專利名稱：自巡檢式智能型閥用電動(dòng)執(zhí)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種閥門用電動(dòng)執(zhí)行器，特別是具有自檢功能的自檢式自檢式自 巡檢式智能型閥用電動(dòng)執(zhí)行器。
背景技術(shù)：
電動(dòng)執(zhí)行器以電能為動(dòng)力，接受調(diào)節(jié)器來的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(模擬量和數(shù)據(jù)量)。電動(dòng)執(zhí) 行器通常閥門電動(dòng)執(zhí)行器，包括箱體、電機(jī)、手輪、驅(qū)動(dòng)軸、手電動(dòng)脫離機(jī)構(gòu)、蝸輪和與蝸輪 適配的蝸桿，蝸桿與電機(jī)的輸出軸聯(lián)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)軸的一端為直接與閥門配合的控制端，另一端 設(shè)有上述的手輪，但兩者只在縱向上固定，圓周上可以各自運(yùn)動(dòng)，蝸輪套設(shè)于驅(qū)動(dòng)軸上且蝸 輪和驅(qū)動(dòng)軸之間設(shè)有間隙。通過將調(diào)節(jié)器來的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)變成相對(duì)應(yīng)的機(jī)械位移(轉(zhuǎn)角、直 線或多轉(zhuǎn))來自動(dòng)改變操作變量(調(diào)節(jié)閥、風(fēng)門、擋板開度等)，以達(dá)到對(duì)被調(diào)參數(shù)(溫度、 壓力、流量、液位等)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的，使生產(chǎn)過程按預(yù)定要求進(jìn)行。所以電動(dòng)執(zhí)行器 對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的安全運(yùn)行、可靠性及調(diào)節(jié)品質(zhì)的優(yōu)劣都有很大影響。電動(dòng)執(zhí)行器還廣泛 應(yīng)用于石化企業(yè)中石油、天然氣等輸送管道中，這些管道大部分處于野外，無人值守，而且 其開啟和關(guān)閉的頻率非常低。這種長期不動(dòng)作的工作方式很可能造成閥門和執(zhí)行器不能正 常啟閉，即當(dāng)閥門長時(shí)間處于開啟或關(guān)閉狀態(tài)后容易卡住，而這種故障可能會(huì)帶來不可估 量的損失。為了避免這種情況發(fā)生，企業(yè)通常需要安排人員定期巡視，但是這種方式勞動(dòng)強(qiáng) 度大，功能工作環(huán)境惡劣，效率低。因此，亟需有一種自巡檢式智能型閥用電動(dòng)執(zhí)行器，能夠 定期自我檢查，保證電動(dòng)執(zhí)行器和閥門時(shí)刻處于正常狀態(tài)，確保安全生產(chǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供無需安排人員定期巡視 的自巡檢式智能型閥用電動(dòng)執(zhí)行器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型公開了一種自巡檢式智能型閥用電動(dòng)執(zhí)行器，包括 箱體、電機(jī)、手輪、驅(qū)動(dòng)軸、手電動(dòng)脫離機(jī)構(gòu)、蝸輪和與蝸輪適配的蝸桿及控制電路，所述的 蝸桿與電機(jī)的輸出軸聯(lián)動(dòng)，所述的手輪設(shè)于驅(qū)動(dòng)軸一端，所述的蝸輪套設(shè)于驅(qū)動(dòng)軸上且蝸 輪和驅(qū)動(dòng)軸之間設(shè)有間隙，所述控制電路包括中央處理單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)單元和顯示裝 置，其特征在于所述控制電路還包括速度與位置檢測單元和扭矩檢測單元，所述速度與位 置檢測單元用于檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)數(shù)，并將檢測結(jié)果送至中央處理單元；所述扭矩檢測單 元用于檢測電機(jī)輸出軸上所受到的負(fù)載的扭矩，并將檢測結(jié)果送至中央處理單元；所述中 央處理單元包括定時(shí)器、數(shù)據(jù)處理器、扭矩閾值存儲(chǔ)器、閥門位置存儲(chǔ)器和比較器，所述定 