密集安装阀门的操作装置的制作方法

文档序号:17337402发布日期:2019-04-05 22:41阅读:195来源:国知局
密集安装阀门的操作装置的制作方法

本发明涉及一种用于机械传动机构控制阀门启闭、调整的工具,特别是一种用于较密集阀树使用场所的密集安装阀门的操作装置,也可用于其它需要对多个阀门进行启闭、调整操作的场所;属于阀门操作技术领域。



背景技术:

目前,对于大量安装阀门的环境,通常阀门的管路为竖立布置,即在管路上端安装阀门。通常阀门带有手轮的阀心轴线与地面平行,面对操作者方向的手轮所在的平面与地面相互垂直。当大量阀门存在时,为方便操作,阀门的手轮所在的平面大多面向操作者密集布置。尽管阀门的手轮都能够露出,但是,阀门手轮所在的平面还存在着不在同一平面的情况,阀门手轮可能或前、或后交错分布。由此产生安装误差,使阀门手轮的阀心轴线不能严格的平行于同一个方向,阀门手轮所在的平面分布会有少量偏左或偏右的误差,影响阀门操作的精准可靠作业。因此,若采用机械传动机构控制的阀门启闭、调整工具,需要采取限位补偿措施,才能在密集布置的阀门手轮所占用空间不大的情况下,使这种阀门启闭、调整工具沿轴线方向,能有较大的前、后伸缩量和左、右的调整量,以满足阀门操作的空间要求,进一步提高阀门作业的效率。

据报道,目前市场上销售的用于手动阀门的启闭工具,为了减小力的大小以提高扭矩,通常在阀门本体的阀心轴线垂直平面上布置机械传动机构。由于上述操作多个阀门的启闭、调整工具,轴向通常是不可伸缩调节的,这不仅安装复杂,增加成本,而且占有较大的空间,无法适用于操作多类型阀门,所以实用性很差。

在专利申请公布号为cn107559479a的“阀门操作机械手”技术方案中,公开了齿轮传动的手动开阀装置。在类似的专利,如申请公布号为cn108443554a的“一种阀门操作机械手”中,其采用的技术方案是将手轮适配器放置于被驱动阀门的手轮上,使用电动模式和手动模式驱动阀门开启或关闭。尽管上述操作比较方便,但是,由于其操作是在开阀手轮的平面上,手轮适配器不能沿阀门手轮的阀心轴中心线方向调整,所以不仅占有较大的平面空间,而且对于较密集的阀树使用场所及窄小空间的操作空间非常受限制,无法完成开阀操作。

在专利申请公布号为cn105333194a的“水下闸阀的旋转操作驱动装置”,所公开的技术方案中,其结构包括安装在阀门上的一驱动装置,该驱动装置包括驱动器、安装在驱动器上的开关指示装置及压力平衡装置,且压力平衡装置的下端与驱动器的内腔连通。在专利申请公布号为cn104100755a的“一种水下闸阀执行机构”技术方案中,公开的结构:包括机壳、主动驱动系统、冗余驱动系统、旋转移动转换系统以及水下机器人操作系统。上述专利给出的阀门操作装置,都不具有沿阀门手轮的阀心轴线方向的前、后伸缩和左、右调整的能力,同时,对于水下机器人的结构及对于阀门操作适用性的空间关系也没有给出,存在着机器人及阀门操作装置难以有效到达操作空间,操作空间受限的不实用的风险。

迄今为止,还未见有关完成阀门操作自动化程度较高,适合于较密集安装阀门的操作设备的报道。



技术实现要素:

本发明的目的是提供一种密集安装阀门的操作装置,解决了现有阀门操作装置对于较密集的阀树使用场所的操作空间受限制等问题,其结构设计合理,操作安全简便、运行快捷稳定,操作包络空间不受限制,能有效替代阀门的手动调整,作业更加精准可靠,显著提高操作效率。

