CN108374907B - 一种控制高压大流量球阀的驱动头 - Google Patents

Abstract

一种控制高压大流量球阀的驱动头。主要目的在于提供一种液压驱动头，通过液压给油驱动平衡式框架齿条活塞带动齿轮轴正向或反向旋转90度，进而控制高压大流量球阀的开关。其特征在于：所述驱动头采用平衡式框架双活塞结构，一侧框架设置齿条，可与齿轮轴配合输出转矩，另一侧框架用于平衡载荷，保持活塞整体刚性；活塞、缸体和两侧端盖构成密封腔，压力油输入可以推动活塞带动齿条驱动齿轮轴转动，从而实现转矩和角位移的输出，来控制球阀的开关；齿轮齿条传动机构和缸体与活塞的密封腔分开，以简化齿轮齿条转动部分密封结构。本种驱动头通过调整阀安装座及阀驱动轴的尺寸，可以适用于不同型号的高压大流量球阀的开关控制。

Description

一种控制高压大流量球阀的驱动头

技术领域

本发明涉及液压驱动技术，具体涉及一种液压驱动头。

背景技术

目前应用的液压驱动头主要有两种结构，一是齿轮齿条式轴瓦滑动两点支撑，由齿轮齿条机构将活塞直线运动转换成齿轮输出轴的转动；二是拨叉式利用输出轴上连杆将活塞的直线运动转换成输出轴的转动。前者由于受到液压油和齿轮啮合的双重作用力，易产生挠性变形，强度较差，同时也易磨损进一步造成密封失效；后者由于传递的力矩近似承抛物线，使部件受力不均，所以很容易发生故障。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种控制高压大流量球阀的驱动头，该种驱动头通过液压给油驱动平衡式框架齿条活塞带动齿轮轴正向或反向旋转90度，进而控制高压大流量球阀的开关。

本发明的技术方案是：该种控制高压大流量球阀的驱动头，包括缸体、齿条活塞、齿轮轴、左端盖、右端盖、支撑板、阀驱动轴、上支撑垫、下支撑垫以及阀安装座；

其中，所述缸体内表面为光滑圆柱面，用于和所述齿条活塞实现动密封配合；所述缸体中间部位的下部有用于所述齿轮轴安装的圆柱面通孔以及用于实现所述下支撑垫安装的沉孔，所述缸体中间部位的上部有齿轮轴支撑板安装配套窗口，所述配套窗口两侧边缘倒角，以减小锐边对密封圈的剪切作用，所述配套窗口的配合平面上对称开有用于实现所述支撑板安装的螺纹孔；所述缸体两端分别设置有均布的螺纹孔和安装密封圈倒角，以用于安装所述左、右端盖；

所述齿条活塞为平衡式框架单侧齿条双端活塞结构，有齿侧与齿轮轴啮合，无齿侧用于支撑和平衡载荷；所述齿条活塞的左右两端各有两个密封圈安装沟槽，用于安装密封圈；所述齿条活塞两侧端面分别有圆形凹槽，用于辅助液压油顺利将齿条活塞推动；

所述齿轮轴的下支撑圆柱面与所述缸体下部圆孔配合，所述齿轮轴的下端台肩与所述下支撑垫配合，所述齿轮轴的中间轮齿与齿条啮合实现转动；所述齿轮轴的上端台肩与所述上支撑垫配合，所述齿轮轴的上支撑圆柱面与所述支撑板中间圆柱面通孔配合，形成支撑；所述齿轮轴上端设置方形内孔，和阀驱动轴配合，用于传递扭矩；所述齿轮轴下端设置确定方向的直线凹槽，用来指示阀的开关状态；

所述左端盖和右端盖的外圆柱面均设置有密封圈安装沟槽，用于安装密封圈和挡圈，以实现与所述缸体内表面配合构成静密封；所述左端盖和右端盖的端盖轴线中心均设置有液压油进出孔，所述液压油进出孔采用细牙螺纹连接形式；所述左端盖和右端盖上均设置有用于和所述缸体两端匹配的均布的内六角螺钉沉孔，用于实现端盖与缸体的安装固定；

