手电动互不干涉阀门驱动器gq3845-60设计-本科论文.doc

毕业设计(论文) 第IV页智能型GQ38/45-60高压阀门电动装置设计摘 要 高压阀门在使用过程中容易造成内漏是众所周知的普遍性问题，以致于火电厂在机组大小修中经常花大量费用更换新阀门，但是，无论更换的是国内或进口的优质阀门，换来换去仍然是内漏。我们习惯于把此类问题定性为阀门质量问题，实际上我们忽略了另一个更重要的因素，即阀门电动装置在关闭阀门时是否施加给阀门一个科学、合适的关紧力。因为阀门在关闭后期的压差最大，关紧力达不到，密封面就会产生泄漏，漏则永久性关不严。通常我们使用的电动阀门选用的电动装置有具备一些常规功能的普通型、有自动化程度很高的智能型；但是无论哪一种都没有把阀门关紧力的设定放在首位来考虑。目前，用户多采用行程来控制阀门关闭，设定力矩仅仅作为一种辅助性保护，根本无法满足对阀门关紧力的控制。关键字 阀门，电动装置，分类选型，少齿差THE ELECTRIC DEVICE OF HIGH-PRESSURE VALVEAutor:Bai Jun ShiTutor:Guo Chang JiangAbstractHigh-pressure valve in the course of the internal leakage is likely to cause the well-known problem, so that the size of thermal power plants in the unit cost of repair often spend a lot of valve replacement, however, whether domestic or imported replacement of high quality valves in exchange for the leak to remain. We are accustomed to this kind of problem identified as the quality of the valve, in fact, we ignore another more important factor, that is, the valve is closed the valve when the electrical device is a science applied to the valve, close off the right edge. Because of the pressure valve in the closed post the largest force of less than a tightly closed, sealing surface will have a leak, leakage and a perpetual loose relationship. Usually we choose to use the electric valve electric device has to have some general features of the ordinary type, there is a high degree of automation, intelligent; but no matter what kind of valve did not close all the power of setting the first place to consider. Currently, many users turn off the valve to control the use of travel, set torque only as a supplementary protection, simply can not meet the force control valve tightly closed.KEY WORDS Valve；electric device；Category