一种强制密封球阀、阀球装配工装及装配方法与流程

一种强制密封球阀、阀球装配工装及装配方法，属于密封阀技术领域。

背景技术：

强制密封球阀的结构紧凑，密封可靠，使用寿命长，动作迅速等一系列优点突出，如中国专利cn105927750a中公开的一种强制密封球阀中所记载的技术方案，但该类密封球阀的阀瓣在安装到阀球基体上的过程却并不容易。

这类强制密封球阀的基本动作原理是，阀杆同时驱动阀球和齿轮传动系同步完成90度阀球总成的旋转后，在阀球处于关闭位后，阀杆将仅驱动齿轮传动系，最终通过螺柱齿轮和阀瓣间的螺旋约束关系，在阀瓣被约束不随螺柱齿轮旋转的情况下，将阀瓣顶起与阀座抱合实现强制密封。为了实现传递效率的提升和高压情况下的重载荷工况下顶压密封的可靠，在螺柱齿轮和阀瓣之间设置了滚柱机构，这就给阀瓣的装配工作带来很大的难点。阀瓣必须与螺柱轴线垂直，同时阀瓣的螺纹轴线还需要与螺柱齿轮的螺柱轴线重合，并且阀瓣自身还有一定的重量，需要用到起吊设备，在起吊之后再下落的过程中，阀瓣的螺纹与滚柱对齐，特别是采用多排同轴布置的滚柱情况下，将阀瓣的螺纹与滚柱对齐，需要消耗较多时间调整，常用的手段需要首先精确调整阀球的水平位置，再根据阀球的位置进一步调整阀瓣的对接位置。调节过程漫长，有时甚至需要消耗几个小时的时间才能完成一个球阀的装配工作，效率很低，精度也不能保证。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种装配精度高、定位迅速，装配效率高，且工装体积小的一种强制密封球阀、阀球装配工装及装配方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种强制密封球阀，包括阀球基体、阀瓣和螺柱齿轮，螺柱齿轮通过螺柱齿轮轴转动安装在阀球基体上，螺柱齿轮一侧通过带有螺纹的凸台螺纹连接阀瓣，其特征在于：所述的阀球基体和所述的阀瓣的接触端面上分别对应开设有两个以上的定位孔，定位孔内安装限位销。

一种强制密封球阀阀球装配工装，其特征在于：包括竖置的引导销和限位支撑，引导销外部设有限位支撑，引导销的顶部设有带动引导销旋转的转动部。

引导销外部增设限位支撑，在利用引导销本体作为定位导向之外，还利用增设在引导销外部的限位支撑来起到暂时支撑阀瓣的托台，通过转动引导销的顶部来实现限位支撑对阀瓣的支撑与脱离，进而在引导销的作用下实现阀瓣的垂直下落。

所述的引导销为套接引导销，包括螺纹套装的引导销内顶丝和外丝套，引导销内顶丝的长度大于外丝套的长度，外丝套的外部设有与其垂直连接的阀瓣支撑。

引导销分成内外螺纹连接的两部分，通过内部的内顶丝与外丝套的螺纹连接实现对外丝套上的阀瓣支撑的高度调节，进而阀瓣在引导销的引导下垂直线下落，保证了阀瓣的下落垂直度及安装精度。

所述的引导销内顶丝顶部的转动部为调节棱孔。

所述的引导销内顶丝顶部的转动部连接传动机构，所述传动机构包括安装在转动部上的顶丝从动齿轮和与其啮合的驱动齿轮，驱动齿轮安装在步进电机的输出轴上，步进电机安装在外丝套一侧。

所述的引导销为阶梯引导销，阶梯引导销包括柱形引导销本体和设置在引导销本体上的多个阶梯限位支撑，多个阶梯限位支撑呈阶梯状环形布设在引导销本体外侧。

一种强制密封球阀阀球装配工装的装配方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）、布设定位孔，在阀球基体与阀瓣的接触端面上开设两个以上的定位孔，定位孔的下部为伸入阀球基体内部的盲孔，定位孔的上部为设置在接触端面环形边缘的半圆形开口；在阀瓣的边缘开设多个与定位孔的上部相匹配的半圆形开口；

