CN109667978A - 一种混合型角行程阀门开关的执行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及阀门执行器领域，公开一种混合型角行程阀门开关的执行器，包括执行器本体、执行器壳体，执行器壳体内从上至下依次安装有上法兰、轴承，密封件，凸轮轴、滚轮，活塞，弹簧，轴承、齿轮轴和下法兰，凸轮轴的上端安装在上法兰内，凸轮轴的下端通过键连接与齿轮轴同步转动，齿轮轴与齿条齿筒啮合，轴承安装在凸轮轴与齿轮轴的接合部外，齿轮轴的下端同轴承固定在安装在下法兰内，并伸出体外与控制件连接。本发明在阀门的开启或关闭的初始和结束位置，都能保证有足够的扭矩输出，从而能有效迅速地关闭和开启角行程类阀门。同时具备通过调节弹簧力度来调节扭矩的功能，并可以实现自动控制，解决了应急时角行程阀门的自动关闭和开启的问题。

Description

一种混合型角行程阀门开关的执行器

技术领域

本发明涉及阀门执行器领域，尤其涉及一种混合型角行程阀门开关的执行器。

背景技术

角行程阀门开关的执行器，用在蝶阀，球阀等阀门上打开或关闭阀门的执行器。是利用角位移来控制阀门开口大小，这样的执行器是角行程阀门执行器。

现有的执行器主要电动执行器和气动执行器两种，液动的几乎不使用。其中电动的为多，气动的次之，电动执行器仍以电机和涡轮减速器配合使用，能够正反转使用，气动执行器是利用气缸的往复运动带动齿条齿轮机构来实现的。电动执行器的缺点是，万一没有了电源，阀门的关闭和打开，基本是靠人工操作来完成。特别是有火灾发生时，人工操作就成了大问题。气动执行器虽然也可以做成常开或常闭型，也因为在自动关闭时力度不够而不能完全关闭，影响了执行器的性能。

申请号CN201210283468.7为中国发明专利，公开了一种单向棘轮小球阀执行器，由上壳、电机线路板、电机、电机齿轮、手柄、传递轮、棘轮、线路板、微动开关、凸轮、驱动轴、卡簧、滚花螺帽、下壳、连接头、垫片、连接帽、阀体、阀杆、密封球、阀座、阀盖所组成。阀体为三通体，通过连接帽与连接头连接，在阀体腔内装入阀座、密封球后与阀盖螺纹连接，阀体的支接口通过卡簧、滚花螺帽与下壳连接。下壳通孔处安装驱动轴，凸轮与驱动轴一体，传递轮与凸轮键连接，传递轮棘爪依赖于长悬臂作弹性伸缩，机动状态时棘轮逆传递轮棘爪转动，棘轮齿根抵着棘爪爪尖一起旋转。这种执行器的结构复杂、工艺性不好，且没有自动开或关闭阀门的功能。

由于角行程阀门开和关初始和结束时，阀杆的扭力最大的，现有的执行器不容易解决此问题。因此需要提供一种解决这个问题的执行器，即在开或关闭阀门初始和结束时，都能有很大的扭矩输出，从而能迅速关闭和开启阀门。对于人员不能及时到达的地方，可以及时地自动关闭或开启阀门。

发明内容

本发明针对现有技术自动关闭时力度不够的缺点，提供一种混合型角行程阀门开关的执行器。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种混合型角行程阀门开关的执行器，包括执行器本体，执行器本体包括执行器壳体，执行器壳体内从上至下依次安装有上法兰、凸轮轴、轴承、齿轮轴和下法兰，凸轮轴的上端安装在上法兰内，凸轮轴与上法兰的接口处设有第一密封圈，凸轮轴的下端通过键连接套合在齿轮轴开设的空槽内并与齿轮轴贴合同步转动，轴承安装在凸轮轴与齿轮轴的接合部外，齿轮轴的下端同轴承固定安装在下法兰内，齿轮轴与下法兰的接口处设有第二密封圈。第一密封圈和第二密封圈使执行器壳体内形成密闭的空槽，在气体通入时只能通过执行器壳体上方、凸轮一侧的排气孔排出使气压和弹簧弹力、阀门扭矩平衡。

作为优选，齿轮轴的下端伸出下法兰并与阀门的阀杆通过联轴节连接并同步旋转，凸轮轴上安装有凸轮，齿轮轴上安装有齿轮，凸轮轴和齿轮轴分别带动凸轮和齿轮与阀杆同步转动。采用齿轮和凸轮同时作为主动件，以第一弹簧和第二弹簧作为齿轮和凸轮分别推动的从动件，配合调速机构来控制角行程阀门开关角度和速度的执行器，有更大的动力，控制阀门开关时有更大的稳定性。

