CN101395398B - 弹簧式防倒转装置和手工控制的电动系统 - Google Patents

弹簧式防倒转装置和手工控制的电动系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种防倒转的弹簧式机械装置，其能够连接或释放作用于同一个旋转轴上的手工控制手轮(4)和电机，包括圆柱形弹簧(7，16)、被安装成在旋转轴上旋转的圆柱体(9，17)，所述弹簧能够与所述圆柱体一起旋转，弹簧的簧圈与圆柱体的表面接触，且其端部能够与所述手轮接触。弹簧(7，16)的端部被向内或向外弯曲，所述手轮(4)可以作用于弹簧(7，16)两端中的其中任意一个的弯曲部上，且弹簧(7，16)的转动被作用于弹簧两端的其中任意一个上的止挡限制。本发明应用于液体管道上的手工控制和电动控制阀。

Description

弹簧式防倒转装置和手工控制的电动系统
技术领域
本发明涉及机械防倒转装置，且更特别地，涉及适于使机构可从某一极限位置移动到另一极限位置的机械弹簧式防倒转装置，例如带有手工或电动控制的阀、滑动锁板或旋塞，提供阀控制的更高安全性。
背景技术
机械的单向、转矩限制和防倒转装置被用于各种技术领域内，尤其为了通过防止或限制轴的旋转以实现安全功能，例如为了防止包括手工控制和伺服电机的阀的手工控制手轮的旋转，或在手摇窗装置的门或其他构件的控制操作过程中，为了保证安全不会发生意外阻挡。特别地，在石油工业或水、水蒸汽和气体的处理过程中，阀、旋塞和滑动锁板被用于关闭或打开管道，这可以通过在可以是开放的或受限的环境中操作的手工或电动控制被启动。通常，阀由伺服电机控制，而依靠手轮和减速齿轮的手工控制允许在伺服电机电源断开的情况下或不良控制的情况下实施，这样，可以调整阀在极限打开和关闭位置之间的定位。
在同一个阀上存在手工控制和电动控制就迫切需要提供安全装置，以防止例如手工控制的手轮的意外启动干扰了电动控制的运行。还必须保证在必要的时候手工控制能够完全安全的被正常使用。
因此，用以释放阀轴的手工驱动器的装置，或机械的转矩限制、非返回的或防倒转的机械装置，尤其带有棘齿或滚子的装置已经已知了。例如，专利FR 2.816.016中介绍了一种用于对旋转方向很灵敏的卷帘的弹簧式转矩限制装置。这些已知的装置通常相对比较复杂且包括很多数目的机械零件，其安装通常需要很高的精度，因此可能使它们的维护更复杂化并且损害了它们的可靠性。
因此，希望能够具有提供很好的操作安全性的可靠装置。
发明内容
本发明一个的目的准确地说是一种容易安装且提供很好的操作可靠性的低成本机械防倒转装置，尤其在包括电动控制和手工控制的阀上。
本发明的另一目的是提供电动阀的手工控制释放的弹簧式防倒转装置。
本发明的另一目的是不管手工控制是什么旋转方向都允许传递相同力矩的弹簧式防倒转装置。
本发明的另一目的是一种包括根据本发明的机械防倒转装置的带有手工控制的电动系统，特别地在这种系统中，防倒转装置的旋转轴对阀的打开和关闭运动起作用。
本发明的弹簧式防倒转装置能够作用于同一个旋转轴上的手工控制手轮和电机相互固定在一起或彼此释放。它包括圆柱形弹簧，优选被安装在圆柱体内或圆柱体上的具有邻接簧圈的圆柱形弹簧(扭力弹簧)，所述圆柱体被安装成在所述电机的旋转轴上旋转，且所述弹簧能够与所述圆柱体一起旋转，弹簧的簧圈与圆柱体的内或外表面接触且其端部能够与所述手轮接触，且值得注意的是圆柱形弹簧的端部被向内或向外弯曲，所述手轮，例如阀的手工控制手轮，通过操作指杆或驱动圆柱体能够作用于弹簧两个端部中的任意一个的弯曲上，并且弹簧的旋转收到作用到弹簧端部中的任意一个上的止挡的限制。
在这样的装置中，弹簧传递电机和手轮之间的运动，其将在下面图示的介绍中显示出来。
