力与施加在蜗杆上碟形弹簧预压力相比较，如果蜗杆轴向力大于弹簧预压力，则蜗杆就会产生左或右轴向位移，然后把此位移转换成转角位移带动凸轮旋转，此凸轮旋转到某一转角就与微动开关接触，使微动