CN105673911B - 开关阀的驱动装置及驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于开关阀的驱动装置及驱动方法。该驱动装置包括旋转驱动器和用于将所述旋转驱动器的旋转运动转换为线性运动的齿轮机构、连杆机构、凸轮机构、或滑件曲柄机构,所述驱动装置可以将所述旋转驱动器产生的旋转运动转换为所述开关阀的线性运动。所述驱动装置可以对所述开关阀的阀门驱动杆施加非线性位移‑时间的运动或非线性位移‑力的行为。利用本发明提供结构紧凑、低能耗的驱动装置可以有效地保证所述开关阀的密封性,且能够有效地调节所述开关阀的行径。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种用于开关阀的驱动装置及驱动方法。
【背景技术】
目前,开关阀(switch valve)是可以用来对设备进行加热的。目前,无论是线性步进电机,还是带有下游齿轮机构的旋转同步电机,都能够更好地适用于在加热设备中使用。线性步进驱动器的优势在于基于精确的步进规范,其可以一直位于所述开关阀阀盘的完全自定义及完全可调的行径上。所述开关过程中的速度是由所述特定步进速度控制的,同样也会受到该特定步进速度的限制。该类线性步进驱动器的最大缺点是其需要非常昂贵的驱动器。
使用旋转驱动器的缺点在于,大多数同步电机具有相应的下游齿轮机构,该下游齿轮机构可以将所述电机的旋转运动转换为所述开关阀密封机身的平移运动。虽然这类旋转驱动器具有驱动简单的优点,但是,到目前为止,力传递一直是单向的,这就意味着所述驱动器仅可以在一个方向推动所述开关阀的阀杆。为了在两个阀杆端部位置处保证必要的密封力,当将所述阀杆推进阀座时,所述旋转驱动器必须在同一时间预加载一个适当设计的返回元件。由于上述构造,所设计的旋转驱动器必能要施加一个对应于双倍密封力的作用力。所述旋转驱动器的另一个缺点在于,该驱动器或其变形体通常没有精确定义的行径可以调整。此外,在该驱动器的整个行径中,其速度及闭合力既不可控也不恒定。
EP2126431B1描述了一种用于驱动致动流体阀门的驱动装置,该驱动装置在结构上设计得短小且具有一个自支撑式套管。该驱动装置被配置为在其端部位置是不可激活的。该驱动装置借助于以相互抵靠的凸轮轮廓特殊移动的旋转同步电机而运作的,所述旋转运动会生成平移运动。然而,所述这种驱动装置仅仅适合于小的平移运动(即相对较短的行径),这是由于所述凸轮侧面相互之间的滑动对大梯度来说会导致过大的摩擦力,且其低能量消耗的优势也会被抵消掉。该解决方案同样有上述提及的缺陷,即,由于该驱动装置的单向管箍(coupling),所述驱动装置必须施加双倍的密封力,且整个行径中必须保持恒速及恒定的闭合力。
【发明内容】
本发明的目的在于,提供一种可克服上述缺点的用于加热设备的开关阀的驱动装置和驱动方法。
一种用于开关阀的驱动方法,该方法应用于驱动装置上,该驱动装置包括旋转驱动器和用于将旋转运动转换为线性运动的齿轮机构,该方法包括以下步骤:当所述旋转驱动器电路不工作时,所述驱动装置控制所述开关阀处于阀门端部位置,所述驱动装置对所述开关阀的阀门驱动杆施加非线性位移-时间的运动及/或非线性位移-力的行为。
在一些实施例中,所述驱动装置为双向力发生器,该方法还包括以下步骤:该驱动装置利用一个联轴点在两个方向上对所述开关阀的阀门驱动杆均施加非线性位移-时间的运动及/或非线性位移-力的行为,所述联轴点连接所述开关阀的阀门驱动杆与所述齿轮机构。
