CN111473150A - 故障安全式多冗余控制角行程快速切断执行装置 - Google Patents

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杨昌群
王永飞
赵升吨
牛道东
张晨
郭瀚泽
钟良
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Abstract

本发明公开了一种故障安全式多冗余控制角行程快速切断执行装置，包括多冗余动力机构、传动系统和角行程快速切断执行机构；所述多冗余动力机构通过传动系统带动角行程快速切断执行机构实现行程输出。本发明将“多冗余”思想应用到电动执行器的设计过程中去，从而简化电动执行器的结构、优化电动执行器各装置的空间布局、提高电动执行器的工作效率、提高电动执行器的安全性。

Description

故障安全式多冗余控制角行程快速切断执行装置
技术领域
本发明涉及电动执行机构技术领域，具体涉及一种故障安全式多冗余控制角行程快速切断执行装置。
背景技术
执行器作为控制系统的终端执行机构，其工作的可靠性将直接影响到整个系统的性能水平和系统安全。近年来，随着过程自动化控制过程中的安全要求与日俱增，尤其在石油石化系统对大口径阀的安全需求已十分迫切。
传统的电动执行器多用于角行程阀门，特点是在电源故障的情况下自动将阀门驱动到全开或全关位置。电源正常工作状态下，机构可正常驱动阀门，并同时压缩集成弹簧组件，压缩后的集成弹簧组件被电磁阀保持在储能状态。当电磁阀失电时，集成弹簧组件释放蓄能力可以驱动执行机构及阀门到达全开或全关的安全位置。电源恢复正常(无需重置集成弹簧组件)。弹簧故障安全装置机构内部还安装一个安全保护装置，利用离合器操纵杆偏心分离动作；触发安全保护装置确保手动操作安全。
但传统电动执行器存在以下缺点：①当发生事故或其他安全隐患时，由于其动力源来自电力系统，传动电动执行器无法将阀门运动到指定位置，极易造成人员伤亡和财产损失。②无法实现迅速精确的复位功能。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种故障安全式多冗余控制角行程快速切断执行装置，将“多冗余”思想应用到电动执行器的设计过程中去，从而简化电动执行器的结构、优化电动执行器各装置的空间布局、提高电动执行器的工作效率、提高电动执行器的安全性。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种故障安全式多冗余控制角行程快速切断执行装置，其特殊之处在于：
包括多冗余动力机构、传动系统和角行程快速切断执行机构；
所述多冗余动力机构通过传动系统带动角行程快速切断执行机构实现行程输出。
进一步地，上述多冗余动力机构包括第一动力组和第二动力组，所述第一动力组和第二动力组分别设置在第一支持端盖和第二支持端盖上，所述第一支持端盖和第二支持端盖分别与角行程电动执行机构外壳连接。
进一步地，上述角行程快速切断执行机构设置在角行程电动执行机构外壳内。
进一步地，上述第一动力组和第二动力组外部分别设有第一壳体和第二壳体。
进一步地，上述传动系统包括伺服直驱式异形齿条、第一十字型连接件、第二十字型连接件，伺服直驱式异形齿条固定安装在第一支持端盖以及第二支持端盖上，角行程快速切断执行机构包括角行程齿轮，角行程齿轮与伺服直驱式异形齿条之间形成啮合关系；
第一十字型连接件、第二十字型连接件分别固定在伺服直驱式异形齿条的两侧，第一十字型连接件、第二十字型连接件分别与一个滑块连接，各个滑块在滑轨上滑动。
进一步地，上述第一动力组包括结构包括四个结构相同的电机，四个电机上均安装有伺服直驱式永磁体式U型槽定子、直线电机动子，直线电机动子通过连接件与直线电机滑块连接件固连在一起，直线电机滑块连接件与一个滑块固连；
所述第二动力组与第一动力组结构相同，所述第二动力组中电机上的直线电机动子通过连接件与直线电机滑块连接件固连在一起，直线电机滑块连接件与另一个滑块固连。
进一步地，上述第一动力组包括第一伺服直驱U型槽式直线电机、第二伺服直驱U型槽式直线电机、第三伺服直驱U型槽式直线电机、第四伺服直驱U型槽式直线电机。
进一步地，上述第二动力组包括第五伺服直驱U型槽式直线电机、第六伺服直驱U型槽式直线电机、第七伺服直驱U型槽式直线电机及第八伺服直驱U型槽式直线电机。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明将“多冗余”思想应用到电动执行器，在本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，由于8个电机不同时工作，此时冗余的电机可以代替故障电机进行工作完成控制要求，进而实现阀门的开关。提高了工作生产线的安全性，减少突发事故带来的损失；
(2)伺服直驱式异形齿条由第一伺服直驱U型槽式直线电机、第二伺服直驱U型槽式直线电机、第三伺服直驱U型槽式直线电机、第四伺服直驱U型槽式直线电机、第五伺服直驱U型槽式直线电机、第六伺服直驱U型槽式直线电机、第七伺服直驱U型槽式直线电机或第八伺服直驱U型槽式直线电机直接进行驱动，即可通过伺服直驱式异形齿条上的齿条作用使得角行程齿轮产生角行程，提高了控制精度、改善了传递效率，体现了交流伺服电直驱的特色，优化了产品结构，提高工作效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的外形示意图；
