专利名称：气动长行程执行机构及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种阀门控制装置，特别是涉及一种气动长行程执行机构及其控制方法。
背景技术：
现有的整体式气动执行机构，大多由气动部件通过传动连杆机构向工作主轴输出工作指令，实现阀门、风门类工作件的动作。在实际使用时发现，上述现有的气动长行程执行机构存在有若干缺点，因未能达到最佳的使用效果，而其缺点可归纳如下
1、由于现有气动执行机构采用机械式定位器，而其连接机构在加工、安装、连接等环节容易出现误差，给执行机构的稳定性、精确度都带来一定程度的影响，并影响系统运行的平稳性和控制精度，这与自动化系统越来越高的调节要求不相匹配；
2、采用丝杠与滑块的传动方式，容易出现卡涩现场，不利于条件灰尘较多的环境；
3、体积大、质量重，不利于安装，且耐温、耐震性能较差；
4、现有的气动执行机构缺少手自动切换装置，手自动切换功能不灵活，容易出现故障，往往不利于突发事件、设备检修等情况的处理，设备的安全性能有待进一步提高。
由此可见，上述现有的气动长行程执行机构在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种可方便的实现手自动控制切换，且装置稳定性强、精确度高、耐热耐震、结构紧凑、质量较轻、利于安装的新型结构的气动长行程执行机构及其控制方法，是当前业界极需改进的目标。发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种气动长行程执行机构及其控制方法，使其可方便的实现手自动控制切换，且装置稳定性强、精确度高、耐热耐震、结构紧凑、质量较轻、 利于安装，从而克服现有的气动长行程执行机构的不足。
为解决上述技术问题，本发明一种气动长行程执行机构，包括机架、气缸、手动装置和控制装置，其中机架顶部安装有可转动的主轴，主轴一端固定连接有摆臂，主轴中部连接有驱动摆臂；气缸安装在机架下部，控制装置控制气缸活塞的运动，气缸的活塞杆与驱动摆臂固定连接；手动装置安装在机架顶部，通过偏心扳轮和蜗轮蜗杆与主轴可离合传动连接。
作为本发明的一种改进，所述的手动装置包括控制气缸上下气路连通的压式换向阀；通过转动下压或松开压式换向阀的凸轮；控制凸轮转动的手柄；以及与偏心扳轮、蜗轮蜗杆配合传动的手操机构。
所述的主轴通过承重轴承安装在机架上，承重轴承的内圈与主轴固定连接，承重轴承的外圈与机架固定连接。
所述的机架包括底座、固定在底座上的支撑架、以及两端分别与支撑架固定连接的横梁。
所述的底座采用45#钢板拼焊而成，支撑架和横梁采用槽钢型材，底座、横梁与支撑架焊接。
所述的气缸活塞杆通过螺纹与U型叉接头连接，U型叉接头通过U型叉销轴与驱动摆臂固定连接。
所述的控制装置包括控制底板、闭锁阀、电磁阀、减压阀、过滤器、断信号检测器、 智能定位器和反馈连杆，其中断信号检测器与电磁阀通过电路连接；反馈连杆连接驱动摆臂和智能定位器的反馈杆；；过滤器的进气端输入压缩气源，出气端与减压阀连接；减压阀的出口分为两条气路，第一气路通过压式换向阀与智能定位器的中间进气口连接，第二气路通过电磁阀与闭锁阀的气控孔连接；智能定位器的上下出气孔，通过闭锁阀的上下气孔分别与气缸的上下缸连接；压式换向阀在初始状态下减压阀输出的第一气路贯通，换向后第一气路关闭，气缸的上下缸连通。
此外，本发明还提供了一种上述气动长行程执行机构的控制方法，所述的断信号检测器监测电磁阀的电流，当电流小于4mA时，断开电磁阀的电源，闭锁阀控制气断开，内部气路断开，处于保位状态；当电源断路时，电磁阀的电源断开，闭锁阀控制气断开，内部气路断开，处于保位状态；监测减压阀的输出气源压力，当其低于设定值时，闭锁阀断开内部气路，处于保位状态。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点
1、采用一体化结构设计，结构紧凑、质量较轻；
2、耐高温、耐震动，最高耐热温度可达150°C ；
3、运行稳定，安全可靠，系统故障率低，具有包括断信号、断气源、断电在内的“三断”保护功能，日常运行免维护；
4、采用蜗轮蜗杆的传动方式，实用的力矩范围较大，能够满足现场的不同种情况；
5、气缸启动压力低，可调性能好，响应时间快；