Selection；small teeth difference geer目 录全套毕设资料（含设计图纸)，请加扣扣九七一九二零八零零咨询1 绪论11.1 阀门电动装置的简介11.2 阀门电动装置的分类与选用依据11.2.1 阀门电动装置的分类11.2.2 阀门电动装置的选择依据21.3 阀门电动装置的发展现状及发展趋势41.3.1 发展现状51.3.2 发展趋势51.4 阀门技术标准的发展状况71.5 本课题的选题背景81.6 本课题的研究意义92 阀门电动装置的工作原理和设计方案112.1 阀门电动装置的工作原理112.2 阀门电动装置的传动方案的确定112.2.1 根据阀门类型选择电动执行器112.2.2 根据生产工艺控制要求确定电动执行器的控制模式122.2.3 根据使用环境和防爆等级选择132.2.4 根据阀门所需的扭矩确定输出扭矩132.2.5 各组成部分的确定133 总体设计计算143.1 电动机的选择143.1.1 各运动副的效率143.1.2 功率的计算143.1.3 电机选择143.2 计算阀杆外径153.3 电动蜗轮的推算163.3.1 推算蜗轮内孔直径163.3.2 推算蜗轮齿根圆直径163.4 分配传动比163.4.1 各传动机构的传动比163.5 少齿差减速机构的设计及强度校核173.5.1 概述173.5.2 少齿差齿轮副的几何计算步骤183.5.3 渐开线少齿差行星传动的强度计算193.5.4 少齿差齿轮宽度的计算233.6 电动蜗轮蜗杆强度设计和几何计算233.6.1 电动蜗轮蜗杆强度设计233.6.2 蜗轮蜗杆的几何尺寸243.7 手动部分设计253.7.1 手动部分蜗轮蜗杆的设计253.7.2 手动部分增速齿轮的设计263.8 轴承的校核293.8.1 电动蜗杆上轴承的选择和校核293.8.2 手动蜗杆上角接触球轴承的校核323.8.3 空心轴用球轴承的校核353.9 键的选择与校核373.9.1 花键的设计373.9.2 普通平键383.10 空心轴强度校核393.11 拉压传感器的选择41结束语44致谢45参考文献46 黄河科技学院毕业设计说明书 第 46 页 1 绪论1.1 阀门电动装置的简介阀门电动装置是用来驱动阀门开启和关闭的一种专用传动装置,由专用电机、蜗轮蜗杆、行程和力矩检测机构及控制部分等组成1。该装置启动力矩大,阀门行程控制准确,广泛应用于石油、化工、水电、冶金、造船、轻工和食品等行业的阀门上。不同行业、不同工况对阀门电装的要求不同。阀门电动装置也称阀用电动执行机构,是驱动和控制阀门的重要装置。随着现代化工业对阀门电动装置要求的提高,旧阀门电动装置在功能上和使用上的缺点暴露得越来越明显,例如结构复杂,安全性不好,缺乏完善的故障处理和报警系统,不能很好地实现人机对话,不易于生产调试和维修,不利于产品的更新与换代等2。随着微电子技术和电力电子技术的发展,出现了新一代的智能化阀门电动装置,它不仅克服了原来产品的不足,还增加了许多功能,扩展了使用领域,提高了各项指标和性能,而成本增加不多,可大量更新现有阀门电动装置。智能化阀门电动装置在各个工业领域将得到广泛应用。1.2 阀门电动装置的分类与选用依据31.2.1 阀门电动装置的分类我国常用的阀门电装有原装进口的、有引进技术或合资的、有国产的和国外电装厂家在我国设立的独资及组装厂生产的。阀门电装一般按动力源、结构类型、工作方式、回转方式和工作环境分类4。1.2.1.1 动力源电动装置按其动力源不同，可分为气压传动、液压传动和电动三种。气压传动是指以压缩气体为工作介质进行动力传递和信号控制的系统。以空气作为工作介质具有防火防爆、防电磁干扰、抗振动冲击辐射、结构简单等优点所以近年来发展很快。但是，这类阀门工作速度慢压缩气体不容易得到，使得气动阀门的使用受到很大的限制。液压传动己经有三百多年的历史是在帕斯卡静压传动原理上发展起来的。液压传动可以在传动介质体积较小的情况下，输出较大的力或力矩、容易实现功率放大5。另外，其传动平稳，可以在高速下启动制动转向但存在阀门体积较大，使用、安装、拆卸、维修困难的缺点，不便在较小功率场合使用，所以其使用范围受到了相当的限制。