時(shí)器用于產(chǎn)生各種周期性動(dòng)作的時(shí)間基數(shù)和計(jì)時(shí)，所述扭矩閾值存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)電機(jī)輸出 軸上所受到的負(fù)載扭矩的最大值，如超過該值就認(rèn)為閥門卡死，所述閥門位置存儲(chǔ)器用于 存儲(chǔ)當(dāng)前閥門的位置，所述比較器用于比較實(shí)時(shí)檢測到的負(fù)載扭矩與扭矩閾值存儲(chǔ)器中數(shù) 值的大小，所述控制電路還設(shè)有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊口和/或紅外數(shù)據(jù)通訊口。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，上述結(jié)構(gòu)的自巡檢式智能型閥用電動(dòng)執(zhí)行器，在中央處理單
3元的控制下，可定時(shí)發(fā)出自檢信號(hào)，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)單元來驅(qū)動(dòng)閥門動(dòng)作，并在啟動(dòng)閥門 過程中通過扭矩檢測單元檢測電機(jī)輸出軸上所受到的負(fù)載扭矩，如果電機(jī)輸出軸上所受到 的負(fù)載扭矩大于所述扭矩閾值存儲(chǔ)器中的數(shù)值，就認(rèn)為閥門卡死，顯示裝置顯示故障信息， 并將故障信息通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊口向監(jiān)控中心報(bào)告，通知維修人員前來檢修或更換。 下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的描述。

[0007]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例電器控制箱結(jié)構(gòu)分解示意圖。[0008]圖2為本實(shí)用新型手電動(dòng)脫離機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)剖視圖。[0009]圖3為圖2 A-A方向結(jié)構(gòu)剖視圖。[0010]圖4為圖1橫截內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。[0011]圖5為圖1中I部的放大圖。[0012]圖6為本實(shí)用新型壓力盤實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。[0013]圖7為圖6 A-A方向結(jié)構(gòu)剖視圖。[0014]圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例電路原理框圖。[0015]圖9為本實(shí)用新型實(shí)施例電路原理簡圖。
具體實(shí)施方式
自巡檢式智能型閥用電動(dòng)執(zhí)行器包括機(jī)械部分和電子部分。其中機(jī)械部分如圖 1 一圖5所示，包括箱體1、電機(jī)2、手輪3、驅(qū)動(dòng)軸4、手電動(dòng)脫離機(jī)構(gòu)、蝸輪5和與蝸輪5適 配的蝸桿6，所述的蝸桿6與電機(jī)2的輸出軸聯(lián)動(dòng)，所述的手輪3設(shè)于驅(qū)動(dòng)軸4 一端，所述的 蝸輪5套設(shè)于驅(qū)動(dòng)軸4上且蝸輪5和驅(qū)動(dòng)軸4之間設(shè)有間隙，該電動(dòng)執(zhí)行器還包括分析裝 置和顯示裝置，所述的顯示裝置包括電控主板7以及和電控主板7連接的液晶顯示屏71，電 子部分元件安裝在電控主板7上，所述的電機(jī)2受控于電控主板7上的控制電路。如圖1、圖2所示，本實(shí)施例中，還設(shè)有主動(dòng)齒輪41、從動(dòng)齒輪411、齒輪軸4111和 增量編碼器72，所述的主動(dòng)齒輪41套設(shè)與驅(qū)動(dòng)軸4上，所述的從動(dòng)齒輪411與主動(dòng)齒輪41 咬合，所述的齒輪軸4111 一端與從動(dòng)齒輪411聯(lián)動(dòng)，另一端插設(shè)于增量編碼器72中，所述 的增量編碼器72與控制電路結(jié)合用于檢測驅(qū)動(dòng)軸4轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)數(shù)。