CN112728198B - 一种高寿命偏置式齿轮齿条气动执行机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及阀门过程控制技术领域，尤其是一种高寿命偏置式齿轮齿条气动执行机构，其中气缸一的缸体一固定在箱体的左开口处，气缸一的活塞杆一上开设齿条一，气缸二的缸体二固定在箱体的右开口处，气缸二的活塞杆二上开设齿条二，箱体内部的齿轮轴的两端分别可转动式安插在两个法兰中，齿轮轴的其中一端用来跟阀门的阀杆相连，齿条一、齿条二分别和齿轮轴相啮合，箱体的箱壁上开设气口一，气缸一的缸盖一上开设气口二，气缸二的缸盖二上开设气口三，当经过气口一向箱体内充气或者箱体向外排气时，活塞杆一和活塞杆二移动带动齿轮轴向两个不同方向转动以带动阀杆转动实现阀门的开启或关闭，使用寿命较长，提高动作速度，一机多用，便于批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及阀门过程控制技术领域，尤其是一种高寿命偏置式齿轮齿条气动执行机构。
背景技术
阀门使用时，通常配合有执行机构对阀门进行开启和关闭，传统齿轮齿条式气动执行机构由于其结构原因，导致压缩气体对活塞的作用力与齿轮齿条啮合处产生的作用力施力点不重合，在执行机构动作过程中，活塞受到由于以上两个作用力不重合导致的侧向力，长期使用，会加速密封件和导向件的磨损，导致执行机构的使用寿命较短。另外，传统的齿轮齿条式气动执行机构进气口和出气口受到本身缸体结构的限制，不能加大，导致一些阀门需要快速动作的使用工况无法满足或提速受限。对于单作用执行机构，传统的齿轮齿条式执行机构对于弹簧复位关闭(CW)和弹簧复位打开(CCW)两种状态的转换，需要将执行机构拆开，将活塞的位置对换方向重新装配才能实现。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种高寿命偏置式齿轮齿条气动执行机构，使用寿命较长，减少动作时间，提高动作速度，一机多用，便于批量生产。
本发明所采用的技术方案如下：一种高寿命偏置式齿轮齿条气动执行机构，包括气缸一、气缸二和箱体，箱体的箱壁上开设左开口、右开口以及两个相对的上开口、下开口，箱体的上开口、下开口处分别固定法兰，气缸一的缸体一固定在箱体的左开口处，气缸一的活塞杆一悬伸到箱体的内部，活塞杆一上开设齿条一，气缸二的缸体二固定在箱体的右开口处，气缸二的活塞杆二悬伸到箱体的内部，活塞杆二上开设齿条二，箱体的内部放置齿轮轴，齿轮轴的两端分别可转动式安插在两个法兰中，齿轮轴的两端面上分别开设键槽且其中一个键槽用来跟阀门的阀杆相连，齿轮轴夹持在活塞杆一和活塞杆二之间，且齿条一、齿条二分别和齿轮轴相啮合，箱体的箱壁上开设气口一，气缸一的缸盖一上开设气口二，气缸二的缸盖二上开设气口三，当经过气口一向箱体内充气或者经过气口将箱体内气体向外排出时，活塞杆一和活塞杆二移动带动齿轮轴向两个不同方向转动以带动阀杆转动实现阀门的开启或关闭，所述箱体内部固定两个相互平行的限位柱，限位柱和齿轮轴相互平行，限位柱外套设轴承，活塞杆一和活塞杆二夹持在两个轴承之间，当活塞杆一和活塞杆二移动时，带动两个轴承转动。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述缸盖一中部安插固定限位螺栓一，限位螺栓一的端部悬伸到缸体一内部且该端用来限制活塞杆一的位移，缸盖二中部安插固定限位螺栓二，限位螺栓二的端部悬伸到缸体二内部且该端用来限制活塞杆二的位移。
