CN108506554A - 一种手动/电动一体式pe球阀开合装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种手动/电动一体式PE球阀开合装置，包括支架，第一转轴，动力源，第一齿件，第二齿件，第一斜齿，及第二斜齿，第二斜齿与输出轴组件相连，该输出轴组件通过传动杆与PE球阀的阀芯相连，传动杆与第一转轴平行设置，第一转轴的另一端与阀杆相连，该阀杆至少部分伸出支架外部，用于人工施加外力转动第一转轴。本发明结构简单，既可以人工又可以电动驱动开闭球阀，即可替代人工现场操作，又具有兼容现场维护检查操作要求，利用内部机构实现小扭矩人工操作，开合省力，提高了球阀管道的便捷性、安全性和可靠性，防水防爆特性佳；体积小，启动和停止比较高效，减轻劳动强度，使用寿命长，使用成本低。
Description
技术领域
本发明属于阀门领域，尤其是涉及一种手动/电动一体式PE球阀开合装置。
背景技术
随着工业技术的进步，各种能源输送、原料供给越来越依赖专用管道。同时管道领域的“以塑代钢”革命奠定了PE官网在管道领域的地位，越来越多的燃气、自来水管网中开始大量使用PE管件、阀门等部件。
由于聚乙烯管道具有腐蚀小、流体阻力小、重量轻、施工快捷、连接可靠等优点，在本世纪初，聚乙烯(PE)管道进入快速发展和应用阶段，主要应用于建筑外给水和燃气的输送。此外，国内从2014 年开始提出煤改气政策，发展到2016年共计18个省份实施“煤改气”措施，大力推进了天然气事业飞速发展，意味着PE燃气管道将在国内大规模普及，由于PE管网具有线路长、分支多，且应用于燃气传输时易燃易爆等特点，管网运行中的实时监测与快速响应控制显得尤为重要，传统的化工领域所采用的智能阀门，因与管网对接和寿命不匹配等诸多问题，并不适应用PE管网。而PE阀门作为PE燃气管道重要的控制元件，却没有测控功能复合的满足“智能化”要求的产品。本发明提出一种PE球阀电动驱动装置，将弥补此方面的空白，为阀门制造中质量控制、施工中简化操作、提升管网可靠性等提供便利，并为组建智能化管网创造条件。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种既可以手动开闭，也可以电动开闭，结构简单、有效的手动/电动一体式PE球阀开合装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种手动/电动一体式PE球阀开合装置，包括支架，垂直连接于支架内部中空的第一转轴，连接于第一转轴一端的动力源，套设于第一转轴外周的第一齿件，可与第一齿件啮合传动的第二齿件，与第二齿件通过第二转轴同轴连接的第一斜齿，及与第一斜齿配合的第二斜齿，所述第二斜齿与输出轴组件相连，该输出轴组件通过传动杆与PE球阀的阀芯相连，传动杆与第一转轴平行设置，所述第一转轴的另一端与阀杆相连，该阀杆至少部分伸出支架外部，用于人工施加外力转动第一转轴。本发明在电动驱动PE球阀时，动力源带动第一转轴转动，驱动第一齿件与第二齿件啮合转动，并通过一对第一斜齿和第二斜齿等扭矩变方向的传递被第一齿件和第二齿件组成的减速机构放大的动力源的输出力矩给输出轴组件，输出轴组件带动传动杆转动，传动杆带动PE球阀的阀芯转动从而开闭阀门，电动开闭阀门，大大节省了人工成本，并为PE管网的运行提高了效率并间接提供了安全保障；当需要手工开闭PE球阀时，动力源停止工作，人工通过转动阀杆传递扭矩给第一齿件传递给第二齿件、第一斜齿、第二斜齿、传动杆最终转动PE球阀，手动、电动开闭阀门的切换机构，提高了PE球阀结构的灵活性和实用性，解决了以往PE阀门在发生泄漏或其他紧急情况下需人工关闭阀门的麻烦，为PE管网的持续建设奠定了良好的基础，还可为PE管网相关产业带来明显的经济输出和社会效益，为传统PE阀门产业的转型升级带来新的发展机遇；输出轴组件与传动杆相连，PE 球阀与传动杆可配合嵌入相连接，此种连接方式保证了装置的可移植性以及广泛实用性。
