阅读说明：本技术 一种大扭矩双薄膜角行程执行器 (Large-torque double-film angular travel actuator ) 是由 向煜 吴伟 孙有根 于 2020-03-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种大扭矩双薄膜角行程执行器,包括从左向右依次布置安装的正作用薄膜执行器(A)、曲柄传动箱、反作用薄膜执行器(B),所述左右2个执行器分别由支撑架,薄膜前端盖,薄膜后端盖,膜片和复位弹簧组在紧固螺栓的固定下依次安装组成；本发明提出了一种运动精度高,结构设计简单可靠,输出扭矩大的气动角行程薄膜执行器,可配合各类角行程控制阀,特别是阀门开启扭矩大的大口径角行程阀门。本发明设计巧妙,结构简单、生产成本低,可以良好的与各类角行程阀门配合,并且相比传统薄膜角行程执行器,本发明的输出扭矩可以大大提高,并且在高扭矩的情况下保证输出精度。(The invention discloses a large-torque double-film angular travel actuator, which comprises a positive film actuator (A), a crank transmission case and a reaction film actuator (B) which are sequentially arranged from left to right, wherein the left and right actuators are respectively formed by sequentially arranging a support frame, a film front end cover, a film rear end cover, a diaphragm and a reset spring group under the fixation of a fastening bolt; the invention provides a pneumatic angular travel film actuator which is high in movement precision, simple and reliable in structural design and large in output torque, and can be matched with various angular travel control valves, particularly a large-caliber angular travel valve with large valve opening torque. The invention has the advantages of ingenious design, simple structure and low production cost, can be well matched with various angular travel valves, can greatly improve the output torque compared with the traditional film angular travel actuator, and ensures the output precision under the condition of high torque.)

一种大扭矩双薄膜角行程执行器

技术领域

本发明涉及气动执行机构领域，尤其涉及大口径气动调节蝶阀的薄膜式角行程执行器的改进。

背景技术

在众多流体调节和控制领域需要使用各类角行程的调节阀进行自动控制，通常对于大口径角行程调节阀由于在工作时需要的扭矩过大而无法匹配到扭矩足够大的角行程薄膜执行器而选择气缸角行程执行器或电动角行程执行器。由于气缸式执行器在运动时为保证活塞和缸体密封而存在较大的摩擦，进而导致调节精度差，调节过程中死区和回差过大。而电动角行程执行器造价高且需要专门的电源进行供电，特别的在一些防爆区域使用时有诸多条件限制。

气动薄膜式执行机构由于其动作时是靠压缩空气推动橡胶膜片向前动作，其在动作时，膜片与膜盖没有任何的摩擦接触，不需要克服摩擦力，因此薄膜式执行器具有动作灵敏度高，死区和回差小等气缸执行器无法比拟的优点。相较电动执行器具有结构简单，不需要特殊供电、造价低廉等优点，因此本发明充分发挥气动薄膜式执行器的优势，通过2套薄膜执行器共同作用以达到保证控制精度的同时，将现有的角行程执行器扭矩有非常大的提升。

发明内容

本发明针对以上问题，充分发挥气动薄膜式执行器控制精度高，死区回差小等优点，通过双薄膜角行程执行器的设计以提高气动薄膜角行程执行器的扭矩，大大的扩大传统角行程薄膜执行器的应用范围。该执行器具有广泛的适应性，可以与各类角行程类阀门，特别是与扭矩要求高的大口径角行程阀门相匹配。

