电驱动换向说明书.docx

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电驱动换向说明书

电驱动气体换向阀设计说明书

第一章概述

在实际工业应用中，阀门广泛应用于气体、液体及粉状固体的开关状态的切换、流体的混合、换向等。

一般情况下，对阀门的驱动控制有手动、气动、液动及电动四大类，也有两种以上驱动方式组合式。

由于工业控制技术的发展及为了实现自动化操作，一般情况下采用手动方法来驱动阀门已很少应用，除非该阀门手动驱动方便及不常操作的情况下采用。

而大部分采用气、液动或电驱动。

由于气、液动需要有压缩气体或液体源，使系统复杂投资加大，故采用电驱动来控制阀门不失为一种投资省，操作方便的选择。

对于大气量的工业气体的控制，无论采用流体控制阀门还是电驱动控制阀门，一般情况下是一个驱动装置只能控制一个阀片的动作，而本设计采用曲柄连杆机构，用一个电驱动装置控制两个阀片的动作，由于两个阀片的两动作用，可实现气体的混合、分流、换向工作。

第二章应用

根据气体在阀门中的流向及阀片开关状态不同，可实现如下使用功能：

1、气体的混合：

当气体从阀体上端口及侧面口流入，两路气体阀门混合后由阀体下出口流出。

调节不同的开关位置，可调节两种气体的混合比例，这在化工行业可用于两种不同性质的气体混合反应生产出新的产品。

2、气体的分流

气体从阀门下端口流入，分别由上端吸侧端口流出，可实现一种气体变或两个分支分别流出。

通过调节阀门的开度，可以调节流出的两路气体的流出比例。

这在工业中用于余热利用及气体调节方面。

3、气体的换向

气体的换向根据进、出气体方向的不同可分为三种情况：

（1）两路气体分别流向一个方向

即两路气体可切换，分别由上口及侧口流入下口，通过驱动装置的行程达到远端及近端位置，可分别切关/开两个入口其中的一个。

这在工业应用中可实现对不同气源进行取气。

（2）一路气体向两个方向输送

气流从阀门下口流入，可分别从两个出口流出，也是利用驱动机构在最远/最近点来关/开两个阀片，使入流气体可向两个方向输送。

这在工业应用中可实现对两个方向进行供气。

（3）切换气流方向

当主气流需要从下口进入、上口流出、而侧口可以进气时，也是通过完全开/关两个阀片来实现的，即气体流向是逆向运动，这在工业应用中主要用在除尘设备的反吹清灰上。

第三章设计计算

一、原始条件

现拟设计一用于通风量4000m3/h之阀门，根据工业实际应用时的经验，气体在管道内的流速太低不经济，太高又会造成气体流加剧，系统阻力过大，能耗加大，一般选取V=12~24m/s

1、确定气阀口经

4000m3/h÷3600=1.11m3/s

1.111÷12=0.0926m2

1.111÷24=0.0463m2

故本阀的口径为：

（正方形边长）：

=0.304m

=0.215m

拟采用两种口径，大口径选取320×320>304

×304mm

小口径选取220×220>215×215mm

2、确定驱动装置：

由于本阀门为由柄连杆机构运动，故需驱动装置的传动方向为水平弧线，可考虑采用电动推杆作为驱动装置。

随着机械化自动化水平的不断提高，各工业部门迫切需要一种经济、方便、可靠的驱动执行机构。

电动推杆可满足机械化、自动化水平不断提高的要求，它不但可作直线往复运动的执行机构，而且通过杠杆、摇杆或连杆等机构可转换成许多复杂的动作，由于这种特性，电动推杆可满足本驱动装置的使用要求。

电动推杆除适用远距离操纵，高空及危险地方操作外，还可供自控系统集中控制。

与气动、液压等执行机构相比，不但选价可低数倍至数十倍，并可省去许多复杂管道。

由于电动推杆只需在执行动作的数秒钟倒数十秒钟内耗用少量电力，功力消耗与气动、液压机构相比较，只达到上述机构的几十分之一，用时还可省去许多空压机、油泵等之类的辅助设备。

