CN113028124A - 一种气动薄膜全封闭执行机构及其安装方法 - Google Patents

一种气动薄膜全封闭执行机构及其安装方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及仪表控制领域领域，公开一种气动薄膜全封闭执行机构及其安装方法，包括支架（11）、侧装手轮（12）、推杆（15）以及安装在支架（11）上的蜗轮（13）和蜗杆（14），蜗轮（13）与蜗杆（14）传动连接，蜗杆（14）安装于侧装手轮（12）的中央，使侧装手轮（12）的转轴与蜗杆（14）的中心轴位于同于一直线上，蜗轮（13）与推杆（15）固定连接并同步运动；支架（11）的两端安装有轴套（16），支架（11）内形成封闭的腔体，轴套（16）内设置有密封件（17）；本发明全封闭侧装手轮是广泛应用于气动薄膜调节阀，适用于露天、粉尘、潮湿等恶劣工况。

Description

一种气动薄膜全封闭执行机构及其安装方法
技术领域
本发明涉及属于仪表控制领域领域，尤其涉及一种气动薄膜全封闭执行机构及其安装方法。
背景技术
目前气动薄膜调节阀广泛应用于各个行业的自动控制中，已经成为其他阀门无法取代的一般工况和苛刻工况的最佳控制阀产品。气动薄膜调节阀主要用于自动控制，但许多工况都可能存在危险状况的时候，比如仪表气源突然故障，调节阀无法实现中央控制室远程遥控。这时手动驱动气动薄膜执行机构的来达到调节工艺参数，实现工艺过程有序化切换或停车对于保护设备、机械、管道损坏及物料损失至关重要。现有的顶装手轮安装高度高、操作不方便、作业安全性差，开放式侧装手轮，虽然可以避免安装高度和操作安全性问题、但传动机构裸露环境中易于生锈、况且手轮机构与定位器、限位开关空间交叉、故障点多、驱动力大。
发明内容
本发明针对现有技术中的缺点，提供一种气动薄膜执行机构的安装方法，目的在于完善气动薄膜执行机构的手轮机构完全实适用性，从而提供一种气动薄膜执行机构的全封闭手轮装置安装方法，使得这种安装方法指导各种类型手轮装置的结构设计更加容易满足各种使用工况和环境的需求。
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：
一种气动薄膜全封闭执行机构，气动薄膜执行机构包括支架、侧装手轮、推杆以及安装在支架上的蜗轮和蜗杆，蜗轮与蜗杆传动连接，其特征在于：蜗杆安装于侧装手轮的中央，使侧装手轮的转轴与蜗杆的中心轴位于同于一直线上，蜗轮与推杆固定连接并同步运动；支架的两端安装有轴套，支架内形成封闭的腔体，轴套内设置有密封件；还包括封闭的作用室，设置侧装手轮的侧上方作用室内设有弹簧，作用室的两端设有与弹簧联动的阀门，推杆伸入作用室中并对弹簧定量拉伸或压缩。
蜗杆外侧设置有组合轴承，
一种气动薄膜全封闭执行机构的安装方法，其侧装手轮的安装包括以下步骤：
A.计算弹簧的弹力和参数，
F1＝n1(h10-h11)k
F2＝n1(h10-h12)k
Figure RE-GDA0002830580980000021
B.计算蜗轮蜗杆提升力级提升扭矩：
Figure RE-GDA0002830580980000022
Figure RE-GDA0002830580980000023
Figure RE-GDA0002830580980000024
Figure RE-GDA0002830580980000025
C.计算手轮所需要的驱动力和操作时间：
Figure RE-GDA0002830580980000026
Figure RE-GDA0002830580980000027
Figure RE-GDA0002830580980000031
其中，各参数解释以及单位如下：
DS-手轮直径，mm
MS1-手轮最小驱动力，N
MS2-手轮最大驱动力，N
n—手轮轮每分钟旋转的圈，
QW-手轮旋转圈数
tW-全行程开启时间，M
h10-弹簧自有高度，mm
h11-弹簧第一高度(关闭)，mm
h12-弹簧第二高度(开启)，mm
A0-膜片有效面积，mm2
g0-梯型螺纹阀杆系数，mm
F1-弹簧第一高度弹力(关闭)，N
F2-弹簧第二高度弹力(开启)，N
H0-执行机构行程，mm
k-弹簧刚度系数，N/mm