为解决上述技术问题，本发明提供一种大扭矩双薄膜角行程执行器，用于驱动角行程调节阀做0～90°的转角运动，包括从左向右依次布置安装的正作用薄膜执行器(A)、曲柄传动箱、反作用薄膜执行器(B)；所述左右2个执行器分别由支撑架，薄膜前端盖，薄膜后端盖，膜片和复位弹簧组在紧固螺栓的固定下依次安装组成；在曲柄箱内部安装有：推杆、滚动轴承、曲柄拨叉、传动杆、传动输出花键、导向轴、限位滑块、执行器极限位置限位器，以将执行器A和执行器B共同输出的水平方向推力通过传动输出花键转化为角行程调节阀需要的扭矩，并可以在0～90°范围或其他设定的角度范围内做旋转运动；所述正作用执行器(A)和反作用执行器(B)两端执行器的推杆通过限位滑块的固定下耦合在一起；同时所述限位滑块一端与两侧执行器推杆连接，另一端与导向轴连接，从而使左右2个执行器的输出推力在同一直线上；所述限位滑块上设置有滚动轴承，滚动轴承活动端插入在拨插曲柄上，同时拨叉曲柄的另一端通过键槽即为执行器扭矩输出端；所述气源通过连通管连接左右2个执行器，使其向同一方向输出推力。

优选地，所述正作用薄膜执行器(A)和反作用薄膜执行器B在气源连通管的共同作用下同时向左或向右左水平运动。

优选地，正作用薄膜执行器(A)和反作用薄膜执行器(B)会在气源连通管压力的共同作用下，同步进行向左或向右的运行，并输出直线推力，所述执行器(A)和执行器(B)的推力输出杆通过一个限位滑块固定在一起，呈水平布置，并保证执行器A和执行器B的推力在同一水平线上。

优选地，所述的执行器A和执行器B的推杆通过所述限位滑块上安装的滚动轴承，穿过所述的曲柄传动拨叉杆的传动槽内部，所述限位滑块在气源的作用下通过滚动轴承推动曲柄传动杆将直行程推力转化为角行程扭矩。

优选地，所述的直行程转化为角行程过程中为防止直线推力发生偏转而造成执行器A和执行器B的推杆受到过大的不平衡力而被损坏，在传动箱内部安装导向轴一根，以保证左右两个执行器的推力保持水平。

优选地，限位滑块上的滚动轴承可以采用鱼眼球轴承、滚针轴承或无油润滑轴承来实现。

优选地，所述曲柄传动箱内部还包括限位机构，由若干限位螺栓组成，并在所述曲柄传动箱本体上加工螺纹孔，以安装这些限位螺栓；限位螺栓通过与曲柄传动拨叉上设置的限位部分共同作用，以使得执行器在0～90°或其它特定角度范围内进行旋转。

优选地，所述执行器转动扭矩通过曲柄拨叉将扭矩传动给调节阀，其中曲柄拨叉可以根据传递扭矩大小的不同采用花键、方轴的形式加工。

优选地，还设有气源连通管、阀位反馈机构和阀位气源转换系统，阀位反馈机构与定位器共同作用，通过设定阀位与当前阀位的比较以调整气源连通管的压缩空气的供给，执行器薄膜承受的气源压力有限，可通过过滤减压阀对气源进行处理；所述的拨叉传动杆与阀位反馈机构同心设置，共同运动，并穿过曲柄传动箱上下布置；所述阀位气源转换系统包括气源调压过滤装置、快速排气控制阀、排气消音器。

本发明用于驱动阀门角向转动的气动薄膜执行器由正作用执行器(A)和反作用执行器(B)2个直行程执行器共同作用以提供较大的直线推力。所述驱动推杆与膜片盖板通过全螺纹螺杆链接，并设置有调整螺母和锁定螺母，用来调整驱动推杆的长度以和反作用执行器(B)的驱动推杆相互匹配。所述推杆驱动气源的作用下工作，气源与上膜盖和橡胶膜片之间相连通，所述膜片与上膜盖和膜头支撑环之间通过紧固螺栓形成密封腔体。随着气源压力的增加，这一密封腔体会膨胀，进而通过膜片盖板向前推动安装在盖板上的驱动推杆形成从自下向上(从左向右)的直线运动并输出推力。

所述的反作用执行器(B)的外部组成与执行器(A)相同，不同的是其内部的零件组装与执行器(A相反)，橡胶膜片安装在膜头支撑环、下膜盖之间，气源与下膜盖和橡胶膜片之间相连通，随着气源压力的增加，下部密封腔体会膨胀，进而通过膜片盖板向前推动安装在盖板上的驱动推杆形成从下向上(从右向左)的直线运动并输出推力。