本发明所采用的技术方案是:该密集安装阀门的操作装置包括移动底盘、组装在移动底盘上的多轴驱动机构及自限位阀门启闭装置,其技术要点是:所述自限位阀门启闭装置包括阀门启闭传动机构、限位补偿器和卡爪式结构的扳手;多轴驱动机构通过第一rv减速机的底座与移动底盘的连接法兰固定连接,并随移动底盘有序地移动;组装在角形机座水平面上的第一rv减速机回转轴的中心线垂直于移动底盘的上平面,第一电机驱动第一rv减速机的输出传动轴绕垂直回转轴的中心线转动,同时带动多轴驱动机构绕垂直回转轴的中心线转动,组装在角形机座立面上的第二rv减速机的回转轴中心线平行于移动底盘的上平面,第二电机驱动第二rv减速机的输出传动轴绕平行回转轴的中心线转动,同时带动与第二rv减速机的输出传动轴组装在一起的大臂绕平行回转轴的中心线摆动,大臂另一端通过第三rv减速机与小臂的一端连接,第三rv减速机的回转轴中心线平行于移动底盘的上平面,第三电机驱动第三rv减速机的输出传动轴绕平行回转轴的中心线转动,同时带动与第三rv减速机的输出传动轴组装在一起的小臂绕平行回转轴的中心线摆动,小臂的另一端与阀门启闭传动机构连接;

阀门启闭传动机构由伸缩驱动机构、回转驱动机构及支撑在伸缩驱动机构与回转驱动机构之间的筒体组成;回转驱动机构的回转rv减速机回转轴的中心线平行于中空花键轴,回转电机的驱动齿轮驱动回转rv减速机的输入传动轴绕平行回转轴的中心线转动,同时带动与回转rv减速机的输出传动轴组装在一起的花键套绕平行回转轴的中心线转动,并驱动中空花键轴同步转动;伸缩驱动机构的伸缩电机驱动带轮通过传动带和螺杆带轮驱动螺杆转动,带动螺母及与其固定连接的中空花键轴沿轴向在筒体内滑动;在伸缩电机与回转电机的驱动下,使穿过回转rv减速机传动轴的中空花键轴在筒体内沿轴向滑动的同时,绕平行回转轴的中心线同步转动,通过限位补偿器驱动卡爪式结构扳手,沿轴向滑动的同时转动,完成阀门的启闭。

所述移动底盘包括盘架,设置在盘架上的连接法兰及行走轮,行走轮采用电机驱动的滚轮或在导轨上运行的槽轮。

所述多轴驱动机构包括角形机座,组装在角形机座水平面上的带有底座的第一rv减速机及第一电机,组装在角形机座立面上的第二rv减速机及第二电机,一端与第二rv减速机连接的大臂,与大臂另一端连接的第三rv减速机及第三电机,与第三rv减速机连接的小臂。

所述阀门启闭传动机构的伸缩驱动机构包括伸缩电机及轴端的驱动带轮、利用传动带与驱动带轮相配合的螺杆带轮,与螺杆带轮连接的螺杆及螺母;回转驱动机构包括回转电机及驱动齿轮,回转rv减速机,与回转rv减速机组装在一起的中空花键轴及花键套,固定连接在中空花键轴上的轴端法兰,回转驱动机构的中空花键轴通过内腔的轴承与伸缩驱动机构的螺杆组装在一起。

所述限位补偿器包括对称布置的带槽法兰,组装在两个带槽法兰之间的调整轴及弹簧,镶嵌在调整轴两侧球头上的传动钢球及孔用挡环。

本发明具有的优点及积极效果是:由于本发明采用组装在移动底盘上的多轴驱动机构及自限位阀门启闭装置,来替代现有阀门操作的繁杂的作业,不需要对原有设备做任何更改,即可能以较少的机械传动自由度直接完成阀门操作,同时还可兼容人工操作,所以其结构设计合理,操作安全简便、运行快捷稳定,操作包络空间不受限制,能有效替代阀门的手动调整,作业更加精准、显著提高操作效率。取得上述积极效果的具体理由如下:

其一、因多轴驱动机构的结构设计合理,通过组装在移动底盘上,可以随移动底盘有序地移动,故能够利用移动底盘上的各电机联用,使该阀门操作装置的有效操作包络空间最大化,并让其在作业范围内,将操作阀门扳手的各点伸缩行程保持一致,快捷稳定的完成各阀门操作,这也是现有阀门操作的机械传动所不具备的。