本實(shí)施例中，主動(dòng)齒輪41、從動(dòng)齒輪411、齒輪軸4111和增量編碼器72及顯示裝 置設(shè)于電器控制箱8中，所述的電器控制箱8與箱體1固連，所述的電機(jī)電源板21設(shè)于電 器控制箱8中，一端與箱體1固定，另一端與電控主板7通過插腳22固定，所述的增量編碼 器72設(shè)于電器控制箱8內(nèi)端并置于電機(jī)電源板21的側(cè)邊，所述的電控主板7設(shè)于電器控 制箱8的外端并與電機(jī)電源板21電連接。當(dāng)然，我們也可以不設(shè)置電器控制箱8，可以將各 部件設(shè)置在原本的箱體1中，但要重新調(diào)整各部件的位置關(guān)系以及箱體1的體積。如圖2、圖3所示，本實(shí)施例中，機(jī)械部分還包括有手電動(dòng)脫離機(jī)構(gòu)，手電動(dòng)脫離機(jī) 構(gòu)包括手輪軸套31、離合套42以及離合套操作機(jī)構(gòu)9，所述的手輪軸套31 —端與手輪3固 定，另一端套設(shè)于驅(qū)動(dòng)軸4上，所述的離合套42固定套設(shè)于驅(qū)動(dòng)軸4上，所述的離合套42 上端能與手輪軸套31配合以實(shí)現(xiàn)手輪3和驅(qū)動(dòng)軸4的聯(lián)動(dòng)，下端能與蝸輪5配合以實(shí)現(xiàn)電 機(jī)2與驅(qū)動(dòng)軸4的聯(lián)動(dòng)。
4[0020] 本實(shí)施例中，離合套操作機(jī)構(gòu)9包括切換手柄91、蝸卷彈簧92、撥塊93、支承脫離 機(jī)構(gòu)、凸輪套94以及復(fù)位彈簧95，所述的蝸卷彈簧92固定在箱體1上，一側(cè)連接切換手柄 91，另一側(cè)連接撥塊93，所述的手輪軸套31和所述的離合套42之間設(shè)有復(fù)位腔951，所述 的復(fù)位彈簧95設(shè)于復(fù)位腔951中，一端與設(shè)在驅(qū)動(dòng)軸4上的彈簧座952抵觸，一端與離合 套42抵觸，所述的凸輪套94套設(shè)于離合套42上，且離合套42設(shè)有凸緣421與凸輪套94抵 觸，所述的箱體1上設(shè)有凸輪套承托件，該凸輪套承托件為一根與箱體1固定的安全銷941， 凸輪套94上設(shè)有與安全銷941適配的凹腔942，所述的撥塊93能抵觸并承托凸輪套94實(shí) 現(xiàn)離合套42與手輪軸套31的聯(lián)動(dòng)，所述的支承脫離機(jī)構(gòu)控制撥塊93抵觸或脫離凸輪套94 實(shí)現(xiàn)離合套42與手輪軸套31的聯(lián)動(dòng)或離合套42與蝸輪5的聯(lián)動(dòng)。 本實(shí)施例中，支承脫離機(jī)構(gòu)包括支承塊96和壓縮彈簧97，所述的撥塊93與箱體1 鉸接，所述蝸輪5靠近離合套42 —側(cè)的表面邊緣設(shè)有缺槽51，所述的缺槽51呈月牙形，所 述的支承塊96與撥塊93固定且一端抵觸在撥塊93與凸輪套94抵觸的工作端上，另一端 與缺槽51抵觸和分離配合，所述的壓縮彈簧97 —端與撥塊93相對(duì)工作端的另一端抵觸， 另一端與支承塊96抵觸。當(dāng)然，我們也可以設(shè)置撥塊93是上下滑移的。本實(shí)施例中，離合套42靠近手輪軸套31的端面對(duì)稱設(shè)有凸塊422，所述的手輪軸 套31相應(yīng)對(duì)稱設(shè)有卡塊311，所述的凸塊422能置于卡塊311側(cè)邊并與卡塊311聯(lián)動(dòng)以實(shí) 現(xiàn)離合套42與手輪軸套31的聯(lián)動(dòng)，離合套42靠近蝸輪5的端面對(duì)稱設(shè)有撥銷423，所述的 蝸輪5相應(yīng)對(duì)稱設(shè)有撥動(dòng)銷52，所述的撥銷423能置于撥動(dòng)銷52側(cè)邊并與撥動(dòng)銷52聯(lián)動(dòng) 以實(shí)現(xiàn)離合套42與蝸輪5的聯(lián)動(dòng)。當(dāng)然，我們也可以采用都采用凸塊卡塊的配合或撥銷撥 動(dòng)銷的配合或卡塊卡槽的配合實(shí)現(xiàn)兩者的聯(lián)動(dòng)設(shè)置。本實(shí)施例中電子部分如圖8、9所示，包括中央處理單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)單元和顯 示裝置、速度與位置檢測單元和扭矩檢測單元，所述速度與位置檢測單元用于檢測電機(jī)轉(zhuǎn) 速及轉(zhuǎn)數(shù)，在本具體實(shí)施例中選用增量編碼器72，并通過主動(dòng)齒輪41、從動(dòng)齒輪411與驅(qū) 動(dòng)軸4構(gòu)成聯(lián)動(dòng)，轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，增量編碼器72的輸出連接到中央處理單元。