进一步的，所述第一齿件为蜗杆结构，所述第二齿件为蜗轮结构。蜗轮蜗杆传动平稳、噪声小、结构紧凑、能够容易地得到大传动比、具有自锁性。
进一步的，所述第一齿件的头数为Z1＝1，所述第二齿件的齿数为 Z2＝70。
进一步的，所述第一转轴和动力源通过离合器相连。当需要手工开闭PE球阀时，离合器将电机脱开，人通过转动阀杆传递扭矩给第一转轴，最终转动阀门；当利用电机开闭PE球阀时，离合器将电机与第一转轴啮合，电机驱动带动第一转轴，通最终实现开闭PE球阀。
进一步的，所述离合器为车用离合器。人工与电机输出切换时的准确性高。
优选的，所述离合器为DLD6-A型20车用离合器。
进一步的，所述动力源为步进电机。能够高效地启动、停止和反转响应，可靠性高寿命长，体积小，成本低、易于维护，输出扭矩约为3.6Nm，可以在低转速的情况下使人获得大转矩。
优选的，所述动力源为5718HB6型号两相混合式步进电机。步进电机通过驱动PE球阀的阀芯转动，步进总角度与球阀开度之间，具有取决于涡轮蜗轮蜗杆及齿轮对变比的既定对应关系，在阀杆0°至90°范围内核对步进电机步进角，可作为阀杆电机驱动机构是否失效的判据。
本发明中PE球阀电动驱动装置设计考虑实际工作时的可用空间，必须选择在体积上比较小的驱动电机，且其并非工作于高速环境，此外，还要求比较高效的启动与停止，较高的可靠性与较长的使用寿命，并需要输出比较大的扭矩，进而考虑成本问题，拟选用5718HB6型号两相混合式步进电机，步进电机通过驱动PE球阀阀杆转动，步进总角度与球阀开度之间，具有取决于涡轮蜗轮蜗杆及齿轮对变比的既定对应关系。因此在阀杆0°至90°范围内核对步进电机步进角，即可作为阀杆电机驱动机构是否失效的判据，这也是装置的优势之一。
进一步的，所述支架形成密闭的空间，所述第一转轴通过轴承与支架内侧壁固定连接，所述动力源通过L形固定板与支架内侧壁固定连接。本发明整套装置选用碳钢板设计的阀杆与支架固定，电机、减速机构也都通过轴承与支架固定，支架保证密封，可实现在装置被水淹或淤泥覆盖时不影响其正常运行，其次支架选用达到国家防爆标准的材质，电路接线均附有单独绝缘胶层，以防止与可燃气体接触时的爆炸事故，达到防水和防爆功能。
进一步的，所述第一斜齿和第二斜齿的模数为2，齿数为40。第一斜齿和第二斜齿配合可以实现等扭矩传递，不改变大小，只改变输出扭矩的方向的功能。
进一步的，所述传动杆的一端形成可套设于PE球阀的阀芯外部的套筒结构，传动杆的另一端与输出轴组件止转配合。
进一步的，所述输出轴组件包括与第二斜齿相连的上段体、与传动杆止转配合的下段体、设于上段体和下段体之间同心设置的两个圆盘，靠近上段体的圆盘外径大于靠近下段体的圆盘外径；所述支架上设有用于卡设两个圆盘的台阶状凹槽。输出轴组件可以使传动杆能牢固地固定于支架上，传动结构稳定有效。
进一步的，所述PE球阀的开合角度为90°，所述传动杆上设有两个相距90°的感应开关，于传动杆旋转至全开状态或闭合状态时，可触发感应开关。
本发明的有益效果是：结构简单，既可以人工又可以电动驱动开闭球阀，即可替代人工现场操作，又具有兼容现场维护检查操作要求，利用内部机构实现小扭矩人工操作，开合省力，提高了球阀管道的便捷性、安全性和可靠性，防水防爆特性佳；体积小，启动和停止比较高效，减轻劳动强度，使用寿命长，使用成本低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的背面结构示意图。
图3为本发明PE球阀的结构示意图。