作为优选，执行器壳体内包括第一腔室和第二腔室，第一腔室和第二腔室(两个腔室可以根据空间结构设置在中心轴的周向任意方向，如垂直，或同侧)分别连接有第一缸体和第二缸体，凸轮安装在第一腔室内，齿轮安装在第二腔室内，执行器壳体设有使第一腔室与第二腔室连通的通孔，执行器壳体上还设有进气口和出气口，进气口外设有控制进气口开闭的电磁阀。

作为优选，第一缸体内安装有滚轮、凸轮活塞、第一弹簧，凸轮活塞的一侧设有槽体，凸轮活塞的另一侧与第一弹簧接触连接，滚轮安装在槽体内并与凸轮活塞卡合，凸轮的外边缘为变化弧度的封闭弧形，凸轮与滚轮接触连接。

作为优选，凸轮转动推动滚轮，滚轮推动凸轮活塞压缩第一弹簧。凸轮的横截面为变化弧度的封闭弧形，因此转圈时滚轮会随凸轮的弧形滚动，形成沿缸体的轴向运动，从而带动滚轮推向第一弹簧的方向，或者第一弹簧反作用力推活塞，反向推动滚轮，滚轮带动凸轮轴反向转动，实现阀门的反转。

作为优选，第二腔室内还设有齿条活塞，第二缸体内安装有第二弹簧，齿条活塞中设有空槽，空槽的槽壁上设有齿条，齿轮与齿条啮合，齿条活塞的一侧与执行器壳体形成密闭的第三空腔，进气口与第三空腔连通，齿条活塞的另一侧与第二弹簧接触连接。在第一腔室和第二腔室中分开配置弹簧，能够可靠地防止弹簧动作的干涉，能够准确地产生关闭力，并且还能够将气体顺畅地进入执行器壳体内。

作为优选，齿轮旋转带动齿条活塞直线往返运动，齿条活塞推动并压缩第二弹簧。

作为优选，第一缸体和第二缸体的端部都设有法兰盖，法兰盖上安装有调力螺杆，第一缸体和第二缸体内的调力螺杆分别与第一弹簧和第二弹簧的一端通过调力压板连接。两个缸体内的组件相配合，在开或关闭阀门初始和结束时，保证都能有很大的扭矩输出，从而能迅速关闭和开启阀门。同时具备可调节功能，可增加或减少弹簧压力。

作为优选，两个调力压板分别与第一弹簧和第二弹簧接触连接，调节螺杆旋转并推动两个调力压板分别滑动在第一缸体、第二缸体内调节第一弹簧和第二弹簧的弹力。通过调力压板，第一弹簧和第二弹簧靠近法兰盖的一端不固定在法兰盖一端，而是可以左右滑动调节弹簧的弹力，调节压板通过轴向的导向柱固定在第一缸体和第二缸体内并滑动。

作为优选，凸轮轴的上端设有用于显示旋转角度的显示盘。弹簧压力可调节，同时凸轮轴和齿轮轴的转动角度可以显示在带有刻度的显示盘上。

配合电动，气动执行器使用，可以在紧急状态时(如：停电，火灾时)可以自动关闭。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：本发明提供一种混合型角行程阀门开关的执行器，主要结构采用齿轮副和凸轮副同时作为主动件，以弹簧为从动件，配合调速机构来控制角行程阀门开关角度和速度的执行器，与传统执行器比较，具有结构新颖，紧凑，开关阀门稳定，扭力大，加工工艺性好，零配件通用性强，可自动关闭，可以调速，调力度等优点。可以实现在断电状态下自动开启和关闭角行程阀门的功能，特别适用于石油化工等常开或常闭的管路系统。

附图说明

图1是发明的结构示意图。

图2是齿轮和齿条活塞中心轴所在水平面的剖视图。

图3是执行器壳体内安装的上法兰、凸轮轴、轴承、齿轮轴和下法兰爆炸视图。

图4是是发明的内部结构配合示意图。

图5是阀门自动开关时的扭矩曲线图。

以上附图中各数字标号所指代的部位名称如下：其中，1—执行器本体、11—执行器壳体、12—第一腔室、13—第二腔室、14—第一缸体、15—第二缸体、16—法兰盖、111—上法兰、112—凸轮轴、113—轴承、114—齿轮轴、115—下法兰、116—第一密封圈、117—第二密封圈、118—进气口、119—第三空腔、131—齿条活塞、141—滚轮、142—凸轮活塞、143—第一弹簧、151—第二弹簧、161—调力螺杆、162—调力压板、1121—凸轮、1141—齿轮。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