2）、安装螺柱齿轮，将螺柱齿轮安装在螺柱齿轮轴上，并将其通过螺母固定；

3）、套装滚柱机构，将多个滚柱安装在滚柱保持架内，然后将滚柱机构旋接在螺柱齿轮的螺纹上；

4）、安装定位工装，将引导销插接在步骤1）设置的阀球基体的定位孔内，并将引导销上设置的限位支撑朝向螺柱齿轮轴的轴线方向；

5）、将阀瓣吊起，将阀瓣上设置的半圆形开口对齐引导销后放下，使引导销上部穿过阀瓣上的半圆形开口，阀瓣底面与引导销上设置的限位支撑接触；

6）、调低限位支撑的高度，使阀瓣上的螺纹接触滚柱，并留出阀瓣旋入螺柱齿轮的空间；

7）、转动螺柱齿轮或通过小齿轮旋转螺柱齿轮，通过滚柱机构实现阀瓣与阀球基体的螺纹连接，完成阀瓣的垂直旋入，直至完成阀瓣（4）垂直旋入一扣螺纹；

8）、当阀瓣旋入一扣螺纹后，将引导销上设置的限位支撑旋转180度，使之背离螺柱齿轮轴；此时继续旋转螺柱齿轮或通过小齿轮旋转螺柱齿轮，在引导销的约束下，阀瓣将被完全旋入直至与阀球基体收紧，此时，将引导销取出，在引导销孔放入限位销。

步骤1）所述的定位孔优选为三个，三个定位孔环形均布。

步骤6）所述步骤通过步进电机和传动机构同步控制多个定位孔内的引导销同步转动，以同步调低阀瓣支撑的高度。

步骤8）所述的限位销通过过盈装配安装在定位孔内，或通过螺栓栓接的方式与阀球基体固定。

本发明改变传统的密封球阀的装配方式，采用定位孔与引导销结合的方式。同时在阀球基体上加工多个定位孔，定位孔的底部是圆孔，完全开在阀球基体上，定位孔的上部在阀球上留下的是半圆形的缺口。阀瓣上相应位置加工多个半圆形的缺口，当阀瓣与阀球收紧后，阀瓣上的半圆缺口与阀球侧的半圆缺口共同形成一个圆孔。

由于阀瓣必须与螺柱轴线垂直，阀瓣螺纹轴线还需要与螺柱齿轮螺柱轴线重合，同时阀瓣自身还有一定的重量，需要用到起吊设备。此时，利用本发明的强制密封球阀阀球装配工装就可以轻松解决阀瓣的精密装配。将引导销插入阀球基体定位孔后，将阀瓣吊起将阀瓣上半圆形缺口对齐引导销后放下，这样阀瓣底面将与阀瓣托台接触。调整引导销内顶丝，则阀瓣与螺柱齿轮转轴轴线的垂直度就可以方便地达到。同时，阀瓣上多个半圆形缺口在引导销的约束下可以使阀瓣螺纹相对螺柱螺纹的同轴度很好地保证。这样通过转动螺柱齿轮，或通过小齿轮转动螺柱齿轮，就可以将阀瓣顺利地旋入。完成阀瓣的旋紧动作后，还可将引导销取出，在引导销孔放入限位销；限位销可以通过过盈装配，或螺栓栓接等方式与阀球基体固定，由此，阀瓣边缘半圆形缺口便成为限旋导孔，在该孔中插入限位销，即可起到限制阀瓣转动的作用。由此，利用本发明的定位孔和引导销配合的装配方式，还可以省去在阀瓣与阀球基体之间设置相对应的限制旋转的限旋机构的麻烦，简化阀瓣与阀球的结构，降低加工难度，提高装配效率。

利用本发明的装配工装及装配方法，在实际操作中，经多次实验证明，装配一个密封阀的时间由原来的几个甚至几十小时缩短至几分钟之内，单个阀瓣的安装甚至只用几十秒，节省了大量的装配时间，提高了装配效率，而且，在装配过程中不需要任何复杂的、大型的设备，简单的起吊装置即可完成，简单易操作，又降低了大量的生产成本，提高了经济效益。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