所述支撑板上设置有中间圆柱面通孔，用于支撑齿轮轴上端；所述支撑板上设置有用与和所述缸体配套窗口配合平面对应的内六角螺钉沉头孔，采用内六角螺钉可以将所述支撑板固定在缸体的中间部位；所述支撑板上开有螺纹通孔，用于固定所述阀安装座；

所述阀驱动轴，用于传递齿轮轴的扭矩，所述阀驱动轴的两端分别设置有方形轴段和方形内孔，通过所述方形轴段和所述齿轮轴上的方形内孔配合，将扭矩传递到所述阀驱动轴，再通过所述阀驱动轴上的方形内孔与球阀配合将扭矩传递给球阀；

所述阀安装座，用于球阀与本驱动头的连接；所述阀安装座上设置有支撑板安装平面，以及和所述支撑板相对应的通孔，用于实现与所述支撑板的连接；所述阀安装座上设置有阀安装平面和四个安装通孔，用于实现与球阀连接；

所述缸体为连接基准，装好密封圈的齿条活塞位于缸体中，所述上、下支撑垫分别安装在所述齿轮轴的上端台肩和下端台肩上，通过所述缸体中间安装窗口，同时调整齿条活塞至适当位置，使齿轮轴和齿条啮合；所述支撑板中间圆柱面通孔与齿轮轴的上支撑圆柱面配合，并与缸体窗口配合平面贴合，通过内六角螺钉将支撑板安装在缸体上；所述阀安装座的支撑板安装平面和支撑板贴合，并通过螺钉紧固；所述阀驱动轴的四方轴段和所述齿轮轴的四方内孔配合；在所述左、右端盖的密封圈安装沟槽处置有挡圈和密封圈，所述左、右端盖和缸体两侧端面贴合，通过内六角螺钉紧固。

本发明具有如下有益效果：本种驱动头，采用平衡式框架双活塞结构，一侧框架设计了齿条，可与齿轮轴配合输出转矩，另一侧框架用于平衡载荷，保持活塞整体刚性；活塞、缸体和两侧端盖构成密封腔，压力油输入可以推动活塞带动齿条驱动齿轮轴转动，从而实现转矩和角位移的输出，来控制球阀的开关；齿轮齿条传动机构和缸体与活塞的密封腔分开，简化了齿轮齿条转动部分的密封结构；通过调整阀安装座及阀驱动轴的尺寸，可以适用于不同型号的高压大流量球阀的开关控制。另外，平衡式框架结构齿条活塞在安装时，降低了安装对心要求，结构更加简单。此外，采用平衡式单侧齿条双活塞的结构，一侧啮合一侧支撑连接，可以减小齿轮齿条配合过程中的啮合作用力，结构强度也更好，结构紧凑且更加稳定可靠；齿轮齿条传动机构和缸体与活塞的密封腔是分开的两部分，对齿轮转动部分的密封要求不高，进一步简化了结构，节约成本。

