[发明专利]用于阀门的单作用气动执行机构及阀门

说明书

技术领域

本发明涉及一种阀门的执行机构，尤其是在自动化仪表控制装置中，在故障状态下当气源断气时，在弹簧力的作用下使阀门快速开启或关闭的执行机构，该执行机构具有安全保护功能。

背景技术

单作用气动执行机构是作为自动化仪表控制装置中一种重要的现场控制设备，是执行机构分类中的品种之一。弹簧自动复位起到故障安全保护作用。

现有的单作用气动执行机构均是由气缸、机械弹簧、机械手操、箱体、齿轮、主轴等主要零部件组成。其中弹簧作为工业自动化装置中的一个重要元件。而机械弹簧就是充分利用材料的物理特性，通过一定的转换方式来实现其存储能量和释放能量，材料的特性在一定程度上决定了弹簧的物理和力学特性，并影响着弹簧产品的设计和特殊性要求的提升。传统的机械弹簧性能无法满足工业自动化水平逐步提高的使用寿命要求，而采用新材料高性能的机械弹簧其热处理和表面处理工艺复杂且精度要求比较高，热处理和材料表面粗糙度对机械弹簧的疲劳强度影响很大。其中热处理要消耗大量的电力能源、表面处理对环境污染严重。由于机械弹簧的物理和力学特性的影响在长期负载作用下工作容易产生疲劳，使弹簧的力学性能下降，使用寿命降低，当自动化控制装置在紧急故障时，可能出现无法控制阀门的开启或关闭，造成自动化系统装置失效，可靠性和稳定性相对比较低，使用效果不理想。

机械手操结构与执行机构连接不紧凑、体积大，需要与执行机构进行附加连接，且操作力矩较大，现场需要几个人同时进行操作，降低了自动化控制水平，且浪费资源和人力资源，使用不方便。因此急需出现一种体积小、安装方便、操作省力、稳定性强、安全可靠的单作用气动执行机构。

齿轮齿条结构的执行机构的力矩是线性的，随着弹簧力的释放；开启力矩逐渐变小，到阀门开启或关闭位置执行机构力矩是最小的，而阀门的开启力矩是抛物线型的，在阀门开启和关闭位置力矩是最大的，这样配置执行机构体积相对偏大，用执行机构最小的力矩点匹配阀门开启的最大力矩点。执行机构的力矩曲线和阀门的开启力矩曲线不吻合，不是最经济的机械结构设计。

发明内容

本发明根据以上不足，提供了一种用于阀门的单作用气动执行机构。

本发明的技术方案是：

一种用于阀门的单作用气动执行机构，包括：控制阀门开关的阀门主轴，其特征是，还包括：

箱体，与阀门壳体固定，箱体上设置穿入阀门主轴的轴孔；

气缸，缸体与箱体固定，气缸连杆伸入到箱体内；

油缸，缸体与箱体固定，油路敞开，油缸连杆伸入到箱体内与气缸连杆固定；

滑块，与油缸连杆固定；

转轴，一端与滑块固定，另一端从滑块伸出；

拨叉，呈U字型，底部与阀门主轴固定，转轴位于U字型空腔内；

油缸罩，与箱体固定，油缸位于油缸罩内；

氮气弹簧位于油缸活塞与油缸罩的一个内端面之间；

气缸在气压的作用下，气缸连杆伸张，施压油缸连杆和滑块，油缸连杆收缩，氮气弹簧受压，滑块上的转轴带动拨叉和阀门主轴转动，打开或关闭阀门，气缸连杆收缩时，氮气弹簧自动复位，阀门快速复位。

气缸连杆收缩可以是人工控制或自动控制，将气缸内的气压释放。

氮气弹簧结构紧凑、体积小、弹压力较大（初始氮气压力15MPa）、相当于变载荷的液压缸，耐冲击力强、安全性和可靠性高、且使用寿命长等特点。使用寿命在100万次以上，最大行程次数每分钟6至40次使用频率较高，已经在汽车行业和冲压设备中广泛应用，代表着新的技术发展方向。

阀门主轴、拨叉、滑块、油缸连杆和转轴组成的五连杆机构，可以实现输出力矩曲线为抛物线型曲线，满足阀门所需的力矩曲线为抛物线型曲线，即在阀门开启和关闭位置力矩大，之间过程力矩小的力矩曲线。结构设计经济性好且运行平稳。

为了控制油缸的动作，还包括：

手动泵、液压阀和手动截止阀，三者与所述的油缸组成液压手动系统，该液压手动系统固定在所述油缸罩上，通过液压手动系统，能手动让油缸连杆收缩，在气缸连杆收缩的前提下，还能在液压手动系统和氮气弹簧的作用下，让油缸连杆伸张。

液压的推力远远优于机械结构推力且不需减速。液压技术的应用将逐步被推广和普及，工艺自动化装置即将进入液压时代。

为了获得阀门位置的信息，还包括阀位器，该阀位器与所述阀门主轴连接，阀位器能显示阀门主轴的转动角度。

为了获得油缸活塞位置的信息，还包括油位透视窗，该油位透视窗设置在所述油缸罩上，油位透视窗能显示油缸罩内的油量，从而能得知所述油缸活塞的位置。