相比较而言，随着机电一体化技术的发展，电动阀门在工业生产中体现来的巨大的优势，吸引了越来越多的目光。电动阀门装置，又称阀门驱动器、阀门电动执行机构、阀门电动头等，是由阀门电动装置和阀门组合成一体的管道附件。它可以接受运行人员或自动装置的命令，自动截断或调节管道中的介质流量。它动作和响应极快、工作效率高、调速性能好、操作简便、安全性能好。1.2.1.2 结构类型电装的结构类型可分为一体式和分体式两种。一体式电装是所有控制电装运行的控制器件均安装在电装内部,与电装成一整体。一体式电装又分为普通型和智能型。国内电动装置生产厂家均能生产制造。分体式电装是所有控制电装运行的控制器件均安装在另设的电控柜内6。国内生产厂家均能提供分体式电装。进口电装除ROTOCK、AUMA、EMG可提供分体式外,其余只提供一体式电装。1.2.1.3 工作方式电装的工作方式分为开关型和调节型。开关型主要指电装的电机启动次数一般 600次/min。开关型电装只适用于一次性的将阀门开启或关闭。调节型主要指电装的换向较频繁,电机启动次数一般达到1200次/min。调节型电装能接受420mA模拟信号和反馈阀位的420mA模拟信号, 满足闭环控制的需要。1.2.1.4 回转方式电装的回转方式分为多回转型和部分回转型。多回转型主要指电装要旋转多圈, 才能打开或关闭阀门。此类型电装与阀门之间要有二级传动机构。部分回转型主要指电装旋转90就能打开或关闭阀门。此类电装与阀门直接连接。1.2.1.5 工作环境电装的工作环境分为隔爆型和普通型。隔爆型是指在易燃易爆的环境中, 要求电装具有防爆功能。普通型是指除易燃易爆环境以外的任何环境中。1.2.2 阀门电动装置的选择依据7(1)操作力矩 操作力矩是选择阀门电动装置的最主要的参数。电动装置的输出转矩应为阀门操作最大力矩的1.21.5倍。(2)操作推力 阀门电动装置的主机结构有两种，一种是不配置推力盘的，此时直接输出转矩；另一种是配置有推力盘的，此时输出转矩通过推力盘中的阀杆螺母转换为输出推力。(3)输出轴转动圈数 阀门电动装置输出轴转动圈数的多少与阀门的公称通径、阀杆螺距以及螺纹线数有关。(4)阀杆直径 对于多回转类的明杆阀门来说，如果电动装置允许通过的最大阀杆直径不能通过所配阀门的阀杆，便不能组装成电动阀门。因此，电动装置空心输出轴的内径必须大于明杆阀门的阀杆外径。对于部分回转阀门以及多回转阀门，虽不用考虑阀杆直径的通过问题，但在选配时亦应充分考虑阀杆直径与键槽的尺寸，是组装后能正常工作。(5)输出转速 阀门的启、闭速度，易产生水击现象。因此，应根据不同的使用条件，选择恰当的启、闭速度。(6)安装、连接方式 电动装置的安装方式有垂直安装、水平安装和落地安装。所选电装必须满足工况条件、阀门开关力矩、时间(转速)及控制的要求。1.2.2.1 环境温度电装的电机是密闭在电装内部,其散热性能较差,如果电装在超出适应的环境温度范围使用,会直接影响到电装的绝缘性能、输出力矩和使用寿命。因此在高温环境下一定要注意电装所适用的温度范围。1.2.2.2 防护等级电装的防护等级是衡量其防护灰尘和水的程度,用IP+两位数字表示,第一位数字表征防尘等级,第二位数字表征防水等级。户内一般环境选择IP54或IP55,户外一般环境选择IP55或IP65。如果工况中灰尘较大且灰尘颗粒较小,可能从各个方向对电装有淋水的可能,应选择防护等级较高的IP65或IP67。如果电装可能被水浸没,就应选择防护等级更高的如 IP67或 IP68。IP68防护等级是指在水下3m处,能浸没72h不进水。1.2.2.3 控制形式控制形式主要是指电装是一体式还是分体式。根据最近几年有些工程对电装的使用情况来看,一般都使用智能一体式。智能电装具有液晶面板显示与设定功能(免开盖调试)、电子位置传感器和力矩传感器、阀位反馈(420mA模拟信号)、自动相序校正、瞬时反转保护、堵转保护、数据记录、自动诊断和支持现场总线通讯(可选)等功能。不同工况对电装的控制形式要求也不一样。