CN117287547B - 一种能够实现阀杆精确定位的阀门执行器及应用 - Google Patents

一种能够实现阀杆精确定位的阀门执行器及应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于执行器技术领域，特别涉及一种能够实现阀杆精确定位的阀门执行器及应用，包括有减速电机、推力轴承、轴承座、导向套、导向板、支撑杆、阀杆和阀体，轴承座固接于减速电机侧部，阀体与轴承座之间通过支撑杆连接，轴承座内设有推力轴承等，本发明则采用轴承座内推力轴承两侧分别放置至少一个波形垫圈和至少一个蝶形弹簧，控制弹簧的形变量实现恒定推力的方法，另外，采用一个接近开关，一个增量型编码器，以及PLC控制器，实现阀杆移动的精确定位，从而控制蝶形弹簧的形变量，实现阀门的控制。

Description

一种能够实现阀杆精确定位的阀门执行器及应用
技术领域
本发明属于执行器技术领域，特别涉及一种能够实现阀杆精确定位的阀门执行器及应用。
背景技术
阀门执行器是由电机驱动阀杆到任意位置，进而实现阀门的关闭以及流量控制；其中，阀杆与电机之间是通过导向套、轴承连接的，其中轴承通常采用的是深沟球轴承，而在阀门打开或者关闭都需要移动的轴向力，在这过程中，深沟球轴承受到的轴向力过大，容易断裂，于是采用能够承载轴向力更大的推力轴承，但是推力轴承常设为单个，而在这之中，阀门关闭需要一定的推力，推力过大，容易造成阀门密封面产生形变，咬死，无法正常工作，推力过小，阀门容易泄露，而单个推力轴承不能很好的实现恒定推力，使得阀门关闭造成一定的影响。特别在高温高压应用场合，阀杆需要更大的推力，将产生更大形变，密封面产生损伤，在高温的情况下更易咬死。
发明内容
（一）要解决的技术问题
为了克服上述背景技术中阀门执行器村在的缺陷，本发明提出一种能够实现阀杆精确定位且能够保持恒定推力的阀门执行器及应用，其利用接近开关及编码器组合精确控制蝶形弹簧形变量，获得恒定推力。
（二）技术方案
本发明通过如下技术方案实现：本发明提出了一种能够实现阀杆精确定位的阀门执行器，包括有减速电机、推力轴承、轴承座、导向套、导向板、支撑杆、阀杆和阀体，
轴承座固接于减速电机侧部，阀体与轴承座之间通过支撑杆连接，轴承座内设有推力轴承；
导向套与推力轴承连接，导向套与减速电机的输出端传动连接；
导向套与阀杆螺纹连接配合，阀杆与阀体套装配合；
导向板固定在阀杆上，导向板上设凹形槽卡在支撑杆上，并沿支撑杆轴向滑动，防止阀杆圆周方向旋转；
其中，推力轴承至少设有两个以上；
导向套表面设有凸出环且插装配合于两两推力轴承之间；
还包括有套设于导向套表面的至少一个蝶形弹簧和至少一个波形垫圈；
至少一个蝶形弹簧和至少一个波形垫圈均位于轴承座内且贴近于推力轴承侧部；
蝶形弹簧设于最远离阀体的推力轴承右侧方；
波形垫圈设于最靠近阀体的推力轴承左侧方；
还包括有接近开关、编码器和轴联器；
接近开关设于支撑杆，用于检测阀杆移动的原点；
编码器设于减速电机表面左侧部，用于检测阀杆移动位置；
所述编码器为增量型编码器；
轴联器设于减速电机内左侧部，用于编码器与减速电机输出端的连接；
所述阀门执行器由用于输入输出控制及人机接口的PLC控制器控制启闭作业。
优选地，所述推力轴承设有两个。
优选地，所述减速电机的减速比为30-100。
优选地，所述减速电机的减速比为60。
本发明还提供一种自动反冲洗过滤器排污阀，上述所述的能够实现阀杆精确定位的阀门执行器应用于自动反冲洗过滤器排污阀。
（三）有益效果
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
本发明则采用轴承座内推力轴承两侧分别放置至少一个波形垫圈和至少一个蝶形弹簧，控制弹簧的形变量实现恒定推力的方法，另外，采用一个接近开关，一个编码器，以及PLC控制器，实现阀杆移动的精确定位，从而控制波形垫圈和蝶形弹簧的形变量，实现阀门的控制。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的正面剖视结构示意图。
图2为本发明波形垫圈的立体结构示意图。
图3为本发明蝶形弹簧的立体结构示意图。
