CN113188789B - 一种适用于手动阀门动作试验的电动测控装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于手动阀门动作试验的电动测控装置及方法，电动测控装置包括壳体、控制机构和夹具；壳体内设置有驱动机构、行程探测机构和变力矩控制机构；行程探测机构包括外壳、输出力矩传感器、行程位移传感器和定位器；外壳内穿设有传力杆，传力杆的两端分别与驱动机构、变力矩控制机构连接；变力矩控制机构包括行星齿轮组和电源变频器；行星齿轮组一端与传力杆连接，另一端与夹具连接，夹具用于与手动阀门的驱动部位连接，电源变频器用于为驱动机构提供变频电源。本发明解决了现有阀门测试电控技术通用性较差的问题，且运行过程中力矩能够发生阶跃变化。

Description

一种适用于手动阀门动作试验的电动测控装置及方法

技术领域

本发明涉及机械连接部件的应力监测技术领域，具体涉及一种适用于手动阀门动作试验的电动测控装置及方法。

背景技术

手动阀门是核电、风电、火电、化工、石油、新能源等领域内重要设备。由于手动阀门需要对启闭次数进行试验，且次数较多，试验过程需精确调控阀门运动速度及运动方式，人工工作量较大，且试验状态难以统一。现有的阀门测试电控技术不仅通用性较差，且驱动力难以控制，例如：

专利CN 201721250375.9公开了一种智能阀门执行器，包括壳体，壳体上部具有顶盖，壳体下方具有开口，壳体内设置有液压缸，液压缸可沿开口在壳体内上下运动，液压缸的下端连接有连接支架；液压缸内安装有活塞，活塞将液压缸分割成上腔和下腔，活塞连接在活塞杆上，活塞杆穿过液压缸连接在壳体的顶盖上；活塞上安装有使上腔和下腔连通的控制阀，活塞上还安装有液压泵，液压泵将压力油从上腔注入下腔；在壳体内，液压缸外安装有预压弹簧，液压缸向下运动时压迫预压弹簧收缩，形变的预压弹簧恢复时可带动液压缸向上运动；壳体上安装有控制器，控制器与控制阀、液压泵连接。

该结构的构思在于通过控制液压缸的上下移动实现阀门的开启、关闭，该结构不仅只能适用于该类型的阀门测试，且受到结构限制，导致在装置运行过程中力矩无法发生阶跃变化。

专利CN201820605542.5公开了一种智能阀门控制器，包括阀体，所述阀体的端部固定有法兰，阀体的侧面固定有安装板，且安装板的侧面分别安装有开源单片机和物联装置，所述阀体通过旋转机构转动连接有阀头，阀头的边缘位置固定有密封圈，所述阀体的顶部分别安装有监测装置和驱动装置，驱动装置通过联轴器与旋转机构连接，所述开源单片机的输入端电连接外接电源的输出端，本智能阀门控制器，通过驱动装置对阀头的工作角度进行调节，其调节方便，便于满足不同的使用需求，通过物联装置对该阀门进行远程控制，其智能化程度高，控制方便，同时其具备信号防干扰能力，在信息传输时更加稳定，大大提高了该智能阀门控制器的控制精度。

该结构的构思在于通过驱动装置对阀头的工作角度进行调节实现阀门流量的控制，且驱动装置与开源单片机和物联装置电连接实现自动控制，该结构不仅只能适用于该类型的阀门测试，且该结构不含变速机构，仅能通过外部控制实现装置运动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于手动阀门动作试验的电动测控装置，解决现有阀门测试电控技术通用性较差的问题，且运行过程中力矩能够发生阶跃变化。

此外，本发明还提供基于上述电动测控装置的测试方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种适用于手动阀门动作试验的电动测控装置，包括壳体、控制机构和夹具；

所述壳体内设置有驱动机构、行程探测机构和变力矩控制机构；

所述行程探测机构包括外壳、输出力矩传感器、行程位移传感器和定位器；所述外壳内穿设有传力杆，所述传力杆的两端分别与驱动机构、变力矩控制机构连接；

所述变力矩控制机构包括行星齿轮组和电源变频器；所述行星齿轮组一端与传力杆连接，另一端与夹具连接，所述夹具用于与手动阀门的驱动部位连接，所述电源变频器用于为驱动机构提供变频电源；