综上所述，液压驱动头具有结构简单，安装方便快捷，结构稳定可靠且紧凑的优点。同时，加工工艺更简单，节省成本。

附图说明：

图1是本发明的三维结构整体外观示意图。

图2是本发明的调整角度后的二维内部剖视图。

图3是本发明的调整角度后的二维内部剖视图。

图4是本发明所述齿轮活塞的三维结构等轴侧视图。

图5是本发明所述齿轮活塞的剖视图。

图6是本发明所述齿轮轴的三维结构示意图。

图7是本发明所述齿轮轴沿直线凹槽方向的二维结构示意图。

图8是本发明所述缸体的三维结构示意图。

图9是本发明所述缸体的剖视图。

图10是本发明所述缸体的剖视图。

图11是本发明所述支撑板的三维结构示意图。

图12是本发明所述阀安装座的三维结构示意图。

图13是本发明所述阀驱动轴的三维结构示意图。

图14是本发明所述端盖的二维剖视示意图。

图中1-阀安装座，2-支撑板，3-缸体，4-右端盖，5-右端盖螺钉，6-安装座螺钉，7-左端盖，8-阀驱动轴，9-左端盖螺钉，10-左侧齿条活塞密封圈，11-右侧齿条活塞密封圈，12-右侧端盖密封圈，13-右侧挡圈，14-齿条活塞，15-齿轮轴，16-左侧端盖密封圈，17左侧挡圈，18-支撑板螺钉，19-上支撑垫，20-下支撑垫，21-齿条活塞无齿侧，22-齿条活塞右侧密封槽，23-齿条活塞辅助圆形凹槽，24-齿条活塞有齿侧，25-齿条活塞左侧密封槽，26-齿轮轴方形内孔，27-齿轮轴上支撑圆柱面，28-齿轮轴上端台肩，29-齿轮轴中间轮齿，30-齿轮轴下端台肩，31-齿轮轴下支撑圆柱面，32-齿轮轴直线凹槽，33-缸体端面密封安装倒角，34-缸体端面端盖安装螺纹孔，35-缸体下部齿轮轴安装圆柱面通孔，36-缸体下部下支撑垫安装平孔，37-缸体支撑板安装螺纹孔，38-配合窗口两侧倒角，39-缸体与支撑板配合平面，40-支撑板中间圆柱面通孔，41-支撑板内六角螺钉沉孔，42-支撑板与阀安装座安装螺纹通孔，43-支撑板与缸体配合平面，44-支撑板与阀安装座配合平面，45-阀安装座上阀驱动轴安装通孔，46-阀安装座与阀安装通孔，47-阀安装座与阀体配合平面，48-阀安装座与支撑板安装通孔，49-阀安装座与支撑板配合平面，50-阀驱动轴与阀安装方形内孔，51-阀驱动轴与齿轮轴安装四方形轴段，52-端盖液压油进出细牙螺孔，53-端盖与缸体安装沉头孔，54-端盖密封圈安装沟槽。

具体实施方式：

本发明所述驱动头，包括缸体、齿条活塞、齿轮轴、左端盖、右端盖、支撑板、阀驱动轴、阀安装座、上支撑垫、下支撑垫、挡圈、密封圈、端盖螺钉、支撑板螺钉和安装座螺钉。

所述的缸体内表面为粗糙度极低的光滑圆柱面，与齿条活塞实现动密封配合；缸体中间部位下部设计了用于齿轮轴安装的圆柱面通孔以及保证支撑垫安装的沉孔，上部设计了齿轮轴支撑板安装配套窗口，配合窗口两侧边缘倒角，减小锐边对密封圈的剪切作用，窗口配合平面上对称设计了相应的螺纹孔，用于支撑板的安装；缸体两端分别设计有均布的螺纹孔和安装密封圈倒角，用于安装驱动头左、右端盖；

所述的齿条活塞为平衡式框架单侧齿条双端活塞结构，有齿侧与齿轮轴啮合，无齿侧主要起支撑和平衡载荷作用，保证了活塞的强度和刚度；活塞的左右两端各设计了两个密封圈安装沟槽，用于安装密封圈；齿条活塞两侧端面分别设计了圆形凹槽，用于辅助液压油顺利将齿条活塞推动；

所述的齿轮轴下支撑圆柱面与缸体下部圆孔配合，下端台肩与下支撑垫配合，中间轮齿与齿条啮合实现转动，上端台肩与上支撑垫配合，上支撑圆柱面与支撑板中间圆柱面通孔配合，形成支撑；齿轮轴上端输出设计了方形内孔，和阀驱动轴配合，用于传递扭矩；齿轮轴下端设计了确定方向的直线凹槽，用来指示阀的开关状态；

所述的端盖分左、右两个，每个端盖的外圆柱面都设计了密封圈安装沟槽，用于安装密封圈和挡圈，与缸体内表面配合构成静密封；每个端盖的轴线中心都设计了液压油进出孔，采用细牙螺纹连接形式；每个端盖上均设计了与缸体两端匹配的均布的内六角螺钉沉孔，用于端盖与缸体的安装固定。

