双向棘轮液压执行器及安全阀校验装置的制作方法

本发明涉及一种双向棘轮液压执行器及一种安全阀校验装置，属于安全阀校验技术领域和液压领域。

背景技术：

安全阀是启闭件受外力作用下处于常闭状态，当设备或管道内的介质压力升高超过规定值时，通过向系统外排放介质来防止管道或设备内介质压力超过规定数值的特殊阀门。安全阀属于自动阀类，主要用于锅炉、压力容器和管道上，控制压力不超过规定值，对人身安全和设备运行起重要保护作用。安全阀是一种特种设备。安全阀必须经过压力试验(即校验，口头语称调试)才能使用。

最常用的一种安全阀是弹簧式安全阀。弹簧式安全阀(下面简称安全阀)是依靠弹簧的弹性压力而将安全阀的阀芯(或称阀瓣)等密封件(或称启闭件)闭锁。一旦被保护设备的介质压力升高，当产生的压力超过安全阀设定的开启值时，介质压力将克服安全阀的弹簧压力，致使密封件被顶开，形成一个泄压通道，介质排放，被保护设备所受压力得到降低，当压力降到低于安全阀的关闭压力时安全阀又会自动关闭。它就是这样来保证安全的。

安全阀往往会被检修拆卸，或者受各种环境因素的影响，使得弹簧作用在阀芯上的力发生改变而无法保证安全，为了让这个力保持在要求范围内，就必须按规定对安全阀进行校验，使其达到我们需要的开启值。

安全阀的校验方式可分为离线校验和在线校验两大方式：

一，离线校验主要是通过校验台校验，就是将安全阀安装在校验台上，然后使用校验介质使安全阀开启，通过观察压力表来确认开启压力。然后根据情况调整弹簧力，反复测试，直到达到要求。这种方法无法对背压安全阀和高温低温介质的安全阀准确校验。

再有，离线校验需要把安全阀拆卸下来运送到校验室去，校好后再运回安装，这样一来增加了很多工作量，且因为阀门的拆离还会耽误生产。

由此人们又发明了在线校验。

二，在线校验。

1，在线升压实跳法。就是安全阀在系统中，系统人为升压，直至安全阀开启，来观察安全阀的开启压力，然后根据情况调整弹簧力，反复测试，直到达到要求。结果很准确，也不用拆卸安全阀。但这种方法对安全阀的密封面损伤较大，操作危险性较大，特耗费资源，速度还非常慢。由于要反复升降压力，也会耽误生产。

于是又发明了在线仪器校验的方式。

2，在线仪器校验法。就是通过仪器施加外力将作用在安全阀上向下的弹簧作用力测出，以此来计算出安全阀的开启压力，然后根据情况调整弹簧力，反复测试，直到达到要求。这种方法一般不影响生产、系统压力不用改变，阀门不用拆卸，检测速度比较快，方便，耗费资源少，经济高效，能在实际工况下校验，结果准确。

因此，在线仪器校验是目前最流行的校验方式。安全阀在线校验仪自然就非常关键。

在线仪器校验的原理：

用仪器施加一个与弹簧力相反的力来克服弹簧对于阀芯的作用力，这个力是逐渐加大的。同时介质的压力也在克服弹簧力，因此它与仪器施加的力作用是一致的。当随着仪器施加的力逐渐增大到某一值时安全阀就会开启，仪器施加的力是能够知道的，记为Fh。介质的压力(实为压强，只是工业上习惯叫压力)P，是可以被测得的，阀芯受介质作用的面积S是可以计算得到的或已知的，所以介质的作用力Fn＝P*S就知道了。由于阀门刚好开启时是因为仪器的作用力加上介质的作用力正好克服了弹簧的作用力Fs，所以得到公式：

Fs＝Fh+Fn＝Fh+P*S由此可求得Fs。弹簧作用力求得了，那么介质在多高的压力时才能让安全阀开启也就可以计算出来了，开启压力记为Ps，Ps＝Fs/S。

然后把Ps与我们需要的开启压力对比，根据对比结果来调整弹簧力。调整后再检测Ps是否满足要求，如此反复测试调整直到满足要求为止。

弹簧力的调整——如果实际开启压力低于需要的开启压力范围，就用扳手顺时针方向拧弹簧力调节螺栓的六方，螺栓下压，弹簧被压缩，根据胡克定律弹簧作用力增大。如果实际开启压力高于需要的开启压力范围，则逆时针扭弹簧力调节螺栓，弹簧作用力减小。弹簧力调节螺栓为正螺纹的。

一，最初的在线校验仪：

仪器由提升作用力施加装置和力检测装置两个主要部分和一些辅件组成。通过其专用液压缸或者螺旋装置向安全阀施加提升作用力，并通过检测装置测算出力的大小。从施加提升力、阀门开启判断、过程中的数据处理、弹簧力的调整，一直到校验完成后的校验报告填写，都是由人工完成。此为全手动型。