一种用于开关阀的驱动装置,该驱动装置包括旋转驱动器和用于将所述旋转驱动器的旋转运动转换为线性运动的齿轮机构,当所述旋转驱动器电路不工作时,所述驱动装置控制所述开关阀处于阀门端部位置,该齿轮机构利用一联轴点与所述开关阀的阀门驱动杆连接,所述旋转驱动器与所述齿轮机构均设置在所述驱动装置的主板上;其中,所述齿轮机构被配置为:当所述旋转驱动器处于连续运动的状态时,所述齿轮机构的平移运动输出在两个运动方向上产生非线性位移-时间的运动及/或非线性位移-力的行为。
在一些实施例中,所述齿轮机构中设置有一弹性元件以使得所述联轴点的位置随着所述开关阀的阀门连接杆的反作用力而变化。
在一些实施例中,所述齿轮机构被配置为一个滑件曲柄机构,其中,当所述滑件曲柄机构的曲柄轮被所述旋转驱动器驱动时,所述阀门驱动杆由一个摇臂和所述联轴点驱动以进行线性移动,所述摇臂的耦合点的位置是通过弹性元件随着力的变化而变化的。
在一些实施例中,所述齿轮机构被配置为一个滑件曲柄机构,其中,当所述滑件曲柄机构的曲柄轮被所述旋转驱动器驱动时,所述阀门驱动杆由一个弹性摇臂和所述联轴点驱动以进行线性移动。
在一些实施例中,所述齿轮机构被配置为一个凸轮机构。
在一些实施例中,所述齿轮机构被配置为一个连杆机构。
在一些实施例中,所述驱动装置还包括一个阀位指示器,该阀位指示器突出于所述驱动装置设置,以外露于所述驱动装置的外壳上,所述阀位指示器用于指示所述开关阀的阀门驱动杆所在的阀门端部位置。
在一些实施例中,所述驱动装置包括由旋转驱动器驱动曲柄轮,所述曲柄轮具有一个位置轮廓,其用于引导所述阀位指示器在所述驱动装置的外壳内移动,以用于指示所述开关阀的阀门驱动杆所在的阀门端部位置。
本发明所述的驱动装置结构紧凑、体积小、低能耗,且能够为所述开关阀施加足够的闭合力,也可以完全地密封所述开关阀且永久地处于各自对应的阀杆端部位置。利用本发明可以实现大范围地调节行径,允许简单的驱动和操作,即使在连续操作驱动装置的情况下,也可以在行径中允许速度和力的变化。
【附图说明】
图1示出了本发明示例性实施例的驱动装置及开关阀的外形示意图。
图2示出了本发明第一实施例中具有齿轮机构的驱动装置的结构示意图。
图3示出了本发明第二实施例中具有滑件曲柄机构的驱动装置。
图4a和图4b示出了本发明中阀位指示器处于两个位置时的所述驱动装置的结构示意图。
图5示出了本发明第三实施例中具有凸轮机构的驱动装置的结构示意图。
图6示出了本发明第四实施例中具有连杆机构的驱动装置的结构示意图。
【主要元件符号说明】
驱动装置 1
开关阀 2
旋转驱动器 3
阀门驱动杆 4
外壳 5
主板 6
齿轮机构 7
连杆机构 8
凸轮机构 9
滑件曲柄机构 10
凸轮盘 11
联轴点 12
联轴杆 13
弹性元件 14
曲柄轮 15
摇臂 16
弹性摇臂 17
接线板 18
开关 19
连接插头 20
阀位指示器 21
位置轮廓 22
凸轮从动件 23
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
【具体实施方式】
