CN107606280B - 一种紧凑型直线式阀芯开合度控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种紧凑型直线式阀芯开合度控制装置，其中操控单元(1)与电气驱动(2)相互连接进行信息交换，以发送控制指令及显示动作状态；所述电气驱动(2)输出端连电动机的控制端，电气驱动(2)的信号反馈端连接执行机构(4)的信号输出端，所述执行机构(4)按操控单元(1)的指令运行至设定位置；当工作异常而触发限位开关时，限位开关的信号反馈至电气驱动(2)作限位保护；传动单元(3)为执行机构(4)的运行提供动力；执行机构(4)将传动单元(3)的旋转运动转换为直线运动输出，并推动阀门(5)的阀芯移动以控制阀芯的开合度。本发明能实现阀门位置以及作用力的精确控制，体积小，适于空间狭窄的安装位置。

Description

一种紧凑型直线式阀芯开合度控制装置

技术领域

本发明涉及阀门控制技术领域，尤其涉及一种紧凑型直线式阀芯开合度控制装置。

背景技术

在自动控制技术逐渐发展的今天，汽、液输送装置逐渐采用自动控制技术，变得更加智能化和小型化，尤其是能够自动控制的阀门逐渐替代了人工开合的阀门。在阀门的自动控制技术中，最重要的是阀门执行器。这种阀门执行器可以将操作人员与阀门的压力元件进行隔离，很大程度上提高了阀门开合的安全程度，提高了工作效率，实现流量的精确调节和控制。

直线式阀门执行器是最近一些年来发展并投入使用最为迅速的阀门执行器，其优点是可对阀门的开合实现直线控制或角度控制，启闭速度快。现有的直线式阀门执行器有液压直线式阀门执行器和气动直线式阀门执行器。

然而，现有的液压、气动直线式阀门执行器的位置可控性差、维修不便、灵敏性差、环境敏感度高，且会造成较大的泄露及噪声污染等特点，已难以适应当今智能工业发展的需要。

而且现有的液压、气动直线式阀门执行器的结构复杂，无法切换马达旋转方向，不适于安装空间狭窄的船舶行业。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种紧凑型直线式阀芯开合度控制装置，其能够实现阀门位置以及作用力的精确控制，而且结构简单，可以切换马达旋转方向，适合于空间狭窄的安装位置。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

本发明提供一种紧凑型直线式阀芯开合度控制装置，其包括：

操控单元、电气驱动、传动单元、执行机构和阀门；

所述操控单元与电气驱动相互连接进行信息交换，以发送控制指令给电气驱动及显示动作状态；

所述电气驱动的输出端连接传动单元中电动机的控制端，电气驱动的信号反馈端连接执行机构的信号输出端，所述执行机构按操控单元的指令动作；当工作异常而触发两端限位开关时，限位开关的信号反馈至电气驱动作限位保护；

传动单元为执行机构的运行提供动力；

执行机构将传动单元的旋转运动转换为直线运动输出，并推动阀门的阀芯做左右移动以控制阀芯的开合度；

更优选地，所述传动单元包括：

电动机和传动系；

电动机提供的动力经过传动系以定减速比形式传递所述动力至执行机构；

所述传动系包括扳手扣，所述扳手扣设置在大传动件外侧。

更优选地，所述传动单元中的电动机和所述执行机构固定在固定板上，且电动机的动力轴的中心线与执行机构的直线运行方向平行。

更优选地，所述固定板上设置有与所述电动机的连接法兰配合的槽，所述槽为腰形槽，且用于固定所述电动机的孔为腰形孔。

更优选地，所述执行机构包括：

丝杠、轴承组件、螺母组件、推杆、防转部件、缸筒前端盖和缸筒；

所述缸筒的左端连接到轴承组件上，右端连接缸筒前端盖；所述丝杠的左端伸出轴承组件，并与传动单元的大传动件相接，右端伸入推杆的内部；螺母组件装在丝杠上，螺母组件上轴线安装有防转部件，且置于缸筒内部；推杆的左端与螺母组件固定连接，右端伸出缸筒前端盖后与所述阀门相接。

更优选地，所述轴承组件包括：

轴承、轴承内套、轴承座、轴承端盖、轴承油封和锁紧螺母；

所述轴承内套、轴承以及轴承油封整体放置于轴承座的内部，并在端部设置轴承端盖；轴承内套的外壁与轴承的内圈过盈连接；轴承内套的内壁与丝杠的光轴部分过盈连接；锁紧螺母配合丝杠的螺纹将轴承进行锁紧。