中央處理 單元包括定時(shí)器、數(shù)據(jù)處理器、扭矩閾值存儲(chǔ)器、閥門位置存儲(chǔ)器和比較器，所述定時(shí)器用 于產(chǎn)生各種周期性動(dòng)作的時(shí)間基數(shù)和計(jì)時(shí)，如定期自巡檢的周期或單位時(shí)間電機(jī)轉(zhuǎn)的圈數(shù) 等，所述扭矩閾值存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)電機(jī)輸出軸上所受到的負(fù)載扭矩的最大值作為判斷閥門 是否卡死的依據(jù)。在啟動(dòng)閥門過程中通過扭矩檢測單元檢測電機(jī)輸出軸上所受到的負(fù)載 扭矩，如果電機(jī)輸出軸上所受到的負(fù)載扭矩經(jīng)過比較器比較大于所述扭矩閾值存儲(chǔ)器中的 數(shù)值，就認(rèn)為閥門卡死，顯示裝置顯示故障信息。所述閥門位置存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)當(dāng)前閥門 的位置，通過記錄驅(qū)動(dòng)軸4轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)和方向，結(jié)合每圈閥門的行程即可得到閥門位置信息。 數(shù)據(jù)處理器由微型處理器及其外圍元件組成，本實(shí)施例中微型處理器選用S0C單芯片作為 核心，SOC(System-on-a-chip)，即系統(tǒng)級(jí)芯片，在一個(gè)芯片上集成數(shù)字電路、模擬電路、RF、 存儲(chǔ)器和接口電路等多種電路，以實(shí)現(xiàn)圖像處理、語音處理、通訊功能和數(shù)據(jù)處理等多種功 能，所以功能非常強(qiáng)大，集成度很高，其強(qiáng)大的系統(tǒng)集成功能完全體現(xiàn)在產(chǎn)品功能的廣泛 上，更少地使用電子元件及復(fù)雜的電子連線，確保執(zhí)行器具有高度的電子控制可靠性。定時(shí) 器、數(shù)據(jù)處理器、扭矩閾值存儲(chǔ)器、閥門位置存儲(chǔ)器由S0C單芯片內(nèi)部存儲(chǔ)器構(gòu)成，定時(shí)器 由內(nèi)部程序?qū)崿F(xiàn)。電機(jī)的扭矩可以通過測量電機(jī)工作電流得到，但是這種方式誤差大，響應(yīng) 速度慢，難以適應(yīng)本場合。本具體實(shí)施例中，所述扭矩檢測單元包括扭矩檢測元件和扭矩檢測電路，所述扭矩檢測元件由中心設(shè)有圓孔的壓力盤10構(gòu)成，如圖3所示，所述壓力盤10 固定設(shè)置，所述蝸桿6從壓力盤10中心孔穿過，蝸桿6上設(shè)有蝸桿軸套11和軸承，壓力盤 10上設(shè)有應(yīng)變片12，所述蝸桿軸套11和軸承夾住壓力盤10的內(nèi)緣，所述應(yīng)變片作為惠斯 頓電橋橋臂，所述惠斯頓電橋與放大器組成所述扭矩檢測電路。如圖7、8所示，為了提高檢 測靈敏度，壓力盤10的結(jié)構(gòu)最好為整體呈環(huán)狀，內(nèi)圈上均勻?qū)ΨQ設(shè)有指向中心的舌片101， 應(yīng)變片12對(duì)稱地設(shè)置在各個(gè)舌片101上，所有舌片前端圍成圓孔供蝸桿6穿過，所述軸套 和軸承夾住壓力盤10的舌片端部。這樣在啟動(dòng)閥門的瞬間，蝸桿4將會(huì)有微小的軸向串動(dòng)， 使舌片101發(fā)生形變，應(yīng)變片發(fā)出相應(yīng)的電信號(hào)，由此測得扭矩。該方式具有響應(yīng)速度快， 線性好，準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。為了更好的實(shí)現(xiàn)集中控制并與自動(dòng)化控制系統(tǒng)相適應(yīng)，并將自巡檢結(jié)果發(fā)送至監(jiān) 控中心，以及監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制電動(dòng)執(zhí)行器，本控制電路中還設(shè)置了總線技術(shù)的遠(yuǎn)程通訊 口解決了這個(gè)問題，當(dāng)電動(dòng)執(zhí)行器與上位機(jī)現(xiàn)實(shí)總線控制時(shí)，可以不必再采用傳統(tǒng)的多電 纜控制方式。智能電動(dòng)執(zhí)行器采用標(biāo)準(zhǔn)接口(RS485、RS232)進(jìn)行通訊，并將信號(hào)與處理器 電路光電隔離，確保了電動(dòng)執(zhí)行器的安全運(yùn)行。