从价格方面考虑,在常规工况或对电装要求不高的场合,一般不选用智能一体式电装。在高温或高寒工况,因一体式电装内部的控制电路板的性能受温度的影响较大,一般也不选用智能一体式。1.2.2.4 力矩电装力矩是重要参数之一,选型前必须先计算出阀门开关过程中所需的最大力矩, 再计算所需电装的输出力矩。阀门电装的力矩选择要以电装厂家提供的额定输出力矩为准。在进行阀门的力矩计算及复核时,力矩的余量不要太大。因为电装有力矩保护功能,如果阀门的开关力矩余量太大,所选电装的输出力矩会选的较大,当阀门在开关过程中遇到卡阻,在电装的力矩保护开关还未动作之前,可能会对阀门的薄弱部分造成损坏。1.2.2.5 转速电装的输出转速影响阀门的开关时间。有的工况规定了阀门开关时间,电装的输出转速必须按照要求选择。有的工况对阀门开关时间未作要求,但电装的电机都是短时工作制,其连续运行时间不超过10min,有的不超过15min。因此,即使工况对时间不作要求,阀门开关时间也不得超过电装连续运行的最长时间要求。电装的输出转速与输出转矩有关系,同样电机功率,其输出转速越快,则其输出力矩就越小。因此,在选择电装时,力矩与转速一定要匹配。1.2.2.6 控制要求控制要求是用户监控系统对阀门电装的要求,如电装是调节型还是开关型。一般调节型电装的电机可频繁启动,可达到1200次/h,能接受和反馈420mA模拟信号,闭环控制,自动调节阀门的开度,以适应工况的要求。开关型电装仅控制阀门开或关,电机不能频繁启动,电机连续工作时间一般为10min,有的为15min。另外还有其他要求,如需反馈至中控室的阀门状态(全开、全关的接点数量、类型和容量等)及电装的控制方式等。1.3 阀门电动装置的发展现状及发展趋势8作为驱动阀门或风门的一种主要装置阀门电动装置经过多年的发展,已经成为控制可靠,操作简单,维护方便的高性能产品。随着现代科学技术的飞速发展,许多新技术和新材料的应用,各种高品质高性能的阀门或风门等设备的不断出现,要求与其所匹配的各种控制装置也应不断改进。1.3.1 发展现状电动阀门从五十年代起就开始在我国工业部门中使用，每年需要数万台，但目前在我国大量使用的仍然是五、六十年代设计的产品。随着时代的发展，人们对安全性和工作效率的要求越来越高，这些五六十年代设计的产品在日益激烈的市场竞争中己经渐渐显示出了许多劣势，比如结构复杂、控制精度低、缺乏完善的故障报警和处理装置、现场调试不方便等，必然被市场所淘汰。而纵观世界行业技术的发展，无不于计算机、电子技术的迅猛变革相关联。而机械和电子产品的一体化趋势不可阻挡。对“阀门”这一重要的工业用机械产品所进行的有效改造，将会使其更加智能化、高精度、提高工作效率，降低工作成本，保障施工安全，对实用工程领域有着重要的意义。阀门电动装置是以电机为动力,带动机械减速装置将动力传给控制元件的最终部件。同时利用一些配件达到手 电动切换、行程控制和力矩控制,此外还具有可以接受位置信号反馈的控制电路。目前国内外阀门电动装置的结构形式有几十种,而规格型号则有上百种。为了足不同的要求,电动装置按安装环境分为普通型和户外型,按性能分为防爆型、防核辐射型和通用型,按启动方式分为开关型和调节型,按运动方式分为:部分回转型和多回转型等。电动装置的控制形式有的简单,有的复杂(如带智能模块实现自动调节用的等)。针对不同的工况,电动装置有相应的行业标准和国家标准。随着科技的不断发展,新技术、新产品和新工艺的不断应用,阀门电动装置的性能和结构将得到进一步改进和提高。1.3.2 发展趋势1.3.2.1 结构简单化随着技术的进步,电动装置的结构将更加简单,机械部分的体积将缩小重量将减轻,更加适合用户的需要。如机械减速装置采用谐波减速机构,通过谐波齿轮的大传动比将阀门电动装置的体积变小。或者采用蜗轮蜗杆与行星减速机构组合的方法。新材料的运用也能对减小体积和减轻重量起着积极的作用。随着机构主体部分的改进,与阀门电动装置相匹配的附件,如推杆和过渡连接装置等零部件也有了改进。随着电子技术和传统机械的不断揉合,阀门电动装置的机械减速部分必将有大的改观。1.3.2.2 电动装置和电动执行机构统一化在国内,由于各种原因,阀门电动装置和电动执行机构是两个不同的概念。