液壓驅(qū)動裝置在閥門上的應(yīng)用

　　介紹了閥門常用液壓驅(qū)動裝置的類型、性能; 工作原理和使用范圍。分析了液壓驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)特點、適用工況及其選用方法。

1、概述

　　液壓控制技術(shù)是現(xiàn)代機械傳動及控制領(lǐng)域中一項重要的基礎(chǔ)技術(shù)。液壓傳動具有輸出力大，方便調(diào)整和控制使用壓力，防止過載，安全性大，可實現(xiàn)無級變速等優(yōu)點。由于液壓執(zhí)行機構(gòu)元件密封性好，其可在高粉塵、高污染、易燃易爆或水下( 采用特殊防護) 等環(huán)境中安全可靠工作。隨著科技的進步，真空技術(shù)網(wǎng)(http://genius-power.com/)認為國內(nèi)外液動閥門需求量逐年增加。

2、結(jié)構(gòu)原理

　　液動閥門一般由液動閥門本體，液壓控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)三部分組成，機電液一體化控制技術(shù)的水平，將決定液動閥門產(chǎn)品的技術(shù)水平。閥門常用的液壓驅(qū)動裝置有液壓缸直接推拉驅(qū)動式、齒輪齒條擺動油缸驅(qū)動式、螺線式擺動油缸驅(qū)動式和多回轉(zhuǎn)液壓馬達驅(qū)動式。

2.1、液壓缸直接推拉驅(qū)動式

　　液壓缸直接推拉驅(qū)動式裝置常用于操縱閘閥和截止閥的開啟、停止和關(guān)閉或控制節(jié)流閥的開口位置及通過流量。液壓缸直接推拉驅(qū)動式是將油缸置于閥門上方( 圖1) ，通過連接支架將閥門與油缸固定，由套、銷子將閥桿及油缸活塞桿連接。當(dāng)油缸活塞運動時帶動閥桿運動完成閥門的開啟、關(guān)閉、停止及閥門開度的調(diào)節(jié)。液壓油缸可根據(jù)管路系統(tǒng)對閥門的要求，采用雙作用油缸( 包括單活塞桿和雙活塞桿油缸) 用油壓完成對閥門的啟閉和開度調(diào)節(jié)。

1. 閥門2. 支架3. 套4. 銷5. 油缸

圖1 液壓缸直接驅(qū)動裝置

　　采用單作用油缸時油缸一腔用油壓推動油缸活塞，油缸另一腔通大氣，腔內(nèi)設(shè)置彈簧或蝶簧，當(dāng)油壓進入油缸一腔時油缸帶動閥桿運動，活塞運動同時壓縮另一腔中的彈簧，完成此次閥門開啟( 或關(guān)閉) 。當(dāng)油壓撤除時( 油壓為0) ，另一腔的壓縮彈簧釋放壓力，推動活塞回復(fù)到起始位置完成閥門的啟閉。彈簧油缸中彈簧設(shè)置在油缸活塞上腔或下腔是根據(jù)閥門的使用工況設(shè)定，即閥門原始通狀態(tài)常開或常閉決定。液壓缸直接推拉驅(qū)動式常用油缸的符號見圖2。

(a) 單活塞桿油缸( 油壓啟閉閥門) (b) 雙活塞桿油缸( 油壓啟閉閥門)

(c) 單活塞桿油缸( 油壓關(guān)閉閥門，彈簧復(fù)位開啟閥門)

(d) 雙活塞桿油缸( 油壓開啟閥門，彈簧復(fù)位關(guān)閉閥門)

圖2 常用油缸職能符號

3、性能分析

　　(1) 液壓缸直接推拉驅(qū)動式裝置結(jié)構(gòu)簡單，形式變化多樣，作用在閥桿上的力和運動速度可調(diào)，控制靈活，安裝維護方便，工作環(huán)境適應(yīng)性強( 防塵、防潮、防爆) ，可遠距離操控，適合管路在線流量精確控制等。但是油缸直立在閥門頂部高度尺寸較大，液壓缸活塞桿連接閥桿，由于油缸活塞的浮動性造成閥門中的閥板不能長時間精確定位，由于油缸結(jié)構(gòu)限制，在應(yīng)急狀態(tài)下液動閥門本體不易實現(xiàn)人力驅(qū)動閥門啟閉。