首先，本发明改变传统的密封球阀的装配方式，同时在阀球基体上加工多个定位孔在阀瓣上加工半圆形缺口，阀瓣上的半圆缺口与定位孔在阀球基体上部的半圆缺口共同形成一个圆孔，由于，加工阀瓣时可以容易的通过机床保证阀瓣底面相对其多个半圆缺口的位置关系，同样加工阀球基体时也可以容易的通过机床保证其定位孔的深度，定位孔相对螺柱齿轮转轴的位置等，因此，简单地通过引导销就可以把这些位置关系约束在一起，同时保证了阀瓣螺纹与螺柱齿轮螺纹的同轴以及阀瓣螺纹孔与螺柱齿轮螺柱的垂直度和距离。从而使阀瓣可以顺利地被旋入。

第二，采用定位孔与引导销结合的方式，将引导销插入阀球基体定位孔后，将阀瓣吊起将阀瓣上半圆形缺口对齐引导销后放下，满足阀瓣与螺柱齿轮转轴轴线的垂直度。通过多个定位孔与引导销的配合，可轻松的完成阀瓣的垂直下落及阀瓣与阀球准确的水平旋接，保证良好的旋接精度。

第三，一孔多用，在完成阀瓣的旋紧动作后，还可将引导销取出，在引导销孔放入限位销，阀瓣边缘半圆形缺口便成为限旋导孔；限位销可以通过过盈装配，或螺栓栓接等方式与阀球基体固定，在该孔中插入限位销，即可起到限制阀瓣随螺柱齿轮一起转动的作用。由此，利用本发明的定位孔和引导销配合的装配方式，还可以省去在阀瓣与阀球基体之间设置限制旋转的限旋机构的麻烦，简化阀瓣与阀球的结构，降低加工难度，提高装配效率。

附图说明

图1为定位孔布置位置示意图。

图2为实施例1的引导销安装位置剖切示意图。

图3为图2的a部分的局部放大示意图。

图4为实施例1的引导销的结构示意图。

图5为实施例2的安装位置示意图。

图6为实施例3的阶梯引导销结构示意图。

图7为图6的俯视图示意图。

图8为强制密封球阀阀球基体与阀瓣安装关系爆炸图。

图9为强制密封球阀安装关系爆炸图。

其中，1、螺柱齿轮2、阀球基体3、小齿轮4、阀瓣5、套接引导销501、引导销内顶丝502、外丝套503、阀瓣支撑504、调节棱孔6、顶丝从动齿轮7、驱动齿轮8、步进电机9、阶梯引导销901、阶梯限位支撑10、定位孔11、螺柱齿轮轴12、滚柱13、滚柱保持架14、阀杆15、阀杆齿轮16、阀体17、阀端。

具体实施方式

图1~4和图8是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~9对本发明做进一步说明。

实施例1

参照附图1~4和图8：一种强制密封球阀，包括阀球基体2、阀瓣4和螺柱齿轮1，螺柱齿轮1通过螺柱齿轮轴11转动安装在阀球基体2上，螺柱齿轮1一侧通过带有螺纹的凸台螺纹连接阀瓣4，阀球基体2和阀瓣4的接触端面上分别对应开设有两个以上的定位孔10，定位孔10内安装限位销。螺柱齿轮1通过小齿轮3连接套装在阀杆14上的阀杆齿轮15。

一种强制密封球阀阀球装配工装，包括竖置的引导销和限位支撑，引导销外部设有限位支撑，引导销的顶部设有转动部。引导销为套接引导销5，包括螺纹套装的引导销内顶丝501和外丝套502，引导销内顶丝501的长度大于外丝套502的长度，外丝套502的外部设有与其垂直连接的阀瓣支撑503。引导销内顶丝501顶部的转动部为调节棱孔504。