n1-弹簧数量
M1-提升套提升弹簧起始扭矩，N.mm
M2-提升套提升弹簧到全行程扭矩，N.mm
W1-蜗杆提升弹簧起始扭矩，N.mm
W2-蜗杆提升弹簧到全行程扭矩，N.mm
g0-梯型螺纹螺距，mm
η1-梯型螺纹效率
i0-蜗轮蜗杆传动比
η2-蜗轮蜗杆传动效率
作为优选，弹簧发生弹性形变的范围为80～240KPa，则
Figure RE-GDA0002830580980000041
Figure RE-GDA0002830580980000042
得出：
h10＝1.5h10-0.5h12
Figure RE-GDA0002830580980000043
作为优选，η1＝0.9～0.95，η2＝0.7～0.9。
作为优选，
Figure RE-GDA0002830580980000044
若是手轮每分钟旋转10圈，则
Figure RE-GDA0002830580980000045
作为优选，蜗轮蜗杆参数计算参照《圆柱蜗杆传动基本参数》GB/T 10085-2018。
全封闭结构包括手动推杆在上下运动过程中，上下轴套内的O型防止环境介质通过推杆侵入蜗轮蜗杆箱内。蜗杆旋转过程中，前后端盖内的O型防止环境介质通过蜗杆进入蜗轮蜗杆箱内，全封闭结构可以满足污染、粉尘、高温、潮湿等各种环境的长期使用，免维护。
蜗杆安装完全对称设计，可以在不拆卸执行机构和手轮装置的情况下，调整手轮安装方位，满足使用环境的需要，本装置的手轮采用圆锥辐射形状，安装空间小、操作力大。
经济省力的蜗轮蜗杆手轮装置，操作更容易、简单、快捷。自动控制与手动操作采用自动离合系统，无需手动-自动切换，使用灵活方便。
侧装手轮位于支架与膜盖之间，手轮装置与定位器、限位开关等气动附件不产生任何干扰。更利于人员操作的作业高度和侧面操作，避免了可能存在的操作危险性。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：全封闭侧装手轮是广泛应用于气动薄膜调节阀，适用于露天、粉尘、潮湿等恶劣工况，通过结构的设计以及具体参数的计算获取开启或者关闭阀门所需的驱动力的大小以及手轮所需要的转动的参数，使操作更有通用性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的蜗杆蜗轮配合示意图；
图3为本发明的圈封闭侧装手轮外形正视图；
图4为本发明的圈封闭侧装手轮侧视图；
图5为本发明关闭时示意图；
图6为本发明打开时示意图；
图7为本发明的弹簧弹力计算关闭时示意图；
图8为本发明的弹簧弹力计算打开时示意图；
图9为本发明的气闭型侧装手轮开启动作图；
图10为本发明的气闭型侧装手轮关闭动作图；
图11为本发明的气开型侧装手轮开启动作图；
图12为本发明的气开型侧装手轮关闭动作图；
以上附图中各数字标号所指代的部位名称如下：其中，11—支架、12—侧装手轮、13—蜗轮、14—蜗杆、15—推杆、16—轴套、17—密封件。
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
一种气动薄膜全封闭执行机构，如图1-6所示，包括支架11、侧装手轮12、推杆15以及安装在支架11上的蜗轮13和蜗杆14，蜗轮13与蜗杆14传动连接，蜗杆14安装于侧装手轮12的中央，使侧装手轮12的转轴与蜗杆14的中心轴位于同于一直线上，蜗轮13与推杆15固定连接并同步运动；支架11的两端安装有轴套16，支架11内形成封闭的腔体，轴套16内设置有密封件17；
还包括封闭的作用室21，设置侧装手轮12的侧上方作用室21内设有弹簧 22，作用室21的两端设有与弹簧22联动的阀门，推杆15伸入作用室21中并对弹簧22定量拉伸或压缩。
其侧装手轮12的安装包括以下步骤：
A.计算弹簧的弹力和参数，
F1＝n1(h10-h11)k
F2＝n1(h10-h12)k
Figure RE-GDA0002830580980000061
B.计算蜗轮蜗杆提升力级提升扭矩：
Figure RE-GDA0002830580980000062
Figure RE-GDA0002830580980000071
Figure RE-GDA0002830580980000072