更优选地，所述螺母组件包括：

螺母、螺母套、耐磨环、磁环、磁环挡圈和螺母挡圈；

所述螺母安装于丝杠上；所述螺母套、螺母挡圈分别位于螺母的两侧；所述螺母套的轴向方向上开有用于安装所述防转部件的防转槽，螺母套的中部位置径向方向上开有用于安装耐磨环的卡槽，靠近端部位置径向方向上开有用于安装磁环、磁环挡圈的相应卡槽；所述耐磨环、磁环、磁环挡圈安装在所述卡槽内。

更优选地，所述防转部件包括：

防转杆以及滑动片；

所述滑动片贴附于螺母套上的防转槽内壁上；所述防转杆固定于缸筒的内表面，与螺母套上的防转槽相配合；导向过程中，所述防转杆静止，所述螺母组件通过滑动片与防转杆发生相对平移。

更优选地，所述缸筒前端盖内孔安装有滑动轴承，所述滑动轴承与推杆相接触。

更优选地，所述缸筒前端盖内装有密封圈和防尘圈。

由上述本发明的技术方案可以看出，本发明具有如下技术效果：

本发明通过电气驱动控制传动单元，实现对位置的精确控制以及减速器精确的减速控制，并且通过执行机构将传动单元的旋转运动转换为直线运行来推动阀门运行，进而实现阀门位置以及作用力的精确控制，定位精度达到0.02mm。

本发明通过固定板使得传动单元中的电机的动力输出轴平行于执行机构的直线运行方向，因此能够改变了电机的旋转方向，使得本发明的体积小，适于空间狭窄的安装位置。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中传动单元的结构示意图；

图3为本发明中执行机构的结构示意图；

图4-1为本发明中执行机构的轴承组件的结构示意图；

图4-2为本发明中轴承组件中的轴承座内零部件的组合结构示意图；

图5为本发明中执行机构的螺母组件的结构示意图；

图6-1为本发明中执行机构的防转部件的结构示意图；

图6-2为本发明中防转部件中防转杆的安装位置示意图。

图中：

操控单元1、电气驱动2、传动单元3、执行机构4和阀门5；小皮带轮321、同步带322、大皮带轮323和扳手扣324；丝杠41、轴承组件42、螺母组件43、推杆44、防转部件45、缸筒前端盖46和缸筒47；轴承421、轴承内套422、轴承座423、轴承端盖424、轴承油封425和锁紧螺母426；螺母431、防转槽4321、螺母套432、耐磨环433、磁环434、磁环挡圈435和螺母挡圈436；防转杆451以及滑动片452。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。

实施例一

本发明提供一种紧凑型阀芯开合度控制装置，其结构如图1，包括如下部件：操控单元1、电气驱动2、传动单元3、执行机构4和阀门5。

操控单元1与电气驱动2相互连接进行信息交换，以发送控制指令给电气驱动2及显示动作状态。电气驱动2的信号输出端连接传动单元3中电动机的控制端，发送控制指令传动单元3中的电动机以驱动并控制电动机按特定形式实现机械运动；同时考虑合理的安全保护及限位要求，电气驱动2的信号反馈端接执行机构4的信号输出端，执行机构4按指令动作；执行机构4到达一定位置会触发两端限位开关，限位开关的信号反馈传递给电气驱动2做限位保护，进而控制传动单元3中的电动机的运动。传动单元3为执行机构4的运行提供动力；执行机构4将旋转运动转换为直线运动输出，并推动阀门5的阀芯做左右移动，以控制阀芯的开合度，实现对流经阀门的流体的控制。

上述操控单元1设置在操控台上，其包括外部开关、显示灯等，操控单元1与电气驱动2通过线路相连。

电气驱动2由外部供电。电气驱动2的信号输出端连接传递单元3的控制端，其信号反馈端接执行机构4的信号输出端。其采用可编程控制器，内部嵌入软件程序，该程序可以根据实际的工作需求以及安全保护、检测及主动触发等要求，进行特定的编写，可以实现阀门的复杂智能化控制。该电气驱动2通过支架安装固定，依靠自身散热。

正常工作过程中，通过触发操控单元1中的外部开关发送控制指令，该指令通过电气驱动2处理后转换为控制信号，该控制信号通过电气驱动2的信号输出端输出给传动单元3中的电动机，电动机的动力通过传动系减速后带动执行机构4运行，以控制整个阀芯开合度，最终实现整个控制装置按要求工作。

传动单元3包括电动机和传动系，传动单元3通过传动系以定减速比形式将动力传递至执行机构4。该传动系可以为皮带传输机构，也可以为其它传动机构，如齿轮传动机构。如图2所示给出传动系为皮带传输机构的结构示意图，包括作为小传动件的小皮带轮321、同步带322、作为大传动件的大皮带轮323和扳手扣324。其中的扳手扣324设置在大传动件的外侧，用于在电机故障时，提供手动的动力输入，实现阀门的紧急开合。