箱体的箱壁上安插固定限位螺栓三和限位螺栓四，限位螺栓三的端部悬伸到箱体的内部并和活塞杆一的端部相对用来限制活塞杆一的位移，限位螺栓四的端部悬伸到箱体的内部并和活塞杆二的端部相对用来限制活塞杆二的位移。
所述活塞杆一包括活塞和条板，条板的一端和活塞的外侧面中部垂直相连，齿条一开设在条板的一侧板面上，活塞的内侧面开设圆盘型凹槽一，和凹槽一相对的缸盖一的内板面上开设圆盘型凹槽二。
所述活塞杆二的结构和活塞杆一的结构相同。
所述凹槽一和凹槽二之间布置弹性机构一，弹性机构一包括弹簧、圆柱形槽状的壳体一、圆柱形槽状的壳体二和预压缩拉杆，壳体一的槽口面向凹槽二，壳体一的槽口端向外翻折90°形成翻边一，翻边一的边缘抵靠在凹槽二的槽壁上，壳体二的槽口面向凹槽一，壳体二的槽口向外翻折90°形成翻边二，翻边二的边缘抵靠在凹槽一的槽壁上，壳体一的槽底面中部开设安装孔一，壳体二的槽底面中部开设安装孔二，预压缩拉杆的两端分别向外翻折90°形成翻边三，预压缩拉杆自安装孔一和安装孔二穿插而过，壳体一、壳体二分别和预压缩拉杆构成可移动式配合，弹簧的两端分别套设在壳体一、壳体二上。
所述活塞杆二和缸盖二之间布置弹性机构二，弹性机构二的结构和弹性机构一的结构相同。
所述齿轮轴的轴身上设有两个凸缘，齿轮轴上的齿布置在两个凸缘之间，两个凸缘分别抵靠在两个法兰的内端面上。
本发明的有益效果如下：
1、本申请中圆柱形活塞的中心与条板的中线重合，这样可以保证活塞所受到的压缩气体的推力与齿轮轴作用给齿条一的推力在一条直线上，避免由于两个推力不共线而造成的侧向力，减小磨损，提高使用寿命。
2.气口一开设在箱体的箱壁上，气口二开设在气缸一的缸盖一上，气口三开设在气缸二的缸盖二上，使得各个气口有足够的设计空间，可以根据实际需要增大各个气口，提高执行机构的动作速度。
3.对于单作用执行机构，只需将执行机构旋转180度，使得阀门法兰和不同的法兰50连接，即可实现弹簧复位打开(CCW)和弹簧复位关闭(CW)的自由切换，有利于批量生产以及紧急情况下实现快速切换使用工况。
附图说明
图1是本发明的结构图。
图2是图1的部分结构图。
图3是本发明为双作用执行机构时的剖视图。
图4是本发明为单作用执行机构时的剖视图。
其中：10、箱体；11、气口一；20、气缸一；21、缸体一；22、活塞杆一；221、活塞；222、条板；223、凹槽一；23、齿条一；24、缸盖一；241、气口二；242、凹槽二；30、气缸二；31、缸体一；32、活塞杆二；33、齿条二；34、缸盖二；341、气口三；40、齿轮轴；41、键槽；50、法兰；61、限位柱；62、轴承；71、限位螺栓一；72、限位螺栓二；81、弹簧；82、壳体一；83、壳体二；84、预压缩拉杆；91、限位螺栓三；92、限位螺栓四。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1-4所示，本实施例的高寿命偏置式齿轮齿条气动执行机构，包括气缸一20、气缸二30和箱体10，箱体10的箱壁上开设左开口、右开口以及两个相对的上开口、下开口，箱体10的上开口、下开口处分别固定法兰50，气缸一20的缸体一21固定在箱体10的左开口处，气缸一20的活塞杆一22悬伸到箱体10的内部，活塞杆一22上开设齿条一23，气缸二30的缸体二31固定在箱体10的右开口处，气缸二30的活塞杆二32悬伸到箱体10的内部，活塞杆二32上开设齿条二33，箱体10的内部放置齿轮轴40，齿轮轴40的两端分别可转动式安插在两个法兰50中，齿轮轴40的两端面上分别开设键槽41且其中一个键槽41用来跟阀门的阀杆相连