所述的正作用薄膜执行器(A)和反作用薄膜执行器(B)各自的密封腔体会通过同一根气源连通管相互贯通，两侧的气源压力一致。当气源压力增加是两个执行器会向正方向运行，当气源压力减小时，两个执行器会在各自复位弹簧弹力的作用下同时向反方向运行。

所述的曲柄传动箱在左右两侧分别设置有安装螺栓孔，用以将正作用薄膜执行器(A)和反作用薄膜执行器(B)固定提供结构支撑，两个执行器的驱动推杆会通过限位滑块固定在一起，以保证两个执行器在运行时处于同一水平线，并向同一方向输出推力。

所述曲柄传动箱的主要功能是将两个直行程执行器输出的推力合力通过曲柄拨叉机构转化为角行程的扭矩。其内部机构包括拨叉曲柄、限位滑块、限位轴、传动轴承、输出花键轴、阀位反馈轴组成，其中输出花键轴与阀位反馈轴为同一零件的两端，分别适配阀门驱动端和定位器反馈端。

所述执行器A和执行器B通过限位滑块连接在一起而输出的直行程推力通过安装在限位滑块上的传动轴承，传递到曲柄拨叉上，通过曲柄拨叉将直行程转化为角行程，同时曲柄拨叉与所述的输出花键轴和通过键槽耦合保证两个部件同步做旋转运动。所述限位滑块上安装有滚动轴承或无油滑动轴承，用来与曲柄拨叉进行力矩耦合。曲柄拨叉上下各有一个导向槽，限位滑块的轴承在槽内做定向运动。所述曲柄传动箱内部还安装有一根限位轴，限位滑块的限位端套在轴内部，用来保证执行器(A)和执行器(B)在做直行程运动时不会被拨叉的角向运动破坏其力的传递方向，从而使得在任意运行角度下和力输出方向总是沿直线。

阀位反馈机构由气动阀门定位器、气源连通管、过滤减压阀和控制信号源组成。压缩空气经过滤调压后输送至所述定位器入口，所述定位器收到模拟量比例信号后，开始将压缩空气注入至所属执行器(A)和执行器(B)的封闭模腔内部，同时通过与执行器输出杆相连的阀位反馈装置将实时的阀位反馈给定位器，以实现定阀门开度的控制要求。

本发明设计结构简单，创新的提出了一种可以将两个执行器薄膜执行器的直线推力共同转化为角向推力。两个薄膜执行器直接安装在传动箱体上，结构简单且紧凑，且执行器刚度大大提高。

与现有技术相比，本发明主要优点如下：

一、由于本执行器是将两个直行程薄膜执行器推力通过传动箱共同转化为叫形成扭矩，因此相比较传统的角行程薄膜执行器具有更大的扭矩，可以匹配更大阀门。

二、本发明中设计了一种特殊的传动箱，其内部可以通过一根共同的推杆，将二个执行器的推力耦合，并通过曲柄装置转化为扭矩。为保证传动过程保持高精度，在设计中将有滑动摩擦的地方采用无油润滑轴承替代，如此可以保证执行机构在运行过程中不会出现卡死，同时也可降低零件之间的配合间隙，从而保证高精度运行。

三、与传统的传动箱相比，本发明在传动箱中设置一根导向杆，从而保证执行器在运行过程中，执行器A和执行器B的推理均在同一直线上，有效的避免了因为两个执行器推力不同心而导致的推杆偏心力矩过大而弯曲以及薄膜执行器内部弹簧组受力不平衡。

四、本发明中的曲柄在设计中，为能够确保阀门运动处于要求范围内而考虑了限位点，可以通过传动箱上的限位螺栓，来保阀门运行过程中不会超量程使用。

五、本发明中通过一根连通管将薄膜执行器A和薄膜执行器B的气源贯通，从而保证两个执行器可以保持同步运动。

附图说明

图1是本发明大扭矩双薄膜角行程执行器的总装配图；

图2是图1中I处的局部放大图；

图3本发明中曲柄转向杆详图；

图4是本发明中滑块的详图；

图5是本发明中执行机构的气动原理图；

图中1是支撑架，2是薄膜前端盖，3是薄膜后端盖，4-膜片，5是复位弹簧组，6是传动箱，7是限位螺栓，8是拨叉曲柄，9是推杆，10是导向轴，11是限位滑块，12是紧固螺栓，13是旋转轴，14是滚动轴承，15是密封O型圈I，16是密封O型圈II，17是推杆连接螺栓。

