CN106644427A - 能进行非线性补偿的自动化控制的阀门电动装置寿命的试验*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及能进行非线性补偿的自动化控制的阀门电动装置寿命的试验***，包括电气控制操作台。运行时将阀门电动装置的试验参数输入工控机，且与扭矩传感器实时反馈的扭矩参数进行比较运算，同时进行非线性补偿后传送给PLC，PLC将参数转化成标准电流控制比例溢流阀，比例溢流阀则调节油缸的背压值，而使油缸的活塞上下移动而产生阻力变化，从而调节阀门电动装置加载扭矩。若阀门电动装置扭矩因干扰产生波动，则扭矩传感器通过PLC会同步调节比例溢流阀，使背压回路的液压变化满足扭矩的试验要求。触摸屏界面能方便实现操作和设置，从而实现对阀门电动装置输出扭矩的实时跟踪调节控制，并自动完成对阀门电动装置加载数据和过程数据的记录。

Description

能进行非线性补偿的自动化控制的阀门电动装置寿命的试验 ***

本申请是申请号为201410095101.1，申请日为2014年3月14日，发明创造名称为“一种阀门电动装置寿命试验台”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种阀门电动装置寿命的试验台（也称为阀门电动装置寿命的试验***）。

背景技术

阀门电动装置是实现阀门程控、自控和遥控不可缺少的驱动设备，普通阀门电动装置生产企业使用的寿命试验检测方法一般效率低、测试过程复杂，测试参数不能动态呈现，精度也不能保证，而且需要人员日夜值守。

按阀门的真实运行要求，负载特性如图1 所示，阀门电动装置寿命试验时，以运行扭矩运转，以最大控制扭矩关闭（即图1中竖线部分所表示）。这样控制阀门试验不能准确地模拟阀门真实的工作情况。

原来一般企业的阀门电动装置寿命试验台是使用碟形弹簧模拟阀门负载，寿命试验过程存在许多缺点，不能满足试验规程要求。

电气控制采用接触器、继电器控制分立元件和简单的碟形弹簧控制装置，不能进行阀门电动装置试验的实时数据采集、分析和通讯，扭矩是间接测量，即通过阀门电动装置上力矩保护确定最大扭矩的形式，无法读出运行过程中的实时扭矩，所以每次试验开始前需要很长的调试校正过程，降低了阀门电动装置寿命试验的准确性，难以满足用户要求。

寿命试验要做10000 次左右，为了缩短试验时间，一般采取阀门电动装置连续工作，这样对于短时工作制的阀门电动装置电机会引起发热增加，一般试验台没有循环冷却***，寿命试验只能采用人工冷却，劳动强度很大，容易产生安全事故。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种能进行非线性补偿的自动化控制的阀门电动装置寿命的试验***，使调整阀门电动装置在万次寿命试验中，阀门电动装置的负载特性能够完全满足阀门的真实运行状态要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明的能进行非线性补偿的自动化控制的阀门电动装置的寿命试验***（以下简称试验***）包括工作台、待测阀门电动装置、用于向待测阀门电动装置提供加载扭矩的液压控制装置以及电气控制操作台，电气控制操作台分别与阀门电动装置和液压控制装置以及工作台形成电路连接。

所述的液压控制装置包括油箱、三位四通电磁换向阀以及油缸，三位四通电磁换向阀具有第一接口、第二接口、第三接口以及第四接口，所述油箱与第一接口管路连通，在该管路上设置有油泵，油缸的进油口和出油口分别经管道与第二接口和第三接口连通，第四接口经回油管与油箱连通，在第四接口与油箱之间的回油管的管路上设置有比例溢流阀和压力传感器。

所述的阀门电动装置安装在工作台上，阀门电动装置的输出转轴下端经扭矩传感器和扭矩传动丝杠与油缸的活塞连接，所述扭矩传动丝杠与工作台形成螺纹配合，扭矩传动丝杠的上端经扭矩传感器与输出转轴连接；扭矩传动丝杠经扭矩传感器带动与工作台上的螺母螺旋转动实现上下运动，从而带动油缸的活塞上下运动。