图3是本发明的局部结构示意图；
图4是本发明伺服直驱式异形齿条的结构示意图。
图中标号说明：1、第一伺服直驱U型槽式直线电机，2、第二伺服直驱U型槽式直线电机，3、第三伺服直驱U型槽式直线电机，4、第四伺服直驱U型槽式直线电机，5、第五伺服直驱U型槽式直线电机，6、第六伺服直驱U型槽式直线电机，7、第七伺服直驱U型槽式直线电机，8、第八伺服直驱U型槽式直线电机，9、伺服直驱式异形齿条，10、第一支持端盖，11、第二支持端盖，12、角行程电动执行机构外壳，13、角行程齿轮，14、伺服直驱式永磁体式U型槽定子，15、直线电机动子，16、连接件，17、直线电机滑块连接件，18、直线电机滑块，19、直线导轨，20、第一十字型连接件，21、第二十字型连接件，22、第一壳体，23第二壳体。
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、图2、图3及图4所示，故障安全式多冗余控制角行程快速切断执行装置，包括结构完全相同的第一伺服直驱U型槽式直线电机1、第二伺服直驱U型槽式直线电机2、第三伺服直驱U型槽式直线电机3、第四伺服直驱U型槽式直线电机4、第五伺服直驱U型槽式直线电机5、第六伺服直驱U型槽式直线电机6、第七伺服直驱U型槽式直线电机7及第八伺服直驱U型槽式直线电机8。第一伺服直驱U型槽式直线电机1、第二伺服直驱U型槽式直线电机2、第三伺服直驱U型槽式直线电机3、第四伺服直驱U型槽式直线电机4、第五伺服直驱U型槽式直线电机5、第六伺服直驱U型槽式直线电机6、第七伺服直驱U型槽式直线电机7及第八伺服直驱U型槽式直线电机8的内部固连有伺服直驱式异形齿条9，伺服直驱式异形齿条9固定安装在第一支持端盖10以及第二支持端盖11上，第一支持端盖10以及第二支持端盖11中间是角行程电动执行机构外壳12，角行程电动执行机构外壳12内部安装有角行程齿轮13，且角行程齿轮13与伺服直驱式异形齿条9之间形成啮合关系。第一伺服直驱U型槽式直线电机1上安装有伺服直驱式永磁体式U型槽定子14，伺服直驱式永磁体式U型槽定子14内部安装有直线电机动子15，直线电机动子15通过连接件16与直线电机滑块连接件17固连在一起，直线电机动子17的下侧固定安装有直线电机滑块18，直线电机滑块18配合安装在直线导轨19上，且可在直线导轨19上自由滑动。直线电机滑块连接件17的上侧固定安装有第一十字型连接件20，第一十字型连接件20与伺服直驱式异形齿条9固连。第二十字型连接件21固定安装在伺服直驱式异形齿条9的另外一侧。第一壳体22安装在第一伺服直驱U型槽式直线电机1、第二伺服直驱U型槽式直线电机2、第三伺服直驱U型槽式直线电机3及第四伺服直驱U型槽式直线电机4的外侧，第二壳体23安装在第五伺服直驱U型槽式直线电机5、第六伺服直驱U型槽式直线电机6、第七伺服直驱U型槽式直线电机7及第八伺服直驱U型槽式直线电机8的外侧。
本发明的工作原理为：
(1)本发明采用“多冗余交流伺服控制”及“故障安全”的原理为：
本发明包含结构完全相同的第一伺服直驱U型槽式直线电机1、第二伺服直驱U型槽式直线电机2、第三伺服直驱U型槽式直线电机3、第四伺服直驱U型槽式直线电机4、第五伺服直驱U型槽式直线电机5、第六伺服直驱U型槽式直线电机6、第七伺服直驱U型槽式直线电机7及第八伺服直驱U型槽式直线电机8，总共8个电机，8个电机可形成以下情况的“多冗余式”控制：
①先任意1个电机工作，该电机出现故障问题时即可启动另外7个电机中的任意1个、2个、3个、4个、5个、6个或7个；
②先任意2个电机工作，该2个电机都出现故障问题时即可启动另外6个电机中的任意1个、2个、3个、4个、5个或6个电机；
③先任意3个电机工作，该3个电机都出现故障问题时即可启动另外5个电机中的任意1个、2个、3个、4个或5个电机；
④先任意4个电机工作，该4个电机都出现故障问题时即可启动另外4个电机中的任意1个、2个、3个或4个；
⑤先任意5个电机工作，该5个电机都出现故障问题时即可启动另外3个电机中的任意1个、2个或3个；
⑥先任意6个电机工作，该6个电机都出现故障问题时即可启动另外2个电机中的任意1个或2个；
⑦先任意7个电机工作，该7个电机都出现故障问题时即可启动另外1个电机。
(2)本发明采用伺服直驱U型槽式直线电机驱动齿轮齿条角行程运动的原理为(第一伺服直驱U型槽式直线电机1为例进行说明)：
第一伺服直驱U型槽式直线电机1通电后将在伺服直驱式永磁体式U型槽定子14上产生磁力，则直线电机动子15产生直线运动，带动连接件16、直线电机滑块连接件17、直线电机滑块18及第一十字型连接件20产生直线运动，第一十字型连接件20的直线运动带动与其固连在一起的伺服直驱式异形齿条9产生直线运动，伺服直驱式异形齿条9产生直线运动后，在伺服直驱式异形齿条9的作用下，角行程齿轮13产生角行程运动，从而实现角行程快速切断执行机构的“开启”或“闭合”动作。上述方式，安全可靠的完成了角行程快速切断执行机构的“开启”或“闭合”动作。提高了工作效率，提高了生产安全性，减少了生产事故中造成财产损失的可能。
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 (8)