图4为本发明实施例中的蝶形弹簧载荷特性曲线。
附图中的标记为：1-减速电机，2-推力轴承，3-轴承座，4-导向套，5-蝶形弹簧，6-波形垫圈，7-导向板，8-支撑杆，9-阀杆，10-阀体，11-接近开关，13-编码器，14-联轴器。
具体实施方式
本技术方案中：
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1-3所示，本发明提出了一种能够实现阀杆精确定位的阀门执行器，包括有减速电机、推力轴承、轴承座、导向套、导向板、支撑杆、阀杆和阀体，
轴承座固接于减速电机侧部，阀体与轴承座之间通过支撑杆连接，轴承座内设有推力轴承；
导向套与推力轴承连接，导向套与减速电机的输出端传动连接；
导向套与阀杆螺纹连接配合，阀杆与阀体套装配合；
导向板固定在阀杆上，导向板上设凹形槽卡在支撑杆上，并沿支撑杆轴向滑动，防止阀杆圆周方向旋转；
其中，推力轴承至少设有两个以上；
导向套表面设有凸出环且插装配合于两两推力轴承之间；
还包括有套设于导向套表面的至少一个蝶形弹簧和至少一个波形垫圈；
至少一个蝶形弹簧和至少一个波形垫圈均位于轴承座内且贴近于推力轴承侧部；
蝶形弹簧设于最远离阀体的推力轴承右侧方；
波形垫圈设于最靠近阀体的推力轴承左侧方；
还包括有接近开关、编码器和轴联器；
接近开关设于支撑杆，用于检测阀杆移动的原点；
编码器设于减速电机表面左侧部，用于检测阀杆移动位置；
轴联器设于减速电机内左侧部，用于编码器与减速电机输出端的连接；
所述阀门执行器由用于输入输出控制及人机接口的PLC控制器控制启闭作业。
工作原理：
本发明的目的能够实现阀杆精确定位且能够保持恒定推力，另外具备简单、经济的结构和可靠的操作的阀门执行器；
其中，减速电机，提供驱动力；导向套，减速电机通过导向套释放和接收转动力；轴承座，用于从减速电机驱动轴传递转动力至导向套以及从导向套传递转动力至减速电机驱动轴，以及反抗导向套的轴向力；
其中，减速电机驱动轴传递旋转动力导向套，导向套推动阀杆到任意位置，实现阀门的关闭以及流量控制；
而在这过程中，阀门关闭需要一定的推力，推力过大，容易造成阀门密封面产生形变，咬死，无法正常工作，推力过小，阀门容易泄露；
本发明则采用轴承座内推力轴承两侧分别放置至少一个波形垫圈和至少一个蝶形弹簧，控制蝶形弹簧的形变量实现恒定推力的方法；
且为了避免推力轴承承载的轴向力过大，造成推力轴承的损坏，则推力轴承至少设有两个以上，且导向套表面设有凸出环且插装配合于两两推力轴承之间，有效的减少推力轴承承受轴向压力，且能够通过控制弹簧的形变量实现恒定推力的方法；
图4为蝶形弹簧载荷特性曲线， F表示作用在蝶形弹簧载荷，Fc表示蝶形弹簧压平状态下的计算载荷，S表示蝶形弹簧的形变位移量，h0表示蝶形弹簧的自由高度。F25表示弹簧压缩25%的形变量S25时作用在蝶形弹簧的载荷，F75表示弹簧压缩75%的形变量S75时作用在蝶形弹簧的载荷，可以从标准件手册查询。从图中反映的载荷-形变特性，弹簧压缩的形变量S/h0在0.25-0.75区间呈线性关系, 可以得到在该区间蝶形弹簧的形变位移量S计算公式：
S = （F – F25） ×（ S75 – S25）/ （F75 – F25）+ S25
如前所述阀门关闭的推力即为作用在蝶形弹簧的最大载荷Ft, 从标准件手册查询选择蝶形弹簧的型号，蝶形弹簧最大载荷时，弹簧压缩的形变量S/h0弹簧压缩的形变量S/h0在0.25-0.75线性区间，最佳为0.5-0.75。阀门关闭的时，蝶形弹簧的形变位移量公式:
St = （Ft – F25） ×（ S75 – S25）/ （F75 – F25）+ S25
采用一个接近开关，一个增量型编码器，以及PLC控制器，实现阀杆移动的精确定位，从而控制蝶形弹簧的形变位移量，实现阀门的控制。
控制原理是，接近开关用于检测阀杆的关闭点位置，增量型编码器用于检测导向套的旋转角度A。关闭阀门时，减速电机驱动导向套旋转，推动阀杆向关闭方向移动，当接近开关检测出阀杆到关闭点位置时，导向套继续旋转，在此区间，阀杆停止移动，导向套反向移动，蝶形弹簧压缩形变，PLC通过增量型编码器的旋转角度A计算导向套位移，即为蝶形弹簧的形变位移量S，到达形变位移量St时，PLC控制减速电机停止，此时蝶形弹簧的载荷即为阀门关闭的推力。
