CN104455641B - 检测级执行机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种检测级执行机构，包括控制器、电机、减速器和用于驱动阀门启闭的最终扭矩输出端，所述的减速器与电机传动连接，所述的最终扭矩输出端与减速器输出端传动连接，所述的最终扭矩输出端固定贴覆有扭矩传感器，由扭矩传感器获取最终扭矩输出端上的扭矩数据，即阀门运行的扭矩数据，并将数据传输给控制器。在最终扭矩输出端上直接连接扭矩传感器，通过其直接获取执行机构最终扭矩输出端的扭矩数据，这种对阀门的扭矩检测方式相比传统的扭矩检测方式，避免了多级检测误差、多级传动效率损失、多级传动变形等诸多因素对扭矩检测结果的影响，实现了对阀门扭矩的直接、精确、稳定检测。

Description

检测级执行机构
技术领域
本发明创造涉及一种针对大型阀门所使用的大扭矩输出的电动执行机构的扭矩监测结构。
背景技术
阀门开启或关闭以及在整个运行过程中所需扭矩大都只是按照理论设计值作为参考，一般不对其进行出厂检测。因此在实际选用与阀门配套的执行机构时易出现选型偏差。选型过小会造成在实际工况下无法启闭阀门，选型过大一则是浪费资源，二则是在阀门出现故障等卡滞现象时，执行机构的扭矩控制起不到控制作用，造成阀杆，阀瓣等阀门部件的损坏，导致生产事故的发生。之所以阀门厂家很少对阀门进行扭矩测试，其原因主要体现在：原有的扭矩测试装置测试结果不准确、测试装置安装困难、试验繁琐，尤其是大规格大口径阀门，阀门厂家更是没有相应的测试装置来对阀门进行测试。
原有的测试装置一般采用两种形式，一种是直接测量，另一种为间接测量。直接测量的测试装置为直接用扭矩测试装置，如扭矩传感器，扭矩扳手等，辅以手动装置进行测试，但是这种测试还取决于操作者的实际操作，而真正现场使用时往往为电动，其运行的速度会比手动快好多，这导致其运行效率不一致，测量出的扭矩值也就有差距，特别是对于大规格大口径阀门的启闭，测量结果更是有较大差距，这对执行机构的选型产生较大影响。而且这种方式的测试实施起来非常繁琐，安装也困难，不适合在工厂出厂时进行测试，只适合于产品的型式试验阶段。
间接测量就是选用配置有扭矩显示功能的执行机构对阀门进行测试。原来的带减速器的执行机构都是在一级多回转上实现扭矩检测。正如专利号：ZL201010589531.0发明名称：大扭矩阀门扭矩监测***的中国专利所记载，如图1所示，大扭矩阀门电动执行机构包括控制器(图中303即控制器的一种或控制器的一个组成模块)、电机104、减速器(图中所举例的201、202、203、204共同组成减速器)和作为整个执行机构的最终扭矩输出端(图中102代表最终输出端的一种结构形式)，最终扭矩输出端用于连接阀门的阀杆并驱动阀门开启或关闭。现有的扭矩数据采集装置306的扭矩传感器302一般是设于电机104的输出端，即与电机的输出轴直连的蜗轮蜗杆副204的蜗杆轴上，即设置于与电机的输出轴直连的机械传动结构的输入端处，这种检测设置方式和方法的问题在于：其检测点距离执行机构的最终扭矩输出端较远，中间跨过了减速器，因此无法判断最终扭矩输出端转矩的变化是由于执行机构的减速器内部引起的，还是确实是由于阀门所需扭矩变化引起的执行机构输出转矩发生了变化。这种测试主要受制于所选执行机构的传动稳定性。当执行机构传动稳定性变化时，测试结果也会有很大变化，特别是大规格大口径阀门，当阀门扭矩超过10kN.m时，需要配备的执行机构传动结构大都是采用多级传动，因此各级之间的传动效率以及传动的稳定性决定了测试结果。
为了监测和考核执行机构的综合性能，同时可以在运行中对执行机构进行保护，需要对执行机构的动态扭矩和行程进行实时的、准确的监测，并根据采集的扭矩数据和行程数据，对执行机构在全行程的扭矩状况进行定量分析。这些数据将可以为设计和制造执行机构提供有力的依据，同时根据准确的阀门启闭力矩，可以指导阀门厂家对其产品所配备执行机构进行较为合理的选型，并且可以实时监控阀门在实际运行中的扭矩变化，为阀门的预维护提供详实的数据。
这种方法还有一个问题，就是无法检测手动操作情况下的输出转矩，不利于判断手动状态下手***作力和执行机构输出转矩的关系。因此这种测量方法有一定的局限性，使用范围有限，无法实现对执行机构输出转矩较为精确的测量和检测。
而要在执行机构最终一级减速器的输出轴上测量扭矩，在执行机构法兰盘和阀门法兰盘之间安装静态扭矩传感器，但这样扭矩传感器外置的方法，在工厂和实验室尚且能够使用，但是要在现场安装就很难实现，特别是大扭矩的阀门和执行机构上，更是难以实现。
要在执行机构内部实现对最终扭矩输出端部位的扭矩检测，由于传统执行机构的输出轴部件上均有运动部件，若要实现在输出轴的扭矩检测，则需要使用动态扭矩传感器，不仅寿命短，体积大，而且成本非常高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中无法实现对电动执行机构输出转矩较为准确的测量和监测的不足，提供一种检测级执行机构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种检测级执行机构，包括控制器、电机、减速器和用于驱动阀门启闭的最终扭矩输出端，所述的减速器与电机传动连接，所述的最终扭矩输出端与减速器输出端传动连接，所述的最终扭矩输出端固定贴覆有扭矩传感器，由扭矩传感器获取最终扭矩输出端上的扭矩数据，即阀门运行的扭矩数据，并将数据传输给控制器。在最终扭矩输出端上直接连接扭矩传感器，通过其直接获取执行机构最终扭矩输出端的扭矩数据，这种对阀门的扭矩检测方式相比传统的扭矩检测方式，避免了多级检测误差、多级传动效率损失、多级传动变形等诸多因素对扭矩检测结果的影响，实现了对阀门扭矩的直接、精确、稳定检测。