所述驱动机构、电源变频器、输出力矩传感器、行程位移传感器和定位器均匀控制机构电连接。

本发明所述驱动机构可以采用大扭矩电动驱动机构，以实现机械运动产生，所述输出力矩传感器、行程位移传感器和定位器均为现有技术，其中，输出力矩传感器用于实时监测传力杆的力矩，所述行程位移传感器用于实时监测传力杆的位移，所述定位器用于实现定位，通过输出力矩传感器、行程位移传感器和定位器能够实现对运动位移及力矩的精确测量；所述行星齿轮组为，所述行星齿轮组与传动机构配合，实现输出力矩阶段性改变及行进方向变化，电源变频器通过改变驱动机构的驱动电源，线性改变驱动机构输出力矩，两者配合，实现输出力矩的方向及大小变化，且全过程通过电信号自动控制，所述控制机构不仅能控制输出力矩为固定值，也可将输出力矩按照各类概率分布要求输出相应的力矩值。

本发明在使用时可将夹具与不同的手动阀门的驱动部位连接，具有通用性。

综上，本发明通过将驱动机构、行程探测机构、变力矩控制机构、控制机构和夹具进行组合，不仅使电动测控装置具有通用性，且采用运行过程中力矩能够发生阶跃变化。

进一步地，外壳为金属外壳，所述传力杆的两端分别通过导电支承轴承、绝缘支承轴承与外壳的两端连接，所述外壳内设置有复位弹簧，所述复位弹簧设置在靠近绝缘支承轴承的一端，所述导电支承轴承、绝缘支承轴承均采用滚珠推力轴承，其焊接于传力杆上，与传力杆无位移，当传力杆旋转时，其通过滚珠自转，实现复位弹簧不跟随旋转。

金属外壳和传力杆之间形成传力杆电极(﹢)、金属外壳电极(-)，行程探测机构运行原理：当阀门运转导致阀门转动部件的位移时，传力杆进而发生位移，导致金属外壳与传力杆之间连通电阻发生变化，通过测量电阻值的变化表征位移变化，计算公式如下：

dl＝k×dR其中dl表示位置变化值，k表征等效系数，该系数由行程探测机构出厂时标定，dR表征电阻变化值。

复位弹簧的作用起到位移恢复作用，该弹簧由绝缘材料制成。

传力杆由不锈钢锻件机加工而成，中间为圆杆，两端为方头，分别连接驱动机构及变力矩控制机构。

进一步地，所述行程探测机构还包括接触点，所述接触点一端与传力杆连接，另一端通过滚珠头与外壳连接。

接触点与金属外壳接触部位采用滚珠头连接，以减少摩擦，增加寿命。

进一步地，接触点为三角形结构，所述三角形结构的一个边与传力杆连接，对应的顶点通过滚珠头与外壳连接。

进一步地，行程位移传感器设置有多个，多个行程位移传感器在传力杆上形成连续测量点。

进一步地，行程位移传感器通过精密螺纹安装于传力杆外部。

行程位移传感器通过在传力杆上布置连续测量点，实现运动位移及力矩的精确测量，连续测量点通过精密螺纹安装于传动杆外部，可依据实际情况进行调控。

进一步地，夹具包括方头插口、转向铰链和插杆，所述方头插口一端通过转向铰链与插杆连接，另一端与行星齿轮组连接，所述插杆用于与手动阀门的转动部件连接实现转动力矩传输，转向铰链能够以插杆轴线为圆心自由旋转，实现插杆与手动阀门的手轮(手柄)的可靠接触，确保力矩无损耗传输至手动阀门手轮(手柄)上。

具体地，插杆设置有两个，夹具整体呈音叉状结构，可安装于各型手轮、手柄等手动阀门转动部件上，实现力矩的精确传输。

进一步地，驱动机构包括保护壳，所述保护壳内设置有控制单元和通信模块，所述控制单元与驱动机构、电源变频器、输出力矩传感器、行程位移传感器和定位器，所述控制单元通过通信模块与远程终端连接。

进一步地，驱动机构为变频电机。

基于适用于手动阀门动作试验的电动测控装置的测试方法，包括以下步骤：

S1、将待测试的手动阀门与夹具连接；

S2、控制机构通过起始设定条件，确定由输出力矩传感器、行程位移传感器、定位器中一个或多个反馈信号阈值为控制边界条件，控制机构根据待测试手动阀门的测试需求确定驱动机构的运行方式；