所述的支撑板上设计了中间圆柱面通孔，用于支撑齿轮轴上端；设计了与缸体窗口配合平面对应的内六角螺钉沉头孔，采用内六角螺钉可以将支撑板固定在缸体的中间部位；设计了螺纹通孔，用于固定阀安装座；

所述的阀驱动轴，用于传递齿轮轴的扭矩，轴的两端分别设计了方形轴段和方形内孔，通过方形轴段和齿轮轴上方形内孔配合，将扭矩传递到阀驱动轴，再通过方形内孔与球阀配合将扭矩传递给球阀。

所述的阀安装座，用于球阀与本发明驱动头的安装，设计了支撑板安装平面，以及和支撑板相对应的通孔，用于与支撑板配套安装；设计了阀安装平面和四个安装通孔，用于与球阀配套安装。

所述的液压驱动头以缸体为基准，将装好密封圈的齿条活塞小心的装入缸体中，在活塞密封圈经过缸体中间安装配套窗口以及圆柱面通孔时，需尤其注意，以保证密封圈不被损坏；将上、下支撑垫分别安装在齿轮轴的上端台肩和下端台肩上，通过缸体中间安装窗口，同时调整齿条活塞至适当位置，使齿轮轴和齿条啮合；让支撑板中间圆柱面通孔与齿轮轴的上支撑圆柱面配合，并与缸体窗口配合平面贴合，再通过内六角螺钉将支撑板安装在缸体上；将阀安装座的支撑板安装平面和支撑板贴合，并通过螺钉安装在一起；将阀驱动轴的四方轴段和齿轮轴的四方内孔配合；将挡圈和密封圈安装在端盖的密封圈安装沟槽处，让端盖和缸体两侧端面贴合，再用内六角螺钉拧紧；以上完成液压驱动头的安装。

通过安装座上的阀安装面、螺钉以及阀驱动轴上四方内孔将阀和所述液压驱动头安装在一起，则完成了本发明和球阀的安装

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1、图2和图3所示，该种液压驱动头，包括阀安装座1，支撑板2，缸体3，右端盖4，右端盖螺钉5，安装座螺钉6，左端盖7，阀驱动轴8，左端盖螺钉9，左侧齿条活塞密封圈10，右侧齿条活塞密封圈11，右侧端盖密封圈12，右侧挡圈13，齿条活塞14，齿轮轴15，左侧端盖密封圈16，左侧挡圈17，支撑板螺钉18，上支撑垫19，下支撑垫20。

如图4和图5所示，所述的齿条活塞14包括齿条活塞无齿侧框架21，齿条活塞右侧两个密封槽22，齿条活塞左右端面各一个辅压圆形凹槽23，以及齿条活塞有齿侧框架24和齿条活塞左侧两个密封槽25，其中齿条活塞无齿侧框架21和齿条活塞有齿侧框架24尺寸不对称，a-b=1-1.5 mm，以保障齿轮齿条传动不受干扰。

如图6和图7所示，所述齿轮轴15为阶梯轴结构，齿轮轴上端设计了齿轮轴方形内孔26，用于传递扭矩。齿轮轴上支撑圆柱面27，齿轮轴上端台肩28，齿轮轴中间轮齿29，齿轮轴下端台肩30，齿轮轴下端直线凹槽31，齿轮轴下支撑圆柱面32。

如图8、图9和图10所示，所述的缸体3内表面为表面粗糙度极低的表面，主要设计有缸体端面倒角33和缸体端面端盖安装螺纹孔34，用于右端盖4和左端盖7的安装，缸体下部齿轮轴安装圆柱面通孔35，缸体下部下支撑垫安装沉孔36，用于齿轮轴的安装，缸体支撑板安装螺纹孔37，配合窗口两侧倒角38，缸体与支撑板配合平面39，用于安装支撑板2和齿轮轴15，配合窗口两侧倒角38用于减小安装时由于锐边对齿条活塞上的密封圈的剪切作用。