，齿轮轴40夹持在活塞杆一22和活塞杆二32之间，且齿条一23、齿条二33分别和齿轮轴40相啮合，箱体10的箱壁上开设气口一11，气缸一20的缸盖一24上开设气口二241，气缸二30的缸盖二34上开设气口三341，当经过气口一11向箱体10内充气或者经过气口11将箱体10内气体向外排出时，活塞杆一22和活塞杆二32移动带动齿轮轴40向两个不同方向转动以带动阀杆转动实现阀门的开启或关闭，箱体10内部固定两个相互平行的限位柱61，限位柱61和齿轮轴40相互平行，限位柱61外套设轴承62，活塞杆一22和活塞杆二32夹持在两个轴承62之间，当活塞杆一22和活塞杆二32移动时，带动两个轴承62转动。通过限位柱61和轴承62的限位，保证齿条一23、齿条二33始终和齿轮轴40啮合。
缸盖一24中部安插固定限位螺栓一71，限位螺栓一71的端部悬伸到缸体一21内部且该端用来限制活塞杆一22的位移，缸盖二34中部安插固定限位螺栓二72，限位螺栓二72的端部悬伸到缸体二31内部且该端用来限制活塞杆二32的位移。
箱体10的箱壁上安插固定限位螺栓三91和限位螺栓四92，限位螺栓三91的端部悬伸到箱体10的内部并和活塞杆一22的端部相对用来限制活塞杆一22的位移，限位螺栓四92的端部悬伸到箱体10的内部并和活塞杆二32的端部相对用来限制活塞杆二32的位移。可以通过旋拧限位螺栓一71、限位螺栓二72、限位螺栓三91和限位螺栓四92至不同的位置，来限制活塞杆一22、活塞杆二32的移动位移。
活塞杆一22包括活塞221和条板222，条板222的一端和活塞221的外侧面中部垂直相连，齿条一23开设在条板222的一侧板面上，活塞221的内侧面开设圆盘型凹槽一223，和凹槽一223相对的缸盖一24的内板面上开设圆盘型凹槽二242。
活塞杆二32的结构和活塞杆一22的结构相同。
凹槽一223和凹槽二242之间布置弹性机构一，弹性机构一包括弹簧81、圆柱形槽状的壳体一82、圆柱形槽状的壳体二83和预压缩拉杆84，壳体一82的槽口面向凹槽二242，壳体一82的槽口端向外翻折90°形成翻边一，翻边一的边缘抵靠在凹槽二242的槽壁上，壳体二83的槽口面向凹槽一223，壳体二83的槽口向外翻折90°形成翻边二，翻边二的边缘抵靠在凹槽一223的槽壁上，壳体一82的槽底面中部开设安装孔一，壳体二83的槽底面中部开设安装孔二，预压缩拉杆84的两端分别向外翻折90°形成翻边三，预压缩拉杆84自安装孔一和安装孔二穿插而过，壳体一82、壳体二83分别和预压缩拉杆84构成可移动式配合，弹簧81的两端分别套设在壳体一82、壳体二83上。弹簧81的两端分别抵靠在翻边一和翻边二上，活塞杆一22移动压缩弹簧81时，壳体二83沿着预压缩拉杆84移动。弹簧运动时，壳体一82、壳体二83对弹簧81进行导向，减少弹簧81弯曲变形。
活塞杆二32和缸盖二34之间布置弹性机构二，弹性机构二的结构和弹性机构一的结构相同。
所述齿轮轴40的轴身上设有两个凸缘，齿轮轴40上的齿布置在两个凸缘之间，两个凸缘分别抵靠在两个法兰50的内端面上。
本申请使用时，通过其中一端法兰50和阀门的法兰安装在一起，利用其中一端的键槽41和阀门的阀杆安装在一起，另一端的法兰50直接连接一个挡板，挡板可以防止雨水进入到齿轮轴40中间形成积水。
本申请可作为两种执行机构使用：双作用执行机构和单作用执行机构。