图4为本发明的传动杆与输出轴组件配合的主视结构示意图。
图5为本发明的传动杆与输出轴组件配合的立体结构示意图一。
图6为本发明的传动杆与输出轴组件配合的立体结构示意图二。
图7为本发明的传动杆与输出轴组件配合的立体结构示意图三。
图8为本发明输出轴组件的立体结构示意图。
图9为本发明输出轴组件的主视结构示意图。
图10为本发明支架的结构示意图。
图11为本发明传动杆的结构示意图一。
图12为本发明传动杆的结构示意图二。
图13为本发明中第二齿件、第一斜齿、第二斜齿的配合结构示意图一。
图14为本发明中第二齿件、第一斜齿、第二斜齿的配合结构示意图二。
图15为本发明(带离合器)的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
如图1-14所示，一种手动/电动一体式PE球阀开合装置，包括内部为中空的支架1和垂直连接在支架1内的第一转轴2，支架1的底端通过一支撑件11与PE球阀相连，第一转轴2外周固定连接有第一齿件41，为了将第一转轴2牢固地连接在支架1上，位于第一齿件41上方和下方位置分别连接有轴承21，两个轴承21一侧面与支架1的内侧壁固定连接。第一转轴2的底端连接有动力源3，于本实施例中，动力源3为5718HB6型号两相混合式步进电机，为了将动力源3牢固地连接在支架1上，支架1的内侧壁固定连接有L形固定板 32，其一外壁与支架1的内侧壁固定连接，一内壁与动力源3的顶面相连，该L形固定板32和两个轴承位于同一水平线上。第一转轴2 的顶端连接有阀杆22，阀杆22的部分从支架1顶部的开孔13中穿出，提供人工开闭阀门时的着力点，为了实现支架1内部的密闭，开孔13上连接有密封圈。
支架1的纵截面呈反向的7字形，其缺口部分通过传动杆7与 PE球阀8的阀芯相连，传动杆7与第一转轴2为平行设置，如图9、 10所示，传动杆7的底端形成可套设于PE球阀8的阀芯外部的套筒 71结构，套筒71的截面呈腰形孔结构。传动杆7的顶端形成中空的卡槽72，其与输出轴组件6止转配合，如图7、8所示，输出轴组件 6包括上段体61、下段体62、位于上段体61和下段体62之间的两个圆盘，两个圆盘同心设置，且靠近上段体61的圆盘63外径为100mm，大于靠近下段体62的圆盘64外径70mm，圆盘63和圆盘64为一体结构，如图9所示，支架1上相应位置形成用于容置圆盘63和圆盘 64的台阶状凹槽12，该凹槽中心形成供下段体62穿出的通槽121。装配时，下段体62插入卡槽72内，实现与传动杆7的止转配合，上段体61与第二斜齿52连接，第二斜齿52为的模数为2，齿数为40。
支架1的背面垂直连接有第二转轴43，第二转轴43上止转配合地连接有第一斜齿51和第二齿件42，第一斜齿51与第二斜齿52啮合，第二齿件42外壁与第一齿件41啮合传动，于本实施例中，第一齿件41为蜗杆结构，其头数为Z1＝1，第二齿件42为蜗轮结构，其齿数为Z2＝70。
本发明在使用电动驱动PE球阀时，动力源3启动带动第一转轴 2转动，从而第一齿件41带动第二齿件42转动，蜗轮蜗杆组成的减速机构放大电机的输出力矩，并通过第一斜齿51、第二斜齿52等扭矩变方向地传递给输出轴组件6，带动传动杆7转动，传动杆7带动 PE球阀8的阀芯转动从而开闭阀门；当需要手工开闭PE球阀时，动力源3关闭，人工通过阀杆22转动第一转轴2，第一齿件41带动第二齿件42转动，传递给第一斜齿51、第二斜齿52、传动杆7最终转动PE球阀8，由于动力源自身重力的存在，使得人工需要施加较大的力量才能转动第一转轴2，更加符合阀门的开启要求。
装置中在不添加离合器部件时，因为动力源3-步进电机可以小力矩驱动，手动则需要有适当加大的力矩手感，没有离合器恰好可以增加电机作为负载，满足PE球阀扭矩下限的要求。在不需要过大的力矩手感时，机构上可添加离合器实现手动控制时电机脱离轻松扭动阀门。
