CN111425651A - 蓄能器复位伺服直驱式角行程快速切断执行机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蓄能器复位伺服直驱式角行程快速切断执行机构，包括动力机构、传动系统、角行程输出组件和储能复位机构；所述动力机构通过传动系统带动角行程输出组件运动，实现行程输出；所述蓄能器储能复位机构用于当动力机构失电时对执行机构进行关断。发明提供一种蓄能器复位伺服直驱式角行程快速切断执行机构，将交流伺服直驱和液压传动的思想应用到普通电动执行器的设计过程中去，从而简化电动执行器的结构、优化电动执行器的使用过程、提高电动执行器的工作效率。

Description

蓄能器复位伺服直驱式角行程快速切断执行机构
技术领域
本发明涉及电动执行机构技术领域，具体涉及一种蓄能器复位伺服直驱式角行程快速切断执行机构。
背景技术
随着我国管道建设的快速发展，实现油气管道关键设备国产化的必要性日益迫切。油气管道关键设备国产化既是国家的要求，也是输油气企业降低建设和运营成本的需要，其国产化对于降低工程造价、打破国外的产品垄断和价格壁垒以及发展我们的民族产业、推动油气管道装备水平的提高具有重要意义。
近年来，随着自动化控制过程中对安全要求的与日俱增，尤其在石油石化系统对大口径阀的安全需求已十分迫切。而电动执行器作为大口径阀控制系统的终端执行机构，其动力源来自于电力系统，当事故或者其它原因造成电力系统停电，电动执行器不能将阀门调整到安全需求位置，进而造成人员伤亡和财产损失。
传统电动执行器主要包括固定壳体、电机、减速器、减速器输出轴、螺母、丝杠、蜗轮蜗杆机构以及操控电机运行的控制系统组成。其工作原理主要是：通过控制系统操控电机运动，电机带动减速器工作，减速器输出轴与丝杠相连接，丝杠将动力通过蜗轮蜗杆传递到阀门，从而实现角行程快速切断。但传统电动执行器存在以下缺点：①由于动力源来自于电力系统，当事故或者其它原因造成电力系统停电，电动执行器不能将阀门动作到安全需求位置，从而造成人员伤亡和财产损失；②使用普通交流电机转速无法调节，还需要减速器来降低转速，结构复杂；③目前市场上使用的大扭矩快速关断装置主要为气动执行器、液压执行器。气动执行器气路铺设复杂，而且有漏气的危险。传统的液压执行器维护工作量大，它的工作需要外部的液压系统，工厂中需要配备液压站和输油管路，价格也很昂贵。通常断电复位执行器大多数采用的是电池蓄能手段进行储能复位。电池蓄能复位型电动执行器由于体积和重量的限制，所产生最大扭矩较小，对大流量阀门效果不佳。其次，电池寿命有限，而且严苛工作环境对锂电池的安全性能要求高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种蓄能器复位伺服直驱式角行程快速切断执行机构，将交流伺服直驱和液压传动的思想应用到普通电动执行器的设计过程中去，从而简化电动执行器的结构、优化电动执行器的使用过程、提高电动执行器的工作效率。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种蓄能器复位伺服直驱式角行程快速切断执行机构，其特殊之处在于：
包括动力机构、传动系统、角行程输出组件和储能复位机构；
所述动力机构通过传动系统带动角行程输出组件运动，实现行程输出；
所述蓄能器储能复位机构用于当动力机构失电时对执行机构进行关断。
进一步地，上述动力机构包括伺服直驱电机，所述伺服直驱电机的动力输出端为伺服直驱电机一体式蜗杆。
进一步地，上述传动机构包括异形丝杠、台阶形螺母、涡轮，涡轮安装在台阶形螺母上，台阶形螺母与异形丝杠进行配合，涡轮与伺服直驱电机一体式蜗杆进行啮合。
进一步地，上述角行程输出组件包括齿条、角行程齿轮；所述异形丝杠的一端与齿条的一端固连，齿条与角行程齿轮啮合。
进一步地，上述蓄能器储能复位机构包括蓄能器异形壳体，蓄能器异形壳体内设有U型壳体，U型壳体内设有蓄能活塞，蓄能活塞上分别固连有单向阀以及电磁阀；蓄能活塞与U型壳体封闭一侧之间形成压力腔，U型壳体开放一侧固连有伞形端盖，蓄能活塞、U型壳体及伞形端盖之间形成储油腔；伞形端盖与蓄能器异形壳体之间装配有弹簧，伞形端盖的端部通过储能连接件与齿条固连在一起。