Figure RE-GDA0002830580980000073
C.计算手轮所需要的驱动力和操作时间：
Figure RE-GDA0002830580980000074
Figure RE-GDA0002830580980000075
Figure RE-GDA0002830580980000076
其中，各参数解释以及单位如下：
DS-手轮直径，mm
MS1-手轮最小驱动力，N
MS2-手轮最大驱动力，N
n—手轮轮每分钟旋转的圈，
QW-手轮旋转圈数
tW-全行程开启时间，M
h10-弹簧自有高度，mm
h11-弹簧第一高度(关闭)，mm
h12-弹簧第二高度(开启)，mm
A0-膜片有效面积，mm2
g0-梯型螺纹阀杆系数，mm
F1-弹簧第一高度弹力(关闭)，N
F2-弹簧第二高度弹力(开启)，N
H0-执行机构行程，mm
k-弹簧刚度系数，N/mm
n1-弹簧数量
M1-提升套提升弹簧起始扭矩，N.mm
M2-提升套提升弹簧到全行程扭矩，N.mm
W1-蜗杆提升弹簧起始扭矩，N.mm
W2-蜗杆提升弹簧到全行程扭矩，N.mm
g0-梯型螺纹螺距，mm
η1-梯型螺纹效率
i0-蜗轮蜗杆传动比
η2-蜗轮蜗杆传动效率
弹簧发生弹性形变的范围为80～240KPa，则
Figure RE-GDA0002830580980000081
Figure RE-GDA0002830580980000082
得出：
h10＝1.5h10-0.5h12
Figure RE-GDA0002830580980000083
η1＝0.9～0.95，η2＝0.7～0.9。
Figure RE-GDA0002830580980000084
若是手轮每分钟旋转10圈，则
Figure RE-GDA0002830580980000091
蜗轮蜗杆参数计算参照《圆柱蜗杆传动基本参数》GB/T 10085-2018。
气开型调节阀是当膜头上空气压力增加时，阀门向增加开度方向动作，当达到输入气压上限时，阀门处于全开状态。反过来，当空气压力减小时，阀门向关闭方向动作，在没有输入空气时，阀门全闭。故有时气开型阀门又称故障关闭型，手轮就是有事情发生时使用，
白色是排气孔的防雨帽，防止下雨或有液体渗入气缸，如果是化工厂气体都有腐蚀性，在遇水溶解会腐蚀弹簧和膜片，减少阀门寿命。
侧装手轮12驱动改变阀门的开度。
实施例2
弹簧弹力和参数计算：
h10-弹簧自有高度，mm F1-弹簧第一高度弹力(关闭)，N
h11-弹簧第一高度(关闭)，mm F2-弹簧第二高度弹力(开启)，N
h12-弹簧第二高度(开启)，mm H0-执行机构行程，mm
A0-膜片有效面积，mm2 k-弹簧刚度系数，N/mm
g0-梯型螺纹阀杆系数，mm n1-弹簧数量
计算公式：
H0＝h11-h12
F1＝n1(h10-h11)k
F2＝n1(h10-h12)k
根据弹簧范围：80～240KPa，
Figure RE-GDA0002830580980000092
Figure RE-GDA0002830580980000093
得出：
h10＝1.5h10-0.5h12
Figure RE-GDA0002830580980000101
蜗轮蜗杆提升力级提升扭矩计算：
M1-提升套提升弹簧起始扭矩，N.mm g0-梯型螺纹螺距，mm
M2-提升套提升弹簧到全行程扭矩，N.mm η1-梯型螺纹效率
W1-蜗杆提升弹簧起始扭矩，N.mm i0-蜗轮蜗杆传动比
W2-蜗杆提升弹簧到全行程扭矩，N.mm η2-蜗轮蜗杆传动效率
给定数据：
η1＝0.9～0.95
η2＝0.7～0.9
计算公式：
Figure RE-GDA0002830580980000102
Figure RE-GDA0002830580980000103
Figure RE-GDA0002830580980000104
Figure RE-GDA0002830580980000105
手轮驱动力和操作时间计算：
DS-手轮直径，mm
MS1-手轮最小驱动力，N
MS2-手轮最大驱动力，N
计算公式：
Figure RE-GDA0002830580980000111