根据优选实施例，弹簧的两端被向内弯曲，且大体对称地位于弹簧径向平面(diametral plane)的任一侧面上。优选地，它们被相对彼此放置，以使分别与弹簧两端中的每一个的弯曲相切的径向平面在它们之间形成90°至180°之间的角度，其中操作指杆占用该位置，其进入圆柱形弹簧的内部，占用其整个高度，以能够作用于两个端部中的任意一个，而被夹紧在手工控制手轮的轴承上的释放板被相对于轴大体对称安置。
根据一种改型，圆柱形弹簧的两端被向外弯曲，且弹簧被安装在位于具有两个止挡的圆柱体内的圆柱形支撑体上，这两个止挡分别与弹簧的每一个弯曲端部的弯曲外侧相互作用，以使弹簧相对于圆柱形支撑体的相对转动在弹簧的一个或另一个端部产生与簧圈的绕向相反且有导致其直径增加趋势的转矩。
在这两个型式中，圆柱形弹簧的端部被弯曲，以形成封闭的环路，端部的凸脊与簧圈接触，以减少在操作过程中变形或破坏的危险。
在本发明中使用的圆柱形弹簧优选具有邻接簧圈的弹簧，具有圆形或方形截面，并优选方形，由具有合适硬度的材料制成，例如钢，更特别地C60钢。
根据本发明的防倒转装置的改型，优选地，空载下的弹簧直径比收容它的圆柱体内经约大2％，或比其被安装在其上的圆柱体的外径小2％，以保证弹簧的簧圈和圆柱体的对应表面之间很好的接触。因为同样的原因，簧圈的长度必须足够长，且例如，根据设想的应用，它可以在100mm和1000mm之间，且在用于阀的防倒转装置的实例中可以是大约500mm。
本装置的配置使其能够支撑很高的旋转速度，每分钟约75转至约150转之间，且手工控制手轮和电机的旋转轴之间的旋转速度的主要差别是本发明的另一优势。
本发明的机械防倒转装置可以被用于包括能够从开放位置旋转到关闭位置和反之亦然的旋转手工或电动控制轴的任意机构中，例如阀控制、机动车辆门窗绞动器的门控制或其它。它尤其特别应用于阀控制中，例如在包括液体管道例如油、水、水蒸汽或各种气体的安装过程中使用的四分之一圈回转阀或多圈回转阀。
本发明的机械防倒转装置可以被插入到包括手工和通过伺服电机旋转的阀控制轴的机构内，阀杆通过减速齿轮和/或齿轮/蜗杆组件被运动学地连接。
因此，在阀控制的实例中，它具有优势地提供了手工控制能够作用于圆柱形弹簧的任意一个的弯曲端部上，通过相反于簧圈的缠绕方向施加转矩，以当后者处于被连接到阀杆上的圆柱体内部时导致弹簧增大，或正相反地，当弹簧处于圆柱体上时在簧圈的缠绕方向上施加转矩。在这两种情况下手工控制的启动都具有将圆柱形弹簧固定不动，同时圆柱体被运动学地连接到阀杆上的效果。相反地，电机的旋转具有，不管是什么旋转方向，都从圆柱体上释放圆柱形弹簧的效果，并因此释放手工控制手轮。
本发明的弹簧式防倒转装置具有有效地保证了手工控制的释放同时没有在带有滚子的传统系统中所固有的陷落危险的优势，尤其在它应用到电动控制和手工控制阀上时。另外，组成本发明的防倒转装置的零件的数目被限制在三个或四个，而传统的系统使用15至20个零件。安装时间也因此被大大缩短了。
本发明的防倒转装置还具有能够传递相同转矩到被连接到阀杆上的蜗轮上的优势，不管阀的手工控制手轮是什么旋转方向，且还具有允许蜗轮在驱动电机的作用下旋转，而不导致手工控制手轮转动的优势，这使得保证操作者的安全成为可能。
附图说明
本发明的特征和优势将关于附图在下面关于两个优选实例型实施例的介绍中被更详细地显示，其中：
图1是用于阀控制的被安装在电机和手工手轮之间的根据本发明的防倒转装置的透视分解图。
图2是图1中的防倒转装置的轴向截面图。
图3是本发明的防倒转装置的改型的透视分解图。
具体实施方式
图1中描述的根据本发明的防倒转装置被包括在根据已知的技术由封装伺服电机的外壳1和通过与被固定地连接到阀杆上的蜗轮啮合的齿轮来驱动阀操作杆的减速齿轮(图中未示出)组成的组件中。
支撑着轴承的端盖2被连接到外壳1上，如有必要，通过圆柱体(图中未示出)来连接，以保护防倒转装置3不受环境影响。手工控制手轮4被安装在支撑着指杆6的可移动部分的轴的端部5上。端盖2的轴承提供轴的保持力，手轮被以传统的方式，例如借助于与被形成于轴上的凹槽相互作用的键，连接到此轴上。
