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CN111425650A - 盘式电机驱动涡轮蜗杆传动角行程式快速切断执行机构 - Google Patents

盘式电机驱动涡轮蜗杆传动角行程式快速切断执行机构 Download PDF

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CN111425650A CN202010140538.8A CN202010140538A CN111425650A CN 111425650 A CN111425650 A CN 111425650A CN 202010140538 A CN202010140538 A CN 202010140538A CN 111425650 A CN111425650 A CN 111425650A
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赖少川
杨昌群
王永飞
赵升吨
牛道东
张晨
杜一凡
高伟
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China Petroleum and Chemical Corp
Xian Jiaotong University
Sinopec Sales Co Ltd South China Branch
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Xian Jiaotong University
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Abstract

本发明公开了一种盘式电机驱动涡轮蜗杆传动角行程式快速切断执行机构,包括动力机构、动力切换机构、传动系统;动力机构带动传动系统实现行程输出;动力机构包括电力驱动系统和手动操作系统;动力切换机构用于实现电力驱动系统和手动操作系统之间的切换;传动系统包括电机轴、蜗杆和涡轮,电机轴和蜗杆通过联轴器连接,蜗杆与涡轮相啮合。本发明用于在停电或者在调试、电机故障等非停电场合时,向上拨动拨叉可以将手轮通过行星减速器与螺母相连,从而实现手动控制。当在非停电场合使用手动操作功能时,向上拨动拨叉,角度传感器发出电信号,控制系统对电机和抱闸机构进行断电,从而提高电动执行机构的使用安全性。

