CN1509385A - 阀门传动机构 - Google Patents

Abstract

本文提出一种带有一电动机(11)的阀门传动机构，该电动机通过一齿轮传动装置(10，12－14)作用于一操作杆(8)。人们希望能用这样的阀门传动机构来自动适应于不同的阀门。该齿轮传动装置设有一个包括两个连接件(10、14)的离合器，这两个连接件通过齿部(17)和配合齿部(18)相互啮合，其中一个连接件能在这两个连接件相对转动时轴向移动，该阀门传动机构还有一个开关(27)，该开关可通过一操纵机构被该可移动的连接件来操作。

Description

阀门传动机构

本发明涉及一种具有一电动机的阀门传动机构，该电动机通过一齿轮传动装置作用于一个操作杆。

这样的阀门传动机构例如被用于控制大型阀门。这样的阀门的一个应用领域是用于大型热交换器的热流体的控制，这种热交换器被用于在帐篷、大厅等地方进行空气加热。

这种阀具有一个关闭件，它能借助一推杆移向阀座。在开启方向上，关闭件承受一弹簧的作用力。就是说，阀门传动机构必须在关闭时逆着弹簧弹力(或另一开启力)地工作，而它在开启时一般只需要控制关闭件的开启运动，而不用施加驱动力。

为避免阀门传动机构过载，当关闭件贴在阀座且无法进一步移动时，传动装置必须停住。这可以如此实现，即人们限定出关闭件在其开启位置与关闭位置之间的关闭行程并把这个行程提供给一用于控制阀门传动机构的控制装置。但这种方式是有缺点的。如果在制造阀门传动机构时预定好这个调整行程，则该阀门传动机构只适用于一些阀门。为用于如其调整行程不相同的各种阀门的调适只能成本较高地实现。

本发明的任务是使一种阀门传动机构自动适应于各种阀门。

为完成该任务，阀门传动机构配备有一电动机，该电动机通过一齿轮传动装置作用于一操作杆，其中该齿轮传动装置具有一个带两个连接件的离合器，这两个连接件通过齿部和配合齿部相互啮合，其中一个连接件在这两个连接件相对转动时可轴向移动，该齿轮传动装置还有一个开关，该开关可通过一操纵机构被该可移动的连接件来操作。

在这种实施方式中，电动机能通过齿轮传动装置来驱动操作杆并使阀的关闭件移向阀座。当该关闭件抵靠在阀座上时，则操作杆不能继续运动。于因而，在齿轮传动装置的“输出端”上产生一个比较高的反作用力矩。这个反作用力矩造成这两个连接件因齿部和配合齿部的相互啮合而进行轴向运动，这种轴向运动可被用来操纵开关。这种轴向运动是如此产生的，即齿部的齿面和配合齿部的齿面相互抵压，通过这种作用在这两个齿部上的斜向输出力，对准圆周方向的运动就被转换为轴向运动。这种“压力传感器”所需的附加安装空间比较小。人们可以把这种离合器装在齿轮箱内，这样，压力传感器就不需要安装件了。该开关在操作时简单地断开电动机，在这里，只在一个传动方向上即阀门关闭的传动方向上规定进行断开，这就够了。另外，允许电动机在另一个开启阀门的方向上移动。在这里，电动机断开有很多优点，一方面，避免了例如因过热而发生的电动机过载，另一方面，不存在离合器打滑和损坏的危险。

操作杆最好带有螺纹，一个构成该齿轮传动装置的一部分的从动螺母被拧到该螺纹上。借助在螺母和操作杆之间的螺纹传动，可将电动机的转动按照所需的传动比转换为操作杆的平移运动。

在这种情况下特别优选的是，该螺母就是这两个连接件中的一个。该螺母同时作为齿轮传动装置中的最后几个传动环节中的一个。与之相应地，在这里，作用于另一连接件上的扭矩是最高的。因此，当两个连接件相对转动一小段距离时，在这两个连接件之间也产生比较轻微的分开运动。产生这种转动的原因是，当操作杆因关闭件贴靠在阀座上而被锁住时，螺母不会在操作杆上继续转动。而离合器的传动件仍然被电动机驱动转动一小段距离，在这里，这种转动如上所述地将导致轴向运动。这种轴向运动又操纵了开关并因而断开电动机。