工作原理与工作过程：本发明强制密封球阀阀球装配方法的基本动作原理是，阀杆14同时驱动阀球基体2和齿轮传动系（即螺柱齿轮1和小齿轮3及阀杆齿轮15组成的齿轮组）同步完成90度阀球总成的旋转后，在阀球基体2处于关闭位后，阀杆14将仅驱动齿轮传动系，最终通过螺柱齿轮1和阀瓣4间的螺旋约束关系，在阀瓣4被约束不随螺柱齿轮1旋转的情况下，将阀瓣4顶起与阀端17抱合实现强制密封。为了实现传递效率的提升和高压情况下的重载荷工况下顶压密封的可靠，行星滚柱被设计在螺柱齿轮1和阀瓣4之间，这给装配阀瓣4带来很大的难点。阀球基体2是所有总成安装的基体，为保证装配位置度，阀球基体2的加工采用加工中心一次装卡切削的加工方法。这样阀杆齿轮、小齿轮3和螺柱齿轮1的安装轴的相对位置精度可以很好地保证。

一种强制密封球阀阀球装配工装的装配方法，包括以下步骤：

1、布设定位孔，在阀球基体2与阀瓣4的接触端面上开设两个以上的定位孔10，定位孔10的下部为伸入阀球基体2内部的盲孔，定位孔10的上部为设置在与阀瓣4边缘接触端面环形边缘的半圆形开口；在阀瓣4的边缘开设多个与定位孔10的上部相匹配的半圆形开口；优选的，定位孔10为三个，三个定位孔10环形均布。

在一次装卡切削阀球的时候，同时也加工在阀球基体2上的三个定位孔10，如图1所示，（当然也可以加工超过3个的定位孔10）。这样定位孔10的深度、直径、相对于螺柱齿轮轴11的位置就可以很好地通过加工中心的精度得以保证。定位孔10的底部是圆孔，完全开在阀球基体2上，定位孔10的上部在阀球基体2上留下的是半圆形的缺口。阀瓣4加工同样采用加工中心一次装卡切削的加工方法，阀瓣4上相应位置加工3个半圆形的缺口。当阀瓣4与阀球基体2收紧后，阀瓣4上的半圆缺口与阀球基体2侧的半圆缺口共同形成一个圆孔。同时阀瓣4底面相对3个半圆形缺口的垂直度及平整度都可以很好地保证。

2、安装螺柱齿轮1，将螺柱齿轮1安装在螺柱齿轮轴11上，并将其通过螺母固定。阀球总成安装时，首先安装螺柱齿轮1，并将其通过螺母固定，然后会考虑将滚柱12和滚柱保持架13旋入螺柱齿轮1。

3、套装滚柱机构，将多个滚柱12安装在滚柱保持架13内，然后将滚柱机构旋接在螺柱齿轮1的螺纹上；接下来要将阀瓣4旋入比较困难，阀瓣4必须与螺柱轴线垂直，同时阀瓣4的螺纹轴线还需要与螺柱齿轮1的螺柱轴线重合。同时阀瓣4自身还有一定的重量，需要用到起吊设备。这时需要用到本发明所涉及的强制密封球阀阀球装配工装。

4、安装定位工装，将引导销（此实施例中为套接引导销5）插接在步骤1设置的阀球基体2的定位孔10内，并将引导销（套接引导销5）上设置的限位支撑（阀瓣支撑503）朝向螺柱齿轮轴11的轴线方向；具体的，如图4所示：套接引导销5分为引导销内顶丝501和外丝套502两部分，两部分通过螺纹配合连接在一起，其中，引导销内顶丝501长过于外丝套502。外丝套502的直径与阀球基体1上的定位孔10的直径相同。在外丝套502上设有一体的阀瓣支撑503。将引导销（套接引导销5）插入阀球基体2上的定位孔10内后，将阀瓣支撑503朝向螺柱齿轮轴11轴线方向。

5、将阀瓣4吊起，将阀瓣4上设置的半圆形开口对齐引导销后放下，使引导销（套接引导销5）上部穿过阀瓣4上的半圆形开口，阀瓣4底面与引导销上设置的限位支撑（阀瓣支撑503）接触；调整引导销内顶丝501，则阀瓣4与螺柱齿轮轴11轴线的垂直度就可以方便地达到。同时，阀瓣4上3个半圆形缺口在引导销（套接引导销5）的约束下可以使阀瓣螺纹相对螺柱螺纹的同轴度很好地保证。另外，可调的引导销内顶丝501可以使阀瓣螺纹与滚柱12起始点很好地啮合在一起。