(1)双作用执行机构：当本申请所述的高寿命偏置式齿轮齿条气动执行机构内没有安装弹性机构一和弹性机构二时，本申请可作为双作用执行机构使用，当气口一11进气，气口二241和气口三341排气时，活塞杆一22和活塞杆二32在气源作用下向两边运动，带动齿轮轴40顺时针旋转，执行机构向关闭位置(0°)运动，带动阀门关闭；当气口二241和气口三341同时进气，气口一11排气时，活塞杆一22和活塞杆二32在气源作用下向中间运动，带动齿轮轴40逆时针旋转，执行机构向开启位置(90°)运动，带动阀门打开。
(2)单作用执行机构：当本申请所述的高寿命偏置式齿轮齿条气动执行机构内安装弹性机构一和弹性机构二时，本申请可作为单作用执行机构使用，当气口一11进气，气口二241和气口三341排气时，活塞杆一22和活塞杆二32在气源作用下向两边运动，带动齿轮轴40顺时针旋转，弹性机构一和弹性机构二中的弹簧81被压缩，执行机构向关闭位置(0°)运动，带动阀门关闭；当气口一11排气时，弹簧81伸长并推动活塞杆一22和活塞杆二32向中间运动，带动齿轮轴40逆时针旋转，执行机构向开启位置(90°)运动，带动阀门打开。
本申请具有以下优点：
1.活塞杆一22由圆柱形的活塞221和条板222组成，齿条一23开设在条板222的一侧板面上，齿条一23与齿轮轴40构成齿轮齿条传动，将气缸一20的直线行程转化为角行程。活塞杆二32的传动关系同活塞杆一22。圆柱形活塞221的中心与条板222的中线重合，这样可以保证活塞221所受到的压缩气体的推力与齿轮轴40作用给齿条一23的推力在一条直线上，避免由于两个推力不共线而造成的侧向力，减小磨损，提高使用寿命。
2.气口一11开设在箱体10的箱壁上，气口二241开设在气缸一20的缸盖一24上，气口三341开设在气缸二30的缸盖二34上，使得各个气口有足够的设计空间，可以根据实际需要增大各个气口，提高执行机构的动作速度。
3.对于单作用执行机构，只需将执行机构旋转180度，使得阀门法兰和不同的法兰50连接，即可实现弹簧复位打开(CCW)和弹簧复位关闭(CW)的自由切换，有利于批量生产以及紧急情况下实现快速切换使用工况。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
Claims (5)
1.一种高寿命偏置式齿轮齿条气动执行机构，其特征在于：包括气缸一(20)、气缸二(30)和箱体(10)，箱体(10)的箱壁上开设左开口、右开口以及两个相对的上开口、下开口，箱体(10)的上开口、下开口处分别固定法兰(50)，气缸一(20)的缸体一(21)固定在箱体(10)的左开口处，气缸一(20)的活塞杆一(22)悬伸到箱体(10)的内部，活塞杆一(22)上开设齿条一(23)，气缸二(30)的缸体二(31)固定在箱体(10)的右开口处，气缸二(30)的活塞杆二(32)悬伸到箱体(10)的内部，活塞杆二(32)上开设齿条二(33)，箱体(10)的内部放置齿轮轴(40)，齿轮轴(40)的两端分别可转动式安插在两个法兰(50)中，齿轮轴(40)的两端面上分别开设键槽(41)且其中一个键槽(41)用来跟阀门的阀杆相连，齿轮轴(40)夹持在活塞杆一(22)和活塞杆二(32)之间，且齿条一(23)、齿条二(33)分别和齿轮轴(40)相啮合，箱体(10)的箱壁上开设气口一(11)，气缸一(20)的缸盖一(24)上开设气口二(241)，气缸二(30)的缸盖二(34)上开设气口三(341)，当经过气口一(11)向箱体(10)内充气或者经过气口一(11)将箱体(10)内气体向外排出时，活塞杆一(22)和活塞杆二(32)移动带动齿轮轴(40)向两个不同方向转动以带动阀杆转动实现阀门的开启或关闭，所述箱体(10)内部固定两个相互平行的限位柱(61)，限位柱(61)和齿轮轴(40)相互平行，限位柱(61)外套设轴承(62)，活塞杆一(22)和活塞杆二(32)夹持在两个轴承(62)之间，当活塞杆一(22)和活塞杆二(32)移动时，带动两个轴承(62)转动；
