專利名稱：一種驅(qū)動閥門的氣動執(zhí)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種閥門的氣動執(zhí)行器，特別是關(guān)于一種可驅(qū)動200毫米以上大口徑 閥門的氣動執(zhí)行器。
背景技術(shù)：
市場現(xiàn)有的驅(qū)動蝶閥、球閥等閥門的氣動執(zhí)行器一般為氣缸活塞結(jié)構(gòu)，利用氣體 壓力推動活塞在氣缸內(nèi)做直線運動，再利用齒輪、齒條、撥叉、聯(lián)桿等結(jié)構(gòu)將活塞的平動為 執(zhí)行器軸的轉(zhuǎn)動。執(zhí)行器軸再通過連軸節(jié)將動力輸出至閥門閥桿上，從而帶動閥門轉(zhuǎn)動。為 使執(zhí)行器軸只承受扭矩不承受彎矩，氣動執(zhí)行器內(nèi)一般有兩個相對運動的活塞，對稱的驅(qū) 動執(zhí)行器軸。這兩個活塞將氣缸分隔為兩個等壓連通的外腔與一個內(nèi)腔。由于傳統(tǒng)氣動執(zhí)行器的動力來源于氣缸腔體內(nèi)活塞兩側(cè)的氣壓差，因此其動力大 小決定于氣源供氣壓力，而其動作速度則受限于氣缸兩腔充放氣的速度。由于閥門越大，需 要氣動執(zhí)行器的缸徑也越大，相應的耗氣量也隨之增大，然而與氣動執(zhí)行器相配的送氣管 路則不可能成比例放大，從成本考慮也不宜成比例放大，且送氣阻力還受到管路長度的影 響。綜合這些影響送氣速度的因素，造成了現(xiàn)有氣動執(zhí)行器在帶動小閥門，如IM150以下的 閥門時，執(zhí)行速度較快，而帶動大閥門時則速度非常慢。如現(xiàn)有氣動執(zhí)行器帶動IM150中線 對夾式蝶閥執(zhí)行一次開啟或關(guān)閉動作的時間約0. 3-0. 5秒，而帶動DN250蝶閥動作一次的 時間則需要約10秒，帶動DN400閥門動作一次需要約30秒。閥門越大動作越慢。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明提出了一種能夠驅(qū)動大口徑閥門高速動作的氣動執(zhí)行器。為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種驅(qū)動閥門的氣動執(zhí)行器，包括氣 缸體，設(shè)置在所述氣缸體內(nèi)的活塞，所述活塞的限位機構(gòu)，設(shè)置在所述氣缸體兩端的端蓋， 連接所述活塞的傳動機構(gòu)和由所述傳動機構(gòu)驅(qū)動的執(zhí)行器軸，所述氣缸體被活塞分隔成內(nèi) 腔和外腔，所述內(nèi)、外腔分別通過氣道與氣源控制閥門連接；其特征在于所述內(nèi)腔的壁面 上開設(shè)有連通大氣的通氣孔，其開孔位置與所述活塞行程的極限位置之間留有間隙，開孔 面積不小于活塞面積的，最佳為活塞面積的以上，所述通氣孔外設(shè)置有控制閥。當所述活塞平移壓縮外腔至極限位置時，所述活塞與其臨近的端蓋之間留有蓄壓 空間。被驅(qū)動的閥門為球閥時，所述蓄壓空間容積不小于活塞面積X活塞行程的50%， 最佳蓄壓空間容積大于活塞面積X活塞行程的80%。被驅(qū)動的閥門為蝶閥時，所述蓄壓空間容積不小于活塞面積X活塞行程的20%， 最佳蓄壓空間容積大于活塞面積X活塞行程的40%。所述內(nèi)、外腔具有如下三種供氣狀態(tài)1)內(nèi)腔接氣源，外腔接大氣；2)內(nèi)、外腔都 接氣源；3)內(nèi)腔切斷氣源接大氣，外腔接氣源。所述三種供氣狀態(tài)的運行順序如下A、供氣切換至狀態(tài)1)，所述活塞移至所述外腔最小極限位置；B、供氣切換至狀態(tài)2)，所述活塞因限位機構(gòu)和被驅(qū)動閥門的密封阻力的 共同作用保持不動，此時所述內(nèi)、外腔均蓄有高壓氣體；C、供氣切換至狀態(tài)3)，同時開啟通 氣孔控制閥，此時內(nèi)腔氣壓瞬間下降至常壓，所述外腔內(nèi)的高壓氣體會迅速推動所述活塞 帶動所述傳動機構(gòu)驅(qū)動所述執(zhí)行器軸高速轉(zhuǎn)動，通過與所述執(zhí)行器軸連接的閥桿帶動被驅(qū) 動閥門。所述氣缸體內(nèi)通過一個所述活塞將其分成兩個腔體，定義其中的一個為內(nèi)腔，定 義另一個為外腔。所述氣缸體內(nèi)通過兩個所述活塞將其分成中間一個內(nèi)腔和兩端通過所述氣道連 通的兩個外腔。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明的動作速度不受氣缸 充放氣速度的制約，使閥門的動作速度得到質(zhì)的提高。2、本發(fā)明由于在缸體上設(shè)置了一通 氣孔，因此當它開啟時，具有通氣孔的腔體內(nèi)的壓力能夠瞬間從高壓降至常壓。3、本發(fā)明由 于外腔設(shè)有蓄壓空間，因此該裝置做高速動作時，預蓄的高壓氣體能夠加速活塞向內(nèi)腔移 動，并且活塞的高速運動會通過傳動機構(gòu)帶動執(zhí)行器軸高速轉(zhuǎn)動。4、由于本發(fā)明中通氣孔 控制閥的啟閉與內(nèi)、外腔的接氣斷氣控制聯(lián)動，因此可以實現(xiàn)內(nèi)、外腔與氣源和大氣的快速 連通，從而能夠按設(shè)定的動作順序快速完成蝶閥的開啟和球閥的啟閉動作。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明的原理3是本發(fā)明與外圍設(shè)備整體的系統(tǒng)連接圖