上述执行机构4的结构如图3所示，包括：丝杠41、轴承组件42、螺母组件43、推杆44、防转部件45、缸筒前端盖46和缸筒47。

丝杠41的左端伸出轴承组件42，并与传动单元3的大传动件通过键连接；丝杠41的右端伸入推杆44的内部。丝杠41上装有螺母组件43，螺母组件43与推杆44通过螺钉固定连接。螺母组件43上轴线安装有防转部件45，且置于缸筒47内部；缸筒47的左端连接到轴承组件42上，右端连接缸筒前端盖46；推杆44伸出缸筒前端盖46后与阀门5相接。

上述传动单元3中的电动机和执行机构4中的轴承组件42，通过连接法兰和紧固件固定在固定板上，且电动机的动力轴的中心线与执行机构4的直线运行方向平行，由此可以转换电动机的旋转方向，使得本发明较现有液压或气动直线式阀门执行器，更加适用于空间狭窄的安装位置。为了实现传动单元3与执行机构4之间的中心距可调，该固定板和电动机的连接法兰配合的槽为腰形槽，且用于固定电动机的孔为腰形孔。

上述轴承组件42的结构如图4-1和图4-2所示，包括：轴承421、轴承内套422、轴承座423、轴承端盖424、轴承油封425和锁紧螺母426。其中，轴承内套422、轴承421以及轴承油封425整体放置于轴承座423的内部，并在端部设置轴承端盖424。轴承内套422的外壁与轴承421的内圈过盈连接。轴承内套422的内壁与丝杠41的光轴部分过盈连接，锁紧螺母426配合丝杠41的螺纹将轴承421进行锁紧。

上述螺母组件43套接在丝杠41上，其通过法兰与推杆44相连。该螺母组件43的结构如图5所示，包括螺母431、螺母套432、耐磨环433、磁环434、磁环挡圈435和螺母挡圈436。

其中，螺母431安装于丝杠41上。螺母套432、螺母挡圈436分别位于螺母431的两侧，三者通过螺栓连接在一起。其中螺母套432的轴向方向上开有防转槽4321，螺母套432的中部位置径向方向上开有用于安装耐磨环433的卡槽，靠近端部位置径向方向上开有用于安装磁环434、磁环挡圈435的相应卡槽。螺母套432的设计可以很好的保护丝杠螺母结构，避免对螺母结构的二次设计和加工，而且螺母套432便于更换，有很好的使用维修功能。

耐磨环433、磁环434、磁环挡圈435安装在螺母套432上相应的卡槽内；工作时耐磨环433的外表面与缸筒内圆柱面发生相对滑动，从而能够实现对丝杠副的辅助径向支撑作用。该耐磨环433的特点是：摩擦小、结构简单且成本低。

推杆44的左端与螺母组件43相连接，推杆44的右端从缸筒前端盖46的内孔伸出。为了保护推杆44的外壁，缸筒前端盖46内孔安装有滑动轴承，通过滑动轴承与推杆44中的推杆相接触，为推杆提供支撑和导向作用。

为了密封作用，缸筒前端盖46内还装有密封圈、防尘圈等。

防转部件45安装在螺母组件43中的螺母套432上，其结构如图6-1和图6-2所示，包括：防转杆451以及滑动片452。结构中，滑动片452通过胶结贴附于螺母套432上的防转槽4321内壁上上，与螺母副形成一体。防转杆451通过螺钉固定于缸筒的内表面，与螺母套432上的防转槽4321相配合。导向过程中，防转杆451静止，螺母组件43通过滑动片452与防转杆451发生相对平移，从而抑制螺母组件43的旋转运动，实现该机构的导向功能。

缸筒47位于丝杠螺母等结构的外部，对内部结构起到保护隔离的作用。通过长螺钉，将缸筒47的两端分别与缸筒前端盖46和轴承组件42中的轴承座423连接在一起。

由上述可以看出，本发明通过电气驱动控制传动单元中的电动机的每一个脉冲，实现对位置的精确控制以及减速器精确的减速控制，并且通过执行机构将传动单元的旋转运动转换为直线运行来推动阀门运行，进而实现阀门位置以及作用力的精确控制，定位精度达到0.02mm。通过固定板使得传动单元中的电动机的动力输出轴平行于执行机构的直线运行方向，因此能够改变电动机的旋转方向，使得本发明的体积小，适于空间狭窄的安装位置。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不限定本发明。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (8)

