1.1 問(wèn)題的提出

   隨著國(guó)內(nèi)外電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，工業(yè)控制水平的不斷提高，艦艇動(dòng)力裝置的控制系統(tǒng)也在不斷完善。近年已陸續(xù)將機(jī)械調(diào)節(jié)或就地手操改為電氣控制或電液控制，由電動(dòng)調(diào)節(jié)閥代替原機(jī)械式的減壓閥。但控制系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)始終是電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，欲提高自動(dòng)化水平，必須采用高可靠電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，才能確保控制系統(tǒng)工作可靠性，因此，必須進(jìn)行滿足船用條件、工作性能高度可靠的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)研究方面的工作。

    1.2 技術(shù)性能指標(biāo)

    改進(jìn)完善的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的技術(shù)性能指標(biāo)：

    （1）輸入信號(hào)為4~20mADC或1~5VDC；
    （2）負(fù)載電阻為500Ω；
    （3）死區(qū)為1%~9.9%可調(diào)；
    （4）基本誤差≤±1.5% ；
    （5）供電電源為380VAC、50Hz；
    （6）環(huán)境溫度為-30~60℃
    （7）防護(hù)等級(jí)為IP68。

    2 選型

   我國(guó)自行設(shè)計(jì)生產(chǎn)的DKZ、DKJ電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。從1989年用于艦艇水位控制以來(lái)，多次出現(xiàn)故障，故障部位基本是機(jī)械銹蝕，內(nèi)部位置反饋電路的差動(dòng)變壓器連桿上的螺釘易脫落，且零點(diǎn)調(diào)整極不方便。

   近年，國(guó)內(nèi)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)廠家紛紛引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，有的是全套進(jìn)口執(zhí)行機(jī)構(gòu)器件，國(guó)內(nèi)組裝，生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化；有的進(jìn)口主要器件和殼體，國(guó)內(nèi)組裝；也有的進(jìn)口原裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)。例如，德國(guó)西門子公司的2SA15、2SB15執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的接插部分，現(xiàn)場(chǎng)操作部分，信號(hào)開(kāi)關(guān)部分，轉(zhuǎn)換部分均是獨(dú)立的箱體，與執(zhí)行機(jī)構(gòu)主體分別依靠4個(gè)螺釘連接，彼此之間電纜連接外露，其船用沖擊、振動(dòng)試驗(yàn)不易過(guò)關(guān)。再如，英國(guó)ROTORK公司IQM智能型及AQ型執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其產(chǎn)品廣泛用于歐、美州及中東，其防護(hù)等級(jí)為IP68。IQM智能型執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部參數(shù)的調(diào)整是通過(guò)紅外給定器實(shí)施的，一旦參數(shù)整定完畢，其內(nèi)部參數(shù)就不會(huì)改變。

   通過(guò)調(diào)研，英國(guó)ROTORK公司IQM智能型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可靠性相對(duì)較高，它較之目前市場(chǎng)所見(jiàn)到的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有更多的優(yōu)勢(shì)。首先是它的智能化，紅外技術(shù)的引進(jìn)具有時(shí)代特征，其特點(diǎn)更接近要求；其二，它的外型尺寸相對(duì)比較小，在艦船上容易布置、安裝；其三，調(diào)試方便，它可以不打開(kāi)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)蓋子，便可通過(guò)IQ設(shè)定器調(diào)整執(zhí)行機(jī)構(gòu)及調(diào)節(jié)閥的狀態(tài)參數(shù)；其四，防護(hù)等級(jí)高，可達(dá)IP68；其五，控制電機(jī)的開(kāi)關(guān)采用的固態(tài)繼電器，反饋部件采用的是霍爾效應(yīng)原理，工作可靠性高；其六，IQ給定器具有通用性，可互換，其參數(shù)整定方便、靈活。

   從市場(chǎng)的調(diào)研來(lái)看，國(guó)內(nèi)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與國(guó)外的同類產(chǎn)品相比差距較大，包括引進(jìn)國(guó)外技術(shù)從而進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，與進(jìn)口原裝的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)質(zhì)量上比較也存在著一定的差別。目此，選擇IQM系列電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在它的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)、完善，這樣工作量少、易于達(dá)到設(shè)計(jì)要求，改進(jìn)后的產(chǎn)品可體現(xiàn)先進(jìn)性、工作可靠性高，可裝艇應(yīng)用。

    3 船用化處理

   IQM智能型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，雖說(shuō)具有較好的性能指標(biāo)，但它依舊屬于工業(yè)產(chǎn)品，而艦艇應(yīng)用環(huán)境惡劣，潮濕、鹽霧較為嚴(yán)重，為此對(duì)IQM電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了船用化處理。