所以电动推杆是一种经济效益很高的驱动设备。

由于在电动推杆上装有过载保护装置，使用时由于各种原因造成过载，即可自动切断电源，不至于损坏机件或造成其它事故。

电动推杆是一种往复运动的电力驱动装置，可以用于各种复杂的或简单的工艺流程中，尤其是当受力点的运动轨迹为以某点为圆心的弧状运动时，非常适合。

电动推杆由驱动马达、减速齿轮、丝杆、螺母、导套、推杆、滑座、弹簧、外壳、连接头及行程开关等零件所组成，结构紧凑、动作灵活、安装维护方便。

电动机通过一对齿轮减速后，带动一对丝杆螺母，把电机的旋转运动变动为直线运动，利用电动机的正、反转完成推拉动作。

推动和拉力相等。

如通过改变杠杆力臂长度，可以增长行程。

机构内设有过载自动保护装置，当推杆行程到极限位置或超过额定推动一定数值时，推杆自动停机。

二、驱动装置的选型

假定大阀门关闭紧时，每半个阀门所需推力为20kg则一个阀门所需推力为40kg，考虑非正常情况，取安全系数2.5，则所需推力为40×2.5=100kg

故选取电动推杆DT100

为使结构紧凑，应使推杆行程小一点，但大小又会造成力臂太短，产生的力距小，故取推杆行程为150mm。

则电动推杆的型号为DT100×15I

其中100表示推动为100kg，15表示行程为15cm，I表示I型推杆前进速度42mm/s。

由于阀片设计成关闭时与中心线成60°角度，因此，外连杆也应转动60°，则外连杆至轴心长度应等于动推杆行程150mm。

三、传动轴设计计算

由机构可知，传动轴受扭距，且扭距最大发生在阀门关闭位置。

此时，扭距为：

T=100×9.8×tg60°×75=127300N·mm

根据t=

≤[τ]

其中T=127300N·mm

P=0.18kw（电机功率）

n=

=160.4r/min

[τ]=12Mpa（按Q235计）

由d≥

=

=158.5×0.1039=16.5（mm）

按d≥

≥d≥C

C取160

则C

=160

=16.63mm

∴d≥16.63mm

考虑本系统为间隙操作，轴要有一定的安全系数故取轴最小直径为φ24，本阀门为空气通风阀，不同于严格机械零件设计上的轴类零件，故对刚度不校核。

轴其它部分尺寸确定：

与滑动轴套的配合尺寸为φ26

间隙配合，最大间隙尺寸：

0.033–（–0.021）=0.054mm，最小间隙0，轴与阀板配合尺寸为φ360，拟用两固定销与阀板套联接。

轴应与阀板配合部分的轴长为319、219（1mm间隙以消除钢板不平及阀板灵活转动。

轴

（一）（短轴）

总长确定：

小风管出口中心到推杆中心为245mm，推杆原为14mm，则轴总长为：

32+110+245+8+30=425

四、其它各部分尺寸的确定

1、外壳体（阀体）

如前计算可知，已确定的风口尺寸分别为320×320及220×220，之所以两个风吹尺寸大小不等。

主要考虑本阀门用在除尘器的通风及反吸清灰时所需气量不同：

通风时要求大气量，清灰时要求气量稍小一点。

当然，如果应用在其它场合，两风口尺寸可以设计成一样的。

对该阀门，我们称大的风口尺寸为主风管称小的风口尺寸为付风管。

由于本结构为通风阀门，故壳体材料选用普通碳素钢结构钢Q235A

（1）主风管长度及法兰

考虑大阀板及两头联接法兰的要求，取主风管长为410mm,由于主风管内壁尺寸为320×320，壳体选用δ=5mm厚钢板，则壳体外壁尺寸为330×330，法兰宽度按50mm计，则法兰外形尺寸为330+50×2=430mm。

上、下法兰尺寸一样。

（2）付风管及法兰

同样道理，考虑小阀板中心距离为285mm，付风管长为240mm，小阀板中心距大阀板中心距离为285mm，付风管中心在高度方向比主风管低40mm，目的是让开主风管的阀板座。

付风管外经为230×230，法兰宽按50mm，则付风管法兰外形尺寸为：

230+50×2=330mm

板上所开孔，轴在此处为φ26，轴承套外经为φ36，轴承座外经为φ58，故板上开孔为φ58，通过公差调整与轴承座的间隙，轴承座焊在阀体φ58孔上，滑动轴承套与轴承座间用顶丝固定。