进一步地，还包括主箱体、阀体连接座、角行程阀壳体；角行程阀壳体通过阀体连接座固连在主箱体上，蓄能器异形壳体通过蓄能器端盖固连在阀体连接座上，传动机构设置在主箱体内，角行程输出组件设置在角行程阀壳体内。
进一步地，还包括电磁制动器，电磁制动器穿过异形丝杠后通过轴承固定在主箱体上，电磁制动器用于对异形丝杠进行制动。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明设计了储能复位装置，在本执行机构连接的阀门打开的情况下若突发事故或者其它原因造成电力系统停电，伺服电机内转矩为0，液压缸中的电磁阀失电打开，蓄能器中的被压缩的弹簧恢复，释放弹性势能，并转化为液体压力能推动液压缸以及齿条，齿轮反向旋转，从而迅速关闭阀门，避免了人员伤亡和财产损失；当工作环境为化工厂，核电设施等危险环境或者出现电力故障及其他突发事故时，不需要工作人员进入现场进行手动关闭阀门，极为有效地保障了工人的人身安全；
(2)本发明使用了交流伺服电机，其抗过载能力强，能承受三倍于额定转矩的负载，对有瞬间负载波动和要求快速起动的场合特别适用；低速运行平稳，低速运行时不会产生类似于步进电机的失步问题，适用于有高速响应要求的场合；该电机为交流伺服驱动，其驱动涡轮式采用的为，伺服直驱电机一体式蜗杆，将传统采用的蜗杆与电机主轴结合为一体，可以直驱调速，避免了繁复的减速机构、联轴器等带来的伺服电机低效控制；
(3)本发明仅在储能复位装置中使用液压系统，其结构简单，易于维修和更换,使用寿命也更长；该装置也不需要外部液压系统和输油管路，所以造价较低；此外液压式弹簧蓄能器利用液压传动原理，能够更快速，平稳地对阀门进行复位。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明所采用的伺服直驱电机一体式蜗杆、电机及涡轮装配的局部剖视图。
图中标号说明：1、主箱体，2、端盖，3、异形丝杠，4、台阶形螺母，5、涡轮，6、套筒，7、伺服直驱电机一体式蜗杆，8、伺服直驱电机，9、电磁制动器，10、轴承，11、阀体连接座，12、齿条，13、角行程齿轮，14、角行程阀壳体，15、蓄能器端盖，16、蓄能器异形壳体，17、蓄能活塞，18、单向阀，19、电磁阀，20、U型壳体，21、压力腔，22、伞形端盖，23、储油腔，24、弹簧，25、储能连接件。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
如附图1及图2所示，蓄能器复位伺服直驱式角行程快速切断执行机构，包括主箱体1，主箱体1的左侧固连有端盖2，端盖2内配合安装有异形丝杠3，异形丝杠3外侧固连有台阶形螺母4，台阶形螺母4上分别配合安装有涡轮5及用来对涡轮5进行轴向限位的套筒6，伺服直驱电机一体式蜗杆7的配合安装在涡轮5及伺服直驱电机8上，伺服直驱电机8固连在主箱体1上，电磁制动器9穿过异形丝杠3后通过轴承10固定在主箱体1上，阀体连接座11固连在主箱体1左侧，阀体连接座11内部的齿条12与异形丝杠3固连在一起，角行程齿轮13与齿条12啮合在一起配合安装在角行程阀壳体14上，角行程阀壳体14与阀体连接座11固连在一起。阀体连接座11上固连有蓄能器端盖15，蓄能器端盖15上固连有蓄能器异形壳体16，蓄能器异形壳体16内固连有蓄能活塞17，蓄能活塞17的两侧分别固连有单向阀18以及电磁阀19，蓄能活塞17的中间配合安装有U型壳体20，蓄能活塞17与U型壳体20之间形成压力腔21，U型壳体20右侧固连有伞形端盖22，蓄能活塞17、U型壳体20及伞形端盖22之间形成储油腔23。伞形端盖22与蓄能器异形壳体16之前装配有弹簧24，伞形端盖22的右侧通过储能连接件25与齿条12固连在一起。
本发明的工作原理为：
(1)本发明采用交流伺服直驱控制的角行程快速切断电动执行的具体原理为：
