一种阀门定位器运动转化机构及智能阀门定位器

摘要

本发明公开了一种阀门定位器运动转化机构及智能阀门定位器,阀门定位器运动转化机构包括一个通过上下运动驱动阀门开闭的阀杆，在阀杆的侧面设置的拨片，拨片上设有与1个与输入轴固定的轴座，在拨片中设有拨杆可在其中运动的曲面槽口，曲面槽口的形状由一条等速比阿基米德螺旋线确定，所述阿基米德螺旋线的极坐标方程为：r=a+bθ,其中:r表示极径；a表示螺旋线起点到螺旋线旋转中心的距离；θ表示极角；b为每经过一定角度θ后r所增加的距离。智能阀门定位器包括定位器壳体、电位计和由电位计伸出的电位计齿轮、输入齿轮以及输入轴，还包括拨片与阀门定位器的输入轴联结的阀门定位器运动转化机构。结构简单、运行稳定。

说明书

技术领域

本发明涉及阀门定位器运动转化机构及阀门定位器技术领域，特别是涉及一种将阀杆的位移准确反馈到阀门定位器的运动转化机构以及采用这种运动转化机构的智能阀门定位器。

背景技术

智能阀门定位器是将阀门阀杆的位移转换成输入部件的转角用来确定阀门开度，再将转角转换成电信号，以输入的转角确定的阀门开度值通过阀门定位器的控制器控制和调节阀门的开度。

图15所示为一种机械式的将阀杆的位移反馈到阀门定位器的直线槽口运动转化装置，这种转化装置的阀门阀杆上设置一个圆柱形拨杆，拨杆和阀杆固定在一起，拨杆可相对运动的插入一个中间为直线槽口的拨片，拨片的一端与输入轴固定，阀杆上下运动时拨杆同时上下运动并带动直线槽口转动使得拨片一端的输入轴转过一个角度，从而将阀门开度用阀杆的直行程位移通过机械传动装置转化成角位移，再由阀门定位器内部的传动齿轮将角位移放大数倍，传输到智能阀门定位器的电位计中，电位计转动时产生阻值变化，转化成电信号输出给阀门定位器的控制机构，通过读取的由能够表示阀门开度的阀杆位移转化而成的角位移数据对阀门的开度进行控制和调整。

采用这种转化装置的阀门定位器结构相对简单，但是阀杆行程和对应转角无法形成线性对应关系，结果是转角变化不能准确的反映阀杆行程及阀门开度。以阀杆行程为100mm且全行程对应的转角为90°的直线槽口型转化装置为例，从阀杆行程起点向上每隔5mm为计算点进行计算考察输入轴转过角度，可以看到阀杆位移与阀杆位移所产生的输入轴转角不是线性变化而是一条非线性曲线，不能够真实的反映阀杆行程与阀门开度的关系，会影响使用这种位移角度转化装置的阀门定位器工作精度，为了提高阀门定位器的精度需要根据经验和大量的实验工作通过修正程序对这类装置导入的数据进行修正，造成设备结构复杂、使用和维护成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够使阀门阀杆位移与阀门定位器输入转角呈线性关系的运动转化机构以及采用所述运动转化机构的智能阀门定位器。

本发明一种阀门定位器运动转化机构的第一种实施方式采用的技术方案是，包括一个作为阀门部件通过上下运动驱动阀门开闭的阀杆，在阀杆的侧面设置与阀杆轴线垂直的拨杆和与拨杆形成运动副的拨片，拨片上设有与1个与输入轴固定的轴座，在拨片中设有拨杆可在其中运动的曲面槽口，曲面槽口的形状由一条等速比阿基米德螺旋线确定，在拨片表面自所述阿基米德螺旋线向上移动拨杆半径距离形成与拨片表面垂直的第一表面，在拨片表面自所述阿基米德螺旋线向下移动拨杆半径距离形成与拨片表面垂直且与第一表面相互平行的第二表面，拨杆位于曲面槽口的下止点时，拨杆轴线为阿基米德螺旋线起点，拨杆位于曲面槽口的上止点时，拨杆轴线为阿基米德螺旋线终点，所述轴座固定在曲面槽口一端的拨片表面，所述阿基米德螺旋线的极坐标方程为：