2、大阀板尺寸：

由于主风管为230×230，则确定大阀板上联接轴套长为319mm，留1mm间隙，阀板宽为315mm，留5mm间隙。

由于阀板四周都设计有密封，故留此间隙不会造成漏气。

阀板与轴（φ30）为活动配合加销轴固定留2mm间隙，则阀板上联接轴套内经为φ32mm，故选用φ38×3无缝钢管。

阀板总长度计算：

320÷COS30°=369.5mm（理论值）

考虑有密封，故两端需留出间隙，以免阀板卡死。

3、小阀板尺寸

由于主风管为220×220，则确定小阀板联接轴套长为219mm,留1mm间隙，阀板宽度为215mm,留5mm间隙。

阀板与轴（φ30）为活动配合加销轴固定，留2mm间隙，则阀板上联接轴套内经边φ32mm，选用φ38×3无缝钢管，阀板总长度为：

220÷COS30°=254mm（理论值）

考虑有密封，故两端需留出间隙，以免阀板卡死。

取阀板长度为245mm

阀板边用δ=3钢板

4、推杆尺寸确定

如前所述，在选用电动推杆时，确定行程为150mm,而推杆移动角度60°，故推杆受力部位至轴中心的距离也应为150mm,根此确定其它尺寸，

推杆与轴配合为尺寸为φ26，根据GB1095、GB1096选取键为：

b×h=8×7t=4t1=3.3

故轴上槽深为：

d-t=26-4=22

公差为-0.2

毂槽深dtt1=26+3.3=29.3

公差为+0.2

最大处宽度为50mm，用δ=16钢板切割而成，键与键槽采用间隙配合F8/h,以免产生应力集中及疲劳，推杆两端与联接头及推杆联接处，用φ12销子活动连接。

两端用园弧，以免与联接头相碰，园弧R=16mm

5、联接套尺寸及联接头尺寸确定

两组连杆—推杆及曲柄通过一个联接套及两个联接头与之联接，且由于制造误差可能产生，故能实现连续调节，现假设联接套为螺及结构，与联接头一样大小的螺纹，这样就可调节长度。

先计算理论长度。

由总装图知，两轴水平中心285mm垂直高度40mm，则两轴心理论距离即曲柄中心与椎杆中心距离为：

288mm

联接头中间开20mm槽，以容曲柄及推杆头部转动，联接调节螺母为M16，联接套长为85，

则联接头长应大于

=101.5mm

取其长度为107mm（保证在理论尺寸有约5mm长伸出）

则总长为107+20=127mm

联接头采用40×40×90方钢加工与螺柱杆接。

联接套用φ30圆钢钻φ18孔（以便M16螺柱头可伸进去），M16螺母厚14.9mm故焊上螺母后总长为：

85+14.9×2=14.8mm

螺柱头长为：

127-90+20=57mm

螺纹长度确定：

5+15+5（调节）=25mm

为便于调节，联接头应设计成一件正常螺纹及旋向，一件左向螺纹及旋向，以便通过旋转联接套，使联接头与联接套产生移动，来调节连杆长度，调节范围为

±5×2）=±10mm

第四章参考文献

[一]机械设计基础杨可桢、程光蕴主编

高等教育出版社、1999年6月第四版

[二]工程材料及应用周风云主编华中理工大学出版社

1999年第一版

[三]机械制图何铭新、钱可强主编高等教育出版社

1997年四版

[四]机械设计手册成大先主编

[五]电收尘器林宏、刘后启主编

建材工业出版社1990年出版

[六]电动推杆说明书

无锡神力电动推杆厂编

[七]通风与除尘、中国环保产业协会出版

第五章结束语

本设计只确定一种设计尺寸，按实际通风量为4000m3/h为依据进行的设计。

在各风口尺寸的确定上也编重于用于袋除尘器的通风及反吸清灰装置的应用。

通过本设计，只是提供了一种设计思路。

目的是由此根据不同的应用场合，应用目的，来重新确定各风口尺寸及结构大小，以满足电力、冶金、建材、化工等不同的应用场合，不同的通风量的需要，可以起到抛砖引玉的作用。