其二、多轴驱动机构的各rv减速机的输入传动轴,只通过相对应的电机驱动输出传动轴转动,带动与输出传动轴组装在一起的大、小臂分别绕各自的平行回转轴的中心线摆动,即可完成有效操作包络空间最大化的运动,不仅操作安全简便,而且使操作的包络空间也不受限制。同时,在阀门启闭、调整操作时,仅需要自限位阀门启闭装置传动机构的伸缩及回转两电机驱动就可以完成阀门启闭、调整操作,而现有阀门操作的机械传动完成上述动作通常需要多轴联动,才能实现前后伸缩及回转驱动完成阀门操作的功能。

其三、自限位阀门启闭装置的阀门启闭传动机构连同作为扭矩传递补偿装置的限位补偿器和卡爪式扳手的联合使用,可以补偿阀门安装的位置和角度误差,保证对多个阀门操作通用性的同时,减少开阀的大扭矩对设备损害。其工作过程能完全消除主观因素,严格按照控制系统给出的操作流程和工艺参数操作作业,作业更加的精准可靠;在有相当多数量的阀门操作环境存在一定危险的环境下,如有毒、有害及危险气体等,能有效替代阀门的手动调整,对确保阀门启闭、调整操作的安全,有着非常重要的现实意义。

另外,在伸缩驱动机构、回转驱动机构组成的阀门启闭传动机构中,由于其间采用电机驱动的花键传动结构,同时实现伸缩和回转运动,可以传递极大的力矩,所以能够实现大扭矩的回转及伸缩驱动,这比采用诸如液压驱动等驱动方式的结构简单,作业更加精准,显著提高操作效率。

因此,本发明解决了现有阀门操作装置对于较密集的阀树使用场所的操作空间受限制等问题。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步描述。

图1是本发明的一种立体结构示意图;

图2是图1中移动底盘的一种立体结构示意图;

图3是图1中多轴驱动机构的一种立体结构示意图;

图4是图1中阀门启闭传动机构的一种平面结构示意图;

图5是限位补偿器的一种立体结构示意图;

图6是限位补偿器的一种平面结构示意图;

图7是本发明的多轴驱动机构的一种原理示意图;

图8是本发明的阀门启闭传动机构的一种原理示意图。

图中序号说明:1移动底盘、2多轴驱动机构、3阀门启闭传动机构、4限位补偿器、5扳手、6连接法兰、7盘架、8行走轮、9轮驱动电机、101第一rv减速机、102底座、103角形机座、104第二电机、105第一电机、106第二rv减速机、107大臂、108第三电机、109第三rv减速机、110小臂、201轴端法兰、202中空花键轴、203螺杆、204花键套、205回转rv减速机、206驱动齿轮、207回转电机、208伸缩电机、209筒体、210螺母、211螺杆带轮、212驱动带轮、213传动带、301带槽法兰、302弹簧、303传动钢球、304调整轴、305孔用挡环。

具体实施方式

根据图1~8详细说明本发明的具体结构。密集安装阀门的操作装置包括移动底盘1、组装在移动底盘1上的多轴驱动机构2及自限位阀门启闭装置等部件。其中移动底盘1包括盘架7,设置在盘架7上的连接法兰6及轮驱动电机9驱动的行走轮8等零件。行走轮8可以采用普通滚轮,或可转向的舵轮,或沿导轨运动的槽轮,也可以采用麦克纳姆轮。固定在移动底盘1上的轮驱动电机9数量和规格,应根据行走轮8数量和规格的实际需要确定。当行走轮8采用槽轮时,导轨可以置于地面上,也可以采用悬挂式结构。

多轴驱动机构2包括角形机座103,组装在角形机座103水平面上的带有底座102的第一rv减速机101及第一电机105,组装在角形机座103立面上的第二rv减速机106及第二电机104,一端与第二rv减速机106连接的大臂107,与大臂107另一端连接的第三rv减速机109及第三电机108,与第三rv减速机109连接的小臂110等零件。其中第一、第二、第三rv减速机101、106、109是由一个行星齿轮减速机构和一个差动齿轮减速机构组成的常用的减速机。rv减速机的结构包括壳体,组装在壳体内的位于同一回转轴线上的带有齿轮的输入传动轴及带有法兰的输出传动轴。各rv减速机的输入传动轴通过对应的电机驱动输出传动轴转动,当输出传动轴固定时,则rv减速机的壳体成为输出传动侧。第一rv减速机101的输出传动轴通过法兰与底座102固定连接,第一rv减速机101的壳体与角形机座103的水平面固定连接。第二rv减速机106的输出传动轴通过法兰与大臂107的一端固定连接,第二rv减速机106的壳体与角形机座103的立面固定连接。