导向套的旋转角度A计算公式：A = 360 × S / t
其中：t为导向套旋转一周阀杆的位移量其中，所述推力轴承设有两个；两个推力轴承设计为最佳经济设计。
其中，所述减速电机的减速比为30-100。
其中，所述减速电机的减速比为60；减速电机设计为最佳经济设计。
本发明还提供一种自动反冲洗过滤器排污阀，上述所述的能够实现阀杆精确定位的阀门执行器应用于自动反冲洗过滤器排污阀；
排污阀中的阀杆直接与导向套螺纹连接，可以进行快速匹配。
本发明中可以直接通过支撑杆架设于排污阀中的阀体上，再根据执行器所需的零件进行快速配件，因此，可以本发明可以应用多个阀门的使用，应用广泛，且可以根据阀门的大小，制定所述阀门执行整体的大小，更具有经济性且占用空间更为经济适用。
波形垫圈为WN 型波形垫圈，WN 型波形垫圈为多层波峰重叠型弹性垫圈 , 该系列与 WL 型比较 , 因为由多层材料组成 , 因此在相同的压缩行程下的 K 值曲线较 WL型平缓 , 适用于弹力较大 , 而整个工作行程弹力释放又要求较均匀的情况中，主要用于阀杆打开关闭时，阀杆转向缓冲减震 。
碟型弹簧是承受轴向载荷的锥形环状盘片。一般情况下，盘片厚度恒定不变，载荷均匀分布在上表面内边缘和下表面外边缘，在压缩比0.25-0.75区间，载荷与形变具有较好的线性关系，可以承受较大的载荷，如果要承受更大的载荷，可以使用两个以上同向碟型弹簧叠加，或者需要更大的形变位移量，可以使用两个碟型弹簧异向叠加。
实施案例1：液体压力10MPa，阀杆直径12mm，导向套旋转一周阀杆的位移量4mm，阀杆关闭推力≥6000N，选择蝶形弹簧外径40mm，内径20.4mm，厚度2.25mm，从标准件手册查询，F25为2336N，S25为0.225mm，F75为6500N，S75为0.675mm，阀门关闭的蝶形弹簧的形变位移量St=0.62mm, 导向套的旋转角度A为39.58度。由PLC控制，当接近开关检测出阀杆到关闭点位置时，导向套继续旋转，通过增量型编码器的检测导向套的转角度55.8度时，PLC控制减速电机停止，此时阀杆关闭推力为6000N，在液体压力10MPa时阀门有效关闭。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包 括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种能够实现阀杆精确定位的阀门执行器，包括有减速电机、推力轴承、轴承座、导向套、导向板、支撑杆、阀杆和阀体，
轴承座固接于减速电机侧部，阀体与轴承座之间通过支撑杆连接，轴承座内设有推力轴承；
导向套与推力轴承连接，导向套与减速电机的输出端传动连接；
导向套与阀杆螺纹连接配合，阀杆与阀体套装配合；
阀杆通过导向板与支撑杆滑动连接；
其特征在于：
推力轴承至少设有两个以上；
导向套表面设有凸出环且插装配合于两两推力轴承之间；
还包括有套设于导向套表面的至少一个蝶形弹簧和至少一个波形垫圈；
至少一个蝶形弹簧和至少一个波形垫圈均位于轴承座内且贴近于推力轴承侧部；
蝶形弹簧设于最远离阀体的推力轴承右侧方；
波形垫圈设于最靠近阀体的推力轴承左侧方；
还包括有接近开关、编码器和轴联器；
所述编码器为增量型编码器；
接近开关设于支撑杆，用于检测阀杆移动的原点；
编码器设于减速电机表面左侧部，用于检测阀杆移动位置；
轴联器设于减速电机内左侧部，用于编码器与减速电机输出端的连接；
所述阀门执行器由用于输入输出控制及人机接口的PLC控制器控制启闭作业。
2.根据权利要求1所述的一种能够实现阀杆精确定位的阀门执行器，其特征在于：所述减速电机的减速比为30-100。
3.根据权利要求2所述的一种能够实现阀杆精确定位的阀门执行器，其特征在于：所述减速电机的减速比为60。
4.一种自动反冲洗过滤器排污阀，其特征在于：权利要求1-3任一项所述的能够实现阀杆精确定位的阀门执行器应用于自动反冲洗过滤器排污阀。
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