它们也有各自不同的应用范围。然而,无论从原理,还是从实际使用过程,两者都非常类似。在国外,它们有一个共同的名称(ACTUATOR)。现在已经有越来越多的专业人士倾向于将两者统一起来。这样既可以减少设计部门以及用户的选型难度,又可以使庞大繁杂的种类和体系得到简化,便于生产制造厂家设计生产。传统观念认为阀门电动装置倾向于机械部分,结构要可靠,操作要灵活,控制要简单。而电动执行机构则倾向于电气控制部分,信号反馈要正确,布线接线要简单,远程控制要具备。作为一种机电一体化的产品,将阀门电动装置的电气部分以及必要的机械配件按要求重新设计一下,就可以满足电动执行机构的要求了。而电动执行机构本身就可以代替阀门电动装置9。1.3.2.3 应用现场总线控制方式在一些线路很广,控制要求比较复杂的地方,传统的阀门电动装置一般是采用独立控制系统,即一个控制元件如阀门或风门采用一套控制柜,或者是几个共用一套控制柜。这种方法,其过程控制依靠传统的通讯方式进行,集中控制非常麻烦,费时费力,而且受现场操作人员的技术水平、精神状态以及工作情绪等人为因素的影响,误操作较多。另一方面,每一个控制都需要一套线路,不利于现场配置安装,由于中间环节多,出现故障的可能性较大。对于一些有着特殊要求的环境,如易燃易爆、辐射、或人们不易到达及看到的地方,这种控制方法非常不方便。随着现代控制技术的发展,各种先进的控制方法也在不断推广,如便于集中控制的现场总线控制方法等。为了适应新建的大型电站机组及大型配套装置集中控制的需要,新型阀门电动装置配有能进行集中控制的连接接口。现场总线是指应用在生产现场与集中测量的控制设备之间,能实现双向串行多接点数字通信的系统。它把单个分散的测量控制设备变成网络接点,以通讯线路为纽带,把各个设备连接成可以相互沟通信息,共同完成自控任务的网络系统与控制系统,是一种开放式、数字化、多点通信的低层控制网络。其原理是用一条类似于网络主干线 (电缆、双绞线)的主要联络通路,所有被控元件的控制都可以在一个大的集控室中进行,所有的控制元件都分别通过一套接口接入到主要联络通路上。每一个控制元件既可以接受中央控制系统的调度,又可以在现场进行必要的调整。由于现场总线是基于现场智能化设备的数字通信,所有设备必须遵守同样的通信协议,具有相同的通信接口。目前国际上应用较广的现场总线技术有CAN、FF、LONWOR KS、PROFIBUS、HART及INTERBUS现场总线。在阀门电动装置上经常使用的一般有PROFIBUS现场总线。现场总线技术应用到阀门电动装置上后,其使用范围将得以扩大。1.3.2.4 应用变频调速电机阀门电动装置受电机条件的约束,体积和重量一直难以控制。由于阀门专用电机的转速单一(某些用于特殊调节状态的电动执行机构具有特殊双速电机),为了满足各种不同的转速,需要配置不同的减速装置,既造成了电动装置设计和生产过程中人力和物力的浪费,又不方便现场操纵安装。随着现代电子技术的发展,改变频率来实现电机调速成为可能。由于电机的转速具有可以调节的特性,因此设计阀门电动装置时可去掉某些减速部件。直接通过控制电机转速实现部件之间的树状结构是一条产品数据管理的有效途径。总之，随着微电子技术和电力电子技术的发展，电动阀门智能控制器也经历了模拟电子技术和数字电子技术两个时代，出现了新一代智能电动阀门，由最初的协助工人工作，到现在日趋普及的无人操作。它不仅克服了传统电动阀门的不足，而且还增加了许多新功能，拓展了使用领域，改善了性能指标，而且成本增加不多，可以大量更新现有的装置。尤其是随着单片机技术的广泛应用，使得电动阀门智能控制器的研制和使用成为了现实，能在很大程度上实现电动阀门控制的数字化，并且能够实现PID控制和局域网络集散控制,通过软件的形式，将工程技术人员的思维方式与解决问题的方式、方法以软件的形式加入到系统中，从而更进一步的提高阀门控制的智能化。1.4阀门技术标准的发展状况10标准化工作是国民经济和社会发展的重要基础工作, 同样也是一个行业、一个企业发展的重要基础工作。