交流伺服电机通电后，其转子即伺服直驱电机一体式蜗杆7转动，驱动蜗轮5转动，将动力传递到台阶形螺母4上，再带动台阶形螺母4转动；螺旋副将台阶形螺母4的圆周运动转换为异形丝杠3的直线运动，从而推动齿条12移动，再通过齿轮齿条啮合带动角行程齿轮13转动，从而实现角行程输出；当角阀到达了工作位置的时候，电机断电，同时电磁制动器9启动，使伺服直驱电机一体式蜗杆7可以快速停止，保证角阀工位的准确。
(2)本发明采用蓄能器储能复位实现快速关断的具体原理为：
当执行机构正常工作时，在角行程齿轮13与齿条12带动阀门打开的工作行程中，齿条12同时也推动储能连接件25，从而推动伞形端盖22及U型壳体20运动，并压缩弹簧24。与此同时电磁阀19处于关闭状态，液压油只能从储油腔23通过单向阀18流向压力腔21。当阀门开到正常工位时，单向阀18和电磁阀19使压力腔21的液压油无法流动，伞形端盖22及U型壳体20位置保持不变，同时弹簧18受压缩储能。当本机构连接的阀门在打开的情况下若突发事故或者其它原因造成电力系统停电，伺服电机内转矩为0时：蓄能器中的电磁阀19失电打开，液压油通过电磁阀19从压力腔21流向储油腔23，而单向阀19关闭。同时被压缩的弹簧24复位，推动伞形端盖22、U型壳体20和齿条12，使得角行程齿轮13反转，阀门关闭。
以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种蓄能器复位伺服直驱式角行程快速切断执行机构，其特征在于：
包括动力机构、传动系统、角行程输出组件和储能复位机构；
所述动力机构通过传动系统带动角行程输出组件运动，实现行程输出；
所述蓄能器储能复位机构用于当动力机构失电时对执行机构进行关断。
2.根据权利要求1所述的一种蓄能器复位伺服直驱式角行程快速切断执行机构，其特征在于：
所述动力机构包括伺服直驱电机(8)，所述伺服直驱电机(8)的动力输出端为伺服直驱电机一体式蜗杆(7)。
3.根据权利要求2所述的一种蓄能器复位伺服直驱式角行程快速切断执行机构，其特征在于：
所述传动机构包括异形丝杠(3)、台阶形螺母(4)、涡轮(5)，
涡轮(5)安装在台阶形螺母(4)上，台阶形螺母(4)与异形丝杠(3)进行配合，涡轮(5)与伺服直驱电机一体式蜗杆(7)进行啮合。
4.根据权利要求3所述的一种蓄能器复位伺服直驱式角行程快速切断执行机构，其特征在于：
所述角行程输出组件包括齿条(12)、角行程齿轮(13)；所述异形丝杠(3)的一端与齿条(12)的一端固连，齿条(12)与角行程齿轮(13)啮合。
5.根据权利要求4所述的一种蓄能器复位伺服直驱式角行程快速切断执行机构，其特征在于：
所述蓄能器储能复位机构包括蓄能器异形壳体(16)，蓄能器异形壳体(16)内设有U型壳体(20)，U型壳体(20)内设有蓄能活塞(17)，蓄能活塞(17)上分别固连有单向阀(18)以及电磁阀(19)；蓄能活塞(17)与U型壳体(20)封闭一侧之间形成压力腔(21)，U型壳体(20)开放一侧固连有伞形端盖(22)，蓄能活塞(17)、U型壳体(20)及伞形端盖(22)之间形成储油腔(23)；伞形端盖(22)与蓄能器异形壳体(16)之间装配有弹簧(24)，伞形端盖(22)的端部通过储能连接件(25)与齿条(12)固连在一起。
6.根据权利要求5所述的一种蓄能器复位伺服直驱式角行程快速切断执行机构，其特征在于：
还包括主箱体(1)、阀体连接座(11)、角行程阀壳体(14)；
角行程阀壳体(14)通过阀体连接座(11)固连在主箱体(1)上，蓄能器异形壳体(16)通过蓄能器端盖(15)固连在阀体连接座(11)上；
传动机构设置在主箱体(1)内，角行程输出组件设置在角行程阀壳体(14)内。
7.根据权利要求6所述的一种蓄能器复位伺服直驱式角行程快速切断执行机构，其特征在于：
还包括电磁制动器(9)，电磁制动器(9)穿过异形丝杠(3)后通过轴承(10)固定在主箱体(1)上，电磁制动器(9)用于对异形丝杠(3)进行制动。
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