所述的阀门电动装置在寿命试验时，阀门电动装置依次经历运行阶段和加载阶段，在加载阶段，阀门电动装置提供的扭矩与工作时间之间存在线性比例关系。

进一步的，所述的工作台包括台板和底部的四根立柱，待测阀门电动装置经螺母套筒安装在台板上，扭矩传动丝杠与台板之间形成螺纹配合，扭矩传动丝杠穿过螺母套筒并与螺母套筒螺纹配合连接。

进一步的，所述的扭矩传动丝杠下端穿过台板与活塞连接，扭矩传动丝杠的下端部安装有用于保持扭矩传动丝杠稳定性的水平撑杆，水平撑杆与扭矩传动丝杠螺纹配合，水平撑杆的两端分别安装有铜套，两端的铜套分别与两侧的立柱接触，所述的铜套为半圆形结构。

进一步的，所述立柱上设置有上限位开关、下限位开关和加载开关，加载开关位于上限位开关和下限位开关之间，上限位开关、下限位开关和加载开关分别与电气控制操作台形成电路连接。

当铜套与上限位开关触碰时，扭矩传动丝杠停止上行；当铜套与加载开关触碰时，扭矩传动丝杠加载运行；当铜套与下限位开关触碰时，扭矩传动丝杠停止下行。

阀门电动装置处于运行阶段时，所述的铜套位于上限位开关和加载开关之间；阀门电动装置处于加载阶段时，所述的铜套位于加载开关和下限位开关之间。

进一步的，位于第一接口进口处的管路上安装有用于保护三位四通电磁换向阀换向安全的第一溢流阀，所述的第一溢流阀为电磁溢流阀，并且与电气控制操作台形成电路连接。

进一步的，位于油泵出口处的管路上连通有第二溢流阀。

进一步的，位于油缸进油口和出油口的管路上分别设置有单向节流阀。

进一步的，所述油箱与三位四通电磁换向阀之间的管路上还安装有过滤器和单向阀，过滤器设置在油泵和油箱之间的管路上。

进一步的，所述的电气控制操作台包括工控机、PLC 和扩展单元，该工控机具有液晶显示触摸屏，PLC 接受工控机传输的数据以及扭矩传感器所反馈的参数，所述比例溢流阀的比例溢流输出调节经由PLC 的扩展单元控制。

进一步的，所述工作台上还设置有用于对阀门电动装置的电机进行降温的冷却装置。

本发明的有益效果是：通过液压控制装置为阀门电动装置提供负载扭矩，可以为阀门电动装置模拟出更加真实的阀门运行状态，提高阀门电动装置测试的效率，使测试过程变得更加简单，并且测试参数呈动态显示，精确性也能得到保证，自动化程度得到提高。

采用触摸屏工控机和PLC，替换接触器、继电器控制***，对传感器和检测仪表进行实时数据采集，同时建立友好的人机界面，使整个试验***操作运行更加简单直观，而且可以实时修改和监控控制参数，并记录和输出。

增加循环水冷却装置，及时冷却阀门电动装置的电机，保证整个寿命试验顺利完成。

实际操作电气控制操作台时，操作人员将阀门电动装置的试验参数要求通过工控机上的液晶显示触摸屏输入工控机，工控机将输入参数进行修正转换，传送给PLC，PLC 将试验参数和扭矩传感器实时反馈的阀门电动装置的扭矩参数进行比较运算，同时进行非线性补偿后传送给扩展单元，扩展单元将参数转化成标准电流控制比例溢流阀，比例溢流阀根据输入电流调节油缸背压回路中的背压值，背压变化使油缸的活塞上下移动产生阻力变化，活塞的阻力变化调节阀门电动装置加载扭矩，该扭矩完全按照阀门的真实运行工作状态下的扭矩负载特性变化。如果阀门电动装置扭矩因干扰产生波动，扭矩传感器会立即响应，PLC会同步调节比例溢流阀，使背压回路的液压变化满足扭矩的试验要求。试验***可自动按设置的数据调整负载，负载特性与阀门的真实运行相符，触摸屏界面方便实现操作和设置，从而实现对阀门电动装置输出扭矩的实时跟踪调节控制，并自动完成对阀门电动装置加载数据和过程数据的记录。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1 是改造前试验台的负载特性示意图。