r= a+bθ,

其中: r 表示极径；a 表示螺旋线起点到螺旋线旋转中心的距离；θ表示极角；b为每经过一定角度θ后r所增加的距离。

本发明阀门定位器运动转化机构一种优选的实施方式是，当确定曲面槽口形状的下止点与轴座轴心线重合时a=0，所述阿基米德螺旋线的极坐标方程为：

r= bθ。

进一步的，阀杆上下运动的最大行程为极径r的最大长度，阀杆的最大行程范围为25mm-150mm，阀杆的最大行程对应的转角β为90°,b的取值范围为25/90-

再进一步的，所述阀杆的最大行程分别为25mm、50mm、 100mm 、150mm，阀杆的最大行程对应的转角β为90°，b值分别为25/90、50/90、100/90、150/90。

本发明一种阀门定位器运动转化机构一种优选的实施方式是，在曲面槽口的相互平行的第一表面和第二表面之间的下止点和上止点侧分别用圆弧端面连接。

本发明阀门定位器运动转化机构的第二种实施方式采用的技术方案是，包括一个作为阀门部件通过上下运动驱动阀门开闭的阀杆，在阀杆的侧面设置与阀杆轴线垂直的拨杆和与拨杆形成运动副的拨片，拨片上设有与1个输入轴固定的轴座，在拨片中设有拨杆可在其中运动的曲面槽口，曲面槽口的形状由一条等速比阿基米德螺旋线通过与该阿基米德螺旋线元点垂直的镜像对称轴形成的镜像线对接的弧形曲线确定，在拨片表面自所述弧形曲线向上移动拨杆半径距离形成与拨片表面垂直的第一表面，在拨片表面自所述弧形曲线向下移动拨杆半径距离形成与拨片表面垂直且与第一表面相互平行的第二表面，拨杆位于曲面槽口的下止点时，拨杆轴线为弧形曲线起点，拨杆位于曲面槽口的上止点时，拨杆轴线为弧形曲线终点，所述轴座固定在曲面槽口中部的拨片表面，所述阿基米德螺旋线的极坐标方程为：

r= a+bθ,

其中: r 表示极径；a 表示螺旋线起点到螺旋线旋转中心的距离；θ表示极角；b为每经过一定角度θ后r所增加的距离。

本发明阀门定位器运动转化机构一种优选的实施方式是，当确定曲面槽口形状的下止点与轴座轴心线重合时a=0，所述阿基米德螺旋线的极坐标方程为：

r= bθ。

进一步的，阀杆上下运动的最大行程为极径r的最大长度的两倍，阀杆的最大行程范围为25mm-150mm，阀杆的最大行程对应的转角β为90°,b的取值范围为25/90-150/90。

本发明阀门定位器运动转化机构一种优选的实施方式是，在曲面槽口的相互平行的第一表面和第二表面之间的下止点和上止点侧分别用圆弧端面连接。

本发明一种智能阀门定位器采用的技术方案是，包括定位器壳体、固定在定位器壳体内的电位计和由电位计伸出的电位计齿轮、与电位计齿轮啮合的输入齿轮以及与输入齿轮一体伸向外部的输入轴，还包括运动转化机构的拨片与阀门定位器的输入轴联结的所述阀门定位器运动转化机构。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：阀门定位器运动转化机构以等速比阿基米德螺旋线确定曲面槽口的表面形状，无论是由第一种实施方式还是由第二种实施方式曲线轨迹确定的曲面槽口表面，在忽略拨片的曲面槽口表面由于加工精度或者拨杆与槽口之间的微小间隙等因素产生的误差情况下，阀杆和拨杆上下运动时，拨杆与曲面槽口表面以相对转动的方式自曲面槽口的下止点运动至上止点，在阀杆整个行程范围内拨片带动输入轴产生转动将阀杆直线行程位移等比例的转换成角位移传递给输入轴。这种阀门定位器运动转化机构结构简单、运行稳定，输入轴转角能够准确的反映阀杆行程与阀门开度的关系，无需对输入的转角数据进行二次修正，就能够保证智能阀门定位器的使用精度。