如图11所示，所述的支撑板2为矩形板结构，板上设计有支撑板中间圆柱面通孔40，和齿轮轴上支撑圆柱面27配合，起支撑作用，支撑板内六角螺钉沉孔41，支撑板与阀安装座安装螺纹通孔42，支撑板与缸体配合平面43，支撑板与阀安装座配合平面44。

如图12所示，所述的阀安装座1主要设计阀驱动轴安装通孔45，阀安装螺钉通孔46，与阀体配合平面47，支撑板安装螺钉通孔48，与支撑板配合平面49。

如图13所示，所述的阀驱动轴8设计有与阀配合的方形内孔50、与齿轮轴配合的四方形轴段51，用于传递扭矩。

如图14所示，所述的右端盖4和左端盖7设计有端盖液压油进出细牙螺孔52，端盖与缸体安装沉头孔53和端盖密封圈安装沟槽54。

上述各组件连接关系：以所述的缸体3为基准，将装好左侧齿条活塞密封圈10和右侧齿条活塞密封圈11的齿条活塞14小心的装入缸体中；将上支撑垫19和下支撑垫20分别安装在齿轮轴的上端台肩28和下端台肩30处，通过缸体中间安装窗口，同时调整齿条活塞14至适当位置，使齿轮轴和齿条啮合，将齿轮轴15安装在缸体下部齿轮轴安装圆柱面通孔35和缸体下部下支撑垫安装沉孔36处；让支撑板中间圆柱面通孔40与齿轮轴的上支撑圆柱面27配合，并与缸体窗口配合平面38贴合，再通过支撑板螺钉18、缸体支撑板安装螺纹孔37和支撑板内六角螺钉沉孔41将支撑板2安装在缸体3上；将阀安装座1上的配合平面49与支撑板2上的配合平面44贴合，并通过安装座螺钉6、支撑板与阀安装座安装螺纹通孔42和阀安装座与支撑板安装螺钉通孔48连接固定在一起；将阀驱动轴8上的四方形轴段51和齿轮轴15上的方形内孔26配合，并由阀安装座上的螺钉通孔46和球阀通过安装座螺钉连接，限制阀驱动轴8的轴向位置；将右侧端盖密封圈12，右侧挡圈13以及左侧端盖密封圈16，左侧挡圈17分别安装在右端盖4和左端盖7的密封圈安装沟槽54处，让端盖和缸体两侧端面贴合，通过右侧端盖螺钉5和左侧端盖螺钉9将缸体端面端盖安装螺纹孔34和两侧的端盖与缸体安装沉头孔53安装在一起；以上完成液压驱动头的安装。

通过阀安装座1上的阀体配合平面47、螺钉以及阀驱动轴方形内孔50，将球阀和所述液压驱动头安装在一起，则完成了本发明和球阀的安装。

本装置在使用时，液压油通过连接在端盖中心细牙螺纹孔52上的液压接头和管线实现液压油的进出，在液压油的压力作用下，使齿条活塞14移动一定距离并带动齿轮轴15旋转90°，通过齿轮轴方形内孔26和阀驱动轴8将扭矩传递给球阀，使球阀阀芯旋转90°，控制液压油的进出方向就可控制球阀的开关，通过齿轮轴另一端设计的直线凹槽32的指示方向来判定球阀开关的状态。

本装置在使用前，需将液压驱动头通过阀安装座和阀驱动轴安装在对应球阀上，通过控制液压油进出方向控制阀的开关，进油侧在液压油的作用下推动齿条活塞运动，齿条带动齿轮轴旋转90°，即可实现预期的开关动作。液压驱动头两侧端盖上设计了均布的沉头孔，通过端盖螺钉和缸体安装在一起，但是实际使用时可以根据油压的大小调整使用的螺钉的个数。

Claims (1)

