CN103343819A - 一种带有水下密封结构的电动执行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有水下密封结构的电动执行器。通过采取磁流体密封、聚四氟乙烯等与O型圈进行组合实现多层次密封的方式，对控制箱部分、电机和减速器连接部分、手轮部分以及输出轴部分的密封结构进行了全新设计，将分散在电动执行器各个部分的密封（其中既包括接口处的静密封，也有旋转轴的动密封）有机地结合起来，形成一个密封整体，使控制箱内的控制系统以及箱体外的机械部件可得到多层密封保护，提高了元器件和机械部件的使用寿命。经多次水下环境试验证明，密封效果显著，达到了在水下环境中对电动执行器高密封性能的要求。从而降低了电动执行器的故障维修率和成本，提高了电动执行器在水下使用的可靠性。

Description

一种带有水下密封结构的电动执行器

技术领域

本发明涉及电动执行器，特别涉及一种带有水下密封结构的电动执行器。

背景技术

众所周知，电动执行器基本由三部分构成：控制箱、电机、减速器，而各个部分都有自己独特的密封方式，而相对于各个部分的静密封的实现程度，输出轴的动密封实现起来就显得更为困难。常见的减速器轴端密封结构主要有毛毡圈密封、间隙节流沟槽密封、骨架油封密封及甩油环密封，它们受制于磨损、使用温度、轴表面的粗糙度、公差等等难以以单一的密封方式来实现密封要求，当然现在也有厂家在这方面做的比较好，例如ROTORK的双层密封，也有O型密封配合V型密封的，效果也明显好于传统的单一密封。即便是这样的密封，也很难达到水下环境中的高密封性要求。水下环境密封与其它环境密封的不同点在于：对密封性的要求是持续的流体密封，对水下压力的配合不仅要适当，而且所有的密封点不允许遗漏任何一个。相比露天防雨、矿山防尘做起来要困难得多。尽管各个企业对密封性都称可以达到IP67、IP68，但实际使用中用户仍然在像赌博一样，尤其在水下环境使用中，完全不知道电动执行器的密封效果，只是在电动执行器损坏时才发现，却不知道什么时候开始漏水，更谈不到在第一时间维修等，从而造成各个方面成本的提高和浪费。而在保证长期密封性的情况下，电动执行器内部本身的潮湿程度也是非常重要的，它既影响着控制电路，也对各个机械部件的锈蚀有着巨大的影响。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的问题和缺陷，本发明提供一种带有水下密封结构的电动执行器。本发明结合电动执行器的实际使用环境情况和行业发展状况，对控制箱部分、电机和减速器连接部分、手轮部分以及输出轴部分的密封结构进行全新设计，以达到在水下环境中对电动执行器高密封性能的要求。

本发明采取的技术方案是：一种带有水下密封结构的电动执行器，包括控制箱、电机组件、减速器组件、手轮组件和输出轴，电机组件包括电机连接端盖，减速器组件包括减速器连接端盖，手轮组件包括蜗杆和骨架油封，其特征在于，所述的控制箱包括内外两个箱体，分别为内控制箱和外控制箱，外控制箱底板上设有用于缓冲震动和防水保护的支撑柱，内控制箱置于外控制箱底板的支撑柱上，内控制箱底板与外控制箱底板固定，在内控制箱和外控制箱的侧面相对应设有穿过电缆的螺纹孔，在外控制箱的螺纹孔中固定有密封防护锁母，密封防护锁母的内壁设有用于安装O型圈的内凹槽和外凹槽，在外控制箱的螺纹孔中设有对应外凹槽的螺纹孔凹槽，密封防护锁母套在电缆上，一个O型圈置于密封防护锁母的内凹槽中，并通过密封防护锁母上的螺纹孔锁紧，密封防护锁母前壁紧贴在外控制箱的内壁上，密封防护锁母的外凹槽通过另一个O型圈与外控制箱螺纹孔凹槽紧密配合，在外控制箱螺纹孔中还固定有防水型电缆密封套，电缆穿过防水型电缆密封套与控制箱外电缆线连接。