螺母最好构成轴向固定不动的连接件。螺母在轴向上的位置一般总是规定好的。如果以螺母为固定不动的连接件，则操作杆必须在操纵开关时无法移动，这又可能导致阀门打开。

所述齿部最好至少在一个作用方向上具有包括两个部分的齿面，其中所述齿面部分具有不同的坡度。因此，人们可以从时间上来控制在这两个连接件之间的轴向运动。

在一个优选实施形式中规定了，一从齿根开始的第一部分具有比在齿尖部的第二部分更大的坡度。较大的坡度在这两个连接件相对转动时首先使一个个连接件相对另一连接件比较快速地轴向运动。第二部分的小坡度造成缓慢运动，但当连接件的驱动力矩保持相同时，这种缓慢运动会在较大的力下完成。

该操纵机构最好相对开关有一个间隙，齿面的第一部分的高度足以越过该间隙。就是说，该操纵机构与开关的切换点保持一定距离。或许由振动引起的小运动不一定会导致开关动作。为使开关动作，必须克服这个间隙。该“间隙”不一定意味着，在操纵机构各部件之间实际上必然会留有间隙。因此，该间隙是指一个操纵机构必须经过以使开关切换状态改变的行程。第一部分是这样设计的，即操纵机构在第一部分的末端转入能操纵开关的位置中。这不意味着必须已经在这里操作了开关，尽管这种可能性自然是存在的。确切地说，操纵机构在这里处于一种准备状态。因为操纵机构或操纵机构的各部件只在第一部分中位移，因此，在这段移动过程中估计不会有较大的反作用力。因此，由具有较陡坡度的第一部分引起的运动可以在反作用力很小的情况下快速完成。

齿面的第二部分的高度最好足以在越过该间隙后能操纵开关。如上所述，当齿面的第二部分投入使用中时，活动的连接件的移动比较缓慢地进行，但因此产生较大的力。这种缓慢运动是可以顺利接受的，因为开关即将完成其操作。可是，通常在开关操作中，开关不产生反作用力。因为齿面的第二部分段比较平缓，所以在相同的驱动力矩的条件下，产生相当大的力，这个力足以操作开关。

螺母最好与一手柄连接，该齿部在另一作用方向上具有其坡度比第一部分的坡度小的齿面。有时，当阀门传动机构不能用时，人们仍想操作阀门。当阀门传动机构的电动机发生故障或控制装置失效时，就会出现这样的情况。在这种情况下，离合器起到滑动离合器的作用，因为电动机通过齿轮传动装置把一个很高力矩传给该离合器，从而实际上无法通过手柄来克服这个力矩。如果使用者操作手柄来开启或关闭阀门，则他必须施加一个由多个分量合成的力矩。首先，他必须造成关闭件的开启或闭合运动。其次，他必须克服在螺母与操作杆之间螺纹内的摩擦。最后，他必须施加足以让离合器开始滑动的力矩。使用者为关闭阀门而必须施加的力矩要比他为开启阀门而必须施加的力矩大，因为阀门关闭件在开启方向上承受着预压力。现在，人们可以使在一个作用方向和在另一个作用方向上的齿面坡度如此相互适应，即造成离合器滑动的、在关闭方向上的力矩要小于在开启方向上的力矩。因此，在相应尺寸的情况下，使用者为开启阀门而必须施加的力矩与使用者为关闭阀门而必须施加的力矩几乎一样大。

另一作用方向上的齿面最好具有一对应于第二部分的坡度的坡度。这简化了制造。

所述齿部和配合齿部最好是形状互补的。就是说，各自配合的齿面具有相同的坡度。这也适用于在第一作用方向上的齿面的两个部分。

操纵机构最具有一杠杆，它与该可移动的连接件配合作用。借助该杠杆，可以实现运动转换，从而该可移动的连接件的行程不必直接作用于开关，尽管这样，开关仍然可以如人所愿地可靠操作。

该可移动的连接件最好作用在一个比一作用于开关的杠杆段短的杠杆段上。这不仅可以利用一单臂杠杆来实现，也可用一双臂杠杆来实现。利用两个杠杆段的传动比，可以获得理想的运动转换。

最好设有一个固定这两个连接件的弹簧装置。为此，弹簧装置限定了使两个联接件脱开确切地说是使一个连接件相对另一连接件作轴向移动所需的力矩。现在，可如此确定由弹簧装置施加的力的大小，即阀门可以可靠地关闭，但防止了电动机和齿轮传动装置的过载。