一种混合型角行程阀门开关的执行器，如图1-5所示，包括执行器本体1，执行器本体1包括执行器壳体11，执行器壳体11内从上至下依次安装有上法兰111、凸轮轴112、轴承113、齿轮轴114和下法兰115，凸轮轴112的上端安装在上法兰111内，凸轮轴112与上法兰111的接口处设有第一密封圈116，凸轮轴112的下端通过键连接套合在齿轮轴114开设的空槽内并与齿轮轴114贴合同步转动，轴承113安装在凸轮轴112与齿轮轴114的接合部外，齿轮轴114的下端同轴承固定安装在下法兰115内，齿轮轴114与下法兰115的接口处设有第二密封圈117。

齿轮轴114的下端伸出下法兰115并与阀门的阀杆通过联轴节连接并同步旋转，凸轮轴112上安装有凸轮1121，齿轮轴114上安装有齿轮1141，凸轮轴112和齿轮轴114分别带动凸轮1121和齿轮1141与阀杆同步转动。

执行器壳体11内包括第一腔室12和第二腔室13，第一腔室12和第二腔室13分别连接有第一缸体14和第二缸体15，凸轮1121安装在第一腔室12内，齿轮1141安装在第二腔室13内，执行器壳体11设有使第一腔室12与第二腔室13连通的通孔，执行器壳体11上还设有进气口118和出气口，进气口118外设有控制进气口118开闭的电磁阀。

第一缸体14内安装有滚轮141、凸轮活塞142、第一弹簧143，凸轮活塞142的一侧设有槽体，凸轮活塞142的另一侧与第一弹簧143接触连接，滚轮141安装在槽体内并与凸轮活塞142卡合，凸轮1121的外边缘为变化弧度的封闭弧形，凸轮1121与滚轮141接触连接。

凸轮1121转动推动滚轮141，滚轮141推动凸轮活塞142压缩第一弹簧143。凸轮的横截面为两个椭圆形以凸轮的中心错位90°的叠加，因此转圈时会有一侧推动滚轮

第二腔室13内还设有齿条活塞131，第二缸体15内安装有第二弹簧151，齿条活塞131中设有空槽，空槽的槽壁上设有齿条，齿轮1141与齿条啮合，齿条活塞131的一侧与执行器壳体11形成密闭的第三空腔119，进气口118与第三空腔119连通，齿条活塞131的另一侧与第二弹簧151接触连接。

齿轮1141旋转带动齿条活塞131直线往返运动，齿条活塞131推动并压缩第二弹簧151。

第一缸体14和第二缸体15的端部都设有法兰盖16，法兰盖16上安装有调力螺杆161，第一缸体14和第二缸体15内的调力螺杆161分别与第一弹簧143和第二弹簧151的一端通过调力压板162连接。

两个调力压板162分别与第一弹簧143和第二弹簧151接触连接，调节螺杆161旋转并推动两个调力压板162分别滑动在第一缸体14、第二缸体15内调节第一弹簧143和第二弹簧151的弹力。

凸轮轴112的上端设有用于显示旋转角度的显示盘。

实施例2

一种混合型角行程阀门开关的执行器，当要打开或关闭阀门时，电磁阀打开，压缩气体通过进气口118充入第三空腔119，推动齿条活塞131向第二弹簧151一侧移动，因此，第二弹簧152在齿条活塞131的推动下，逐渐压缩，弹簧的压力由小变大，使第二弹簧151被压缩，储备弹性势能；由于齿条活塞131与齿轮啮合，齿条活塞131带动齿轮转动，从而带动齿轮轴114转动，同时，由于齿轮轴114、凸轮轴112同步转动而带动凸轮1121转动，凸轮1121推动滚轮141，从而使凸轮活塞142受到推力，凸轮活塞142与第一弹簧143是相接触的，第一弹簧143在凸轮活塞142的推动下也被压缩，储备能量。此时，两个弹簧都被压缩，储备足够的能量。气压产生的压力克服了阀门阀杆的扭力、第一弹簧、第二弹簧产生的压力，所产生的力达到平衡，由于对齿条活塞131设计了限位，使阀门的阀杆旋转到指定位置。当控制电磁阀换向时，阀门关闭或打开。如果始终保持气压连续供给，阀门就始终保持一种状态。

实施例3

一种混合型角行程阀门开关的执行器，当由于停电或紧急情况发生时，电磁阀归位，气压、阀门阀杆、弹簧的弹力的平衡被打破，第三空腔1141内气压被释放，对齿条活塞131的压力消失，两个弹簧的压力就被释放，齿条活塞131在第二弹簧151的作用下推动齿轮轴114旋转，同时，凸轮1121也被第一弹簧143推动而旋转，从而使凸轮轴112、齿轮轴114收到两个反转的力从而带动阀杆反向旋转，将阀门关闭或打开。