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括一氣缸體1，氣缸體1的兩端分別固定連接一密封端 蓋2，氣缸體1內(nèi)設(shè)置有兩活塞3及相應的限位機構(gòu)4，兩活塞3將氣缸體1分成一內(nèi)腔A 和兩外腔B。氣缸體1上設(shè)置有兩氣道5、6，內(nèi)腔A與外腔B分別設(shè)置有氣道5、6。在內(nèi)腔 A的壁面上開有一通氣孔7，氣缸體1的中心設(shè)置有一執(zhí)行器軸8，在執(zhí)行器軸8的外緣上設(shè) 置有一齒輪9，在兩活塞3的內(nèi)端對稱設(shè)置有兩齒條10，兩齒條10分別嚙合在齒輪9的兩 側(cè)，執(zhí)行器軸8固定連接一蝶閥11的閥桿。氣道5、6通過一氣源控制閥門12為內(nèi)腔A和 外腔B供氣，在通氣孔7的外部通過一連接節(jié)13連接一控制閥14，在控制閥14的頂部連接 一消聲器15。氣缸體1的內(nèi)腔A和兩外腔B通過氣源控制閥門12和控制閥14的操作，具 有以下三種通氣狀態(tài)a、內(nèi)腔連通氣源，兩外腔連通大氣；b、內(nèi)腔和兩外腔都連通氣源；c、內(nèi)腔切斷氣源連通大氣，兩外腔連通氣源；上述實施例中，每一外腔B中，從密封端蓋2到活塞3之間的最小空間為蓄壓空 間，蓄壓空間是根據(jù)功能需求、制造成本、生產(chǎn)工藝、安裝條件等確定的。對于被驅(qū)動閥門為 球閥的，蓄壓空間需不小于活塞面積X活塞行程的50%，對于被驅(qū)動閥門為蝶閥的，蓄壓空間需不小于活塞面積χ活塞行程的20%。為達到最佳快動效果，對于被驅(qū)動閥門為球閥的，蓄壓空間不小于活塞面積X活塞行程的80%，對于被驅(qū)動閥門為蝶閥的，蓄壓空間不 小于活塞面積X活塞行程的40%。上述實施例中，通氣孔8的開孔位置與活塞行程的極限位置之間留有間隙，開孔 面積不小于活塞面積的5%。，最佳為活塞面積的以上。上述實施例中，連接在兩活塞3與執(zhí)行器軸8之間的傳動機構(gòu)，除已經(jīng)描述的齒輪 與齒條的嚙合之外，還可以采用其它各種常用的拉桿結(jié)構(gòu)、撥叉結(jié)構(gòu)等傳動機構(gòu)。上述實施例中，限位機構(gòu)還可以采用其它常用的結(jié)構(gòu)，如頂桿結(jié)構(gòu)、頂絲結(jié)構(gòu)、凸 輪結(jié)構(gòu)等。為了緩沖活塞高速運動產(chǎn)生的撞擊力，延長執(zhí)行器的壽命，限位機構(gòu)4上可以設(shè) 置有彈性元件，如壓縮彈簧、彈簧片等。本發(fā)明工作時，按以下動作順序進行1、氣源通過氣源控制閥門12向內(nèi)腔A通氣，兩外腔B與大氣連通；此時兩活塞3 向兩側(cè)移動，直至到達兩外腔B外側(cè)的極限位置；2、氣源通過氣源控制閥門12同時向內(nèi)腔A和兩外腔B通氣；此時活塞因限位機構(gòu) 4與閥門14的密封阻力作用保持在兩外腔B的極限位置不動；3、氣源通過氣源控制閥門12向兩外腔B繼續(xù)通氣，同時打開控制閥14將氣缸體 1上的通氣孔7連通大氣；此時內(nèi)腔A的氣壓瞬間下降至常壓，兩外腔B的蓄壓空間內(nèi)蓄有 的高壓氣體，會迅速推動兩活塞3向內(nèi)腔A運動。上述兩活塞3的高速運動會通過傳動機 構(gòu)帶動執(zhí)行器軸9高速轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)蝶閥12的開啟時間為0. 3秒。
權(quán)利要求