本发明的优点和产生的有益效果是：通过对电动执行器的密封结构进行全新设计，采取磁流体密封、聚四氟乙烯等进行组合密封的方式，将分散在电动执行器各个部分的密封（其中既包括接口处的静密封，也有旋转轴的动密封）有机地结合起来，形成一个密封整体，使控制箱内的控制系统以及箱体外的机械部件可得到多层密封保护，提高了元器件和机械部件的使用寿命。经多次水下环境试验证明，密封效果显著，达到了在水下环境中对电动执行器高密封性能的要求。由于在密封点设置水分传感器和温度传感器，可实现实时进行监测，发现问题及时处理，从而降低了电动执行器的故障维修率和成本，提高了电动执行器在水下使用的可靠性。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是图1中控制箱部分放大剖视示意图；

图3是图2中内控制箱和外控制箱装配后结构示意图（为显示箱内控制系统，未盖箱盖）；

图4是图3中内控制箱结构示意图；

图5是图3中外控制箱结构示意图；

图6是图2中密封防护锁母结构放大示意图；

图7是图1中电机与减速器连接部分放大剖视示意图；

图8是图7中电机连接端盖结构示意图；

图9是图7中减速器连接端盖结构示意图；

图10是图1中手轮组件部分放大剖视示意图；

图11是图1中输出轴组件部分放大剖视示意图；

图12是图11中吸水树脂环及水分传感器相对位置示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明：参照图1至图6，一种带有水下密封结构的电动执行器包括控制箱、电机组件、减速器组件、手轮组件和输出轴组件，电机组件包括电机连接端盖6，减速器组件包括减速器连接端盖7，手轮组件包括蜗杆12和骨架油封14。其中控制箱包括内外两个箱体，分别为内控制箱1和外控制箱3，外控制箱3底板上固定有四个用于缓冲震动和防水保护的支撑柱3.1，四个支撑柱3.1固定在外控制箱3的底板上，内控制箱1置于外控制箱3底板的支撑柱3.1上，外控制箱3的底板四角固定有凸起的螺纹盲孔，凸起的高度与支撑柱3.1高度相等。内控制箱1底板四角设有相对应的螺纹通孔，内控制箱1底板与外控制箱3底板通过螺纹盲孔和螺纹通孔用螺钉固定，固定时，可以增加弹垫、光垫等以便于缓冲震动。在内控制箱1和外控制箱3的侧面相应设有穿过电缆的螺纹孔，在外控制箱3的螺纹孔中固定有密封防护锁母2，密封防护锁母2的内壁设有用于安装O型圈8的内凹槽2.2和外凹槽2.1，在外控制箱3的螺纹孔中设有对应外凹槽2.1的螺纹孔凹槽3.2，外凹槽2.1和螺纹孔凹槽3.2深度均等于O型圈8截面直径的二分之一。密封防护锁母2套在电缆上，一个O型圈8置于密封防护锁母2的内凹槽2.2中，并通过密封防护锁母2上的螺纹孔锁紧，密封防护锁母2前壁紧贴在外控制箱3的内壁上，密封防护锁母2的外凹槽2.1通过另一个O型圈8与外控制箱3螺纹孔凹槽3.2紧密配合。在外控制箱3螺纹孔中还固定有防水型电缆密封套4，电缆穿过防水型电缆密封套4与控制箱外电缆线连接。电缆上套有吸水树脂环5，并紧贴在密封防护锁母2的后壁上，该吸水树脂环5上连接有水分传感器 13，即水分传感器 13的探针扎在吸水树脂环5上。外控制箱3底板角边缘上安装有湿度传感器11，湿度传感器11和水分传感器 13分别与内控制箱1的控制系统连接。最后可用塑料薄膜等材料将内控制箱顶部密封，然后盖上控制箱防护罩，并通过螺纹孔与外控制箱3螺钉固定。