图1示出了驱动装置1的外视图以及位于该驱动装置1下方的开关阀2的外视图。在一实施例中,本发明所述的开关阀2可用于为不同尺寸大小的设备加热。所述开关阀2由阀门驱动杆4驱动。所述驱动装置1可以驱动所述阀门驱动杆4运动。所述驱动装置1具有外壳5、阀位指示器21及主板6。所述阀位指示器21可以相对于所述外壳5外露,以识别出所述开关阀2的阀盘(图中未示出)的位置。所述外壳5上具有固定于所述主板6上的连接插头20。在一实施方式中,该连接插头20可以嵌入设置于所述外壳5的一侧面上。此外,所述主板6的底部可以被配置为能够使用一种简单的方式(例如,使用一种卡口式连接方式)来连接所述开关阀2。同时,所述主板6的底部区域具有套管的功能,以套在所述开关阀2的上端部。在一实施例中,所述驱动装置1的外壳5可以包括处于中央的所述主板6。
图2及图3示出了本发明第一较佳实施例中具有齿轮机构7的驱动装置1的内部结构示意图。所述驱动装置1的内部还设置有旋转驱动器3、联轴点12(coupling point)、弹性元件14、曲柄轮15、摇臂16、接线板18以及开关19。
所述齿轮机构7(例如一插入式圆柱齿轮机构)由所述旋转驱动器3的轴(图中未示出)驱动。所述齿轮机构7由所述主板6支撑。所述曲柄轮15设置于一圆柱齿轮(图中未示出)上,用于驱动所述开关19开启或关闭所述旋转驱动器3。所述曲柄轮15由旋转驱动器3驱动,且所述阀门驱动杆4由摇臂16和联轴点12控制进行线性移动。
所述弹性元件14容置于所述曲柄轮15内。所述弹性元件14的一端固定于所述曲柄轮15内侧的一个固定点上,由所述曲柄轮15的内侧支撑。所述弹性元件14的另一端上的轴承轴颈由所述摇臂16支撑。该弹性元件14的另一端被引导为在所述曲柄轮15中是可以径向移动的。其中,所述弹性元件14设置在所述驱动装置1内且位于所述旋转驱动器3与所述阀门驱动杆4的线性驱动之间,这样可以进一步改进所述密封力和所述阀盘的紧密性。
所述摇臂16借助于一连杆轴承(图中未示出)在一个联轴点12处与所述阀门驱动杆4相连接。应说明的是,所述摇臂16的耦合点(图中未示出)的位置可以随着所述设置在所述曲柄轮15内的弹性元件14的力的不同而变化。上述这种结构可以使得借助于所述摇臂16的受载弹簧的支撑与引导,所述旋转驱动器3的从动轴(图中未示出)的连续旋转运动不仅能够通过所述阀门驱动杆4对所述开关阀2的阀盘施加双向平移运动,还能够对所述阀盘施加非线性位移-时间的运动及/或非线性位移-力的运动。在所述旋转驱动器3被关闭后,一定大小的闭合力会一直作用于所述阀盘上,这样以有效地保证所述开关阀2的密封性。所述旋转驱动器3与所述开关19相连接的相关线路和电路,及其他电子元器件,如果可以,均设置于所述接线板18上。
本发明利用所述驱动装置1控制所述开关阀2平移驱动的方法为,借助旋转驱动器3产生旋转运动,经由所述齿轮机构7与所述阀门驱动杆4的连接,将所述旋转运动转换为平移运动。应说明的是,当所述旋转驱动器3在电路不工作时,所述开关阀2处于其阀杆端部位置(valve end positions),使得所述驱动装置1可以对所述开关阀2的阀门驱动杆4的线性驱动施加非线性位移-时间的运动及/或非线性位移-力的行为。这样不仅可以对所述阀门驱动杆4施加足够的闭合力,还可以使得所述开关阀2的阀盘能够位于且保持在其端部位置(end point),以保证可靠的密封性。本发明不仅在任何阀杆端部位置需要较大的闭合力以安全地密封,在这些端部位置之间的行径中也同样需要较小的力。此外,在所述两个阀杆端部位置之间移动需要尽可能快的速度,但是到达所述行径的最后一个部分时需要以明显减小的速度到达所述端部位置(例如,进入阀座)。因此,所述开关阀2的切换需要尽可能的快,这样可以防止加热系统的液压系统产生不利流动的情况。