具体实施方式

如图1-4所示，本发明公开了一种大扭矩双薄膜角行程执行器，气动执行机构包括正作用执行器(A)和反作用执行器(B)2个直行程执行器。所述左右2个执行器分别由支撑架1，薄膜前端盖2，薄膜后端盖3，膜片4和复位弹簧组5在紧固螺栓12的固定下依次安装组成，在推杆伸出执行器的地方设置有2级密封，分别安装是密封O型圈I15和O型圈II16，其中所述正作用执行器(A)和反作用执行器(B)的安装方式相反，在气源的作用下相向而行。

所述正作用执行器(A)和反作用执行器(B)两端执行器的推杆9通过限位滑块11的固定下耦合在一起。同时所述限位滑块11一段与两侧执行器推杆连接，另一端与导向轴10连接，从而使左右2个执行器的输出推力在同一直线上。

所述限位滑块11上设置有滚动轴承14，滚动轴承活动端插入在拨插曲柄8上，同时拨叉曲柄8的另一端通过键槽即为执行器扭矩输出端。所述拨叉曲柄两侧各设置有限位点，在旋转运动过程中，通过固定在传动箱6上的限位螺栓7进行起始点和终了点位置的限定。

如图5所示，所述执行器在气源的作用下工作，正作用执行器(A)和反作用执行器(B)两端分别由膜片4(三元乙丙橡胶内衬夹布)和支撑架1，薄膜前端盖2，薄膜后端盖3组成封闭空间。所述气源通过连通管连接左右2个执行器，使其向同一方向输出推力。其工作过程如下：

一、气源进行加压时，两侧执行器的膜腔同时扩张，从而压迫复位弹簧组向左推动推杆。

二、当气源压力减小时可以通过复位弹簧的回弹力使阀杆向右运行。通过所述限位滑块11将推力输送至拨插曲柄8上，通过拨插曲柄13绕其自身中心线做旋转运动，从而输出扭矩。执行器的最大输出扭矩可以通过调整左右两侧的执行器膜片大小以及拨叉曲柄的传动臂力来进行调整。

所述曲柄拨叉8上下各有一个导向槽，限位滑块11通过滚动轴承14在槽内做定向运动。所述滚动轴承14的设计可以有效避免传动过程中的卡死、或由于摩擦力大而造成的响应不灵敏。所述曲柄传动箱内部安装的导向轴10，限位滑块的限位端套在轴内部，用来保证执行器(A)和执行器(B)在做直行程运动时不会被拨叉的角向运动破坏其力的传递方向，从而使得在任意运行角度下和力输出方向总是沿直线。可以使得整个直行程转角行程的拟合程度高、拟合效果好。同时由于执行器的力始终是直线输出，因此可以避免膜片引受偏转力矩而导致的复位弹簧组5受力不均匀。所述复位弹簧组5包括一组若干个小弹簧组成，根据执行器设计扭矩的不同，可以灵活的改变弹簧组的数量或弹簧的型号。

本发明提出了一种运动精度高，结构设计简单可靠，输出扭矩大的气动角行程薄膜执行器，可配合各类角行程控制阀，特别是阀门开启扭矩大的大口径角行程阀门。通过定位器对进气压力的调整，从而精准的控制阀门的开启量及保证在一定开启角度下执行器力矩满足流体对阀门产生的阻力，而使得控制阀不会出现爬行现象。本发明设计巧妙，结构简单、生产成本低，可以良好的与各类角行程阀门配合，并且相比传统薄膜角行程执行器，本发明的输出扭矩可以大大提高，并且在高扭矩的情况下保证输出精度。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。