参照图1、图7、图8和图9，减速器连接端盖7上设有用于安装O型圈8的内外两个密封槽，电机连接端盖6上设有与减速器连接端盖7上的内外两个密封槽相对应且凸起的内外两个密封槽，电机连接端盖6上凸起的内外两个密封槽和减速器连接端盖7上的内外两个密封槽的深度均等于O型圈8截面直径的二分之一，两个O型圈8置于电机连接端盖6上凸起的内外两个密封槽中，电机连接端盖6上凸起的内外两个密封槽分别通过两个O型圈8与减速器连接端盖7上的内外两个密封槽紧密配合，电机连接端盖6与减速器连接端盖7通过螺纹孔螺钉固定。

参照图1和图10，骨架油封14套在蜗杆12上，蜗杆12上还套有聚四氟乙烯滑环9，该聚四氟乙烯滑环9外侧套有O型圈8，并与骨架油封14紧密配合，骨架油封14固定在减速器箱体内。

参照图1、图11和图12，在贴近减速器箱体内壁输出轴15上安装有磁流体密封装置10，磁流体密封装置10与减速器箱体螺钉固定，在磁流体密封装置10设有的凹槽里装有吸水树脂环5和水分传感器 13，吸水树脂环5连接水分传感器 13，即水分传感器 13的探针扎在吸水树脂环5上，水分传感器 13与内控制箱1的控制系统连接。为了将水分传感器 13也放进磁流体密封装置10设有的凹槽里，凹槽里安装的吸水树脂环不是完整的360°吸水树脂环，而是250°～300°的吸水树脂环(见图12)。

首先按原有装配工艺给输出轴装上挡圈和键，之后将输出轴穿过磁流体密封装置的轴承孔（根据装配情况可按磁流体密封装置的使用说明自行进行调整），其它步骤与常规装配工艺过程相同，在输出轴穿出减速器箱体后，将磁流体密封装置与减速器箱体用螺钉紧固，输出轴在旋转时磁流体密封装置与箱体保持相对静止。

以上仅对电动执行器各个密封部分进行了描述，其它装配过程均按照普通电动执行器装配即可，在此不再赘述。在密封结构中采用的部件如：防水型电缆密封套4、吸水树脂环5、O型圈8、聚四氟乙烯滑环9及磁流体密封装置10均为市场公知商品。

本发明设计原理：连接到电动执行器控制箱外壳的防水型电缆密封套是电缆线在接入执行器控制箱时的第一层防水密封。在外控制箱电缆螺纹孔内预留出的螺纹孔凹槽与密封防护锁母上的内凹槽组合，放置一个O型圈，密封防护锁母的外凹槽中也放置一个O型圈，外控制箱电缆螺纹孔与密封防护锁母是实现轴向和垂直方向双向密封的第二层防水密封。此结构设计，一方面实现静密封，另一方面加长了渗漏的路程，从而起到更好的密封效果。

电机连接端盖和减速器连接端盖的密封结构同样设计两层密封结构，电机连接端盖和减速器连接端盖相对应的两层密封槽实现了放置内外两个O型圈的双层密封，同样也加长了渗漏的路程，起到更好的密封效果。

在手轮密封结构上采取聚四氟乙烯滑环O型圈组合的密封方式，利用聚四氟乙烯良好的润滑性、耐磨性、与金属表面无粘着作用，摩擦阻力小的特点，并结合它还具有缺乏弹性，无法自行密封特点，配合O型圈良好的弹性即可形成密封，此密封方式还大大降低了对输出轴的摩擦。

在输出轴的密封结构上采取磁流体密封装置与O型圈组合密封的方式，磁流体密封装置具有密封性好、结构寿命长、传递速度好、传输效果高等多方面的优点，磁流体密封装置用于密封液体时，由于被密封液体（这里暂时可以认为是水）与磁流体直接接触，随着两种液体的接触就会发生溶解或者是混合，当磁流体被稀释到一定程度就会发生密封失效。因此，可将O型圈作为前段的辅助密封，后面的磁流体密封装置作为主密封。一方面大大降低磁流体与被密封液体的接触量，另一方面形成两层密封，其密封效果和使用性也远远强于现有的任何单一密封方式。