阀门行业在机械部的领导下, 在阀门标准归口单位 合肥通用机械研究所具体组织和行业厂的大力参与下, 重视这项工作的开展, 经过多年的努力和卓有成效的工作, 基本上建立了满足阀门生产技术发展需要、与我国机械工业标准同步发展的阀门专业标准体系。阀门行业的标准化工作大致是分三个阶段逐步发展起来的。第一阶段是从19581965年。这期间,制定了阀门型号编制方法,各类阀门参数系列,阀门结构长度,手轮和手柄以及各大类阀门制造与验收技术条件等标准。这批标准均是以机械部发布的JB标准,解决了阀门行业从修配走向制造到组织批量生产中所遇到的共性问题,满足了国民经济建设的需要,起到了促进行业生产大发展的积极作用,为今后阀门技术标准的完善和发展打下了稳固的基础。第二阶段是从19721979年。这期间围绕国民经济建设调整恢复,阀门成为供不应求的短线产品。为此,为了扩大生产能力,便于轮番大批量生产,在机械部石化通用局的领导下,由通用机械研究所牵头,组织行业主要生产厂,进行标准化、系列化、通用化三化阀门产品联合设计。同时,根据当时阀门产品存在填料、垫片、密封面和阀杆等腐蚀(或磨损)严重及经常出现阀门内漏外漏等质量问题,组织科研攻关,完成了一些主要课题的研究11。在此基础上,除修订、补充完善了一批产品标准外,还根据阀门生产厂自行设计开发新产品的需要,制定了阀门通用零件和结构要素标准。这些标准也是以机械部JB标准发布的。截止到1979年,阀门行业共有JB标准142项。由于这批标准在全行业贯彻实施比较好,因此,基本上解决了量大面广的主要阀门产品的短线和普遍存在的内漏外漏质量问题,满足了当时国民经济各部门尤其是石油、化肥、化工、电力和冶金等系统的需要,促进了阀门行业生产技术水平的发展。第三阶段是从1980年至今。这期间是我国改革开放的新时期,由计划经济向市场经济转变。为了适应我国社会主义市场经济的发展需要,阀门行业为了提高全行业企业的产品水平和质量水平及其在国内和国际两个市场上的占有率,在机械部和国家技术监督局的指导下,阀门标准化工作进入新的发展时期。归纳起来,重点开展了两个方面的工作,一是建立和完善阀门标准体系,二是积极采用国际和国外先进标准12。这对推动阀门行业的技术进步和开拓阀门的国际市场起到了重要的作用。1.5 本课题的选题背景阀门电动装置是用于操作阀门并与阀门相连接的装置之一。该装置由电力来驱动，其运动过程可由行程、转矩或轴向推力的大小来控制。阀门电动装置应有的工作特性和利用率取决于阀门的种类，装置的工作规范及阀门在管线或设备上的位置2。阀门电动装置行程控制机构的可靠性对电动阀门工作质量影响较大。我国早期电动装置行程控制机构可靠性较差的主要原因是使用微动开关及控制机构的机械结构设计不合理。因此，早期电动装置经常发生阀秆弯曲、阀体及密封面损坏等情况。高压阀门在使用过程中容易造成内漏是众所周知的普遍性问题，以致于火电厂在机组大小修中经常花大量费用更换新阀门，但是，无论更换的是国内或进口的优质阀门，换来换去仍然是内漏13。我们习惯于把此类问题定性为阀门质量问题，实际上我们忽略了另一个更重要的因素，即阀门电动装置在关闭阀门时是否施加给阀门一个科学、合适的关紧力。因为阀门在关闭后期的压差最大，关紧力达不到，密封面就会产生泄漏，漏则永久性关不严。通常我们使用的电动阀门选用的电动装置有具备一些常规功能的普通型、有自动化程度很高的智能型；但是无论哪一种都没有把阀门关紧力的设定放在首位来考虑。目前，用户多采用行程来控制阀门关闭，设定力矩仅仅作为一种辅助性保护，根本无法满足对阀门关紧力的控制。鉴此，我们针对阀门电动装置目前存在的问题做出一定的改善。1.6 本课题的研究意义作为驱动阀门或风门的一种主要装置阀门电动装置经过多年的发展,已经成为控制可靠,操作简单,维护方便的高性能产品。随着现代科学技术的飞速发展,许多新技术和新材料的应用,各种高品质高性能的阀门或风门等设备的不断出现,要求与其所匹配的各种控制装置也应不断改进。阀门电动装置及其技术在我国的发展已有40多年的历史,作为一种机电产品其机械部分无论是设计还是制造均日趋成熟,其使用方式也被人们接受,其使用范围也从工业阀门扩大到某些非阀门类专用设备。