S3、由控制机构控制驱动机构运行，实现手动阀门动作，运行过程中，输出力矩传感器、行程位移传感器和定位器将监测的运行参数传递给驱动机构，驱动机构接收运行参数后，作出分析以确定当前运行次数及运行方式。

本发明的运行方式包括a)运行方向；b)运行力矩；c)运行时间；d)运行次数；e)急停参数。

本发明所述控制机构可以直接编写指令或者由远程终端发送指令。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明通过行星齿轮组通过齿轮等传动机构配合，实现输出力矩阶段性改变及行进方向变化，电源变频器通过改变驱动机构驱动电源，线性改变驱动机构输出力矩，两者配合，实现输出力矩的方向及大小变化。

2、本发明通过输出力矩传感器、行程位移传感器、定位器及控制机构联合作用，实现手动阀门运行的控制边界条件，通过测量参数，确定电机运行方式，结合设定运行参数，确定现运行次数及运行方式。

3、本发明通过行星齿轮组、电源变频器及控制机构联合作用，实现自动化力矩输出，且输出力矩可随运行次数及时间变化而变化。

4、本发明通过音叉状结构的固定工装，可安装于各型手轮、手柄等手动阀门转动部件上，实现力矩的精确传输。

5、本发明应用前景广泛，可广泛应用于机械产品试验领域有手动阀门寿命及可靠性试验需求领域；本装置系统设计合理，成本较低，操作方便。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为电动测控装置的整体示意图；

图2为行程探测机构的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-控制机构，2-驱动机构，3-行程探测机构，4-壳体，5-变力矩控制机构，6-夹具，31-导电支承轴承，32-传力杆，33-接触点，34-外壳，35-复位弹簧，36-绝缘支承轴承。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1、图2所示，一种适用于手动阀门动作试验的电动测控装置，包括壳体4、控制机构1和夹具6；

所述壳体4内设置有驱动机构2、行程探测机构3和变力矩控制机构5；

所述行程探测机构3包括外壳34、输出力矩传感器、行程位移传感器和定位器；所述外壳34内穿设有传力杆32，所述传力杆32的两端分别与驱动机构2、变力矩控制机构5连接；

所述外壳34为金属外壳，所述传力杆32的两端分别通过导电支承轴承31、绝缘支承轴承36与外壳34的两端连接，所述外壳34内设置有复位弹簧35，所述复位弹簧35设置在靠近绝缘支承轴承36的一端，所述导电支承轴承31、绝缘支承轴承36均采用滚珠推力轴承；

所述变力矩控制机构5包括行星齿轮组和电源变频器；所述行星齿轮组一端与传力杆32连接，另一端与夹具6连接，所述夹具6用于与手动阀门的驱动部位连接，所述电源变频器用于为驱动机构2提供变频电源；

所述驱动机构2、电源变频器、输出力矩传感器、行程位移传感器和定位器均匀控制机构1电连接。

在本实施例中，所述驱动机构2采用3相变频电机，所述外壳34为ABS外壳；所述夹具6包括方头插口、转向铰链和两个插杆，所述方头插口一端通过转向铰链与插杆连接，另一端与行星齿轮组连接，所述插杆用于与手动阀门的转动部件连接；

驱动机构2包括保护壳，所述保护壳内设置有控制单元和通信模块，所述控制单元与驱动机构2、电源变频器、输出力矩传感器、行程位移传感器和定位器，所述控制单元通过通信模块与远程终端连接。

本实施例的测试方法包括以下步骤：

S1、配合安装：先将试验手动阀安装固定在试验装置上，然后安装本装置，将夹具6安装在试验手动阀驱动部位，如手轮、手柄等，并测量力矩传输比值；通过控制机构1设定力矩传输比值；完成试验配合安装；

S2、控制机构通过起始设定条件，确定由输出力矩传感器、行程位移传感器、定位器中一个或多个反馈信号阈值为控制边界条件，控制机构根据待测试手动阀门的测试需求确定驱动机构的运行方式；

S3、控制机构1直接编写指令，或者通过远程终端发送指令至控制机构1上，指令内容包括：a)运行方向；b)运行力矩；c)运行时间；d)运行次数；e)急停参数；之后，控制机构1控制本装置带动试验手动阀运动，并实时监测相应参数。