二，现在的在线校验仪：

人们在前面的基础上经过一些机电一体化改造之后又加入了电脑对数据进行处理，得到了现在的校验仪。现在的校验仪行业里有多种类型，但大同小异。校验过程中的很多工作已实现了自动化，人的工作减少了，效率提高了。目前多方面技术取得了成熟和进步。

但时至今日在校验过程中最繁重的一个工作环节还需要人工来完成，这就是调整弹簧力，特别是对于大安全阀尤为突出。要扳动弹簧力调节螺栓需要1000牛米左右的扭矩，需要三个人使劲扳，非常紧。并且调整一次就得重新装卸一次仪器，很麻烦，很耗时。还有在拆装仪器和调整弹簧力的时候人要站在阀门边上，对于高温高压和有毒介质的安全阀，人站在阀门附近工作危险性是很高的，工作条件很恶劣。调整弹簧力时，扭力也会作用到安全阀的连接焊缝或法兰上面，对连接处存在一定影响。再有，人在恶劣环境下工作都希望急于完工离开，往往会马虎了事，影响到校验精度。还有一个问题就是校验仪需要轻便化。

按常规情况考虑，首先弹簧力的自动调整执行器需具备以下要求：

(1)、大扭矩。必须要能输出1000牛米以上的大扭矩。

(2)、小体积。根据安全阀的结构特点和携带安装方便的要求，此执行器体积不能过大。大致要求，长不超出35公分，宽不超出25公分，高不超出10公分。重量尽量轻。

(3)、能双向多回转，转动方向切换方便，转动量可控，可知。

(4)、转动中心为空心，且上下畅通，能让弹簧力调节螺栓穿过其中并通过套筒适配。

通过研究对比，现有技术中的大扭力装置中，扭力倍增器、液压马达、液压扳手、气动扳手等装置，均不能满足上述要求。

由于并没有找到现成的能满足要求的装置，所以只能全新设计一个能满足要求的装置，用来做弹簧力调整执行器。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种双向棘轮液压执行器，使得安全阀的弹簧力可自动调整，另外，相应地提供一种安全阀校验装置，使得安全阀校验实现全自动化。

为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是：双向棘轮液压执行器，包括机架，机架上转动连接地设有棘轮组件，棘轮组件包括同轴心设置的正向棘轮、反向棘轮，正向棘轮与反向棘轮之间通过彼此的配合榫头连接，棘轮组件在正向棘轮、反向棘轮之间设置有同心圆柱，同心圆柱外周套设有转动臂，转动臂的上下两个面分别铰连接地设有棘爪，其中一棘爪与正向棘轮的棘齿相适配、另一棘爪与反向棘轮的棘齿相适配，两棘爪均配设有换向驱动机构，转动臂两侧分别铰连接有用于驱动转动臂转动的动力液压缸，两动力液压缸的另一端铰连接于机架两侧，棘轮组件沿其轴线方向布置有工作孔，工作孔为通孔。

进一步的是：工作孔为异型孔，工作孔内配设有套筒。

进一步的是：换向驱动机构为液压缸或电磁推杆。

进一步的是：两棘爪均配设有复位弹簧。

进一步的是：两动力液压缸的油管采用反向并联方式。

进一步的是：动力液压缸的工作行程两端分别配设有行程开关。

进一步的是：棘轮组件与机架之间设有用于测量棘轮组件转动量信号的位置传感器。

安全阀校验装置，包括上述的双向棘轮液压执行器，双向棘轮液压执行器的机架上方固定设有支撑台，支撑台上安装有提升液压缸，提升液压缸的活塞杆设有用于连接阀杆的连接器，提升液压缸配设有测量其提升力的力传感器，棘轮组件与机架之间设有用于测量棘轮组件转动量信号的位置传感器，动力液压缸、提升液压缸连接到液压动力单元，力传感器、位置传感器、液压动力单元均电气连接至电气控制单元，电气控制单元还设有介质压力传感器、安全阀开启判断传感器。

进一步的是：电气控制单元的控制终端为智能手机。

进一步的是：双向棘轮液压执行器的机架底部配设有用于将安全阀校验装置固定在安全阀上面的固定装置，支撑台固定设于立柱上，立柱下端带有螺纹，立柱穿过双向棘轮液压执行器的对应孔后与固定装置的螺孔连接，同时将双向棘轮液压执行器固定于固定装置上面，立柱数量为至少2根。