Figure RE-GDA0002830580980000112
QW-手轮旋转圈数
Figure RE-GDA0002830580980000113
tW-全行程开启时间，M
Figure RE-GDA0002830580980000114
蜗轮蜗杆参数计算参照《圆柱蜗杆传动基本参数》GB/T 10085-2018。
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 (6)

1.一种气动薄膜全封闭执行机构，包括支架(11)、侧装手轮(12)、推杆(15)以及安装在支架(11)上的蜗轮(13)和蜗杆(14)，蜗轮(13)与蜗杆(14)传动连接，其特征在于：蜗杆(14)安装于侧装手轮(12)的中央，使侧装手轮(12)的转轴与蜗杆(14)的中心轴位于同于一直线上，蜗轮(13)与推杆(15)固定连接并同步运动；支架(11)的两端安装有轴套(16)，支架(11)内形成封闭的腔体，轴套(16)内设置有密封件(17)；
还包括封闭的作用室(21)，设置侧装手轮(12)的侧上方作用室(21)内设有弹簧(22)，作用室(21)的两端设有与弹簧(22)联动的阀门，推杆(15)伸入作用室(21)中并对弹簧(22)定量拉伸或压缩。
2.一种气动薄膜全封闭执行机构的安装方法，其特征在于：其侧装手轮(12)的安装包括以下步骤：
A.计算弹簧的弹力和参数，
F1＝n1(h10-h11)k
F2＝n1(h10-h12)k
Figure RE-FDA0002830580970000011
B.计算蜗轮蜗杆提升力级提升扭矩：
Figure RE-FDA0002830580970000012
Figure RE-FDA0002830580970000013
Figure RE-FDA0002830580970000014
Figure RE-FDA0002830580970000015
C.计算手轮所需要的驱动力和操作时间：
Figure RE-FDA0002830580970000021
Figure RE-FDA0002830580970000022
Figure RE-FDA0002830580970000023
其中，各参数解释以及单位如下：
DS-手轮直径，mm
MS1-手轮最小驱动力，N
MS2-手轮最大驱动力，N
n—手轮轮每分钟旋转的圈，
QW-手轮旋转圈数
tW-全行程开启时间，M
h10-弹簧自有高度，mm
h11-弹簧第一高度(关闭)，mm
h12-弹簧第二高度(开启)，mm
A0-膜片有效面积，mm2
g0-梯型螺纹阀杆系数，mm
F1-弹簧第一高度弹力(关闭)，N
F2-弹簧第二高度弹力(开启)，N
H0-执行机构行程，mm
k-弹簧刚度系数，N/mm
n1-弹簧数量
M1-提升套提升弹簧起始扭矩，N.mm
M2-提升套提升弹簧到全行程扭矩，N.mm
W1-蜗杆提升弹簧起始扭矩，N.mm
W2-蜗杆提升弹簧到全行程扭矩，N.mm
g0-梯型螺纹螺距，mm
η1-梯型螺纹效率
i0-蜗轮蜗杆传动比
η2-蜗轮蜗杆传动效率。
3.根据权利要求2所述的一种气动薄膜全封闭执行机构的安装方法，其特征在于：
弹簧发生弹性形变的范围为80～240KPa，则
Figure RE-FDA0002830580970000031
Figure RE-FDA0002830580970000032
得出：
h10＝1.5h10-0.5h12
Figure RE-FDA0002830580970000033
4.根据权利要求2所述的一种气动薄膜全封闭执行机构的安装方法，其特征在于：η1＝0.9～0.95，η2＝0.7～0.9。
5.根据权利要求2所述的一种气动薄膜全封闭执行机构的安装方法，其特征在于：
Figure RE-FDA0002830580970000034
若是手轮每分钟旋转10圈，则
Figure RE-FDA0002830580970000041
6.根据权利要求2所述的一种气动薄膜全封闭执行机构的安装方法，其特征在于：蜗轮蜗杆参数计算参照《圆柱蜗杆传动基本参数》GB/T 10085-2018。
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