Description

盘式电机驱动涡轮蜗杆传动角行程式快速切断执行机构
技术领域
本发明涉及电动执行机构技术领域,具体涉及一种盘式电机驱动涡轮蜗杆传动角行程式快速切断执行机构。
背景技术
随着我国管道建设的快速发展,实现油气管道关键设备国产化的必要性日益迫切。油气管道关键设备国产化既是国家的要求,也是输油气企业降低建设和运营成本的需要,其国产化对于降低工程造价、打破国外的产品垄断和价格壁垒以及发展我们的民族产业、推动油气管道装备水平的提高具有重要意义。随着过程自动化控制过程中的安全要求与日俱增,尤其在石油石化系统对大口径阀的安全需求已十分迫切,而电动执行器作为大口径阀控制系统的终端执行机构,其工作的可靠性将直接影响到整个系统的性能水平和系统安全。
传统电动执行器主要包括固定壳体、电机、减速器、减速器输出轴、螺母、丝杠以及操控电机运行的控制系统组成。其工作原理主要是:通过控制系统操控电机运动,电机带动减速器工作,减速器输出轴与丝杠相连接,转动螺母从而实现直行程运动。但传统电动执行器存在以下缺点:①由于动力源来自于电力系统,当事故或者其它原因造成电力系统停电,电动执行器不能将阀门动作到安全需求位置,从而造成人员伤亡和财产损失;②使用普通交流电机转速无法调节,还需要减速器来降低转速,结构复杂;③没有手轮装置,不能切换为手动模式操控行程上下;④使用螺母作为行程输出端,对于螺母的加工要求增高。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供一种盘式电机驱动涡轮蜗杆传动角行程式快速切断执行机构,将“交流伺服电直驱”的思想应用到传统电动执行器的设计过程中去,从而增加电动执行器的安全性、简化电动执行器的结构、优化电动执行器的空间布局、提高电动执行器的工作效率、降低电动执行器的能耗。
本发明解决上述问题的技术方案是:一种盘式电机驱动涡轮蜗杆传动角行程式快速切断执行机构,其特殊之处在于:
包括动力机构、动力切换机构、传动系统;
所述动力机构带动传动系统实现行程输出;
所述动力机构包括电力驱动系统和手动操作系统;
所述动力切换机构用于实现电力驱动系统和手动操作系统之间的切换;
所述传动系统包括电机轴、蜗杆和涡轮,电机轴和蜗杆通过联轴器连接,蜗杆与涡轮相啮合。
进一步地,上述电力驱动系统包括中间定子结构盘式交流伺服电机,电机轴为所述中间定子结构盘式交流伺服电机的动力输出轴。
进一步地,上述手动操作系统包括包括手轮和减速器;
所述减速器包括行星齿轮组,行星齿轮组包括行星齿轮组太阳齿轮、行星齿轮组行星小齿轮和行星齿轮架,手轮与行星齿轮组太阳齿轮相连,行星齿轮组太阳齿轮与行星齿轮组行星小齿轮之间相啮合,行星齿轮架与行星齿轮组行星小齿轮配合。
进一步地,上述动力切换机构包括离合器接合套、拨叉,所述离合器接合套通过花键与电机轴连接;离合器接合套可在花键上滑动,离合器接合套可通过齿槽与离合器接合套结合传递扭矩,
拨叉与离合器接合套连接。
进一步地,还包括电磁抱闸制动电磁铁、电磁抱闸闸瓦制动器,所述电磁抱闸闸瓦制动器与电机轴连接。
进一步地,还包括第一大扭矩盘式电机外壳、第二盘式电机外壳、盖板、输出法兰;
盖板与第二盘式电机外壳之间通过第三螺栓连接,盖板与输出法兰通过第四螺栓连接,
中间定子结构盘式交流伺服电机设置在第二盘式电机外壳内,第一大扭矩盘式电机外壳与第二盘式电机外壳之间通过第一螺栓连接,电磁抱闸制动电磁铁与第二盘式电机外壳之间通过第二螺栓连接。
进一步地,上述蜗杆通过第一圆锥滚子轴承和第二圆锥滚子轴承固定在输出法兰上。
相对于现有技术,本发明的有益效果为:
(1)本发明使用了中间定子结构盘式交流伺服电机,该电机结构紧凑,轴向尺寸短,占用体积小,该电机采用无铁心电枢结构,不存在普通圆柱式电机由于齿槽引起的转矩脉动,转矩输出平稳,该电机不存在磁滞和涡流损耗,可达到较高的效率,节省能源,该电机绕组电感小,具有良好的换向性能,该电机绕组两端面与气隙接触,利于散热,该电机为交流伺服驱动,可以调速直驱,避免了繁复的减速机构;
(2)本发明设计了离合器以实现自动和手动档位控制,当离合器向下拨动时,螺母仅与电机连接,此时为电动控制,当电机断电或失电时,将离合器拨向上方可将手轮以及行星齿轮组与螺母连接,从而实现手动控制,达到省力的效果,在断电等紧急情况下手动操作以较少损失并提高安全性;
(3)本发明使用了蜗轮蜗杆传动机构实现角行程阀开与关的转换,结构简单紧凑、可靠性和稳定性较高,具有自锁功能;
(4)整体结构形状为圆柱体,结构安装简单、体积小且空间利用率高。
附图说明
图1是本发明的正面结构示意图。
图2是本发明的四分之一剖视示意图。
图3是本发明中间定子结构盘式交流伺服电机的正面结构示意图。
图4是本发明中间定子结构盘式交流伺服电机的正面剖视图。
图5是本发明手轮和行星轮系示意图。
图中标号说明:1、第一大扭矩盘式电机外壳,2、中间定子结构盘式交流伺服电机,3、电机轴,4、第二盘式电机外壳,5、第一螺栓,6、第二螺栓,7、电磁抱闸制动电磁铁,8、电磁抱闸闸瓦制动器,9、手轮,10、盘式电机端盖,11、行星齿轮组太阳齿轮,12、行星齿轮组行星小齿轮,13、行星齿轮架,14、深沟球轴承,15、离合器接合套,16、花键,17、拨叉,18、联轴器,19、蜗杆,20、盖板,21、第三螺栓,22、第四螺栓,23、第一圆锥滚子轴承,24、第二圆锥滚子轴承,25、输出法兰,26、第一圆锥滚子轴承的外圈,27、第二圆锥滚子轴承的外圈,28、第一圆锥滚子轴承内圈,29、第二圆锥滚子轴承的内圈,30、轴肩,31、涡轮,32、盘式伺服电机中间定子,33、绕组,34、永磁铁组,35、盘式伺服电机转子轭。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施方式中的附图,对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施方式是本发明一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。因此,以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
参见图1-图5,一种盘式电机驱动涡轮蜗杆传动角行程式快速切断执行机构,包括第一大扭矩盘式电机外壳1、第二盘式电机外壳4,第二盘式电机外壳4内安装有中间定子结构盘式交流伺服电机2,中间定子结构盘式交流伺服电机2与电机轴3相固连。