1.一种控制高压大流量球阀的驱动头，包括缸体、齿条活塞、齿轮轴、左端盖、右端盖、支撑板、阀驱动轴、上支撑垫、下支撑垫以及阀安装座；

其中，所述缸体内表面为光滑圆柱面，用于和所述齿条活塞实现动密封配合；所述缸体中间部位的下部有用于所述齿轮轴安装的圆柱面通孔以及用于实现所述下支撑垫安装的沉孔，所述缸体中间部位的上部有齿轮轴支撑板安装配套窗口，所述配套窗口两侧边缘倒角，以减小锐边对密封圈的剪切作用，所述配套窗口的配合平面上对称开有用于实现所述支撑板安装的螺纹孔；所述缸体两端分别设置有均布的螺纹孔和安装密封圈倒角，以用于安装所述左、右端盖；

所述齿条活塞为平衡式框架单侧齿条双端活塞结构，有齿侧与齿轮轴啮合，无齿侧用于支撑和平衡载荷；所述齿条活塞的左右两端各有两个密封圈安装沟槽，用于安装密封圈；所述齿条活塞两侧端面分别有圆形凹槽，用于辅助液压油顺利将齿条活塞推动；

所述齿轮轴的下支撑圆柱面与所述缸体下部圆孔配合，所述齿轮轴的下端台肩与所述下支撑垫配合，所述齿轮轴的中间轮齿与齿条啮合实现转动；所述齿轮轴的上端台肩与所述上支撑垫配合，所述齿轮轴的上支撑圆柱面与所述支撑板中间圆柱面通孔配合，形成支撑；所述齿轮轴上端设置方形内孔，和阀驱动轴配合，用于传递扭矩；所述齿轮轴下端设置确定方向的直线凹槽，用来指示阀的开关状态；

所述左端盖和右端盖的外圆柱面均设置有密封圈安装沟槽，用于安装密封圈和挡圈，以实现与所述缸体内表面配合构成静密封；所述左端盖和右端盖的端盖轴线中心均设置有液压油进出孔，所述液压油进出孔采用细牙螺纹连接形式；所述左端盖和右端盖上均设置有用于和所述缸体两端匹配的均布的内六角螺钉沉孔，用于实现端盖与缸体的安装固定；

所述支撑板上设置有中间圆柱面通孔，用于支撑齿轮轴上端；所述支撑板上设置有用与和所述缸体配套窗口配合平面对应的内六角螺钉沉头孔，采用内六角螺钉可以将所述支撑板固定在缸体的中间部位；所述支撑板上开有螺纹通孔，用于固定所述阀安装座；

所述阀驱动轴，用于传递齿轮轴的扭矩，所述阀驱动轴的两端分别设置有方形轴段和方形内孔，通过所述方形轴段和所述齿轮轴上的方形内孔配合，将扭矩传递到所述阀驱动轴，再通过所述阀驱动轴上的方形内孔与球阀配合将扭矩传递给球阀；

所述阀安装座，用于球阀与本驱动头的连接；所述阀安装座上设置有支撑板安装平面，以及和所述支撑板相对应的通孔，用于实现与所述支撑板的连接；所述阀安装座上设置有阀安装平面和四个安装通孔，用于实现与球阀连接；

所述缸体为连接基准，装好密封圈的齿条活塞位于缸体中，所述上、下支撑垫分别安装在所述齿轮轴的上端台肩和下端台肩上，通过所述缸体中间安装窗口，同时调整齿条活塞至适当位置，使齿轮轴和齿条啮合；所述支撑板中间圆柱面通孔与齿轮轴的上支撑圆柱面配合，并与缸体窗口配合平面贴合，通过内六角螺钉将支撑板安装在缸体上；所述阀安装座的支撑板安装平面和支撑板贴合，并通过螺钉紧固；所述阀驱动轴的四方轴段和所述齿轮轴的四方内孔配合；在所述左、右端盖的密封圈安装沟槽处置有挡圈和密封圈，所述左、右端盖和缸体两侧端面贴合，通过内六角螺钉紧固。