附图说明

图1是第一种实施方式的阀门定位器运动转化机构主视示意图；

图2是图1的左视局部剖视示意图；

图3是一种实施方式的拨片与拨杆及轴座相对位置示意图；

图4是另一种实施方式的拨片与拨杆及轴座相对位置示意图；

图5是图3中拨片确定曲面槽口形状的阿基米德螺旋线示意图；

图6是图4中拨片确定曲面槽口形状的阿基米德螺旋线示意图；

图7是阿基米德螺旋线与直线运动转化机构的阀杆位移与输入轴转角变化规律趋势图；

图8是第二种实施方式的阀门定位器运动转化机构主视示意图；

图9是图8的左视局部剖视示意图；

图10是一种实施方式的拨片与拨杆及轴座相对位置示意图；

图11是另一种实施方式的拨片与拨杆及轴座相对位置示意图；

图12是图9和10中拨片确定曲面槽口形状的弧形曲线示意图；

图13是第一种实施方式的智能阀门定位器结构示意图；

图14是第二种实施方式的智能阀门定位器结构示意图；

图15是现有技术直线槽口阀门定位器运动转化机构示意图。

图中标号表示：1-阀杆、2-拨杆、3-拨片、4-曲面槽口、5-轴座、6-阿基米德螺旋线、7-弧形曲线、8-镜像对称轴、9-阀门定位器、10-运动转化机构、31-顶丝、41-第一表面、42-第二表面、43-圆弧端面、44-下止点、45-上止点、51-镜像对称轴、91-定位器壳体、92-电位计、93-电位计齿轮、94-输入齿轮、95-输入轴。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1-6所示，本发明第一种实施方式的阀门定位器运动转化机构包括一个作为阀门部件驱动阀门开闭的阀杆1，在阀杆的侧面设置与阀杆轴线垂直的拨杆2和与拨杆形成运动副的拨片3，拨片拨杆通过顶丝31固定。与拨片上设有与1个与输入轴7固定的轴座5，在拨片中设有拨杆可在其中运动的曲面槽口4。

曲面槽口的形状由一条等速比阿基米德螺旋线6确定，所述阿基米德螺旋线的极坐标方程为： r= a+bθ,其中: r 表示极径；a 表示螺旋线起点到螺旋线旋转中心的距离；θ表示极角；b为每经过一定角度θ后r所增加的距离。当确定曲面槽口形状的下止点44与轴座轴心线51重合时a=0，所述阿基米德螺旋线的极坐标方程为：r= bθ。阀杆上下运动时，拨杆与曲面槽口表面以相对转动的方式自曲面槽口的下止点运动至上止点，在阀杆整个行程范围内拨片带动输入轴产生转动将阀杆直线行程位移等比例的转换成角位移传递给输入轴。

在拨片表面自所述阿基米德螺旋线向上移动拨杆半径距离形成与拨片表面垂直的第一表面41，在拨片表面自所述阿基米德螺旋线向下移动拨杆半径距离形成与拨片表面垂直且与第一表面相互平行的第二表面42，拨杆位于曲面槽口的下止点44时，拨杆轴线为阿基米德螺旋线起点，拨杆位于曲面槽口的上止点45时，拨杆轴线为阿基米德螺旋线终点，在曲面槽口的相互平行的第一表面和第二表面下止点44和上止点45侧可以分别用圆弧端面43连接。所述轴座固定在曲面槽口一端的拨片表面。