　　(2) 液壓馬達驅(qū)動式裝置符合閥門傳統(tǒng)操作方式具有輸出力矩大且可調(diào)，運動速度可控，可實現(xiàn)對閥門操作特性的跟蹤和修正。在安全可靠啟閉前提下，可實現(xiàn)對閥板運動過程中的柔性控制，避免運動件對閥門造成的撞擊及水錘現(xiàn)象對其造成的傷害。安裝維護方便，工作環(huán)境適應(yīng)性強( 可在高危環(huán)境中工作) 可實現(xiàn)中遠距離操控，結(jié)構(gòu)緊湊合理，采用閥門螺桿和螺母結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)閥板可靠自鎖，該驅(qū)動結(jié)構(gòu)具有應(yīng)急手動絞盤操作功能。但是，液壓馬達驅(qū)動方式比液壓缸直接驅(qū)動式復(fù)雜、成本高，故價格較高。

　　(3) 齒輪齒條擺動油缸驅(qū)動式裝置結(jié)構(gòu)簡單，形式變化多樣，運動安全可靠，不受負載類型的限制作用，在閥桿上的力矩和角速度可調(diào)，控制靈活，安裝維護方便，可遠距離操控。但是，油缸帶動齒條，齒條驅(qū)動閥桿上的齒輪旋轉(zhuǎn)，這種機構(gòu)決定了該驅(qū)動裝置橫向尺寸較大，造成裝置體積較大，質(zhì)量也較大，由于結(jié)構(gòu)限制不易實現(xiàn)應(yīng)急狀態(tài)下人力驅(qū)動閥門啟閉。

　　(4) 螺線擺動油缸裝置將活塞與螺線傳動在油缸中結(jié)合，結(jié)構(gòu)新穎，體積小，質(zhì)量輕，密封性好。目前產(chǎn)品最大輸出力矩德國為125kN·m，意大利為21kN·m，輸出力矩和角度可調(diào)，控制靈活安裝維修方便，工作環(huán)境適應(yīng)性強( 防水、防粉塵、防爆) 具有應(yīng)急人力驅(qū)動閥門手輪，可遠距離操控。目前螺線擺動油缸裝置只有進口產(chǎn)品，故價格較高。

　　(5) 多回轉(zhuǎn)液壓馬達驅(qū)動式裝置采用專用低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達驅(qū)動閥門，輸出轉(zhuǎn)矩大，且可跟隨閥門啟閉過程中操作力矩變化自動調(diào)節(jié)輸出力矩，同時可設(shè)定最高安全輸出力矩，確保閥門安全可靠運行。電液控制技術(shù)與閥門的結(jié)合實現(xiàn)了閥門智能化，實現(xiàn)了對閥門啟閉全過程的柔性控制，消除了閥板在運行過程中對閥體撞擊或振動所造成損壞，提高了閥門運行過程中的安全性。由于閥門啟閉運行速度可控制、操作力矩可控制則閥門開度也可控制，借助流量傳感器還可控制通過閥門的流量。液壓馬達中的閥桿螺母旋轉(zhuǎn)帶動閥門螺桿升降、液壓馬達停止運轉(zhuǎn)、螺紋自鎖角可將閥板可靠的自鎖，解決了液壓油缸直接推拉驅(qū)動式存在的油缸活塞靜止時重力和外力作用使活塞沉降造成閥門開度的變化。多回轉(zhuǎn)液壓馬達在其頂部設(shè)有絞盤可直接驅(qū)動閥桿螺母旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了應(yīng)急手動操作。

4、結(jié)語

　　驅(qū)動大中型的蝶閥、球閥和旋塞閥所采用的液壓驅(qū)動裝置中，螺線擺動油缸要優(yōu)于齒輪齒條式擺動油缸。驅(qū)動大中型口徑的閘閥和截止閥所采用的液壓驅(qū)動裝置中，液壓馬達驅(qū)動式要優(yōu)于液壓缸直接推拉驅(qū)動式。對于精確控制閥門通過流量的調(diào)節(jié)閥采用液壓缸直接推拉驅(qū)動式其調(diào)節(jié)流量的響應(yīng)速度快。