所述活塞杆一(22)包括活塞(221)和条板(222)，条板(222)的一端和活塞(221)的外侧面中部垂直相连，齿条一(23)开设在条板(222)的一侧板面上，活塞(221)的内侧面开设圆盘型凹槽一(223)，和凹槽一(223)相对的缸盖一(24)的内板面上开设圆盘型凹槽二(242)；
所述活塞杆二(32)的结构和活塞杆一(22)的结构相同；
所述凹槽一(223)和凹槽二(242)之间布置弹性机构一，弹性机构一包括弹簧(81)、圆柱形槽状的壳体一(82)、圆柱形槽状的壳体二(83)和预压缩拉杆(84)，壳体一(82)的槽口面向凹槽二(242)，壳体一(82)的槽口端向外翻折90°形成翻边一，翻边一的边缘抵靠在凹槽二(242)的槽壁上，壳体二(83)的槽口面向凹槽一(223)，壳体二(83)的槽口向外翻折90°形成翻边二，翻边二的边缘抵靠在凹槽一(223)的槽壁上，壳体一(82)的槽底面中部开设安装孔一，壳体二(83)的槽底面中部开设安装孔二，预压缩拉杆(84)的两端分别向外翻折90°形成翻边三，预压缩拉杆(84)自安装孔一和安装孔二穿插而过，壳体一(82)、壳体二(83)分别和预压缩拉杆(84)构成可移动式配合，弹簧(81)的两端分别套设在壳体一(82)、壳体二(83)上；
当气口一(11)进气，气口二(241)和气口三(341)排气时，活塞杆一(22)和活塞杆二(32)在气源作用下向两边运动，带动齿轮轴(40)顺时针旋转，弹性机构一和弹性机构二中的弹簧(81)被压缩，执行机构向关闭位置运动，带动阀门关闭；当气口一(11)排气时，弹簧(81)伸长并推动活塞杆一(22)和活塞杆二(32)向中间运动，带动齿轮轴(40)逆时针旋转，执行机构向开启位置运动，带动阀门打开；
所述执行机构使用时，通过其中一端法兰(50)和阀门的法兰安装在一起，利用其中一端的键槽(41)和阀门的阀杆安装在一起，另一端的法兰(50)直接连接一个挡板。
2.如权利要求1所述的高寿命偏置式齿轮齿条气动执行机构，其特征在于：所述缸盖一(24)中部安插固定限位螺栓一(71)，限位螺栓一(71)的端部悬伸到缸体一(21)内部且该端用来限制活塞杆一(22)的位移，缸盖二(34)中部安插固定限位螺栓二(72)，限位螺栓二(72)的端部悬伸到缸体二(31)内部且该端用来限制活塞杆二(32)的位移。
3.如权利要求2所述的高寿命偏置式齿轮齿条气动执行机构，其特征在于：箱体(10)的箱壁上安插固定限位螺栓三(91)和限位螺栓四(92)，限位螺栓三(91)的端部悬伸到箱体(10)的内部并和活塞杆一(22)的端部相对用来限制活塞杆一(22)的位移，限位螺栓四(92)的端部悬伸到箱体(10)的内部并和活塞杆二(32)的端部相对用来限制活塞杆二(32)的位移。
4.如权利要求1所述的高寿命偏置式齿轮齿条气动执行机构，其特征在于：所述活塞杆二(32)和缸盖二(34)之间布置弹性机构二，弹性机构二的结构和弹性机构一的结构相同。
5.如权利要求1所述的高寿命偏置式齿轮齿条气动执行机构，其特征在于：所述齿轮轴(40)的轴身上设有两个凸缘，齿轮轴(40)上的齿布置在两个凸缘之间，两个凸缘分别抵靠在两个法兰(50)的内端面上。
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