多轴驱动机构2通过第一rv减速机101的底座102与移动底盘1的连接法兰6固定连接,使多轴驱动机构2与移动底盘1固定在一起,并随移动底盘1有序地移动。

组装在角形机座103水平面上的第一rv减速机101回转轴的中心线垂直于移动底盘1的上平面,作为多轴驱动机构2的垂直回转轴。第一电机105驱动第一rv减速机101的输出传动轴绕垂直回转轴的中心线转动,同时带动多轴驱动机构2也绕垂直回转轴的中心线转动,垂直回转轴的回转角度为0~360。第一rv减速机101优先采用中空结构,以方便电缆管线从中间通过,并不易产生磨损和缠绕。

组装在角形机座103立面上的第二rv减速机106的回转轴中心线平行于移动底盘1的上平面,作为多轴驱动机构2的平行回转轴。第二电机104驱动第二rv减速机106的输出传动轴绕平行回转轴的中心线转动,同时带动与第二rv减速机106的输出传动轴组装在一起的大臂107绕平行回转轴的中心线摆动,大臂107另一端通过第三rv减速机109与小臂110的一端连接。出于防止自身结构碰撞的的考虑,摆动角度限定为-150~+150

组装在大臂107另一端的第三rv减速机109的回转轴中心线平行于移动底盘1的上平面,作为多轴驱动机构2的平行回转轴。第三电机108驱动第三rv减速机109的输出传动轴绕平行回转轴的中心线转动,同时带动与第三rv减速机109的输出传动轴组装在一起的小臂110绕平行回转轴的中心线摆动,小臂110的另一端与阀门启闭传动机构3连接。出于防止自身结构碰撞的的考虑,摆动角度也限定为-150~+150

自限位阀门启闭装置包括阀门启闭传动机构3、限位补偿器4和卡爪式结构的扳手5等零部件。其中阀门启闭传动机构3由伸缩驱动机构、回转驱动机构及支撑在伸缩驱动机构与回转驱动机构之间的筒体209等零部件组成。伸缩驱动机构包括伸缩电机208及轴端的驱动带轮212、利用传动带213与驱动带轮212相配合的螺杆带轮211,与螺杆带轮211连接的螺杆203及螺母210等零部件。回转驱动机构包括回转电机207及驱动齿轮206,回转rv减速机205,与回转rv减速机205组装在一起的中空花键轴202及花键套204,固定连接在中空花键轴202上的轴端法兰201等零部件。回转驱动机构的中空花键轴202通过内腔的轴承与伸缩驱动机构的螺杆203组装在一起。固定在中空花键轴202前端的轴端法兰201与限位补偿器4一端的带槽法兰301连接,限位补偿器4另一端的带槽法兰301连接卡爪式结构扳手5。

回转驱动机构的回转rv减速机205回转轴的中心线平行于中空花键轴202,作为阀门启闭传动机构3的平行回转轴。回转电机207的驱动齿轮206驱动回转rv减速机205的输入传动轴绕平行回转轴的中心线转动,同时带动与回转rv减速机205的输出传动轴组装在一起的花键套204绕平行回转轴的中心线转动,并驱动中空花键轴202同步转动。

伸缩驱动机构的伸缩电机208驱动带轮212通过传动带213和螺杆带轮211驱动螺杆203转动,带动螺母210及与其固定连接的中空花键轴202沿轴向在筒体209内滑动。

在伸缩电机208与回转电机207的驱动下,使穿过回转rv减速机205传动轴的中空花键轴202在筒体209内沿轴向滑动的同时,绕平行回转轴的中心线同步转动,通过限位补偿器4驱动卡爪式结构扳手5,沿轴向滑动的同时转动,完成阀门的启闭、调整。其中限位补偿器4可以补偿卡爪式结构扳手5相对阀门轴线角度和位置的偏差-5~+5