图2 是本发明采用公称扭矩小于1200N.M 阀门电动装置时的负载特性示意图。

图3 是本发明在使用中的阀门开向和关向的标准测试时间的示意图。

图4 是本发明的液压控制装置的液压控制原理图。

图5 是本发明试验***的示意图。

图6 是本发明的扭矩传动丝杠与螺母套筒、工作台之间的连接结构示意图。

图7 是本发明试验***的整体控制流程示意图。

上述附图中的标记如下：工作台1，台板11，立柱12，上限位开关13，下限位开关14，加载开关15，，冷却装置5螺母套筒6，扭矩传感器7，扭矩传动丝杠8，水平撑杆9，滑块91；阀门电动装置2，输出转轴21；液压控制装置3，油箱31，三位四通电磁换向阀32，油缸33，油泵34，比例溢流阀35，第一溢流阀36，第二溢流阀37，单向节流阀38，过滤器39，活塞331；电气控制操作台4。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

（实施例1）

如图4至图6 所示，本实施例的能进行非线性补偿的自动化控制的阀门电动装置寿命的试验***，包括工作台1、待测阀门电动装置2、用于向待测阀门电动装置2 提供加载扭矩的液压控制装置3 以及电气控制操作台4，电气控制操作台4 分别与阀门电动装置2 和液压控制装置3 以及工作台1 形成电路连接。

液压控制装置3 包括油箱31、三位四通换向阀32 以及油缸33，三位四通电磁换向阀32 具有第一接口、第二接口、第三接口以及第四接口，油箱31 与第一接口管路连通，在该管路上设置有油泵34，油缸33 的进油口和出油口分别经管道与第二接口和第三接口连通，第四接口经回油管与油箱31 连通，在第四接口与油箱31 之间的回油管的管路上设置有比例溢流阀35 和压力传感器。

阀门电动装置2 安装在工作台1 上，阀门电动装置2 的输出转轴21 下端由扭矩传动丝杠8 与油缸33 的活塞331 连接，扭矩传动丝杠8 与工作台1 形成螺纹配合，扭矩传动丝杠8 的上端经扭矩传感器7 与输出转轴21 连接传动；扭矩传动丝杠8 经扭矩传感器7带动与工作台1 螺旋转动实现上下运动，从而带动油缸33 的活塞331 上下运动；待测阀门电动装置2 阀门电动装置2 提供的扭矩与阀门真实工作状态下的扭矩特性一致。

阀门电动装置2 在承受活塞推动杆331 加载扭矩进行试验时，阀门电动装置2 依次经历运行阶段和加载阶段，在加载阶段，阀门电动装置2 提供的扭矩与工作时间之间存在线性比例关系。

工作台1 包括台板11 和底部的四根立柱12，待测阀门电动装置2 经螺母套筒6安装在台板11 上，扭矩传动丝杠8 与台板11 之间形成螺纹配合，扭矩传动丝杠8 穿过螺母套筒6 并与螺母套筒6 螺纹配合连接；扭矩传动丝杠8 与螺母套筒6 之间的连接结构为，在螺母套筒6 内安装有轴套，轴套与螺母套筒6 之间通过滚珠轴承形成转动配合，扭矩传动丝杠8 穿过轴套并且是与轴套的内圈形成螺纹配合，由于有螺母套筒6 的存在一是可以将阀门电动装置2 稳定的固定在台板11 上，二是可以有效保持扭矩传动丝杠8 的稳定性，避免扭矩传动丝杠8 在拉动活塞推动杆331 上行的时候出现左右晃动的现象。

扭矩传动丝杠8 下端穿过台板11 与活塞331 连接，扭矩传动丝杠8 的下端部安装有用于保持扭矩传动丝杠8 稳定性的水平撑杆9，水平撑杆9 与扭矩传动丝杠8 螺旋配合，水平撑杆9 的两端分别安装有铜套91，铜套91 为半圆形结构，并且两端的铜套91 分别与两侧的立柱12 接触。铜套91 为半圆形的结构主要是为了避免铜套与立柱之间出现卡塞的现象。

水平撑杆9 的存在也是为了保持扭矩传动丝杠8 的稳定性，避免扭矩传动丝杠8的下端在拉动活塞331 上行的时候出现左右晃动的现象。

立柱12 上设置有上限位开关13、下限位开关14 和加载开关15，加载开关15 位于上限位开关13 和下限位开关14 之间，上限位开关13、下限位开关14 和加载开关15 分别与电气控制操作台4 形成电路连接。