6、气缸无油润滑，低气耗；
7、带手动操作机构，且手自动控制切换方便快捷；
8、控制精度高，安装调试方便。
如上所述，本发明气动长行程执行机构及其控制方法，以压缩空气为动力，接受控制信号，转换成输出信号相对应的开关位移，从而控制阀门、风门、挡板等动作，装置稳定性强、精确度高、结构紧凑、质量较轻、利于安装，并可方便的实现手自动控制切换，可广泛适用用于电力、石化、冶金等工业部门，用于远程操作蝶阀、调整阀、挡板风门、百叶式风门、隔绝门、排渣门等装置上，尤其适于在高温及震动环境下安装使用。
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明气动长行程执行机构的结构示意图。
图2是图1的侧视结构示意图。
图3是本发明气动长行程执行机构的电路、气路连接示意图。
具体实施方式
请参阅图1、图2所示，本发明一种气动长行程执行机构，包括机架、气缸沈、手动装置和控制装置。
其中，机架顶部安装有可转动的主轴17，主轴17 —端固定连接有摆臂19，主轴17 中部连接有驱动摆臂12，还可在摆臂19外侧安装挡圈18。具体来说，机架可由底座1、支撑架23和横梁10焊接而成，底座1可采用45#钢板拼焊而成，支撑架23和横梁10优选采用槽钢型材，支撑架23采用焊接方式固定在底座1上，横梁10两端分别与支撑架23固定连接。主轴17通过承重轴承16安装在机架上，承重轴承16的内圈与主轴17固定连接，承重轴承16的外圈通过轴承端盖观与机架固定连接。焊接而成的机架通过力学计算满足该气动执行机构各方向所承载的力学要求，同时承重轴承16选用的承重载滚珠轴承，保证机构长期运行及受力状态下，轴承不易磨损。
气缸沈的活塞杆与驱动摆臂12固定连接。气缸沈优选密封性能好、带缓冲的原装进口耐高温气缸，可通过气缸底座M以及底座销轴25固定安装在机架下部。具体来说， 气缸沈的活塞杆与U型叉接头27之间进行螺纹连接，U型叉接头27通过U型叉销轴11与驱动摆臂12固定连接，带动摆臂19运动。
请配合参阅图3所示，控制装置控制气缸沈的活塞运动，包括控制底板2、闭锁阀 3、电磁阀4、减压阀5、精密过滤器6、断信号检测器7、智能定位器8和反馈连杆9。根据图 3所示压缩气源通过PU软管进入精密过滤器6，精密过滤器6与减压阀5通过对丝连接在一起，压缩空气从减压阀5出口通过三通快插接头分开两路，一路压缩空气通过压式换向阀四初始状态下的进口进入，从出气口排出进入智能定位器8中间进气口，另外一路压缩空气进入电磁阀4，电磁阀4得电，气路打开，压缩空气闭锁阀3的气控孔进入闭锁阀3。智能定位器8的上下两个出气孔，出来的气分别进入闭锁阀3的上下两个进气孔，通过闭锁阀 3的上下两个出气孔分别进入气缸沈的上下缸内，从而实现压该机构自动状态下缩空气驱动气缸的原理。从闭锁阀3出来的压缩空气在进入气缸沈的上下缸内的同时分别进入压式换向阀四换向后的进气孔与出气孔。当压式换向阀四换向后进气口与出气口连通，气缸上下缸连通，从而实现该机构手动状态下使用手动机构20来驱动的原理。
工作时，气动长行程执行机构接收指令信号，通过智能定位器8控制气缸沈上下缸的进气压力，来控制气缸26上活塞组的开关位置，对执行机构进行调节，同时输出相对应力矩。通过智能定位器8内的反馈功能模块把机构实际位置反馈信号输出给DCS，从而可以监控该机构的现状。压缩空气经过精密过滤器6过滤，减压阀5减压到0. 55Mpa，给执行机构作为动力源，推动气缸26活塞组输出一个力矩带动风门、阀门或挡板。
本发明气动长行程执行机构的控制方法采用“三断”保位设计
断信号保护当电流通过信号检测器7小于4mA时，信号检测器7通过比较运算输出到电磁阀4的电源断开，电磁阀4换向，气路断开，使闭锁阀3控制气断开，闭锁阀3动作，内部气路断开，处于保位状态，实现断信号保位功能；
断气源保护当气源压力低于0.3MPa (或任意一设定值)时，闭锁阀3本身会断开内部气路，处于保位状态，实现断气保位功能；
断电保护当电源断路时，电磁阀4的电源断开，电磁阀4换向，气路断开，使闭锁阀3控制气断开，闭锁阀3动作，内部气路断开，处于保位状态，实现断电保位功能。