实施例4

一种混合型角行程阀门开关的执行器，如图5所示，检测在停电时，阀门自动打开或者关闭时，第一弹簧的扭矩、第二弹簧的压力、第一弹簧的预紧力、第一弹簧和第二弹簧合扭矩、阀门产生的扭矩，绘制成图5所示的曲线，说明在开或关闭阀门初始和结束时，都能有很大的扭矩输出，从而能有效迅速关闭和开启阀门，在应急时阀门实现自动关闭和开启。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种混合型角行程阀门开关的执行器，包括执行器本体(1)，其特征在于：执行器本体(1)包括执行器壳体(11)，执行器壳体(11)内从上至下依次安装有上法兰(111)、凸轮轴(112)、轴承(113)、齿轮轴(114)和下法兰(115)，凸轮轴(112)的上端安装在上法兰(111)内，凸轮轴(112)与上法兰(111)的接口处设有第一密封圈(116)，凸轮轴(112)的下端通过键连接套合在齿轮轴(114)开设的空槽内并与齿轮轴(114)贴合同步转动，轴承(113)安装在凸轮轴(112)与齿轮轴(114)的接合部外，齿轮轴(114)的下端同轴承固定安装在下法兰(115)内，齿轮轴(114)与下法兰(115)的接口处设有第二密封圈(117)。

2.根据权利要求1所述的一种混合型角行程阀门开关的执行器，其特征在于：齿轮轴(114)的下端伸出下法兰(115)并与阀门的阀杆通过联轴节连接并同步旋转，凸轮轴(112)上安装有凸轮(1121)，齿轮轴(114)上安装有齿轮(1141)，凸轮轴(112)和齿轮轴(114)分别带动凸轮(1121)和齿轮(1141)与阀杆同步转动。

3.根据权利要求1所述的一种混合型角行程阀门开关的执行器，其特征在于：执行器壳体(11)内包括第一腔室(12)和第二腔室(13)，第一腔室(12)和第二腔室(13)分别连接有第一缸体(14)和第二缸体(15)，凸轮(1121)安装在第一腔室(12)内，齿轮(1141)安装在第二腔室(13)内，执行器壳体(11)设有使第一腔室(12)与第二腔室(13)连通的通孔，执行器壳体(11)上还设有进气口(118)和出气口，进气口(118)外设有控制进气口(118)开闭的电磁阀。

4.根据权利要求3所述的一种混合型角行程阀门开关的执行器，其特征在于：第一缸体(14)内安装有滚轮(141)、凸轮活塞(142)、第一弹簧(143)，凸轮活塞(142)的一侧设有槽体，凸轮活塞(142)的另一侧与第一弹簧(143)接触连接，滚轮(141)安装在槽体内并与凸轮活塞(142)卡合，凸轮(1121)的外边缘为变化弧度的封闭弧形，凸轮(1121)与滚轮(141)接触连接。

5.根据权利要求4所述的一种混合型角行程阀门开关的执行器，其特征在于：凸轮(1121)转动推动滚轮(141)，滚轮(141)推动凸轮活塞(142)压缩第一弹簧(143)。

6.根据权利要求5所述的一种混合型角行程阀门开关的执行器，其特征在于：第二腔室(13)内还设有齿条活塞(131)，第二缸体(15)内安装有第二弹簧(151)，齿条活塞(131)中设有空槽，空槽的槽壁上设有齿条，齿轮(1141)与齿条啮合，齿条活塞(131)的一侧与执行器壳体(11)形成密闭的第三空腔(119)，进气口(118)与第三空腔(119)连通，齿条活塞(131)的另一侧与第二弹簧(151)接触连接。

7.根据权利要求6所述的一种混合型角行程阀门开关的执行器，其特征在于：齿轮(1141)旋转带动齿条活塞(131)直线往返运动，齿条活塞(131)推动并压缩第二弹簧(151)。

8.根据权利要求7所述的一种混合型角行程阀门开关的执行器，其特征在于：第一缸体(14)和第二缸体(15)的端部都设有法兰盖(16)，法兰盖(16)上安装有调力螺杆(161)，第一缸体(14)和第二缸体(15)内的调力螺杆(161)分别与第一弹簧(143)和第二弹簧(151)的一端通过调力压板(162)连接。

9.根据权利要求8所述的一种混合型角行程阀门开关的执行器，其特征在于：两个调力压板(162)分别与第一弹簧(143)和第二弹簧(151)接触连接，调节螺杆(161)旋转并推动两个调力压板(162)分别滑动在第一缸体(14)、第二缸体(15)内调节第一弹簧(143)和第二弹簧(151)的弹力。

10.根据权利要求1所述的一种混合型角行程阀门开关的执行器，其特征在于：凸轮轴(112)的上端设有用于显示旋转角度的显示盘。