当铜套91 与上限位开关13 触碰时，扭矩传动丝杠8 停止上行；当铜套91 与加载开关15 触碰时，扭矩传动丝杠8 加载运行；当铜套91 与下限位开关14 触碰时，扭矩传动丝杠8 停止下行。

当阀门电动装置2 处于运行阶段时，铜套91 位于上限位开关13 和加载开关15之间，阀门电动装置2 处于加载阶段时，铜套91 位于加载开关15 和下限位开关14 之间。当铜套91 与加载开关15 相接触的时候，PLC 控制比例溢流阀工作，从而活塞对扭矩传动丝杠8 提供加载扭矩，此时的阀门电动装置2 的输出转轴21 开始负载运行，当铜套91 与加载开关相接触时扭矩传动丝杠8 停止下行。

位于第一接口进口处的管路上安装有用于保护三位四通电磁换向阀32 换向安全的第一溢流阀36，第一溢流阀36 为电磁溢流阀，并且与电气控制操作台4 形成电路连接。通过该电磁溢流阀可使三位四通电磁换向阀32 在换向的时候，将背压回路所产生的高压释放掉，避免换向时背压端的高压瞬时加载到低压输入端，冲击和影响输入回路油泵等低压元器件的正常使用，确保液压输入端的使用寿命，第一溢流阀36 承担三位四通电磁换向阀32 智能保护换向功能。

位于油泵34 出口处的管路上连通有第二溢流阀37。在第二溢流阀37 的进油管路上设置有压力表，经过第二溢流阀37 可以控制从油泵34 中输入的油压，稳定进入第一接口时的油缸33 的油压，避免不稳定的油压对三位四通电磁换向阀32 等元器件产生冲击影响。

在油缸33 进油口和出油口的管路上分别设置有单向节流阀38。经两单向节流阀38 可以确保油缸33 的正常工作，使油缸33 的活塞331 在伸缩时具有稳定的油压控制，避免油缸活塞331 伸缩时发生抖动和倾斜。在油箱31 与三位四通电磁换向阀32 之间的管路上还安装有过滤器39 和单向阀，过滤器39 设置在油泵34 和油箱31 之间的管路上，保持油缸33 液压油的清洁，单向阀的主要作用是防止液压油回流油泵出口，损坏油泵34，确保液压控制装置3 的液压***具有稳定的油压进行工作。

工作台1 上还设置有用于对阀门电动装置2 的电机进行降温的冷却装置5。在试验的过程中阀门电动装置2 寿命试验需要做10000 次左右的连续试验，而阀门电动装置2的电机是短时间工作制的电机，长时间连续工作电机会产生发热的现象，所以工作台1 上还设置有用于对阀门电动装置2 的电机进行降温的冷却装置5，冷却装置5 用于及时冷却阀门电动装置2 的电机，保证整个寿命试验顺利完成。

电气控制操作台4 包括工控机、PLC（可编程控制器）和扩展单元，该工控机具有液晶显示触摸屏，PLC 接受工控机传输的数据以及扭矩传感器7 所反馈的参数，比例溢流阀35的溢流比例经扩展单元控制。上限位开关13、下限位开关14 和加载开关15 分别与PLC电连接，受PLC 控制。

实际操作时，操作人员将阀门电动装置2 的试验参数要求通过工控机上的液晶显示触摸屏输入工控机，工控机将输入参数进行修正转换，传送给PLC，PLC 将试验参数和扭矩传感器7 实时反馈的阀门电动装置2 的扭矩参数进行比较运算，同时进行非线性补偿后传送给扩展单元，扩展单元将参数转化成标准电流控制比例溢流阀35，比例溢流阀35 根据输入电流调节油缸33 背压回路中的背压值，背压变化使油缸33 的活塞331 上下移动产生阻力变化，活塞331 的阻力变化调节阀门电动装置2 的加载扭矩，使扭矩完全按照阀门的真实运行工作状态下的扭矩负载特性变化，该真实情况即如图2 所示，阀门电动装置2 的加载过程，即图中斜线部分所表示。

如以推力表示，即以三分之一的最大推力运行，以最大推力关闭，负载特性如图2所示。阀门电动装置2 一开一关为运转一次。每运转一次的时间为40s。即开10s，停10s，关10s，停10s。操作时间特性如图3 所示。