手动装置安装在机架顶部，通过偏心扳轮31和手操机构20与主轴17可离合传动连接，实现手动与自动的操作切换，并在手动模式下通过主轴17带动驱动摆臂12运动。具体来说，手动装置包括压式换向阀29、凸轮30、手柄32和手操机构20。压式换向阀四通过换向阀支架22安装在机架上，控制气缸沈上下气路的连通。手柄32控制凸轮30转动，利用凸轮30的特殊形态达到下压或松开压式换向阀四的目的。手操机构20与偏心扳轮31 配合传动。
如果因生产运行的需要，要进行手动操作时，先通过手柄32控制凸轮30转动，压下压式换向阀四，压式换向阀四换向，气缸26上下缸气路连通、压力平衡，同时通过偏心扳轮31，使手操机构20的蜗轮与蜗杆配合传动，实现手动操作；当手操机构20达到自动状态下，手操机构20的蜗轮与蜗杆分离，同时凸轮30通过转动与压式换向阀四分离，压式换向阀四换向，气缸26上下缸气路关闭，气路分别与智能定位器8的上下出口连通，实现自动功能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种气动长行程执行机构，其特征在于包括机架、气缸、手动装置和控制装置，其中机架顶部安装有可转动的主轴，主轴一端固定连接有摆臂，主轴中部连接有驱动摆臂；气缸安装在机架下部，控制装置控制气缸活塞的运动，气缸的活塞杆与驱动摆臂固定连接；手动装置安装在机架顶部，通过偏心扳轮和蜗轮蜗杆与主轴可离合传动连接。
2.根据权利要求1所述的气动长行程执行机构，其特征在于所述的手动装置包括控制气缸上下气路连通的压式换向阀；通过转动下压或松开压式换向阀的凸轮；控制凸轮转动的手柄；以及与偏心扳轮、蜗轮蜗杆配合传动的手操机构。
3.根据权利要求1所述的气动长行程执行机构，其特征在于所述的主轴通过承重轴承安装在机架上，承重轴承的内圈与主轴固定连接，承重轴承的外圈与机架固定连接。
4.根据权利要求1所述的气动长行程执行机构，其特征在于所述的机架包括底座、固定在底座上的支撑架、以及两端分别与支撑架固定连接的横梁。
5.根据权利要求4所述的气动长行程执行机构，其特征在于所述的底座采用45#钢板拼焊而成，支撑架和横梁采用槽钢型材，底座、横梁与支撑架焊接。
6.根据权利要求1所述的气动长行程执行机构，其特征在于所述的气缸活塞杆通过螺纹与U型叉接头连接，U型叉接头通过U型叉销轴与驱动摆臂固定连接。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的气动长行程执行机构，其特征在于所述的控制装置包括控制底板、闭锁阀、电磁阀、减压阀、过滤器、断信号检测器、智能定位器和反馈连杆，其中断信号检测器与电磁阀通过电路连接；反馈连杆连接驱动摆臂和智能定位器的反馈杆；过滤器的进气端输入压缩气源，出气端与减压阀连接；减压阀的出口分为两条气路，第一气路通过压式换向阀与智能定位器的中间进气口连接，第二气路通过电磁阀与闭锁阀的气控孔连接；智能定位器的上下出气孔，通过闭锁阀的上下气孔分别与气缸的上下缸连接；压式换向阀在初始状态下减压阀输出的第一气路贯通，换向后第一气路关闭，气缸的上下缸连通。
8.—种权利要求7所述气动长行程执行机构的控制方法，其特征在于所述的断信号检测器监测电磁阀的电流，当电流小于4mA时，断开电磁阀的电源，闭锁阀控制气断开，内部气路断开，处于保位状态；当电源断路时，电磁阀的电源断开，闭锁阀控制气断开，内部气路断开，处于保位状态；监测减压阀的输出气源压力，当其低于设定值时，闭锁阀断开内部气路，处于保位状态。
全文摘要
本发明是有关于一种气动长行程执行机构及其控制方法，该机构包括机架、气缸、手动装置和控制装置，其中机架顶部安装有可转动的主轴，主轴一端固定连接有摆臂，主轴中部连接有驱动摆臂；气缸安装在机架下部，控制装置控制气缸活塞的运动，气缸的活塞杆与驱动摆臂固定连接；手动装置安装在机架顶部，通过偏心扳轮和蜗轮蜗杆与主轴可离合传动连接。该控制方法是对执行机构进行断信号、断电、断气源保位。本发明装置稳定性强、精确度高、结构紧凑、质量较轻、利于安装，并可方便的实现手自动控制切换，可广泛适用用于电力、石化、冶金等工业部门，尤其适于在高温及震动环境下安装使用。
文档编号F15B21/00GK102562721SQ201210067569
公开日2012年7月11日 申请日期2012年3月14日 优先权日2012年3月14日
发明者张丽丽, 王从永, 白鹍鹏, 蒋全, 赵子刚 申请人:北京岳能科技有限公司