CN206988515U - 一种旋转拨叉式伺服电动执行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种旋转拨叉式伺服电动执行器，包括控制模块、动力模块、拨叉式执行机构、阀位反馈模块；所述控制模块的输出端与动力模块的输入端相连；动力模块通过拨叉式执行机构驱动0～90°角行程旋转阀；所述阀位反馈模块的输入端与0～90°角行程旋转阀的阀轴传动连接，输出端与控制模块相连；用于反馈阀轴实际的角位移，将实际的阀门开度反馈给控制模块。本实用新型用于控制0～90°角行程旋转阀，能够实现连续调节、精度高、速度快、效率高。

Description

一种旋转拨叉式伺服电动执行器

技术领域

本实用新型涉及一种旋转拨叉式伺服电动执行器。

背景技术

目前主流的角行程部分回转电动执行器，多采用感应电机驱动，蜗轮蜗杆、减速箱传动，霍尔传感器或电位计提供阀位反馈，采用三相交流电机控制技术，组成0～90°角行程执行器。但是，其采用的感应电机在一定时间内的起停次数和起动条件有限制，不适合连续调节工作，例如调节频率不允许超过1200次/小时；而且，由蜗轮蜗杆、减速箱组成的传动机构存在较大的间隙，阀位反馈精度较低，执行器基本误差一般在1.0％以上；这种传动机构的效率较低，一般低于50％；当需要大扭矩输出的时候，采用大减速比传动机构，执行器输出速度慢，全行程时间需要30s甚至更长；旋转阀在开启和关闭阀门瞬间需要大的力矩，为了保证阀门开启和关闭，往往需要增加电机或采用更大的减速比，使得执行器效率降低，速度更慢了。因此，这种电动执行器在需要连续调节、高精度(基本误差<0.1％)或快速动作的场合不适用，有必要设计一种能适用于连续调节、高精度和快速动作场合的角行程部分回转电动执行器。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种旋转拨叉式伺服电动执行器，用于控制0～90°角行程旋转阀(如球阀、旋塞阀、蝶阀、偏心旋转阀、风门、挡板、百叶阀等)，能够实现连续调节、精度高、速度快、效率高。

本实用新型所提供的技术方案为：

一种旋转拨叉式伺服电动执行器，包括控制模块、动力模块、拨叉式执行机构、阀位反馈模块；

所述控制模块的输出端与动力模块的输入端相连；动力模块通过拨叉式执行机构驱动0～90°角行程旋转阀；

所述阀位反馈模块的输入端与0～90°角行程旋转阀的阀轴传动连接，输出端与控制模块相连；用于反馈阀轴实际的角位移，将实际的阀门开度反馈给控制模块。

所述控制模块与上位机连接，接收控制信号，实现状态监控。

所述控制模块与报警装置连接，实现故障报警。

所述动力模块包括伺服电机、齿形带传动***和丝杠；伺服电机驱动轴通过齿形带传动***连接丝杠，丝杠将伺服电机的旋转运动和扭矩转换为直线运动和推力。

所述伺服电机采用永磁同步伺服电机，闭环控制，高精度响应。

所述丝杠采用行星滚柱丝杠，兼具高精度、可逆性和高效率、高速的特点，由于其很小的摩擦阻力，效率可达90％。行星滚柱丝杠具有高使用寿命、高的刚度和抗冲击能力，适合于长时间高强度工作，位置定位精度非常高。当采用大功率电机峰值输出时推力更大，速度、加速度快。

所述控制模块、动力模块和接线端子模块均安装在驱动控制箱中；接线端子模块提供电源、控制信号、反馈信号接口及通讯接口，用于控制模块与电源、上位机及阀位反馈模块连接。

所述拨叉式执行机构包括推杆、滚动轴承和拨叉；丝杠与推杆连接，推动推杆往复运动，推杆通过滚动轴承与拨叉活动连接，拨叉将直线位移和推力转化为0～90°转角和扭矩，并通过拨叉内的轴套传递至阀轴，从而驱动阀门。