自限位阀门启闭装置采用同向平行回转轴结构,用于较密集阀树使用场所,比现有普通扳手更少的占用阀门轴的径向空间,方便同向布置的多个阀门操作。多轴驱动机构2的各平行回转轴的中心线方向平行,其运动轨迹的包络空间为上半个环形。其中,环形外圆半径为多轴驱动机构2的大臂107长度与小臂110长度之和,环形内圆半径为多轴驱动机构2的大臂107长度与小臂110长度之差,如大臂107长度650mm,小臂110长度450mm,则环形的外半径为1100mm,内半径为200mm。

作为扭矩传递补偿装置的限位补偿器4包括对称布置的带槽法兰301,组装在两个带槽法兰301之间的调整轴304及弹簧302,镶嵌在调整轴304两侧球头球面凹槽内的传动钢球303及孔用挡环305等零件。传动钢球303组装在带槽法兰301腔体的滑道内,沿带槽法兰301腔体滑道轴向滑动的传动钢球303,利用孔用挡环305轴向限位在带槽法兰301腔体内,并以弹簧302张紧在对称布置的带槽法兰301之间。在与限位补偿器4连接的卡爪式结构扳手5操作阀门,当阀门轴的轴向偏差小于5时,由于限位补偿器4的存在,所以会减少不同心扭矩对卡爪式结构扳手5和阀门的损害。

工作过程:

密集安装阀门的操作装置工作时,首先标定出各阀门轴的水平位置及所在的空间位置参数,记录在控制系统中,同时给出各阀门工作的具体工艺参数,也记录到该控制系统中,供工作时调用执行。

进行阀门操作时,首先在控制系统初始化自检完成之后,多轴驱动机构2的垂直回转轴和两个平行回转轴分别在各自电机的驱动下绕其回转轴的中心线转动。其中第一电机105驱动第一rv减速机101,带动多轴驱动机构2整体绕垂直回转轴的中心线转动;第二电机104输出转矩,经第二rv减速机106增力后驱动大臂107绕平行回转轴的中心线摆动,使大臂107与移动底盘1的上平面成约165夹角;第三电机108输出转矩,经第三rv减速机109增力后驱动小臂110绕平行回转轴的中心线摆动,使小臂110与大臂107成约15夹角。此时,多轴驱动机构2运行轨迹收缩到较小的空间包络,再使阀门启闭传动机构3轴向收缩,将扳手5退到靠近多轴驱动机构2的位置。待多轴驱动机构2连同阀门启闭传动机构3全部回缩到移动底盘1的盘架7水平范围之内,确保整个装置在运行中没有突出移动底盘1的部件,以满足较为狭窄空间密集的多个阀门操作要求。当收缩完成后,移动底盘1根据控制系统初始化的数据和预先给定的指令,在轮驱动电机9驱动下运动移动底盘1。待移动底盘1运动到程序设定的位置,移动底盘1停止运动。多轴驱动机构2开始根据程序执行各回转轴给定的运动,其中,首先保证多轴驱动机构2的平行回转轴与所需要操作阀门轴中心线的方向平行,并与阀门启闭传动机构3及扳手5操作的阀门轴中心线同轴。此时,再由伸缩电机208带动驱动带轮212驱动螺杆带轮211连同螺杆203旋转,推动螺母210及中空花键轴202前端的轴端法兰201,在筒体209内沿回转轴的中心线伸缩。回转电机207通过驱动齿轮206带动回转rv减速机205的输出传动轴驱动花键套204转动,然后传递到中空花键轴202上,带动轴端法兰201及通过限位补偿器4连接的扳手5转动,使与扳手5的卡爪相啮合的阀门手轮旋转。因此,扳手5在伸缩电机208和回转电机207配合下,带动与扳手5的卡爪相啮合的阀门手轮旋转,完成相关阀门的启闭、调整操作工作。

由于阀门启闭传动机构3通过作为扭矩传递补偿装置的限位补偿器4和卡爪式结构扳手5的组合使用,所以可以补偿阀门安装位置和角度的误差,在保证通用性的同时,减少开阀工具的大扭矩对设备损害。

由电子元件组成的常用控制系统:包括驱动控制器和逻辑控制器,驱动控制器用于执行相应电机的各种速度的启、停、正、反转动,逻辑控制器用于给出各电机运动及联动的逻辑顺序。电源系统是将交流电变换成直流电供整个控制系统使用,包括部分电能通过蓄电池储存起来做为停电期间使用。

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