1.一种故障安全式多冗余控制角行程快速切断执行装置，其特征在于：
包括多冗余动力机构、传动系统和角行程快速切断执行机构；
所述多冗余动力机构通过传动系统带动角行程快速切断执行机构实现行程输出。
2.根据权利要求1所述的一种故障安全式多冗余控制角行程快速切断执行装置，其特征在于：
所述多冗余动力机构包括第一动力组和第二动力组，所述第一动力组和第二动力组分别设置在第一支持端盖(10)和第二支持端盖(11)上，所述第一支持端盖(10)和第二支持端盖(11)分别与角行程电动执行机构外壳(12)连接。
3.根据权利要求2所述的一种故障安全式多冗余控制角行程快速切断执行装置，其特征在于：
所述角行程快速切断执行机构设置在角行程电动执行机构外壳(12)内。
4.根据权利要求3所述的一种故障安全式多冗余控制角行程快速切断执行装置，其特征在于：
所述第一动力组和第二动力组外部分别设有第一壳体(22)和第二壳体(23)。
5.根据权利要求4所述的一种故障安全式多冗余控制角行程快速切断执行装置，其特征在于：
所述传动系统包括伺服直驱式异形齿条(9)、第一十字型连接件(20)、第二十字型连接件(21)，伺服直驱式异形齿条(9)固定安装在第一支持端盖(10)以及第二支持端盖(11)上，角行程快速切断执行机构包括角行程齿轮(13)，角行程齿轮(13)与伺服直驱式异形齿条(9)之间形成啮合关系；
第一十字型连接件(20)、第二十字型连接件(21)分别固定在伺服直驱式异形齿条(9)的两侧，第一十字型连接件(20)、第二十字型连接件(21)分别与一个滑块连接，各个滑块在滑轨上滑动。
6.根据权利要求5所述的一种故障安全式多冗余控制角行程快速切断执行装置，其特征在于：
所述第一动力组包括结构包括四个结构相同的电机，四个电机上均安装有伺服直驱式永磁体式U型槽定子、直线电机动子，直线电机动子通过连接件与直线电机滑块连接件固连在一起，直线电机滑块连接件与一个滑块固连；
所述第二动力组与第一动力组结构相同，所述第二动力组中电机上的直线电机动子通过连接件与直线电机滑块连接件固连在一起，直线电机滑块连接件与另一个滑块固连。
7.根据权利要求6所述的一种故障安全式多冗余控制角行程快速切断执行装置，其特征在于：
所述第一动力组包括第一伺服直驱U型槽式直线电机(1)、第二伺服直驱U型槽式直线电机(2)、第三伺服直驱U型槽式直线电机(3)、第四伺服直驱U型槽式直线电机(4)。
8.根据权利要求7所述的一种故障安全式多冗余控制角行程快速切断执行装置，其特征在于：
所述第二动力组包括第五伺服直驱U型槽式直线电机(5)、第六伺服直驱U型槽式直线电机(6)、第七伺服直驱U型槽式直线电机(7)及第八伺服直驱U型槽式直线电机(8)。
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