推杆与拨叉之间采用滚动轴承连接，减少摩擦阻力。

轴套与阀轴通过渐开线花键连接，以减少机械间隙，提高精度。

所述拨叉式执行机构安装在拨叉箱中；拨叉箱与驱动控制箱连接；拨叉箱两端均安装有导向轴承。推杆穿过拨叉箱两端的导向轴承做往复运动，运行平稳。

拨叉箱与阀门支架连接，尺寸符合GB/T 12223-2005(部分回转阀门驱动装置的连接)。

拨叉扭矩输出在行程起止位置最大，在中间位置最小，扭矩输出曲线同旋转阀需求的扭矩曲线相符，用于驱动阀门的效率更高。

所述阀位反馈模块安装于拨叉箱外侧。

所述阀位反馈模块采用绝对位移单圈旋转编码器，精度高，分辨率17Bit，对于全行程0～90°的角位移分辨率为>0.01％。

本实用新型的工作原理如下：

控制模块接收上位机给定的阀位信号(阀门开度信号)，按照预设值，控制电机输出位移，同时接收阀位反馈模块反馈的角位移信号，将阀门角位移反馈给控制模块，控制模块将阀门角位移与上位机给定的阀位信进行比较，经过PID调节运算，控制伺服电机旋转的扭矩、转速和位移；伺服电机驱动轴通过齿形带传动***带动丝杠，丝杠将伺服电机的旋转运动和扭矩转换为直线运动和推力；丝杠推动拨叉箱的推杆做直线往复运动；推杆通过滚动轴承与拨叉活动连接，拨叉将直线行程和推力转换为扭矩输出，阀位反馈模块跟踪阀轴的角位移，并反馈给控制模块，直至将阀门精确定位在预设位置。

有益效果：

与现有的技术相比，本实用新型提供的旋转拨叉式伺服电动执行器具有可连续调节，精度高，速度快，控制功能强、可扩展的优点。

(1)采用永磁同步交流伺服电机，S9工作制，负载和转速在允许的范围内作非周期性变化，可以长时间连续调节。

(2)采用绝对位移单圈旋转编码器提供连续的高精度阀位实时反馈，全行程分辨率<0.01％；采用伺服电机的闭环伺服控制技术，响应更快、精度更高，定位时无过冲或迟滞，并能提供扭矩(推力)反馈。当采用实际阀位反馈控制时为大闭环反馈控制模式，仅采用伺服电机闭环控制时为小闭环控制，两种控制模式可以切换。当实际阀位反馈出现故障时，控制模块自动地从大闭环控制模式切换到小闭环控制模式，通过阀位位置曲线，控制伺服电机运动，确保阀门仍然能保持高精度位置定位运行，同时给操作员报警。

(3)采用行星滚柱丝杠传动，效率高，刚性好，拨叉扭矩输出同阀门实际需求扭矩相符，整体效率高达90％以上。

(4)执行器输出速度快，全行程时间可达1S。

(5)采用一体化结构，将控制模块、动力模块和接线端子模块集成在驱动控制箱中，同拨叉箱连接，结构紧凑。

(6)可以采用不同的驱动模块，非常容易实现功能扩展，能提供目前主流电动执行机构没有的控制功能。

(7)具有变速运行、变扭矩输出功能。控制模块可以控制电机以不同的速度、加速度运行，可以非常容易的将电动执行机构运用于需要快开慢关(如压缩机的防喘振)或快关慢开，以及先慢后快(如防水锤)或先慢后快的场合。跟随负载变化，控制模块可以控制电机以不同的扭矩输出，如阀门关闭时增大扭矩以严密关闭，阀门开启时增加扭矩以克服开启摩擦。

(8)具有特性化输出功能。采用伺服电机控制技术，可以将各种特性曲线预先输入到控制模块中，改变执行器输出曲线。

(9)在线状态跟踪与报警。在线显示行程偏差报警，行程高低报警，行程高高报警与低低报警，输入电流报警，阀门动作次数累计报警，行程累计报警。

(10)具有阀门输出监控功能，并能根据实际输出生成以下曲线：

阀门特性曲线。在推杆安装推力检测原件，阀门空载的情况下，特性曲线为推力——全行程的曲线，进行阀门开关全行程测试并绘制特性曲线，可以提供实际填料摩擦力值以及摩擦力范围，测量实际阀座关紧力。

阀门动态误差带曲线。动态误差带曲线为全行程——输入信号的曲线，提供阀门的死区和精度的数据。

阀门提供阶跃响应曲线。阶跃响应曲线可以反映阀门的跟随性能，以及是否有超调和滞后。

附图说明

图1为本实用新型原理图；

图2为0～90°角行程旋转阀控制原理图；

图3为本实用新型拨叉式执行机构俯视图；

图4为本实用新型拨叉式执行机构局部分解图；

图5为拨叉式执行机构运动原理图；

附图标记说明：

图中，1为推杆、2为导向轴承、3为拨叉、4为轴套、5为滚动轴承、6为拨叉槽。

具体实施方式

结合附图对本发明创造的进一步详细的说明。

如图1～5所示，本实用新型公开了一种旋转拨叉式伺服电动执行器，包括控制模块、动力模块、拨叉式执行机构、阀位反馈模块；

所述控制模块的输出端与动力模块的输入端相连；动力模块通过拨叉式执行机构驱动0～90°角行程旋转阀；

所述阀位反馈模块的输入端与0～90°角行程旋转阀的阀轴传动连接，输出端与控制模块相连；用于反馈阀轴实际的角位移，将实际的阀门开度反馈给控制模块。

控制模块输入/输出为4～20mA。

优选地，所述控制模块与上位机连接，接收控制信号，实现状态监控。

优选地，所述控制模块与报警装置连接，实现故障报警。

优选地，所述动力模块包括伺服电机、齿形带传动***和丝杠；伺服电机驱动轴通过齿形带传动***连接丝杠，丝杠将伺服电机的旋转运动和扭矩转换为直线运动和推力。

优选地，所述伺服电机采用永磁同步伺服电机，闭环控制，高精度响应。

优选地，所述丝杠采用行星滚柱丝杠，兼具高精度、可逆性和高效率、高速的特点，由于其很小的摩擦阻力，效率可达90％。行星滚柱丝杠具有高使用寿命、高的刚度和抗冲击能力，适合于长时间高强度工作，位置定位精度非常高。当采用大功率电机峰值输出时推力更大，速度、加速度快。