如图15所示，第一转轴2通过离合器31与动力源3相连，离合器31为DLD6-A型20车用离合器，在使用电动驱动PE球阀时，电机与离合器啮合，带动第一转轴旋转，以此带动第二齿件转动；当需要手工开闭PE球阀时，离合器与电机脱开，人工通过转动阀杆传递扭矩给第一齿件传递给第二齿件、第一斜齿51、第二斜齿52、传动杆 7最终转动PE球阀8。
整套机构选用纵向安装方式，节省空间，而且满足PE球阀现场需从阀门井探入扭杆扭动阀门的现况，而且通过机械应力仿真验证了其稳定性和可靠性，整个固定架外观美观且起到了将机构良好固定于 PE球阀上的作用，另外，机构与PE球阀之间通过选用碳钢板设计的阀门扭动杆相连，安装方便，具有广泛性和适用性。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种手动/电动一体式PE球阀开合装置，其特征在于：包括支架(1)，垂直连接于支架(1)内部中空的第一转轴(2)，连接于第一转轴(2)一端的动力源(3)，套设于第一转轴(2)外周的第一齿件(41)，可与第一齿件(41)啮合传动的第二齿件(42)，与第二齿件(42)通过第二转轴(43)同轴连接的第一斜齿(51)，及与第一斜齿(51)配合的第二斜齿(52)，所述第二斜齿(52)与输出轴组件(6)相连，该输出轴组件(6)通过传动杆(7)与PE球阀(8)的阀芯相连，传动杆(7)与第一转轴(2)平行设置，所述第一转轴(2)的另一端与阀杆(22)相连，该阀杆(22)至少部分伸出支架(1)外部，用于人工施加外力转动第一转轴(2)。
2.根据权利要求1所述的手动/电动一体式PE球阀开合装置，其特征在于：所述第一齿件(41)为蜗杆结构，所述第二齿件(42)为蜗轮结构。
3.根据权利要求1所述的手动/电动一体式PE球阀开合装置，其特征在于：所述第一转轴(2)和动力源(3)通过离合器(31)相连。
4.根据权利要求4所述的手动/电动一体式PE球阀开合装置，其特征在于：所述离合器(31)为车用离合器。
5.根据权利要求1所述的手动/电动一体式PE球阀开合装置，其特征在于：所述动力源(3)为步进电机。
6.根据权利要求1所述的手动/电动一体式PE球阀开合装置，其特征在于：所述支架(1)形成密闭的空间，所述第一转轴(2)通过轴承(21)与支架(1)内侧壁固定连接，所述动力源(3)通过L形固定板(32)与支架(1)内侧壁固定连接。
7.根据权利要求1所述的手动/电动一体式PE球阀开合装置，其特征在于：所述第一斜齿(51)和第二斜齿(52)的模数为2，齿数为40。
8.根据权利要求1所述的手动/电动一体式PE球阀开合装置，其特征在于：所述传动杆(7)的一端形成可套设于PE球阀(8)的阀芯外部的套筒(71)结构，传动杆(7)的另一端与输出轴组件(6)止转配合。
9.根据权利要求1所述的手动/电动一体式PE球阀开合装置，其特征在于：所述输出轴组件(6)包括与第二斜齿(52)相连的上段体(61)、与传动杆(7)止转配合的下段体(62)、设于上段体(61)和下段体(62)之间同心设置的两个圆盘，靠近上段体(61)的圆盘(63)外径大于靠近下段体(62)的圆盘(64)外径；所述支架(1)上设有用于卡设两个圆盘的台阶状凹槽(12)。
10.根据权利要求1所述的手动/电动一体式PE球阀开合装置，其特征在于：所述PE球阀(8)的开合角度为90°，所述传动杆(7)上设有两个相距90°的感应开关，于传动杆(7)旋转至全开状态或闭合状态时，可触发感应开关。
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