CN105318089B - 用于阀门的单作用气动执行机构及阀门 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于阀门的单作用气动执行机构及阀门，执行机构包括：控制阀门开关的阀门主轴，还包括：箱体，与阀门壳体固定，箱体上设置穿入阀门主轴的轴孔；气缸，缸体与箱体固定，气缸连杆伸入到箱体内；油缸，缸体与箱体固定，油路敞开，油缸连杆与气缸连杆固定；滑块，与油缸连杆固定，油缸连杆紧压气缸连杆；转轴，一端与滑块固定，另一端从滑块伸出；拨叉，呈U字型，底部与阀门主轴固定，转轴位于U字型空腔内；油缸罩，与箱体固定，油缸位于油缸罩内；氮气弹簧位于油缸活塞与油缸罩的一个内端面之间；手动泵、液压阀和手动截止阀，三者与油缸组成液压手动系统，本发明具有灵敏度高、反应迅速、稳定性好、安全可靠的有益效果。

Description

用于阀门的单作用气动执行机构及阀门
技术领域
本发明涉及一种阀门的执行机构，尤其是在自动化仪表控制装置中，在故障状态下当气源断气时，在弹簧力的作用下使阀门快速开启或关闭的执行机构，该执行机构具有安全保护功能。
背景技术
单作用气动执行机构是作为自动化仪表控制装置中一种重要的现场控制设备，是执行机构分类中的品种之一。弹簧自动复位起到故障安全保护作用。
现有的单作用气动执行机构均是由气缸、机械弹簧、机械手操、箱体、齿轮、主轴等主要零部件组成。其中弹簧作为工业自动化装置中的一个重要元件。而机械弹簧就是充分利用材料的物理特性，通过一定的转换方式来实现其存储能量和释放能量，材料的特性在一定程度上决定了弹簧的物理和力学特性，并影响着弹簧产品的设计和特殊性要求的提升。传统的机械弹簧性能无法满足工业自动化水平逐步提高的使用寿命要求，而采用新材料高性能的机械弹簧其热处理和表面处理工艺复杂且精度要求比较高，热处理和材料表面粗糙度对机械弹簧的疲劳强度影响很大。其中热处理要消耗大量的电力能源、表面处理对环境污染严重。由于机械弹簧的物理和力学特性的影响在长期负载作用下工作容易产生疲劳，使弹簧的力学性能下降，使用寿命降低，当自动化控制装置在紧急故障时，可能出现无法控制阀门的开启或关闭，造成自动化系统装置失效，可靠性和稳定性相对比较低，使用效果不理想。
机械手操结构与执行机构连接不紧凑、体积大，需要与执行机构进行附加连接，且操作力矩较大，现场需要几个人同时进行操作，降低了自动化控制水平，且浪费资源和人力资源，使用不方便。因此急需出现一种体积小、安装方便、操作省力、稳定性强、安全可靠的单作用气动执行机构。
齿轮齿条结构的执行机构的力矩是线性的，随着弹簧力的释放；开启力矩逐渐变小，到阀门开启或关闭位置执行机构力矩是最小的，而阀门的开启力矩是抛物线型的，在阀门开启和关闭位置力矩是最大的，这样配置执行机构体积相对偏大，用执行机构最小的力矩点匹配阀门开启的最大力矩点。执行机构的力矩曲线和阀门的开启力矩曲线不吻合，不是最经济的机械结构设计。
发明内容
本发明根据以上不足，提供了一种用于阀门的单作用气动执行机构。
本发明的技术方案是：
一种用于阀门的单作用气动执行机构，包括：控制阀门开关的阀门主轴，其特征是，还包括：
箱体，与阀门壳体固定，箱体上设置穿入阀门主轴的轴孔；
气缸，缸体与箱体固定，气缸连杆伸入到箱体内；
油缸，缸体与箱体固定，油路敞开，油缸连杆伸入到箱体内与气缸连杆固定；
滑块，与油缸连杆固定；
转轴，一端与滑块固定，另一端从滑块伸出；
拨叉，呈U字型，底部与阀门主轴固定，转轴位于U字型空腔内；
油缸罩，与箱体固定，油缸位于油缸罩内；
氮气弹簧位于油缸活塞与油缸罩的一个内端面之间；
气缸在气压的作用下，气缸连杆伸张，施压油缸连杆和滑块，油缸连杆收缩，氮气弹簧受压，滑块上的转轴带动拨叉和阀门主轴转动，打开或关闭阀门，气缸连杆收缩时，氮气弹簧自动复位，阀门快速复位。
气缸连杆收缩可以是人工控制或自动控制，将气缸内的气压释放。