优选地，所述控制模块、动力模块和接线端子模块均安装在驱动控制箱中；接线端子模块提供电源、控制信号、反馈信号接口及通讯接口，用于控制模块与电源、上位机及阀位反馈模块连接。

优选地，所述拨叉式执行机构包括推杆1、滚动轴承5和拨叉3；丝杠与推杆1连接，推动推杆1往复运动，推杆1通过滚动轴承5与拨叉3活动连接，拨叉3将直线位移和推力转化为0～90°转角和扭矩，并通过拨叉3内的轴套4传递至阀轴，从而驱动阀门。如图5所示，当推杆做水平直线运动的时候，拨叉将做旋转运动。

推杆与拨叉之间采用滚动轴承连接，减少摩擦阻力。

优选地，轴套与阀轴通过渐开线花键连接，以减少机械间隙，提高精度。

优选地，所述拨叉式执行机构安装在拨叉箱中；拨叉箱与驱动控制箱连接；拨叉箱两端均安装有导向轴承。推杆穿过拨叉箱两端的导向轴承做往复运动，运行平稳。

拨叉箱与阀门支架连接，尺寸符合GB/T 12223-2005(部分回转阀门驱动装置的连接)。

拨叉扭矩输出在行程起止位置最大，在中间位置最小，扭矩输出曲线同旋转阀需求的扭矩曲线相符，用于驱动阀门的效率更高。

优选地，所述阀位反馈模块安装于拨叉箱外侧。

优选地，所述阀位反馈模块采用绝对位移单圈旋转编码器，精度高，编码器分辨率17Bit，对于全行程0～90°的角位移分辨率为>0.01％。

本实用新型用于控制0～90°角行程旋转阀(如球阀、旋塞阀、蝶阀、偏心旋转阀、风门、挡板、百叶阀等)，能够实现连续调节、精度高、速度快、效率高；调节频率不受次数限制，位置定位基本误差<0.1％(全行程90°)，全行程速度高达1s甚至更快。

Claims (10)

1.一种旋转拨叉式伺服电动执行器，其特征在于，包括控制模块、动力模块、拨叉式执行机构和阀位反馈模块；

所述控制模块的输出端与动力模块的输入端相连；动力模块通过拨叉式执行机构驱动0～90°角行程旋转阀；

所述阀位反馈模块的输入端与0～90°角行程旋转阀的阀轴传动连接，输出端与控制模块相连；用于反馈阀轴实际的角位移。

2.根据权利要求1所述的旋转拨叉式伺服电动执行器，其特征在于，所述控制模块还与上位机和报警装置连接。

3.根据权利要求1所述的旋转拨叉式伺服电动执行器，其特征在于，所述动力模块包括伺服电机、齿形带传动***和丝杠；伺服电机的驱动轴通过齿形带传动***连接丝杠，丝杠将伺服电机的旋转运动和扭矩转换为直线运动和推力。

4.根据权利要求3所述的旋转拨叉式伺服电动执行器，其特征在于，所述伺服电机采用永磁同步伺服电机。

5.根据权利要求3所述的旋转拨叉式伺服电动执行器，其特征在于，所述丝杠采用行星滚柱丝杠。

6.根据权利要求1所述的旋转拨叉式伺服电动执行器，其特征在于，控制模块、动力模块和接线端子模块均安装在驱动控制箱中；接线端子模块提供电源、控制信号、反馈信号接口及通讯接口，用于控制模块与电源、上位机及阀位反馈模块连接。

7.根据权利要求1所述的旋转拨叉式伺服电动执行器，其特征在于，所述拨叉式执行机构包括推杆、滚动轴承和拨叉；丝杠与推杆连接，推动推杆往复运动，推杆通过滚动轴承与拨叉活动连接，拨叉将直线位移和推力转化为0～90°转角和扭矩，并通过拨叉内的轴套传递至阀轴，从而驱动阀门。

8.根据权利要求7所述的旋转拨叉式伺服电动执行器，其特征在于，轴套与阀轴通过渐开线花键连接。

9.根据权利要求7所述的旋转拨叉式伺服电动执行器，其特征在于，所述拨叉式执行机构安装在拨叉箱中；拨叉箱两端均安装有导向轴承，推杆穿过拨叉箱两端的导向轴承做往复运动。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的旋转拨叉式伺服电动执行器，其特征在于，所述阀位反馈模块采用绝对位移单圈旋转编码器。