上世纪80年代中期,上海某大型设备制造厂在国内首先将阀门电动装置用于火电机组给煤机插板的驱动与控制。之所以选择阀门电动装置用于非阀门类的专用设备,主要是阀门电动装置具备起动转矩大、短时工作制、行程控制精确、位置指示直观、用于保护的转矩控制机构可靠、手动机构能保证应急人工操作等诸多特点14。阀门电动装置是为控制阀门而设计的,由于阀门电动装置使用方便,其应用范围已经扩展到其他方面。如用于水利枢纽工程中的大型水闸门上,城市地铁通风系统中,各类发电厂的控制系统中,以及化工、公用事业和航天等领域中。随着各种先进技术的不断推广应用,阀门电动装置将会发展成为一个集机械、电子为一体的操作简单灵活,并适合多种工况使用的产品15。它不但具有机械方面的灵活性,而且还具有与电子计算机系统相匹配的接口。同时,小体积、结构更增加其实用性。电动阀门作为管道系统介质流量的调节执行机构，实现数字化、智能化、自诊断与无人看守己经变得十分迫切，计算机技术与微电子技术的发展，为电动阀门的智能化进程提供了可能。本文即在介绍了阀门历史的基础上，重点对电动阀门的智能化所包含的内容进行了分析，为今后电动阀门的智能化发展做出一定的贡献。2 阀门电动装置的工作原理和设计方案2.1 阀门电动装置的工作原理阀门电动装置是实现阀门程控、自控和遥控不可缺少的驱动设备，其运动过程可由行程、转矩或轴向推力的大小来控制。由于阀门电动装置的工作特性和利用率取决于阀门的种类、装置工作规范及阀门在管线或设备上的位置。电动装置一般由下列部分组成：专用电动机，特点是过载能力强起动转矩大转动惯量小，短时断续工作；减速机构，用以减低电动机的输出转速；行程控制机构，用以调节和准确控制阀门的启闭位置；转矩限制机构，用以调节转矩（或推力）并使之不超过预定值；手动电动切换机构，进行手动或电动操作的联锁机构。开度指示器，用以显示阀门在启闭过程中所处的位置16。传动原理图如下：图2.1 传动原理图2.2 阀门电动装置的传动方案的确定2.2.1 根据阀门类型选择电动执行器1角行程电动执行器（转角360度）适用于闸阀、截止阀等。电动执行器输出轴的转动大于一周，即大于360度，一般需多圈才能实现阀门的启闭过程控制。3直行程（直线运动）适用于单座调节阀、双座调节阀等。电动执行器输出轴的运动为直线运动式，不是转动形式。2.2.2 根据生产工艺控制要求确定电动执行器的控制模式1开关型（开环控制）开关型电动执行器一般实现对阀门的开或关控制，阀门要么处于全开位置，要么处于全关位置，此类阀门不需对介质流量进行精确控制。特别值得一提的是开关型电动执行器因结构形式的不同还可分为分体结构和一体化结构。选型时必需对此做出说明，不然经常会发生在现场安装时与控制系统冲突等不匹配现像。A）分体结构（通常称为普通型）:控制单元与电动执行器分离，电动执行器不能单独实现对阀门的控制，必需外加控制单元才能实现控制，一般外部采用控制器或控制柜形式进行配套。此结构的缺点是不便于系统整体安装，增加接线及安装费用，且容易出现故障，当故障发生时不便于诊断和维修，性价比不理想。B）一体化结构（通常称为整体型）：控制单元与电动执行器封装成一体，无需外配控制单元即可现实就地操作，远程只需输出相关控制信息就可对其进行操作。此结构的优点是方便系统整体安装，减少接线及安装费用，容易诊断并排除故障。但传统的一体化结构产品也有很多不完善的地方，所以产生了智能电动执行器。2调节型（闭环控制）调节型电动执行器不仅具有开关型一体化结构的功能，还能对阀门进行精确控制，调节介质流量。A）控制信号类型（电流、电压）调节型电动执行器控制信号一般有电流信号（420MA、010MA）或电压信号（05V、15V），选型时需明确其控制信号类型及参数。B）工作形式（电开型、电关型）调节型电动执行器工作方式一般为电开型（以420MA的控制为例，电开型是指4MA信号对应的是阀关，20MA对应的是阀开），另一种为电关型（以420MA的控制为例，电开型是指4MA信号对应的是阀开，20MA对应的是阀关）。C）失信号保护是指因线路等故障造成控制信号丢失时，电动执行器将控制阀门启闭到设定的保护值，常见的保护值为全开、全关、保持原位三种情况。