1.一种紧凑型直线式阀芯开合度控制装置，其特征在于，所述紧凑型直线式阀芯开合度控制装置包括：

操控单元(1)、电气驱动(2)、传动单元(3)、执行机构(4)和阀门(5)；

所述操控单元(1)与电气驱动(2)相互连接进行信息交换，以发送控制指令给电气驱动(2)及显示动作状态；

所述电气驱动(2)的输出端连接传动单元(3)中电动机的控制端，电气驱动(2)的信号反馈端连接执行机构(4)的信号输出端，所述执行机构(4)按操控单元(1)的指令动作；当工作异常而触发两端限位开关时，限位开关的信号反馈至电气驱动(2)作限位保护；

传动单元(3)为执行机构(4)的运行提供动力；

所述执行机构(4)包括：丝杠(41)、轴承组件(42)、螺母组件(43)、推杆(44)、防转部件(45)、缸筒前端盖(46)和缸筒(47)；所述缸筒(47)的左端连接到轴承组件(42)上，右端连接缸筒前端盖(46)；所述丝杠(41)的左端伸出轴承组件(42)，并与传动单元(3)的大传动件相接，右端伸入推杆(44)的内部；螺母组件(43)装在丝杠(41)上，螺母组件(43)上轴线安装有防转部件(45)，且置于缸筒(47)内部；推杆(44)的左端与螺母组件(43)固定连接，右端伸出缸筒前端盖(46)后与所述阀门(5)相接；

所述传动单元(3)中的电动机和所述轴承组件(42)固定在固定板上，且电动机动力轴的中心线与所述执行机构(4)的直线运行方向平行；所述执行机构(4)将传动单元(3)的旋转运动转换为直线运动输出，并推动阀门(5)的阀芯做左右移动以控制阀芯的开合度。

2.根据权利要求1所述的一种紧凑型直线式阀芯开合度控制装置，其特征在于，所述传动单元(3)包括：

电动机和传动系；

电动机提供的动力经过传动系以定减速比形式传递所述动力至执行机构(4)；

所述传动系包括扳手扣(324)，所述扳手扣(324)设置在大传动件外侧。

3.根据权利要求2所述的一种紧凑型直线式阀芯开合度控制装置，其特征在于，

所述固定板上设置有与所述电动机的连接法兰配合的槽，所述槽为腰形槽，且用于固定所述电动机的孔为腰形孔。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种紧凑型直线式阀芯开合度控制装置，其特征在于，所述轴承组件(42)包括：

轴承(421)、轴承内套(422)、轴承座(423)、轴承端盖(424)、轴承油封(425)和锁紧螺母(426)；

所述轴承内套(422)、轴承(421)以及轴承油封(425)整体放置于轴承座(423)的内部，并在端部设置轴承端盖(424)；轴承内套(422)的外壁与轴承(421)的内圈过盈连接；轴承内套(422)的内壁与丝杠(41)的光轴部分过盈连接；锁紧螺母(426)配合丝杠(41)的螺纹将轴承(421)进行锁紧。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的一种紧凑型直线式阀芯开合度控制装置，其特征在于，所述螺母组件(43)包括：

螺母(431)、螺母套(432)、耐磨环(433)、磁环(434)、磁环挡圈(435)和螺母挡圈(436)；

所述螺母(431)安装于丝杠(41)上；所述螺母套(432)、螺母挡圈(436)分别位于螺母(431)的两侧；所述螺母套(432)的轴向方向上开有用于安装所述防转部件(45)的防转槽(4321)，螺母套(432)的中部位置径向方向上开有用于安装耐磨环(433)的卡槽，靠近端部位置径向方向上开有用于安装磁环(434)、磁环挡圈(435)的相应卡槽；所述耐磨环(433)、磁环(434)、磁环挡圈(435)安装在所述卡槽内。

6.根据权利要求1至3任意一项所述的一种紧凑型直线式阀芯开合度控制装置，其特征在于，所述防转部件(45)包括：

防转杆(451)以及滑动片(452)；

所述滑动片(452)贴附于螺母套(432)上的防转槽(4321)内壁上；所述防转杆(451)固定于缸筒的内表面，与螺母套(432)上的防转槽(4321)相配合；导向过程中，所述防转杆(451)静止，所述螺母组件(43)通过滑动片(452)与防转杆(451)发生相对平移。

7.根据权利要求1至3任意一项所述的一种紧凑型直线式阀芯开合度控制装置，其特征在于，所述缸筒前端盖(46)内孔安装有滑动轴承，所述滑动轴承与推杆(44)相接触。

8.根据权利要求1至3任意一项所述的一种紧凑型直线式阀芯开合度控制装置，其特征在于，所述缸筒前端盖(46)内装有密封圈和防尘圈。