氮气弹簧结构紧凑、体积小、弹压力较大（初始氮气压力15MPa）、相当于变载荷的液压缸，耐冲击力强、安全性和可靠性高、且使用寿命长等特点。使用寿命在100万次以上，最大行程次数每分钟6至40次使用频率较高，已经在汽车行业和冲压设备中广泛应用，代表着新的技术发展方向。
阀门主轴、拨叉、滑块、油缸连杆和转轴组成的五连杆机构，可以实现输出力矩曲线为抛物线型曲线，满足阀门所需的力矩曲线为抛物线型曲线，即在阀门开启和关闭位置力矩大，之间过程力矩小的力矩曲线。结构设计经济性好且运行平稳。
为了控制油缸的动作，还包括：
手动泵、液压阀和手动截止阀，三者与所述的油缸组成液压手动系统，该液压手动系统固定在所述油缸罩上，通过液压手动系统，能手动让油缸连杆收缩，在气缸连杆收缩的前提下，还能在液压手动系统和氮气弹簧的作用下，让油缸连杆伸张。
液压的推力远远优于机械结构推力且不需减速。液压技术的应用将逐步被推广和普及，工艺自动化装置即将进入液压时代。
为了获得阀门位置的信息，还包括阀位器，该阀位器与所述阀门主轴连接，阀位器能显示阀门主轴的转动角度。
为了获得油缸活塞位置的信息，还包括油位透视窗，该油位透视窗设置在所述油缸罩上，油位透视窗能显示油缸罩内的油量，从而能得知所述油缸活塞的位置。
为了能受力合理、对称，所述拨叉为双U字型结构，所述转轴从所述滑块的两端伸出且分别位于两个U字型空腔内。
为了拆装方便，所述手动泵的泵体用螺纹结构插装在所述油缸罩上。
我们知道，氮气弹簧有存在漏气的可能性，为了能了解氮气弹簧是否漏气，还包括刻度盘和可拆卸的校验拉簧，校验拉簧的一端能钩住所述手动泵的手压杆、另一端能钩住所述油缸罩的固定柱，刻度盘相对所述油缸罩固定，刻度盘能显示手压杆的角度。根据氮气弹簧选择合适的校验拉簧参数，结合刻度盘可获得手压杆的角度，进而可以得知氮气弹簧的初始压力，举例说，当使用某校验拉簧时，手压杆在刻度盘上的角度刚好是零对，对应的是氮气弹簧的初始压力，数月后，手压杆在刻度盘上的角度变小，此时，就可以判断氮气弹簧已有变化，可能是有漏气发生。以此可以校验氮气弹簧是否漏气，非校验情况下，校验拉簧取下。
一种阀门，包括所述的用于阀门的单作用气动执行机构。
本发明应用于石油、石化、电力等自动化仪表控制装置中，可快速开启或关闭阀门，避免事故发生，手动操作方便简单省力，可靠地保护自动化仪表控制装置，安全系数高。
本发明具有整体体积小、安装方便、灵敏度高、反应迅速、稳定性好、安全可靠、节省人力资源的有益效果。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为图1拆除拨叉后的结构示意图。
图3为本发明局部外形结构示意图。
图4为本发明拨叉相关的局部侧视图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步的说明：
如图所示，一种用于阀门的单作用气动执行机构，包括：控制阀门开关的阀门主轴38，还包括：
箱体20，与阀门壳体固定，箱体20上设置穿入阀门主轴38的轴孔；
气缸1，缸体与箱体20固定，气缸连杆11伸入到箱体20内；
油缸7，缸体与箱体20固定，油路敞开，油缸连杆71伸入到箱体20内与气缸连杆11；
滑块23，与油缸连杆71固定；
转轴22，一端与滑块23固定，另一端从滑块23伸出；
拨叉21，呈U字型，底部与阀门主轴38固定，转轴22位于U字型空腔内；
油缸罩17，与箱体20固定，油缸7位于油缸罩17内；
氮气弹簧13位于油缸7活塞与油缸罩17的一个内端面之间；
气缸1在气压的作用下，气缸连杆11伸张，施压油缸连杆71和滑块23，油缸连杆71收缩，氮气弹簧13受压，滑块23上的转轴22带动拨叉21和阀门主轴38转动，打开或关闭阀门，气缸1连杆收缩时，氮气弹簧13自动复位，阀门快速复位。
阀门主轴38与拨叉21通过对称的两个销子381固定。拨叉21和阀门主轴38的转动角度约90度。