一種驅(qū)動閥門的氣動執(zhí)行器，包括氣缸體，設(shè)置在所述氣缸體內(nèi)的活塞，所述活塞的限位機構(gòu)，設(shè)置在所述氣缸體兩端的端蓋，連接所述活塞的傳動機構(gòu)和由所述傳動機構(gòu)驅(qū)動的執(zhí)行器軸，所述氣缸體被活塞分隔成內(nèi)腔和外腔，所述內(nèi)、外腔分別通過氣道與氣源控制閥門連接；其特征在于所述內(nèi)腔的壁面上開設(shè)有連通大氣的通氣孔，其開孔位置與所述活塞行程的極限位置之間留有間隙，開孔面積不小于活塞面積的5‰，最佳為活塞面積的1％以上，所述通氣孔外設(shè)置有控制閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種驅(qū)動閥門的氣動執(zhí)行器，其特征在于當所述活塞平移 壓縮外腔至極限位置時，所述活塞與其臨近的端蓋之間留有蓄壓空間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種驅(qū)動閥門的氣動執(zhí)行器，其特征在于被驅(qū)動的閥門為 球閥時，所述蓄壓空間容積不小于活塞面積X活塞行程的50%，最佳蓄壓空間容積大于活 塞面積X活塞行程的80%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種驅(qū)動閥門的氣動執(zhí)行器，其特征在于被驅(qū)動的閥門為 蝶閥時，所述蓄壓空間容積不小于活塞面積X活塞行程的20%，最佳蓄壓空間容積大于活 塞面積X活塞行程的40%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種驅(qū)動閥門的氣動執(zhí)行器，其特征在于所 述內(nèi)、外腔具有如下三種供氣狀態(tài)1)內(nèi)腔接氣源，外腔接大氣；2)內(nèi)、外腔都接氣源；3)內(nèi)腔切斷氣源接大氣，外腔接氣源。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種驅(qū)動閥門的氣動執(zhí)行器，其特征在于所述三種供氣狀 態(tài)的運行順序如下A、供氣切換至狀態(tài)1)，所述活塞移至所述外腔最小極限位置；B、供氣切換至狀態(tài)2)，所述活塞因限位機構(gòu)和被驅(qū)動閥門的密封阻力的共同作用保持 不動，此時所述內(nèi)、外腔均蓄有高壓氣體；C、供氣切換至狀態(tài)3)，同時開啟通氣孔控制閥，此時內(nèi)腔氣壓瞬間下降至常壓，所述外 腔內(nèi)的高壓氣體會迅速推動所述活塞帶動所述傳動機構(gòu)驅(qū)動所述執(zhí)行器軸高速轉(zhuǎn)動，通過 與所述執(zhí)行器軸連接的閥桿帶動被驅(qū)動閥門。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或6所述的一種驅(qū)動閥門的氣動執(zhí)行器，其特征在于 所述氣缸體內(nèi)通過一個所述活塞將其分成兩個腔體，定義其中的一個為內(nèi)腔，定義另一個 為外腔。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種驅(qū)動閥門的氣動執(zhí)行器，其特征在于所述氣缸體內(nèi)通 過一個所述活塞將其分成兩個腔體，定義其中的一個為內(nèi)腔，定義另一個為外腔。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或6所述的一種驅(qū)動閥門的氣動執(zhí)行器，其特征在于 所述氣缸體內(nèi)通過兩個所述活塞將其分成中間一個內(nèi)腔和兩端通過所述氣道連通的兩個 外腔。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種驅(qū)動閥門的氣動執(zhí)行器，其特征在于所述氣缸體內(nèi)通 過兩個所述活塞將其分成中間一個內(nèi)腔和兩端通過所述氣道連通的兩個外腔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種驅(qū)動閥門的氣動執(zhí)行器，包括氣缸體，設(shè)置在氣缸體內(nèi)的活塞，活塞的限位機構(gòu)，設(shè)置在氣缸體兩端的端蓋，連接活塞的傳動機構(gòu)和由傳動機構(gòu)驅(qū)動的執(zhí)行器軸，氣缸體被活塞分隔成內(nèi)腔和外腔，內(nèi)、外腔分別通過氣道與氣源控制閥門連接；其特征在于內(nèi)腔的壁面上開設(shè)有連通大氣的通氣孔，其開孔位置與活塞行程的極限位置之間留有間隙，開孔面積不小于活塞面積的5‰，最佳為活塞面積的1％以上，通氣孔外設(shè)置有控制閥。本發(fā)明中通氣孔控制閥的啟閉與內(nèi)、外腔的接氣斷氣控制聯(lián)動，可以實現(xiàn)內(nèi)、外腔與氣源和大氣的快速連通，從而能夠按設(shè)定的動作順序快速完成蝶閥的開啟和球閥的啟閉動作。本發(fā)明可以廣泛用于各種200毫米以上大口徑閥門的驅(qū)動過程。
文檔編號F16K31/122GK101858458SQ20101019975
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
發(fā)明者付軍林, 李建清, 林嘉, 王子羲, 趙京輝 申請人:清華大學