应说明的是,本发明所述驱动装置1被配置为一个双向力发生器,且能够借助于联轴点12对所述开关阀2的阀门驱动杆4的线性驱动施加线性的位移-时间的运动或非线性位移-力的行为,所述阀门驱动杆4不仅可以低能耗地移动,且在低能耗的情况下也能够保持在其两个端部位置,且随着同时对一个联结的阀盘施加所需要的闭合力,可以使得所述开关阀2在其两个阀杆端部位置均可以可靠地密封。
其中,当所述旋转驱动器3电路不工作时,所述驱动装置1处于阀杆端部位置或处于靠近所述齿轮机构7的死点(dead centre)位置。这样设计所述齿轮机构7可以使得当所述旋转驱动器3处于连续运动时,所述齿轮机构7的线性移动输出在两个方向上均有预定义的非线性位移-时间的运动及/或非线性位移-力的行为。
在第二较佳实施例中,所述用于将旋转运动转换为线性运动的齿轮机构7可以被配置为一个滑件曲柄机构10。再次参见图3所示,图3示意了本发明第二较佳实施例中具有滑件曲柄机构10的驱动装置1的内部结构示意图。所述滑件曲柄机构10具有一个弹性摇臂17。其中,与图2相比,图3中的所述的弹性摇臂17替换掉了图2中所述弹性元件14。在一实施例中,所述弹性摇臂17具有弹性元件的功能。所述弹性摇臂17稳固地由所述曲柄轮15内的一个轴承轴颈支撑。
为了可以监控所述开关阀2的阀盘的位置,本发明还提供阀位指示器21来指示所述开关阀2的阀盘的位置,其可以外露于所述驱动装置1的外壳5。参见图4a和图4ba,图4a和图4b示出了本发明中阀位指示器21处于两个位置时的所述驱动装置的结构示意图。当所述阀位指示器21处于如图4a所示的一个较高位置处时,表示所述阀盘处于一端部位置(endposition)。所述阀位指示器21可以简单地被设计成一个在外壳5内被引导的元件。所示阀位指示器21由位置轮廓22支撑,并由该位置轮廓22控制所述阀位指示器21移动。图4b示出了处于一个中间位置时的所述阀位指示器21,此时,所述阀盘处于一个中间位置。如果借助于所述阀门驱动杆4进一步地驱动所述阀盘,所述阀盘会移动至下一个末端位置,且所述阀位指示器21会再次向上移动,例如,所述阀位指示器21的一部分又会突出于所述外壳5,即相对于所述外壳5外露。
在第三较佳实施例中,所述用于将旋转运动转换为线性运动的齿轮机构7可以被配置为所述凸轮机构9。参见图5,示出了本发明第三实施例中具有凸轮机构9的驱动装置1的结构示意图。与第一实施例相比,本发明第三实施中利用凸轮机构9替换掉了第一实施例中的齿轮机构7。在本实施例中,所述凸轮机构9包括凸轮盘11与凸轮从动件23。所述凸轮机构9用于将力传输至所述阀门驱动杆4。
在进一步地实施例中,所述用于将旋转运动转换为线性运动的齿轮机构7可以被配置为所述连杆机构8,其可以借助于合理设置的齿轮和多个联轴杆13实现。图6示出了本发明第四实施例中具有连杆机构8的驱动装置1的结构示意图。与前面的第一实施例相比,本发明第四实施中利用连杆机构8替换掉了第一实施例中的齿轮机构7。所述连杆机构8包括多个联轴杆13(coupling link)。为了调节所述开关阀2的阀盘,多个联轴杆13设置在一个减速齿轮(图中未示出)与所述阀门驱动杆4之间以进行力的传输,使得所述旋转驱动运动被转换成所述联轴点12的平移输出运动。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式,但是本领域的技术人员应当理解,这些仅是举例说明,本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下,可以对这些实施方式做出多种变更或修改,但这些变更和修改均落入本发明的保护构思范围内。