6、调低阀瓣支撑503限位支撑（阀瓣支撑503）的高度，使阀瓣4上的螺纹接触滚柱12，并留出阀瓣4旋入螺柱齿轮1的空间。

7、转动螺柱齿轮1或通过小齿轮3旋转螺柱齿轮1，通过滚柱机构实现阀瓣4与阀球基体2的螺纹连接，完成阀瓣4的垂直旋入，直至完成阀瓣4垂直旋入一扣螺纹；必要时重复步骤6和步骤7，直至完成阀瓣4垂直旋入一扣螺纹。

8、当阀瓣4旋入一扣螺纹后，可以将引导销的阀瓣支撑503旋转180度，使之朝向螺柱齿轮1转轴相反的方向。此时，继续旋转螺柱齿轮1或通过小齿轮3旋转螺柱齿轮1，在引导销（套接引导销5）的约束下，阀瓣4将被完全旋入直至与阀球基体2收紧。此时，将引导销取出，在引导销孔放入限位销。限位销可以通过过盈装配，或螺栓栓接等方式与阀球基体2固定如图2下部阀瓣4所示，这样阀瓣4边缘半圆形缺口便成为限旋导孔了。

实施例2

参照附图5：引导销内顶丝501顶部的转动部连接传动机构，传动机构包括安装在转动部上的顶丝从动齿轮6和与其啮合的驱动齿轮7，驱动齿轮7安装在步进电机8的输出轴上，步进电机8安装在外丝套502一侧。步骤5的步骤完成后，采用步进电机8和传动机构，通过传动机构连接引导销，通过步进电机8同步控制多个定位孔10内的引导销内顶丝501同步转动，以同步调低阀瓣支撑503的高度。

引导销还可以采用步进电机驱动的更为自动化的设计。将3个引导销先调成等高。与实施例1一样，将阀瓣4上的缺口对齐引导销，将阀瓣4向下放在引导销5的阀瓣支撑503上，将3个引导销的驱动步进电机8接在同一个控制开关上，配合旋转小齿轮3将阀瓣4旋入螺柱齿轮1的同时，同步调节3个调节引导销的高度，在阀瓣4旋入一扣后，将引导销阀瓣支撑503转动180度，然后旋转小齿轮3驱动螺柱齿轮1旋转，在引导销约束下，阀瓣4将被完全旋入直至与阀球基体2收紧。其他设置和工作原理与实施例1相同。

实施例3

参照附图6和7：引导销为阶梯引导销9，阶梯引导销9包括柱形引导销本体和设置在引导销本体上的多个阶梯限位支撑901，多个阶梯限位支撑901呈阶梯状环形布设在引导销本体外侧。

图6、7所示，引导销还可以采用一体式预先设定阶梯高度的结构。当阶梯引导销9插入定位孔10后，与实施例1一样，将阀瓣4的缺口对齐阶梯引导销99，将阀瓣4向下放。首先使最高位置的阶梯限位支撑901来支撑阀瓣4，此时阀瓣4螺纹与滚柱12正好对接，阀瓣螺纹轴与螺柱齿轮轴11的重合以及阀瓣4的垂直度均被很好地约束。旋转3个阶梯引导销9引导销大约30度，则阀瓣4与第二个阶梯设置的阶梯限位支撑901间留出了一点间隙，旋转螺柱齿轮1，则阀瓣4可以旋入大约半扣后与第二个阶梯限位支撑901接触，此时，再旋转引导销大约30度，则阀瓣4与第二个阶梯限位支撑901不再接触，与第三个阶梯限位支撑901间又留出了一点间隙。旋转螺柱齿轮1，则阀瓣4会被进一步旋入一些，达到约一扣螺纹啮合的程度，此时再一次旋转阶梯引导销9，使所有阶梯限位支撑901不再接触阀瓣4。旋转小齿轮3驱动螺柱齿轮1旋转，在阶梯引导销9约束下，阀瓣4将被完全旋入直至与阀球基体2收紧。此时，将阶梯引导销9取出，在定位孔10放入限位销。其他设置和工作原理与实施例1相同。

本发明阀门的爆炸视图如图8和图9所示的阀门爆炸图，需要说明的是：阀门可以是其他阀体形式如顶装式、全焊接式，均不影响本发明方法的实施。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。