如果阀门电动装置2 扭矩因干扰产生波动，扭矩传感器7 会立即响应，PLC 会同步调节比例溢流阀35，使背压回路的液压变化满足扭矩的试验要求。阀门电动装置2 的电机的冷却控制直接由PLC 根据温度变化进行控制。所以试验***的整体控制流程如图7 所示。

液压控制装置3 的液压***中，比例溢流阀35 控制油缸33 出油管路上的油压（即油缸33 的背压），比例溢流阀35 可根据试验要求改变溢流口的大小，完成控制所在管路的油压；油缸33 的活塞331 在伸出或缩回的过程中，经三位四通电磁换向阀32 可使油缸33的出油管路都是保持在比例溢流阀35 所在的回油管上。液压***提供油缸33 的输入油压，油泵34、第一溢流阀36、第二溢流阀37 各压力表组成液压***的输入端；比例溢流阀35 控制油缸33 出油管路上的背压实现对高压加载时的扭矩比例调节，压力传感器实现实时监控高压端压力，完成监控背压，连接电气控制操作台4 实现对液压***的保护，它们构成背压输出端。

试验***可自动按设置的数据调整负载，负载特性与阀门的真实运行相符，触摸屏界面方便实现操作和设置，阀门电动装置2 输出扭矩的实时跟踪调节控制、试验对象的循环冷却、阀门电动装置2 加载和过程数据记录的自动化控制过程。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (1)

1.一种能进行非线性补偿的自动化控制的阀门电动装置寿命的试验***，包括工作台（1）、待测阀门电动装置（2）、用于向待测阀门电动装置（2）提供加载扭矩的液压控制装置（3）以及电气控制操作台（4），电气控制操作台（4）分别与阀门电动装置（2）和液压控制装置（3）以及工作台（1）形成电路连接；其特征在于：

所述的液压控制装置（3）包括油箱（31）、三位四通电磁换向阀（32）以及油缸（33），三位四通电磁换向阀（32）具有第一接口、第二接口、第三接口以及第四接口，所述油箱（31）与第一接口管路连通，在该管路上设置有油泵（34），油泵（34）为低压元件；油缸（33）的进油口和出油口分别经管道与第二接口和第三接口连通，第四接口经回油管与油箱（31）连通，在第四接口与油箱（31）之间的回油管的管路上设置有比例溢流阀（35）和压力传感器；位于第一接口进口处的管路上安装有用于保护三位四通电磁换向阀（32）换向安全的第一溢流阀（36），位于油泵（34）出口处的管路上连通有第二溢流阀（37）；所述的第一溢流阀（36）为电磁溢流阀，并且与电气控制操作台（4）形成电路连接；通过该电磁溢流阀可使三位四通电磁换向阀（32）在换向的时候，将背压回路所产生的高压释放掉，避免换向时背压端的高压瞬时加载到低压输入端；液压***提供油缸（33）的输入油压，油泵（34）、第一溢流阀（36）、第二溢流阀（37）各压力表组成液压***的输入端；比例溢流阀（35）控制油缸(33)出油管路上的背压实现对高压加载时的扭矩比例调节，压力传感器实现实时监控高压端压力，完成监控背压，连接电气控制操作台（4）实现对液压***的保护，它们构成背压输出端；

所述的阀门电动装置（2）安装在工作台（1）上，阀门电动装置（2）的输出转轴（21）下端由扭矩传动丝杠（8）与油缸（33）的活塞（331）连接，所述扭矩传动丝杠（8）与工作台（1）形成螺纹配合，扭矩传动丝杠（8）的上端经扭矩传感器（7）与输出转轴（21）连接传动；扭矩传动丝杠（8）经扭矩传感器（7）带动与工作台（1）螺旋转动实现上下运动，从而带动油缸（33）的活塞（331）上下运动；

所述的阀门电动装置（2）在寿命试验时，阀门电动装置（2）依次经历运行阶段和加载阶段，在加载阶段，阀门电动装置（2）提供的扭矩与工作时间之间存在线性比例关系；

所述的电气控制操作台（4）包括工控机、PLC 和扩展单元，该工控机具有液晶显示触摸屏，PLC 接受工控机传输的数据以及扭矩传感器（7）所反馈的参数，所述比例溢流阀的比例溢流输出调节经由PLC 的扩展单元控制。