第一大扭矩盘式电机外壳1与第二盘式电机外壳4之间通过第一螺栓5连接,第二螺栓6将电磁抱闸制动电磁铁7与第二盘式电机外壳4之间连接起来,电磁抱闸闸瓦制动器8与电机轴3之间紧密配合。
手轮9穿过盘式电机端盖10与行星齿轮组太阳齿轮11相连,行星齿轮组太阳齿轮11与行星齿轮组行星小齿轮12之间相啮合,行星齿轮架13与行星齿轮组行星小齿轮12配合,行星齿轮架13与第一大扭矩盘式电机外壳1之间通过深沟球轴承14相连接,离合器接合套15和电机轴3以及行星齿轮架13之间通过花键16连接,拨叉17与离合器接合套15连接,拨叉17又与第一大扭矩盘式电机外壳1连接。
电机轴3、蜗杆19通过联轴器18连接,盖板20与第二盘式电机外壳4之间通过第三螺栓21连接,第四螺栓22将盖板20与输出法兰25相连接,第一圆锥滚子轴承23的外圈26和第二圆锥滚子轴承24的外圈27都由输出法兰25固定,第一圆锥滚子轴承23的内圈28和第二圆锥滚子轴承24的内圈29都由蜗杆19的轴肩30固定,蜗杆19与涡轮31相啮合。
所述中间定子结构盘式交流伺服电机2包括盘式伺服电机中间定子32,绕组33安装于盘式伺服电机中间定子32上,永磁铁组34安装在盘式伺服电机转子轭35上。
本发明的工作原理为:
(1)本发明采用中间定子结构盘式交流伺服电机2驱动涡轮31旋转的具体原理为:
通过给盘式伺服电机中间定子32的绕组33通电,盘式伺服电机中间定子32的绕组通电后使得盘式伺服电机转子轭35转动,从而带动与之固连的电机轴3同步旋转,电机轴3与蜗杆19通过联轴器18连接,电机轴3的旋转带动蜗杆19同步旋转,蜗杆19与涡轮31相啮合,从而带动涡轮31的转动从而完成角行程运动。当中间定子结构盘式交流伺服电机2带动电机轴3运动时,电磁抱闸制动电磁铁7断电,与电磁抱闸闸瓦制动器8分离,当中间定子结构盘式交流伺服电机2停止运动时,电磁抱闸制动电磁铁7通电,与电磁抱闸闸瓦制动器8抱合,电机轴3与电磁抱闸闸瓦制动器8一起停止转动,从而实现制动。
(2)本发明自动与手动档位切换的具体原理为:
当拨叉17位置为下时,离合器接合套15仅与电机轴3通过花键16连接,电机轴3转动带动蜗杆19旋转,此时为电机控制档位,当电磁抱闸制动电磁铁7失电时,向上搬动拨叉17,从而切换为手动控制模式,此时转动手轮9,手轮9带动行星齿轮组太阳齿轮11转动,行星齿轮组太阳齿轮12带动行星齿轮组行星小齿轮12转动,行星齿轮组行星小齿轮12带动行星齿轮架13转动,行星齿轮架13通过齿槽与离合器接合套15连接,离合器接合套15通过花键16与电机轴3连接,电机轴3转动带动蜗杆19旋转,从而实现省力的手动控制。
以上所述仅为本发明的实施例,并非以此限制本发明的保护范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的系统领域,均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种盘式电机驱动涡轮蜗杆传动角行程式快速切断执行机构,其特征在于:
包括动力机构、动力切换机构、传动系统;
所述动力机构带动传动系统实现行程输出;
所述动力机构包括电力驱动系统和手动操作系统;
所述动力切换机构用于实现电力驱动系统和手动操作系统之间的切换;
所述传动系统包括电机轴(3)、蜗杆(19)和涡轮(31),电机轴(3)和蜗杆(19)通过联轴器(18)连接,蜗杆(19)与涡轮(31)相啮合。
2.根据权利要求1所述的一种盘式电机驱动涡轮蜗杆传动角行程式快速切断执行机构,其特征在于:
所述电力驱动系统包括中间定子结构盘式交流伺服电机(2),电机轴(3)为所述中间定子结构盘式交流伺服电机(2)的动力输出轴。
3.根据权利要求2所述的一种盘式电机驱动涡轮蜗杆传动角行程式快速切断执行机构,其特征在于:
所述手动操作系统包括包括手轮(9)和减速器;
所述减速器包括行星齿轮组,行星齿轮组包括行星齿轮组太阳齿轮(11)、行星齿轮组行星小齿轮(12)和行星齿轮架(13),手轮(9)与行星齿轮组太阳齿轮(11)相连,行星齿轮组太阳齿轮(11)与行星齿轮组行星小齿轮(12)之间相啮合,行星齿轮架(13)与行星齿轮组行星小齿轮(12)配合。
4.根据权利要求3所述的一种盘式电机驱动涡轮蜗杆传动角行程式快速切断执行机构,其特征在于:
所述动力切换机构包括离合器接合套(15)、拨叉(17),所述离合器接合套(15)通过花键(16)与电机轴(3)连接;离合器接合套(15)可在花键(16)上滑动,行星齿轮架(13)可通过齿槽与离合器接合套(15)结合传递扭矩,
拨叉(17)与离合器接合套(15)连接。
5.根据权利要求4所述的一种盘式电机驱动涡轮蜗杆传动角行程式快速切断执行机构,其特征在于:
还包括电磁抱闸制动电磁铁(7)、电磁抱闸闸瓦制动器(8),所述电磁抱闸闸瓦制动器(8)与电机轴(3)连接。
6.根据权利要求5所述的一种盘式电机驱动涡轮蜗杆传动角行程式快速切断执行机构,其特征在于:
还包括第一大扭矩盘式电机外壳(1)、第二盘式电机外壳(4)、盖板(20)、输出法兰(25);
盖板(20)与第二盘式电机外壳(4)之间通过第三螺栓(21)连接,盖板(20)与输出法兰(25)通过第四螺栓(22)连接,
中间定子结构盘式交流伺服电机(2)设置在第二盘式电机外壳(4)内,第一大扭矩盘式电机外壳(1)与第二盘式电机外壳(4)之间通过第一螺栓(5)连接,电磁抱闸制动电磁铁(7)与第二盘式电机外壳(4)之间通过第二螺栓(6)连接。
7.根据权利要求6所述的一种盘式电机驱动涡轮蜗杆传动角行程式快速切断执行机构,其特征在于:
所述蜗杆(19)通过第一圆锥滚子轴承(23)和第二圆锥滚子轴承(24)固定在输出法兰(25)上。
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Applicant after: South China branch of Sinopec Sales Co.,Ltd.

Applicant after: XI'AN JIAOTONG University

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