Claims (8)
1.一种开关阀的驱动方法,该方法应用于驱动装置上,该驱动装置包括旋转驱动器和用于将旋转运动转换为线性运动的齿轮机构,当所述旋转驱动器电路不工作时,所述驱动装置控制所述开关阀处于阀门端部位置,其特征在于,该方法包括以下步骤:所述驱动装置对所述开关阀的阀门驱动杆施加非线性位移-时间的运动及/或非线性位移-力的行为,所述齿轮机构与所述阀门驱动杆的连接将所述旋转运动转换为平移运动,所述齿轮机构被配置为一个滑件曲柄机构或一个连杆机构,所述滑件曲柄机构的曲柄轮被所述旋转驱动器驱动,所述阀门驱动杆被一摇臂和一联轴点驱动以进行线性运动。
2.如权利要求1所述的开关阀的驱动方法,其特征在于,所述驱动装置为双向力发生器,该方法还包括以下步骤:该驱动装置利用一个联轴点在两个方向上对所述开关阀的阀门驱动杆均施加非线性位移-时间的运动及/或非线性位移-力的行为,所述联轴点连接所述开关阀的阀门驱动杆与所述齿轮机构。
3.一种开关阀的驱动装置,该驱动装置包括旋转驱动器和用于将所述旋转驱动器的旋转运动转换为线性运动的齿轮机构,当所述旋转驱动器电路不工作时,所述驱动装置控制所述开关阀处于阀门端部位置,其特征在于,该齿轮机构利用一联轴点与所述开关阀的阀门驱动杆连接,所述旋转驱动器与所述齿轮机构均设置在所述驱动装置的主板上;其中,所述齿轮机构被配置为:当所述旋转驱动器处于连续运动的状态时,所述齿轮机构的平移运动在两个运动方向上输出产生非线性位移-时间的运动及/或非线性位移-力的行为,所述齿轮机构被配置为一个滑件曲柄机构或一个连杆机构,所述滑件曲柄机构的曲柄轮被所述旋转驱动器驱动,所述阀门驱动杆被一摇臂和一联轴点驱动以进行线性运动。
4.如权利要求3所述开关阀的驱动装置,其特征在于,所述齿轮机构中设置有一弹性元件以使得所述联轴点的位置随着所述开关阀的阀门连接杆的反作用力而变化。
5.如权利要求3或4所述开关阀的驱动装置,其特征在于,所述齿轮机构被配置为一个滑件曲柄机构,其用于转换旋转运动为线性运动,所述滑件曲柄机构的曲柄轮被所述旋转驱动器驱动,所述阀门驱动杆被一摇臂和所述联轴点进行驱动以进行线性运动,所述摇臂的耦合点的位置随弹性元件的变化而变化。
6.如权利要求5所述开关阀的驱动装置,其特征在于,所述阀门驱动杆被一弹性摇臂和联轴点驱动以进行线性运动,所述弹性摇臂由所述曲柄轮支撑。
7.如权利要求3或4中任一权利要求所述开关阀的驱动装置,其特征在于,所述驱动装置还包括一个阀位指示器,该阀位指示器突出于所述驱动装置设置,以外露于所述驱动装置的外壳上,所述阀位指示器用于指示所述开关阀的阀门驱动杆所在的阀门端部位置。
8.如权利要求7所述开关阀的驱动装置,其特征在于,所述驱动装置包括由旋转驱动器驱动的曲柄轮,所述曲柄轮具有一个位置轮廓,其用于引导所述阀位指示器在所述驱动装置的外壳内移动,以用于指示所述开关阀的阀门驱动杆所在的阀门端部位置。
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