支撑着操作指杆6的可移动部分可以在具有邻接簧圈(touchingturns)的圆柱形弹簧7内旋转，邻接簧圈的两个端部7a和7b被向内弯曲。这个圆柱形弹簧7被置于圆柱钟形外壳9的环8内部。环8的内径稍微小于无载状态下的弹簧7的外径，这样，弹簧的邻接簧圈被压在环8的内壁上。弹簧7被施加预应力以被安置于环8内部并因此施加均匀分布在环的内壁上的载荷。
钟形外壳9包括中心圆柱形套筒10，其依靠与被形成于轴11头部上的凹槽相互作用的图2中描述的键13，而被连接到支撑着蜗轮12的轴11上。
弹簧7被选择以使它的簧圈和环8的内壁之间的滑动力矩，作为无载状态下弹簧的直径、其硬度和其截面的函数，大于正常操作条件下由手轮4传递的力矩，这样操作指杆6的旋转借助于被锁在环8的内壁上且被固定地连接到后者上的螺旋弹簧7使得钟形外壳9旋转。
因此，当阀控制被手工操作时，通过作用于手轮4上，指杆6旋转直到它接触弹簧7的端部7a和7b的任意一个的外侧弯曲部。施加到手轮4上的作用产生的力矩趋于使弹簧7展开并因此增加其直径，进一步加大弹簧和环8之间的滑力转矩，它具有加强弹簧和环的连接的效果。因此，手轮的旋转使得弹簧和钟形外壳旋转，其反过来驱动作用于阀杆上的蜗轮。
当阀控制由伺服电机启动时，伺服电机通过蜗轮轴14和钟形外壳9驱动蜗轮12，并且由于弹簧和环之间存在滑动力矩而通过环8驱动弹簧7。弹簧在其轴线上旋转直到端部7a和7b的其中一个上的点，取决于旋转的方向，抵接到通过一个或多个传统类型的密封件被夹紧在端盖2的轴承上的释放板15上。这些密封件或垫片使它可以在轴承2和释放板15之间产生滑动力矩C1。
当旋转运动继续，施加到弹簧7的该端部的该弯曲点上的力矩趋于使后者在其自身上卷拢，并因此减小其直径，直到从环8上释放弹簧7。环和蜗轮12接着继续在电机的作用下旋转，而弹簧保持不动。
操作指杆6因此不被弹簧7驱动并保持不动，类似于它被固定地连接到其上面的手轮4一样。
释放板15和轴承2之间的滑动力矩C1被调整，以使其一直大于圆柱形弹簧7和钟形外壳9之间的滑动力矩C2。这样的结果是当蜗轮被电机驱动时，释放板被固定地连接到轴承上。
相反地，在手工控制中，操作指杆6作用于弹簧的弯曲端部7a和7b上，且在达到力矩C1的同时可以旋转后者，防止了系统的所有阻断。
在手工控制中，释放板15可以借助于它的被位于弹簧端部的运动外侧平面内的轴承面15a和15b被操作指杆6旋转，这样，弹簧的端部能够只精确地作用于释放板15上。
图2示出了图1中的防倒转装置的截面图，在钟形外壳9的基板上零件正在被安装。
在图中示出的位置上，防倒转装置没有被启动，操作指杆6大体位于从圆柱形弹簧7的每一个端部7a和7b的导圆弯曲处相等的距离处。释放板15的挡板大体位于从弹簧的两个端部相等的距离处，与操作指杆相对于轴的位置相对的位置。
图3描述了图1中的弹簧式防倒转装置的改型，其中弹簧的两端被向外弯曲，而操作模式也不相同，但应用相同的原理。
在此改型中，具有邻接簧圈的圆柱形弹簧16包括被向外弯曲的两端16a和16b。它被安装在圆柱形支撑体17上以使它的簧圈与圆柱体17的外表面接触，这样当其中一个零件相对于另一个旋转时产生摩擦力矩。
圆柱形支撑体17通过与两个凹槽相互作用的键13被安装在支撑着蜗轮12的轴11上，这两个凹槽一个被形成于轴11的头部上，另一个在支撑体17的内表面上，如图1中的装置上所示。因此它被伺服电机旋转。
圆柱形支撑体17和弹簧16被置于密封件保持器圆柱体18内，圆柱体18借助于O圈19被夹紧在伺服电机(图中未示出)的外壳上并具有部分开口的圆柱体的形状。圆柱形弹簧16的两端16a和16b可以在与弹簧一起的旋转中轻微移动，但是它们的行程被分别沿密封件保持器圆柱体18的两条母线(generatrices)形成的边缘18a和18b限制。