以下，结合一个优选实施例并根据附图来说明本发明，其中：

图1是阀门传动机构的截面示意图，

图2是离合器中的齿部和配合齿部的放大视图。

图1示出一阀门传动机构1，它与一个仅用虚线示意表示的阀门2配合工作。阀门2具有一阀座3，可使一关闭件4移动并抵靠在阀座上。阀座3和关闭件4之间的间距决定液体可从中自由通过的液流横断面。关闭件4由一推杆5操作。在开启方向上，一支承在阀壳7内的弹簧6施加预压力。为了关闭阀门，就是说，为了使关闭件4移向阀座3，需要一个足以克服弹簧6弹力的力。所以，一个力可以作用到推杆5的端面上，这对控制来说就够了。如果这个力大于弹簧6的弹力，阀们就关闭。如果小于该弹力，阀门就打开。

现在，阀门传动机构1具有一操作杆8，这个操作杆以其端侧贴靠在推杆5上。操作杆8具有一段外螺纹9，螺母10被拧在外螺纹上。螺母10构成在电动机11和操作杆之间的齿轮传动装置的一部分。示意示出了齿轮传动装置的齿轮12、13、14。该齿轮传动装置的变速比较高，因而在电动机11高速运转时，操作杆8进行比较慢的运动。操作杆8的移动方向视电动机11的转动方向而定。

齿轮14，即在电动机11和操作杆8之间的齿轮传动链中最后一个齿轮与螺母构成一个离合器，其中，螺母10由一弹簧装置15实际上固定不动地被保持在阀门传动机构1的壳体16内。螺母10同齿轮14的配合通过在螺母上的齿部17和在齿轮14上对应配合齿部18来实现(图2)。

齿部17和配合齿部18的形状是互补的，就是说，相互贴紧的齿面总是具有相同的坡度。

图2表示这样的情况，即齿轮14相对螺母10从左向右移动。在这里，齿轮14的右齿面贴在螺母10的左齿面上。这些齿面被称为第一作用方向上的齿面。

图2a放大示出了螺母10的齿部17中的一个齿。如图所示，第一作用方向上的齿面具有一个从齿根20开始的第一部分19和一个与齿尖22相邻的第二部分21。第一部分19比第二部分21陡，就是说，第一部分的坡度更大。因此，在齿轮14相对螺母10移动时，齿轮14的齿首先沿第一部分19滑动，然后沿第二部分21滑动，这样，齿轮14就略微离开螺母10。这是可能的，因为在壳体内存在一个齿轮14可在其中轴向运动的自由空间h。

在作上述这种移动时，该齿轮作用于杠杆24的一杠杆臂23上，该杠杆可绕轴25转动。杠杆24有一个第二杠杆臂26，它比第一杠杆臂23长。第二杠杆臂26与开关27配合作用，开关又与一只示意画出的控制装置28相连。当开关27被操作时，控制装置28就把电动机11关停。

可以设置一个未示出的弹簧，以保持杠杆24的第一杠杆臂23抵靠在齿轮14上。就是说，杠杆24构成了一个用于开关27的操纵机构，该操纵机构可由齿轮14操纵，而该齿轮则是离合器10、14的可移动部件。

由于杠杆24贴靠在齿轮24上，所以在第二杠杆臂26和开关23之间可以存在一个小间隙，就是说，即便杠杆24略微振动，也不会存在开关27误动的危险。

齿部17的齿是这样设计的，即部分19的高度为h1，部分21的高度为h2。高度h1是这样选择的，即当齿轮14被齿部17的第一部分19压离开齿轮10时，在第二杠杆臂26和开关27之间的间隙被尽可能地克服了。由于第一部分19的坡度比较陡，所以由该部分19控制的运动比较快速地进行。因为杠杆24在这里还不必克服反作用力，所以齿轮14转动的力矩足以使杠杆24完成上述运动。

在第一部分19的末端，第二杠杆臂26贴靠在开关27上。杠杆24的由第二部分21控制的运动缓慢地进行，但因此有较大的力(在齿轮14扭矩不变的情况下)。就是说，杠杆24能够操作开关27。对比图2a至2c可看到力的情况。在图2b中，齿部17、18的第一部分配合作用。在图2c中示出了恰好在部分19、21之间的过渡点。在图2c中，齿部17的部分21和配合齿部18的部分21共同起作用。