    3.1 噴涂三防漆

   為預(yù)防潮氣進(jìn)入，對(duì)IQM執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部6塊電路板進(jìn)行了潔化處理及涂覆三防漆，以達(dá)到防護(hù)電路板及板上元器件因鹽霧、霉菌、潮濕等降低其絕緣性能的目的。

    3.2 加固處理

   IQM電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部控制電路板及其部件由O型圈固定在一起，置于電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)殼內(nèi)。為防止電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)因劇烈振動(dòng)和沖擊而使其松散，另加了機(jī)械卡窟及固定控制板的不銹鋼緊固件。

    3.3 密封處理

   IQM電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電纜出口，用塑料螺栓緊固。為防潮氣進(jìn)入接線端子處，從而降低端子的絕緣電阻。進(jìn)行了填料函設(shè)計(jì)及加工，以代替原執(zhí)行機(jī)構(gòu)上進(jìn)線的塑料螺栓。

    3.4 試驗(yàn)

    3.4.1 船用環(huán)境條件試驗(yàn)

   改進(jìn)完善后的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)了按GJB4-83標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的高溫、低溫、低溫儲(chǔ)存、恒定濕熱、沖擊、振動(dòng)、外殼防水等艦用環(huán)境條件試驗(yàn)考核，所試項(xiàng)目全部臺(tái)格。

    3.4.2 通電考核實(shí)驗(yàn)

    IQM電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了連續(xù)通電考核試驗(yàn)，設(shè)備工作正常。

    3.4.3 系統(tǒng)試驗(yàn)

   將電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)器和模擬控制對(duì)象等組成系統(tǒng)，施加多種擾動(dòng)，系統(tǒng)工作正常，表明電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)滿足控制系統(tǒng)的要求。

    4 位置發(fā)送技術(shù)研究

   位置反饋信號(hào)是操作人員了解調(diào)節(jié)閥的工作狀態(tài)是否正確的手段，同時(shí)也作為自動(dòng)控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器的輸入信息之一。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置發(fā)送電路的可靠與否，直接影響到對(duì)被控參數(shù)的有效控制。所以，位置反饋電路是執(zhí)行機(jī)構(gòu)中較為重要的環(huán)節(jié)，是機(jī)電聯(lián)系的橋梁。國(guó)產(chǎn)及引進(jìn)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)*易出現(xiàn)故障的部位多為位置反饋電路。

   IQM電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置反饋是利用霍爾效應(yīng)與扭矩傳感信號(hào)轉(zhuǎn)為脈沖，脈沖信號(hào)通過(guò)比例計(jì)算、模數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)對(duì)應(yīng)閥的開(kāi)度。若需改變閥位行程，可用IQ給定器調(diào)整執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程及運(yùn)行時(shí)間，以適應(yīng)不同介質(zhì)、不同控制參數(shù)的要求。

   另外，也有電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由于離合器脫節(jié)，電機(jī)雖在轉(zhuǎn)動(dòng)，閥桿在上下移動(dòng)或閥在轉(zhuǎn)動(dòng)，但閥位反饋信號(hào)沒(méi)有，為此可考慮將閥轉(zhuǎn)動(dòng)部位增加位移傳感器，只要閥動(dòng)，位移傳感器便由4~20mA電信號(hào)指示出來(lái)，即直接感受到閥的位置，它不參與系統(tǒng)控制，但可與執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置反饋電路輸出信號(hào)比較，相互對(duì)照、相互校驗(yàn)，即使電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置反饋故障，可通過(guò)安裝于閥上的位移傳感器指示判斷出故障部位，節(jié)省檢修時(shí)間，同時(shí)可以根據(jù)該位移傳感器大小判斷管路的水、汽的流量、壓力情況等其安裝部位可考慮在電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與閥連接桿上，通過(guò)卡箍相連。

    5 結(jié)語(yǔ)

   因艦艇工作環(huán)境惡劣，現(xiàn)役艦艇上的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)經(jīng)常出現(xiàn)故障，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的正常工作。為提高艦用環(huán)境下的可靠性，改進(jìn)后的的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采取了相應(yīng)的新舉措。經(jīng)過(guò)電性能試驗(yàn)，船用環(huán)境條件考核試驗(yàn)，累計(jì)通電考核實(shí)驗(yàn)，均滿足技術(shù)性能指標(biāo)要求，達(dá)到了預(yù)期的效果。它可直接應(yīng)用于艦艇動(dòng)力裝置，也可推廣應(yīng)用于其他化工、電站等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。