电动执行器各个密封点中任何一个密封结构失去效果的第一时间，就会有少量水渗入紧贴箱体壁处的吸水树脂环，这里利用高灵敏水分传感器来测量吸水树脂环的水分来判断是否漏水，当出现漏水时，水分传感器检测吸水树脂环的水分有明显升高后，输出信号进入水分监测电路，进而至主控板，做出漏水报警。利用湿度传感器，对电动执行器的控制箱等内部潮湿程度进行监控，在过于潮湿时做出报警，及时提醒用户进行处理。

上述实施例仅给出两个水分检测点和一个湿度检测点，可根据实际情况，增设多个监测点来满足使用需求。

Claims (6)

1.一种带有水下密封结构的电动执行器，包括控制箱、电机组件、减速器组件、手轮组件和输出轴，电机组件包括电机连接端盖（6），减速器组件包括减速器连接端盖（7），手轮组件包括蜗杆（12）和骨架油封（14），其特征在于，所述的控制箱包括内外两个箱体，分别为内控制箱（1）和外控制箱（3），外控制箱（3）底板上设有用于缓冲震动和防水保护的支撑柱（3.1），内控制箱（1）置于外控制箱（3）底板的支撑柱（3.1）上，内控制箱（1）底板与外控制箱（3）底板固定，在内控制箱（1）和外控制箱（3）的侧面相对应设有穿过电缆的螺纹孔，在外控制箱（3）的螺纹孔中固定有密封防护锁母（2），密封防护锁母（2）的内壁设有用于安装O型圈（8）的内凹槽（2.2）和外凹槽（2.1），在外控制箱（3）的螺纹孔中设有对应外凹槽（2.1）的螺纹孔凹槽（3.2），密封防护锁母（2）套在电缆上，一个O型圈（8）置于密封防护锁母（2）的内凹槽（2.2）中，并通过密封防护锁母（2）上的螺纹孔锁紧，密封防护锁母（2）前壁紧贴在外控制箱（3）的内壁上，密封防护锁母（2）的外凹槽（2.1）通过另一个O型圈（8）与外控制箱（3）螺纹孔凹槽（3.2）紧密配合，在外控制箱（3）螺纹孔中还固定有防水型电缆密封套（4），电缆穿过防水型电缆密封套（4）与控制箱外电缆线连接。

2.根据权利要求1所述的一种带有水下密封结构的电动执行器，其特征在于，所述的电缆上套有吸水树脂环（5），并紧贴在所述密封防护锁母（2）的后壁上，该吸水树脂环（5）上连接有水分传感器 (13)。

3.根据权利要求1所述的一种带有水下密封结构的电动执行器，其特征在于，所述的外控制箱（3）底板上安装有湿度传感器（11）。

4.根据权利要求1所述的一种带有水下密封结构的电动执行器，其特征在于，所述的减速器连接端盖（7）上设有用于安装O型圈（8）的内外两个密封槽，电机连接端盖（6）上设有与减速器连接端盖（7）上的内外两个密封槽相对应且凸起的内外两个密封槽，电机连接端盖（6）上凸起的内外两个密封槽分别通过两个O型圈（8）与减速器连接端盖（7）上的内外两个密封槽紧密配合，电机连接端盖（6）与减速器连接端盖（7）螺钉固定。

5.根据权利要求1所述的一种带有水下密封结构的电动执行器，其特征在于，所述的蜗杆（12）上套有聚四氟乙烯滑环（9），该聚四氟乙烯滑环（9）外侧套有O型圈（8），并与骨架油封（14）紧密配合。

6.根据权利要求1所述的一种带有水下密封结构的电动执行器，其特征在于，在所述的输出轴（15）上安装有磁流体密封装置（10），磁流体密封装置（10）与减速器箱体螺钉固定，在磁流体密封装置（10）设有的凹槽里装有吸水树脂环（5），吸水树脂环（5）上连接有水分传感器 (13)。

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