本发明的有益效果是：通过动力液压缸驱动转动臂，转臂上下两个面分别布置了棘爪，一个在棘轮组件正向转动时用，一个在棘轮组件反向转动时用。当正转时，反向棘爪被换向驱动机构顶住，无法与棘轮组件接触，正向棘爪对应的换向机构释放，正向棘爪压在对应的棘轮上，传递正向扭矩，棘轮组件便只能正转，反之同理。实施时，将双向棘轮液压执行器通过固定装置固定设于安全阀的阀架上，安全阀的阀杆和弹簧力调节螺栓穿过双向棘轮液压执行器，使得弹簧力调整螺栓装设于棘轮组件的工作孔内，工作孔形状与弹簧力调整螺栓的六方型头部形状相适配，或者设置与之相适配的套筒，通过棘轮组件的转动来驱动弹簧力调整螺栓，实现安全阀的弹簧力的自动调整。另外，本发明还提供整套的安全阀校验装置，可实现安全阀校验的全自动化。

附图说明

图1是双向棘轮液压执行器的立体结构示意图一；

图2是双向棘轮液压执行器的立体结构示意图二；

图3是双向棘轮液压执行器的俯视图；

图4是双向棘轮液压执行器的正视图；

图5是安全阀校验装置与安全阀装配后的立体结构示意图；

图6是安全阀校验装置整套设备的示意图；

图中标记：11-阀架、12-弹簧力调整螺栓、13-阀杆、14-液压动力单元、15-电气控制单元、16-介质压力传感器、17-安全阀开启判断传感器、18-智能手机、19-电源、2-双向棘轮液压执行器、3-提升液压缸、4-力传感器、5-支撑台、6-立柱、7-连接器、8-固定装置、9-套筒、21-机架、22-棘轮组件、23-正向棘轮、24-反向棘轮、25-转动臂、26-棘爪、27-换向驱动机构、28-动力液压缸、29-复位弹簧。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1～4所示，双向棘轮液压执行器2，其特征在于：包括机架21，机架21上转动连接地设有棘轮组件22，棘轮组件22包括同轴心设置的正向棘轮23、反向棘轮24，正向棘轮23与反向棘轮24之间通过彼此的配合榫头连接，棘轮组件22在正向棘轮23、反向棘轮24之间设置有同心圆柱(即三者同轴)，同心圆柱外周套设有转动臂25，转动臂25的上下两个面分别铰连接地设有棘爪26，其中一棘爪26与正向棘轮23的棘齿相适配、另一棘爪26与反向棘轮24的棘齿相适配，两棘爪26均配设有换向驱动机构27，转动臂25两侧分别铰连接有用于驱动转动臂25转动的动力液压缸28，两动力液压缸28的另一端铰连接于机架21两侧，棘轮组件22沿其轴线方向布置有工作孔，工作孔为通孔。机架21与棘轮组件22之间的转动连接可通过棘轮组件22两端的转轴部与机架21对应位置的轴套部配合实现，为简化装置结构，轴套部位于机架21顶部和底部，机架21整体高度与棘轮组件22高度相同。由于执行器转速低，转动量小，故转动系统中不需要安装轴承，以便减小体积重量。为方便使用时装配，双向棘轮液压执行器2的机架21设置为上下两件式结构。在棘轮组件22中，可将正向棘轮23设于上方，也可将反向棘轮24设于上方，本实施例采用的是将正向棘轮23设于上方。

实施时，将双向棘轮液压执行器2通过固定装置8固定设于安全阀的阀架11上，安全阀的阀杆13和弹簧力调节螺栓12穿过双向棘轮液压执行器2，使得弹簧力调整螺栓12装设于棘轮组件22的工作孔内，工作孔形状与弹簧力调整螺栓12的六方型头部形状相适配，或者设置与之相适配的套筒9，通过棘轮组件22的转动来驱动弹簧力调整螺栓12，实现安全阀的弹簧力的自动调整。为方便装配，优选实施方式为，设置相匹配的套筒9，此时工作孔为异型孔，即为非圆形孔，优选形状为梅花形孔，即包括圆形基孔，圆形基孔的外圆周方向间隔设置多个花瓣形的条形槽。

另外，换向驱动机构27优选为液压缸，可以同动力液压缸28共用一个液压动力单元，简化装置结构，实施更方便。换向驱动机构27也可以选用电磁推杆。

优选地，两棘爪26均配设有复位弹簧29，当棘爪26脱离棘轮组件22时，压缩复位弹簧29，当需要棘爪26压在对应的棘轮上时，可借助复位弹簧29的弹力复位。

为使得两个缸的动作出力保持一致，两动力液压缸28的油管采用反向并联方式。

优选地，动力液压缸28的工作行程两端分别配设有行程开关。每次动力液压缸28行程到极限时便触发换向阀换向，动力液压缸28反向运行，如此反复，进而实现棘轮转动得以继续。由于弹簧力调整螺栓12很紧，所以在动力液压缸28空载返程时棘轮不会跟着倒转，不用考虑设置防倒转装置。