防倒转装置的另一旋转部分是被固定地连接到阀的手工控制手轮上的驱动圆柱体20。这个驱动圆柱体包括支板21，支板21的边缘21a和21b分别与弹簧16的弯曲端部16a和16b相互作用。它被固定地连接到与图1中示出的相同的手工控制手轮(图中未示出)上。
圆柱形支板21的宽度稍微小于被安置于其中的弹簧16的两个端部16a和16b之间的间距，这样，驱动圆柱体20的旋转运动使这个支板21的两个边缘的任意一个与弹簧的弯曲端部16a和16b的弯曲部内侧接合。
当该机构被电动操作时，电机旋转蜗轮12和圆柱形支撑体17。被支撑体17驱动的弹簧16，在其旋转方向上通过两个端部16a和16b的任意一个与固定的密封件保持器18的相应边缘18a或18b接合，密封件保持器相对于弹簧圈缠绕方向的反向产生力矩并使弹簧展开和增加其直径以使弹簧从其支撑体上释放。蜗轮12接着自由旋转而不驱动弹簧，只相当于手工控制手轮。
相反地，当手工控制手轮被启动时，驱动圆柱体20的支板21的边缘的任意一个，取决于旋转方向，在其缠绕方向上作用于弯曲端部16a或16b的弯曲部内侧，从而加重了簧圈施加到圆柱形支撑体上的压力，而使其能够驱动蜗轮12。在此改型中，密封件保持器圆柱体18与释放板15在图1中的防倒转装置中起相同的作用。

Claims (11)

1.一种机械弹簧式防倒转装置，其能够使作用于同一个旋转轴上的手工控制手轮(4)和电机相互固定在一起或彼此释放，包括被安装到圆柱体(9，17)内或圆柱体上的圆柱形弹簧(7，16)，所述圆柱体(9，17)被安装成在所述电机的旋转轴上旋转，且所述弹簧能够与所述圆柱体一起旋转，弹簧的簧圈与该圆柱体的内表面或外表面接触，且弹簧端部能够与所述手轮接触，其特征在于，弹簧(7，16)的端部(7a，7b，16a，16b)被向内或向外弯曲，所述手轮(4)能够通过操作指杆(6)或通过驱动圆柱体(20)作用到弹簧(7，16)的端部中的任意一个的弯曲部上，且弹簧(7，16)的旋转被作用于弹簧的端部(7a，7b，16a，16b)中的任意一个上的止挡限制。
2.根据权利要求1所述的弹簧式防倒转装置，其特征在于，弹簧(7，16)是具有邻接簧圈的圆柱形弹簧。
3.根据权利要求2所述的弹簧式防倒转装置，其特征在于，弹簧(7，16)包括大体方形截面的簧圈。
4.根据前面权利要求中任一所述的弹簧式防倒转装置，其特征在于，弹簧(7)的两端被向内弯曲。
5.根据权利要求4所述的弹簧式防倒转装置，其特征在于，弹簧(7)的弯曲端部(7a，7b)被大体对称地安置于弹簧径向平面的任一侧上。
6.根据权利要求5所述的弹簧式防倒转装置，其特征在于，分别与弹簧(7)两个端部中的每一个的弯曲部相切的径向平面之间形成90°至180°之间的角度，其中操作指杆(6)被安置于该角度内，而固定的释放板(15)被相对于轴大体对称安置。
7.根据权利要求1-3中任一所述的弹簧式防倒转装置，其特征在于，操作指杆(6)进入弹簧(7)的内部并占据其整个高度。
8.根据权利要求1-3中任一所述的弹簧式防倒转装置，其特征在于，弹簧(16)的两个端部被向外弯曲。
9.根据权利要求8所述的弹簧式防倒转装置，其特征在于，弹簧(16)被安装在圆柱形支撑体(17)上，该支撑体位于具有两个止挡的圆柱体(18)内，每个止挡与弹簧的每个弯曲端部的弯曲部的外侧相互作用。
10.一种手工控制的电动系统，其特征在于，包括根据权利要求1至9中任一所述的装置。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述装置的旋转轴对阀的打开和关闭运动起作用。
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