所述齿部为另一作用方向具有一个第二齿面29，其坡度大致等于第一齿面的第二部分21的坡度。采用这个坡度的原因如下：

如图1示意所示，在有些情况下，螺母10与手柄30连接，利用手柄，可以在电动机出故障时用手转动螺母10，以开启或关闭阀门2。

在这种情况下，人们希望使由使用者施加的力矩在两个转动方向上大致相等。这个力矩由几个分量组成。一方面，人们必须克服在螺母10和操作杆8之间的螺纹中的摩擦。这个摩擦两个旋转方向上是相同的。第二分量由移动关闭件所需的力构成。这个力在关闭方向上比在开启方向上大，因为在开启方向上得到了弹簧6的支持。最后是第三分量，这个分量是由此产生的，即尽管有齿部17和配合齿部，但人们必须使螺母10相对齿轮14移动。当电动机11被关停后，齿轮14实际上已被锁住。由于齿轮传动装置的变速比较高，所以实际上不可能转动电动机。

如果现在使螺母10相对齿轮从左向右转动(参见图2)，则齿面29相对滑动。由于齿面29的坡度较小，所以上述这种移动所需的力要比在相反方向上运动所需的力小，在后一种情况下，这些齿面以其部分19相对滑动。现在，人们可以如此选择坡度，即因齿面作用而节省的力可以大到附加力的大小，其中该附加力是由于有弹簧6而在阀门2关闭运动时要施加的力。这样，由使用者施加的且作用于手柄30的力矩在两个旋转方向上基本相等。

Claims (14)

1、一种阀门传动机构，它有一电动机，该电动机通过一齿轮传动装置作用于一个操作杆，其中该齿轮传动装置(10，12-14)具有一个带有两个连接件(10，14)的离合器，这些连接件通过一齿部(17)和一配合齿部(18)相互啮合，其中一个连接件这两个连接件相对转动时可以轴向移动，该阀门传动机构还一个开关(27)，该开关可通过一操纵机构(24)被该可移动的连接件来操作。

2、根据权利要求1所述的阀门传动机构，其特征在于，该操作杆(8)具有一段螺纹(9)，一个构成该齿轮传动装置的一部分的从动的螺母(10)被拧到该螺纹上。

3、根据权利要求2所述的阀门传动机构，其特征在于，该螺母(10)是这两个连接件中的一个。

4、根据权利要求3所述的阀门传动机构，其特征在于，该螺母(10)构成该轴向固定不动的连接件。

5、根据权利要求1至4之一要求所述的阀门传动机构，其特征在于，该齿部(17)至少在一个作用方向上具有包括两个部分(19，21)的齿面，其中这两个部分(19，21)具有不同的坡度。

6、根据权利要求5所述的阀门传动机构，其特征在于，一个从齿根(20)开始的第一部分(19)的坡度比在齿尖(22)上的第二部分(21)的坡度大。

7、根据权利要求6所述的阀门传动机构，其特征在于，该操纵机构(24)相对该开关(27)有一个间隙，所述齿面的第一部分(19)具有一个足以克服这个间隙的高度。

8、根据权利要求7所述的阀门传动机构，其特征在于，该齿面的第二部分(21)具有一个足以在克服该间隙后操作该开关(27)的高度。

9、根据权利要求1至8之一所述的阀门传动机构，其特征在于，该螺母(10)与一手柄(30)连接，所述齿部(17)在另一作用方向上具有其坡度比第一部分(19)的坡度小的齿面(29)。

10、根据权利要求9所述的阀门传动机构，其特征在于，在另一作用方向上的所述齿面(29)具有等于第二部分(21)的坡度的坡度。

11、根据权利要求1至10之一所述的阀门传动机构，其特征在于，所述齿部(17)和所述配合齿部(18)是形状互补的。

12、根据权利要求1至11之一所述的阀门传动机构，其特征在于，该操纵机构具有一杠杆(24)，该杠杆与该可移动的连接件(14)配合作用。

13、根据权利要求12所述的阀门传动机构，其特征在于，该可移动的连接件(14)作用在一杠杆段(23)上，该杠杆段的长度小于一作用在该开关(27)上的杠杆段(26)的长度。

14、根据权利要求1至13之一所述的阀门传动机构，其特征在于，设有一个保持这两个连接件(10，14)的弹簧装置(15)。

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