优选地，棘轮组件22与机架21之间设有用于测量棘轮组件22转动量信号的位置传感器，用于安全阀校验的全自动化控制。

如图5、图6所示，安全阀校验装置包括上述的双向棘轮液压执行器2，双向棘轮液压执行器2的机架21上方固定设有支撑台5，支撑台5上安装有提升液压缸3，提升液压缸3的活塞杆设有用于连接阀杆13的连接器7，提升液压缸3配设有测量其提升力的力传感器4，棘轮组件22与机架21之间设有用于测量棘轮组件22转动量信号的位置传感器，动力液压缸28、提升液压缸3连接到液压动力单元14，力传感器4、位置传感器、液压动力单元14均电气连接至电气控制单元15，电气控制单元15还设有介质压力传感器16、安全阀开启判断传感器17。

优选地，电气控制单元15的控制终端为智能手机18，智能手机18可采用数据线连接，也可采用无线连接。从仪器安装好后，安全阀校验的一切操作都将在手机的触摸屏上完成，当仪器卸下时校验已经精确结束。全部阀门校验完成后我们回到办室打印由手机自动填写完成的标准报告即可。采用智能手机取代以前的电脑作为数据处理工具，使得校验工作更方便。

优选地，双向棘轮液压执行器2的机架21底部配设有用于将安全阀校验装置固定在安全阀上面的固定装置8。通过固定装置8可将安全阀校验装置牢固地夹持在安全阀的阀架11上面，并有定位功能，在一定程度上保证位置度。根据不同的阀架结构，固定装置8会有所不同。另外，支撑台5及双向棘轮液压执行器2可通过如下方式实现固定：支撑台5固定设于立柱6上，立柱6下端带有螺纹，相当于螺栓，立柱6穿过双向棘轮液压执行器2的对应孔后与固定装置8的螺孔连接，拧紧立柱6便会把双向棘轮液压执行器2很好地固定在固定装置8上，立柱6数量为至少2根，可根据需要设置，为优化装置结构，优选设置为2根或3根，本实施例中设置为3根。支撑台5与立柱6之间的固定连接可通过防滑扣实现，根据具体需要的高度将支撑台5锁定在立柱6上。

实施时，可通过固定装置8将安全阀校验装置的主体部分固定在安全阀的阀架11上，安全阀的阀杆13和弹簧力调整螺栓12穿过双向棘轮液压执行器2，使得弹簧力调整螺栓12装设于棘轮组件22的工作孔内，安全阀的阀杆13顶部则与提升液压缸3活塞杆下端的连接器7螺纹连接。

安全阀校验装置的工作流程及原理：

条件具备后，启动设备开始工作。

在智能手机18上启动校验程序，程序检测正常后发出校验开始指令，电气控制单元15将指令转换为操作信号控制电动液压泵和电控液压阀渐渐向提升液压缸3加压，提升液压缸3给阀杆13的向上提升力越来越大，直到提升力与介质对阀芯的作用力之和刚好等于弹簧的弹力时，安全阀开始开启，介质漏出，安全阀开启判断传感器17得到开启信号并发往电气控制单元15。同时介质压力传感器16传来的压力信号，力传感器4检测到的提升液压缸3的提升力信号都在发往电气控制单元15。电气控制单元15一直持续实时地把收到的信号进行模数转换后，形成智能手机18能识别的数据流发往智能手机18，智能手机18便能实时接收处理这些数据。当得到安全阀开启判断传感器17发出的开启信号后，智能手机18立马记录下此时的各种数据信号，同时发出指令通过电气控制单元15动作电控液压阀让提升液压缸3泄压使安全阀关闭，然后根据安全阀的具体参数进行运算分析。若发现开启压力不合格，智能手机18把弹簧力调整信号发向电气控制单元15，电气控制单元15把收到的信号转换为操作信号去动作电控液压阀，选择调整方向，方向通过控制换向驱动机构27执行，然后操纵动力液压缸28，让双向棘轮液压执行器2开始工作，对弹簧力调整螺栓12进行扭转以调整弹簧力。与此同时棘轮组件22的转动量信号也持续地通过电气控制单元15发送到智能手机18，当智能手机18发现调整量达到时便发出信号让双向棘轮液压执行器2停止工作。调整完成后，智能手机18再次运行开启压力检测程序，提升液压缸3再次开始工作，各传感器也在持续工作，再次对开启压力进行检测，与前面一样。检测后若合格则校验成功，若不合格则继续调整，再检测。如此反复，直到合格为止。

实际运用中，检测环节往往会重复两到三次，以保证准确。由于现场条件的缘故，某些或全部传感器也可能会不使用，而改为其它方法确定然后手动输入。这些问题都可以在软件里面设置操作的。

本发明可实现安全阀校验的全自动化。