实施例2：

如图1、图2所示，本实施例基于实施例1，3.根据权利要求2所述的一种适用于手动阀门动作试验的电动测控装置，其特征在于，所述行程探测机构3还包括接触点33，所述接触点33一端与传力杆32连接，另一端通过滚珠头与外壳34连接；所述接触点33为三角形结构，所述三角形结构的一个边与传力杆32连接，对应的顶点通过滚珠头与外壳34连接；所述行程位移传感器设置有多个，多个行程位移传感器在传力杆32上形成连续测量点；所述行程位移传感器通过精密螺纹安装于传力杆32外部。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于手动阀门动作试验的电动测控装置，其特征在于，包括壳体（4）、控制机构（1）和夹具（6）；

所述壳体（4）内设置有驱动机构（2）、行程探测机构（3）和变力矩控制机构（5）；

所述行程探测机构（3）包括外壳（34）、输出力矩传感器、行程位移传感器和定位器；所述外壳（34）内穿设有传力杆（32），所述传力杆（32）的两端分别与驱动机构（2）、变力矩控制机构（5）连接；

所述变力矩控制机构（5）包括行星齿轮组和电源变频器；所述行星齿轮组一端与传力杆（32）连接，另一端与夹具（6）连接，所述夹具（6）用于与手动阀门的驱动部位连接，所述电源变频器用于为驱动机构（2）提供变频电源；

所述驱动机构（2）、电源变频器、输出力矩传感器、行程位移传感器和定位器均匀控制机构（1）电连接。

2.根据权利要求1所述的一种适用于手动阀门动作试验的电动测控装置，其特征在于，所述外壳（34）为金属外壳，所述传力杆（32）的两端分别通过导电支承轴承（31）、绝缘支承轴承（36）与外壳（34）的两端连接，所述外壳（34）内设置有复位弹簧（35），所述复位弹簧（35）设置在靠近绝缘支承轴承（36）的一端，所述导电支承轴承（31）、绝缘支承轴承（36）均采用滚珠推力轴承。

3.根据权利要求2所述的一种适用于手动阀门动作试验的电动测控装置，其特征在于，所述行程探测机构（3）还包括接触点（33），所述接触点（33）一端与传力杆（32）连接，另一端通过滚珠头与外壳（34）连接。

4.根据权利要求3所述的一种适用于手动阀门动作试验的电动测控装置，其特征在于，所述接触点（33）为三角形结构，所述三角形结构的一个边与传力杆（32）连接，对应的顶点通过滚珠头与外壳（34）连接。

5.根据权利要求1所述的一种适用于手动阀门动作试验的电动测控装置，其特征在于，所述行程位移传感器设置有多个，多个行程位移传感器在传力杆（32）上形成连续测量点。

6.根据权利要求5所述的一种适用于手动阀门动作试验的电动测控装置，其特征在于，所述行程位移传感器通过精密螺纹安装于传力杆（32）外部。

7.根据权利要求1所述的一种适用于手动阀门动作试验的电动测控装置，其特征在于，所述夹具（6）包括方头插口、转向铰链和插杆，所述方头插口一端通过转向铰链与插杆连接，另一端与行星齿轮组连接，所述插杆用于与手动阀门的转动部件连接。

8.根据权利要求1所述的一种适用于手动阀门动作试验的电动测控装置，其特征在于，驱动机构（2）包括保护壳，所述保护壳内设置有控制单元和通信模块，所述控制单元与驱动机构（2）、电源变频器、输出力矩传感器、行程位移传感器和定位器电连接，所述控制单元通过通信模块与远程终端连接。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种适用于手动阀门动作试验的电动测控装置，其特征在于，所述驱动机构（2）为变频电机。

10.基于权利要求1-9任一项所述的一种适用于手动阀门动作试验的电动测控装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将待测试的手动阀门与夹具（6）连接；

S2、控制机构（1）通过起始设定条件，确定由输出力矩传感器、行程位移传感器、定位器中一个或多个反馈信号阈值为控制边界条件，控制机构（1）根据待测试手动阀门的测试需求确定驱动机构（2）的运行方式；

S3、由控制机构（1）控制驱动机构（2）运行，实现手动阀门动作，运行过程中，输出力矩传感器、行程位移传感器和定位器将监测的运行参数传递给驱动机构（2），驱动机构（2）接收运行参数后，作出分析以确定当前运行次数及运行方式。

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