还包括：
手动泵15、液压阀和手动截止阀16，三者与的油缸7组成液压手动系统，该液压手动系统固定在油缸罩17上，通过液压手动系统，能手动让油缸连杆71收缩，在气缸连杆11收缩的前提下，还能在液压手动系统和氮气弹簧13的作用下，让油缸连杆71伸张。
还包括阀位器24，该阀位器24与阀门主轴38连接，阀位器24能显示阀门主轴38的转动角度。
还包括油位透视窗12，该油位透视窗12设置在油缸罩17上，油位透视窗12能显示油缸罩17内的油量121，从而能得知油缸7活塞的位置。
拨叉21为双U字型结构，转轴22从滑块23的两端伸出且分别位于两个U字型空腔内。
手动泵15的泵体用螺纹结构插装在油缸罩17上。
还包括刻度盘42和可拆卸的校验拉簧41，校验拉簧41的一端能钩住手动泵15的手压杆14、另一端能钩住油缸罩17的固定柱，刻度盘42相对油缸罩17固定，刻度盘42能显示手压杆14的角度。
一种阀门，包括用于阀门的单作用气动执行机构。

Claims (6)

1.一种用于阀门的单作用气动执行机构，包括：控制阀门开关的阀门主轴(38)，其特征是，还包括：
箱体(20)，与阀门壳体固定，箱体(20)上设置穿入阀门主轴(38)的轴孔；
气缸(1)，缸体与箱体(20)固定，气缸连杆(11)伸入到箱体(20)内；
油缸(7)，缸体与箱体(20)固定，油路敞开，油缸连杆(71)伸入到箱体(20)内与气缸连杆(11)固定；
滑块(23)，与油缸连杆(71)固定；
转轴(22)，一端与滑块(23)固定，另一端从滑块(23)伸出；
拨叉(21)，呈U字型，底部与阀门主轴(38)固定，转轴(22)位于U字型空腔内；
油缸罩(17)，与箱体(20)固定，油缸(7)位于油缸罩(17)内；
氮气弹簧(13)位于油缸(7)活塞与油缸罩(17)的一个内端面之间；
气缸(1)在气压的作用下，气缸连杆(11)伸张，施压油缸连杆(71)和滑块(23)，油缸连杆(71)收缩，氮气弹簧(13)受压，滑块(23)上的转轴(22)带动拨叉(21)和阀门主轴(38)转动，打开或关闭阀门，气缸连杆（ 11 ） 收缩时，氮气弹簧(13)自动复位，阀门快速复位；
手动泵(15)、液压阀和手动截止阀(16)，三者与所述的油缸(7)组成液压手动系统，该液压手动系统固定在所述油缸罩(17)上，通过液压手动系统，能手动让油缸连杆(71)收缩，在气缸连杆(11)收缩的前提下，还能在液压手动系统和氮气弹簧(13)的作用下，让油缸连杆(71)伸张；
还包括刻度盘(42)和可拆卸的校验拉簧(41)，校验拉簧(41)的一端能钩住所述手动泵(15)的手压杆(14)、另一端能钩住所述油缸罩(17)的固定柱，刻度盘(42)相对所述油缸罩(17)固定，刻度盘(42)能显示手压杆(14)的角度。
2.如权利要求1所述的一种用于阀门的单作用气动执行机构，其特征是，还包括阀位器(24)，该阀位器(24)与所述阀门主轴(38)连接，阀位器(24)能显示阀门主轴(38)的转动角度。
3.如权利要求1所述的一种用于阀门的单作用气动执行机构，其特征是，还包括油位透视窗(12)，该油位透视窗(12)设置在所述油缸罩(17)上，油位透视窗(12)能显示油缸罩(17)内的油量(121)，从而能得知所述油缸(7)活塞的位置。
4.如权利要求1-3任一项所述的一种用于阀门的单作用气动执行机构，其特征是，所述拨叉(21)为双U字型结构，所述转轴(22)从所述滑块(23)的两端伸出且分别位于两个U字型空腔内。
5.如权利要求1所述的一种用于阀门的单作用气动执行机构，其特征是，所述手动泵(15)的泵体用螺纹结构插装在所述油缸罩(17)上。
6.一种阀门，其特征是，包括如权利要求1-5任一项所述的用于阀门的单作用气动执行机构。
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