本实施例中，阀杆上下运动的最大行程为极径r的最大长度，阀杆的最大行程范围可以为25mm-150mm，阀杆的最大行程对应的转角β为90°,b的取值范围为25/90-

请参阅图7所示，本发明第一种实施方式的阀门定位器运动转化机构的一个实施例，其阀杆最大行程为100mm、全行程对应的转角为90°、a=0、b=5mm时阀杆行程对应转角θ的变化曲线为图7中趋势线A，由阿基米德螺旋线确定的曲面槽口，无论是由一条阿基米德螺旋线确定的还是由多条阿基米德螺旋线确定的，无论常数a等于零还是大于零，相对于阀杆行程也就是极轴的变化转角也就是极角呈线性变化；对比例为现有技术直线槽口型转化装置，其阀杆最大行程为100mm、全行程对应的转角为90°阀杆行程对应转角的变化曲线为图7中趋势B，两条趋势线相应点存在一定偏差，最大偏移量为4.07度，工作时，再经过阀门定位器内部传动齿轮的放大（一般为3倍），最大误差可能达到12°左右。

请参阅图8-12所示，本发明第二种实施方式的阀门定位器运动转化机构包括一个作为阀门部件通过上下运动驱动阀门开闭的阀杆1，在阀杆的侧面设置与阀杆轴线垂直的拨杆2和与拨杆形成运动副的拨片3，拨片上设有与1个输入轴固定的轴座5，在拨片中设有拨杆可在其中运动的曲面槽口4，曲面槽口的形状由一条等速比阿基米德螺旋线通过与该阿基米德螺旋线元点垂直的镜像对称轴8形成的镜像线对接的弧形曲线7确定，所述阿基米德螺旋线的极坐标方程为：r= a+bθ,其中: r 表示极径；a 表示螺旋线起点到螺旋线旋转中心的距离；θ表示极角；b为每经过一定角度θ后r所增加的距离。当弧形曲线与输入轴轴线同轴时a=0，所述阿基米德螺旋线的极坐标方程为：r= bθ。

在拨片表面自所述弧形曲线向上移动拨杆半径距离形成与拨片表面垂直的第一表面41，在拨片表面自所述弧形曲线向下移动拨杆半径距离形成与拨片表面垂直且与第一表面相互平行的第二表面42，拨杆位于曲面槽口的下止点44时，拨杆轴线为弧形曲线起点，拨杆位于曲面槽口的上止点45时，拨杆轴线为弧形曲线终点，在曲面槽口的相互平行的第一表面和第二表面之间的下止点44和上止点45侧可以分别用圆弧端面43连接。所述轴座固定在曲面槽口中部的拨片表面。

本实施例中，阀杆运动的最大行程为25mm-150mm，阀杆的最大行程对应的转角β为90°,b的取值范围为25/90-150/90。将弧形曲线以镜像对称轴8为分界点分成两段，每一段对应的阀杆行程为阀杆最大行程的1/2，对应的转角为1/2β即45°。

请参阅图13-14所示，一种实施方式的智能阀门定位器包括定位器壳体91、固定在定位器壳体内的电位计92和由电位计伸出的电位计齿轮93、与电位计齿轮啮合的输入齿轮94以及与输入齿轮一体伸向外部的输入轴95，还包括运动转化机构的拨片与阀门定位器9的输入轴联结的曲面槽口的形状由一条等速比阿基米德螺旋线6确定的阀门定位器运动转化机构10或者曲面槽口的形状由一条等速比阿基米德螺旋线6确定的阀门定位器运动转化机构10，或者曲面槽口的形状由一条等速比阿基米德螺旋线通过与该阿基米德螺旋线元点垂直的镜像对称轴8形成的镜像线对接的弧形曲线7确定阀门定位器运动转化机构10。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。