进一步地，所述最终扭矩输出端包括用于连接阀门的阀杆接头、固定套接于阀杆接头之外的轮毂，所述轮毂固定连接有用于传递驱动轮毂转动的动力部件，所述扭矩传感器固定贴覆于轮毂表面上。
作为优选，所述的扭矩传感器为电阻应变式扭矩传感器，由于最终扭矩输出端的组成部分由弹簧钢制成，在负载和驱动动力的双向作用力下，最终扭矩输出端受力产生应变，而扭矩传感器就是利用通过对所贴覆的最终扭矩输出端的弹簧钢受力应变情况的测量得出扭矩数据，因此，属于通过静态测量实现动态的扭矩检测。
进一步地，还包括第二扭矩传感器，所述的第二扭矩传感器安装在电机的输出端，用于采集电机输出端的扭矩数据，并将数据传输给控制器。由此第二扭矩传感器直接获取电机的输出扭矩，从而监控电机输出扭矩的实时状态，进而监控电机处的运行情况是否正常。
进一步地，还包括壳体，所述最终扭矩输出端大部分置于壳体内，所述的扭矩传感器位于壳体与最终扭矩输出端之间构成的空间内。此设置意味着该扭矩传感器是属于执行机构的一部分，并充分利用空间，将其置于壳体内，除扭矩传感器本身设有防护外，还隔绝了外界的各种恶劣环境，避免在实际使用时对检测效果的影响。
作为优选，所述的执行机构为部分回转式执行机构。
本发明的有益效果是，本发明将扭矩传感器直接应用在最终扭矩输出端上，在最终扭矩输出端直接检测，而扭矩输出端是直接与所测阀门的阀杆直接连接，实质上就是直接检测阀门的实际所需的运行扭矩，避免了传动效率、多级传动变形等诸多因素对检测精度的影响，实现扭矩的精密检测；另外，将扭矩传感器安装在轮毂上，且轮毂和阀杆接头之间为固定连接、同时运动，相互之间没有相对运动，实现了利用静态的扭矩检测方式实现动态的扭矩传感，安全可靠，节约成本；在电机输出端安装第二扭矩传感器，不仅能够实现实时监控电机的输出扭矩状态，而且将安装在最终扭矩输出端的扭矩传感器测得的数据与第二扭矩传感器测得的数据进行分析比对，即可实现对整个电动执行机构扭矩传递效率的实时监控，将该实时扭矩值绘制成阀门的运行曲线，可以对阀门的理论运行曲线进行修正，更进一步指导执行机构的选型。本发明对阀门以及所配套的执行机构的选型具有重要的指导意义。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是现有技术中检测结构示意图；
图2是实施例1检测结构示意图；
图3是最终扭矩输出端结构示意图；
图4是最终扭矩输出端另一角度结构示意图；
图5是实施例2检测结构示意图；
图中104.电机，102.最终扭矩输出端，20.减速器(201～204为各级减速器)，303.控制器，306.扭矩数据采集装置，302.第二扭矩传感器，1.蜗杆，2.蜗轮，3.铰制孔螺栓，4.轮毂，5.阀杆接头，6.扭矩传感器。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
如图2～4所示，一种检测级执行机构，包括壳体、控制器303、电机104、减速器20和用于驱动阀门启闭的最终扭矩输出端102，所述的减速器20与电机104传动连接，所述的最终扭矩输出端102与减速器20输出端传动连接，所述的最终扭矩输出端102固定贴覆有扭矩传感器6，由扭矩传感器6获取最终扭矩输出端102上的扭矩数据，即阀门运行的扭矩数据，并将数据传输给控制器303；
具体地，所述最终扭矩输出端102包括用于连接阀门的阀杆接头5、固定套接于阀杆接头5之外的轮毂4，所述轮毂4固定连接有用于传递驱动轮毂4转动的动力部件，所述扭矩传感器6固定贴覆于轮毂4表面上最终扭矩输出端102，动力部件包括传动连接的蜗轮2蜗杆1，所述的蜗杆1与减速器20输出端传动连接，所述的轮毂4通过铰制孔螺栓3固定连接在蜗轮2上，所述的阀杆接头5插接在轮毂4内并通过螺栓固定连接。所述的最终扭矩输出端102大部分置于壳体内，所述的扭矩传感器6位于壳体与最终扭矩输出端102之间构成的空间内，所述的阀杆接头5伸出壳体外。工作时，电机104通过减速器20带动蜗杆1转动，进而带动蜗轮2转动、轮毂4和阀杆接头5转动，轮毂4会产生弹性变形，扭矩传感器6检测到轮毂4的变形量的大小并将其转化为所承受的扭矩值，扭矩数据采集装置306采集到扭矩传感器6的数据，并将其传输至控制器303，控制器303将数据传输至终端进行分析等操作。相对于现有技术中的直接检测电机104输出端的扭矩，在最终扭矩输出端102直接检测，避免掉了传动效率、多级传动变形等诸多因素对检测精度的影响，实现了扭矩的精密检测。
实施例2
如图5所示，作为实施例1的进一步改进，还包括第二扭矩传感器302，所述的第二扭矩传感器302安装在电机104的输出端，用于采集电机104输出端的扭矩数据，所述的第二扭矩传感器302与控制器303信号连接。利用第二扭矩传感器302直接获取电机104的输出扭矩，从而监控电机104输出扭矩的实时状态，进而监控电机104处的运行情况是否正常，再将两处(电机104输出端和最终扭矩输出端102)的扭矩数据进行比对，即可实现对整个电动执行机构扭矩传递效率的实时监控。