2.2.3 根据使用环境和防爆等级选择根据使用环境和防爆等级分类的电动装置根据使用环境和防爆等级要求，阀门的电动装置可分为普通型、户外型、隔爆型、户外隔爆型等。2.2.4 根据阀门所需的扭矩确定输出扭矩根据阀门所需的扭矩确定电动执行器的输出扭力阀门启闭所需的扭力决定着电动执行器选择多大的输出扭矩，一般由使用者提出或阀门厂家自行选配，做为执行器厂家只对执行器的输出扭矩负责，阀门正常启闭所需的扭力由阀门口径大小、工作压力等因素决定，但因阀门厂家加工精度、装配工艺有所区别，所以不同厂家生产的同规格阀门所需扭矩也有所区别，即使是同个阀门厂家生产的同规格阀门扭矩也有所差别，当选型时执行器的扭矩选择太小就会造成无法正常启闭阀门，因此电动执行器必需选择一个合理的扭矩范围。2.2.5 各组成部分的确定主传动（减速机构)：由蜗轮蜗杆副和少齿差行星齿轮减速机构组成。最后由输出轴输出动力、驱动阀门的阀杆17。转矩检测机构：采用蜗杆轴向窜动结构，在蜗杆轴端安装一个轮辐式拉压传感器来检测力矩大小18。开度指示机构：用于现场指示阀门开启程度。行程控制机构中空心轴的左端装有刻度盘19。手电动切换：为全自动切换结构，没有切换用的手柄，手电动输入互不干涉20。少齿差输出机构：浮动盘与输出盘之间留有空位，可避免开启力矩过小，阀门打不开的问题。3 总体设计计算3.1 电动机的选择3.1.1 各运动副的效率少齿差行星齿轮系的效率=0.70.85；蜗轮蜗杆副的效率为=0.40.5(自锁)， =0.70.75（单头），=0.70.82（双头）；圆柱齿轮副的效率为=0.980.99；轴承的效率为（一对球轴承稀油润滑），（一对滚子轴承稀油润滑）。3.1.2 功率的计算输出轴功率 （3.1）计算电机的功率:取， 则 （3.2） （3.3）3.1.3 电机选择由于该电动装置要求的功率较低且持续工作时间较短（十分钟左右），故电动机选YDF型专用电机。电动机具有体积小、重量轻、起动转矩大、转动惯量小等特点，能保证在阀门启闭的短时间内，提供较高的转矩，使其打的开、关的紧，动作灵活，运行可靠，能快速准确停车，适用于高温、潮湿、粉尘电站及某些含有有害气体的场所工作21。YDF系列电动机系电动阀门装置配套的专用电动机，其防护型是为封闭自冷式，该电动机采用无风扇、无散热筋的自冷结构。电动机无出线盒，电机引线直接从端盖端面引出。电动机的机座、端盖采用铸铁制成，转子采用高电阻率合金，转轴用优质碳素钢。电动机只有一种转速（1500r/min），电动机额定功率为0.02530KW，21个功率等级，额定电压380V，频率50HZ，电动机的额定为短时运行S2，持续时间为10min。电机型号为YDF-322-(3)，电动机额定功率，额定转速。图3.1 电动机外形尺寸图YDF系列电动机阀门用三相异步电动机（普通型）外形及安装尺寸如下：E=50，G=23.5，F=8，b7=1.3，h7=5，d2=26.6，M=310，N=180，S=15，S4=16，D=28，R=6，b6=72，P=370，b1=100，b2=100，h=255，L=415，p1=290，引线长l=400。3.2 计算阀杆外径已知阀杆直径为，则取空心轴内径为。由功率估算空心轴强度，确定其壁厚：已知输出功率，最大控制扭矩由空心轴扭转强度公式 （3.4）式中 d空心轴外径，mm； T轴所传递的扭矩,； 许用扭转剪应力，MPa； 空心轴的内径与外径之比，又轴的材料取45钢，查机械设计手册22，2545，取，且已知，代入数据计算得，取。3.3 电动蜗轮的推算3.3.1 推算蜗轮内孔直径考虑到蜗轮内孔内要安装一个轴承，一个支撑套筒，还有一个键。由于该电动装置结构较紧凑，轴承采用无内圈单列滚针轴承RNA型，该处滚针轴承用内径60mm,外径72mm，宽为25mm；取支撑套筒厚度为10mm；由于其上传递的动力较小，键可适当取小一点，取键，则蜗轮内孔直径3.3.2 推算蜗轮齿根圆直径由于要保证蜗轮的强度，蜗轮内孔到齿根圆的距离取1015mm，故取蜗轮齿根圆直径，即 （3.5