Claims (5)

1.一种检测级执行机构，其特征在于：包括控制器(303)、电机(104)、减速器(20)和用于驱动阀门启闭的最终扭矩输出端(102)，所述的减速器(20)与电机(104)传动连接，所述的最终扭矩输出端(102)与减速器(20)输出端传动连接，所述的最终扭矩输出端(102)固定贴覆有扭矩传感器(6)，由扭矩传感器(6)获取最终扭矩输出端(102)上的扭矩数据，即阀门运行的扭矩数据，并将数据传输给控制器(303)，所述最终扭矩输出端(102)包括用于连接阀门的阀杆接头(5)、固定套接于阀杆接头(5)之外的轮毂(4)，所述轮毂(4)固定连接有用于传递驱动轮毂(4)转动的动力部件，所述扭矩传感器(6)固定贴覆于轮毂(4)表面上。
2.根据权利要求1所述的检测级执行机构，其特征在于：所述的扭矩传感器(6)为电阻应变式扭矩传感器。
3.根据权利要求1或2所述的检测级执行机构，其特征在于：还包括第二扭矩传感器(302)，所述的第二扭矩传感器(302)安装在电机(104)的输出端，用于采集电机(104)输出端的扭矩数据，并将数据传输给控制器(303)。
4.根据权利要求1所述的检测级执行机构，其特征在于：还包括壳体，所述最终扭矩输出端(102)大部分置于壳体内，所述的扭矩传感器(6)位于壳体与最终扭矩输出端(102)之间构成的空间内。
5.根据权利要求1所述的检测级执行机构，其特征在于：所述的执行机构为部分回转式执行机构。
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Pledgor: TIANJIN ACT MEASUREMENT & CONTROL TECHNOLOGY Co.,Ltd.

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