電動(dòng)執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)總線控制方便用戶利用計(jì) 算機(jī)、組態(tài)軟件和I/O模塊來構(gòu)建經(jīng)濟(jì)高效的控制系統(tǒng)。在本執(zhí)行器中還采用了先進(jìn)的紅外線遙感技術(shù)，設(shè)置了紅外信號(hào)接收口，因此可 以在無需打開執(zhí)行器箱蓋的情況下，通過對(duì)話窗口就可進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。本機(jī)的設(shè)定器在各 種工況場合，即使是危險(xiǎn)場合，也可輕松地對(duì)執(zhí)行器進(jìn)行力矩設(shè)定、開關(guān)限位、控制及顯示 功能的調(diào)整設(shè)定。
權(quán)利要求一種自巡檢式智能型閥用電動(dòng)執(zhí)行器，包括箱體、電機(jī)、手輪、驅(qū)動(dòng)軸、手電動(dòng)脫離機(jī)構(gòu)、蝸輪和與蝸輪適配的蝸桿及控制電路，所述的蝸桿與電機(jī)的輸出軸聯(lián)動(dòng)，所述的手輪設(shè)于驅(qū)動(dòng)軸一端，所述的蝸輪套設(shè)于驅(qū)動(dòng)軸上且蝸輪和驅(qū)動(dòng)軸之間設(shè)有間隙，所述控制電路包括中央處理單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)單元和顯示裝置，其特征在于所述控制電路還包括速度與位置檢測單元和扭矩檢測單元，所述速度與位置檢測單元用于檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)數(shù)，并將檢測結(jié)果送至中央處理單元；所述扭矩檢測單元用于檢測電機(jī)輸出軸上所受到的負(fù)載的扭矩，并將檢測結(jié)果送至中央處理單元；所述中央處理單元包括定時(shí)器、數(shù)據(jù)處理器、扭矩閾值存儲(chǔ)器、閥門位置存儲(chǔ)器和比較器，所述定時(shí)器用于產(chǎn)生各種周期性動(dòng)作的時(shí)間基數(shù)和計(jì)時(shí)，所述扭矩閾值存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)電機(jī)輸出軸上所受到的負(fù)載扭矩的最大值，如超過該值就認(rèn)為閥門卡死，所述閥門位置存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)當(dāng)前閥門的位置，所述比較器用于比較實(shí)時(shí)檢測到的負(fù)載扭矩與扭矩閾值存儲(chǔ)器中數(shù)值的大小，所述控制電路還設(shè)有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊口和/或紅外數(shù)據(jù)通訊口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自巡檢式智能型閥用電動(dòng)執(zhí)行器，其特征在于所述中央處 理單元由微型處理器及其外圍元件組成，所述速度與位置檢測單元中的檢測元件選用增量 編碼器，增量編碼器轉(zhuǎn)速與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，增量編碼器的輸出與中央處理單元連接；所 述扭矩檢測單元包括扭矩檢測元件和扭矩檢測電路，所述扭矩檢測元件由中心設(shè)有圓孔的 壓力盤構(gòu)成，所述壓力盤固定設(shè)置，所述蝸桿從壓力盤中心孔穿過，壓力盤上設(shè)有應(yīng)變片， 所述壓力盤的內(nèi)緣兩側(cè)由與蝸桿軸向固定連接的構(gòu)件夾住，所述應(yīng)變片作為惠斯頓電橋橋 臂，所述惠斯頓電橋與放大器組成所述扭矩檢測電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自巡檢式智能型閥用電動(dòng)執(zhí)行器，其特征在于還設(shè)有 電機(jī)過熱檢測單元，所述電機(jī)過熱檢測單元包括一個(gè)雙金屬片和受所述雙金屬片控制的電 觸點(diǎn)，所述雙金屬片設(shè)置在能感應(yīng)到電機(jī)溫度的位置上，所述電觸點(diǎn)輸出與中央處理單元 連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種閥門用電動(dòng)執(zhí)行器，特別是具有自檢功能的自檢式自檢式自巡檢式智能型閥用電動(dòng)執(zhí)行器。通過在控制電路設(shè)置包括速度與位置檢測單元和扭矩檢測單元，在中央處理單元的控制下，可定時(shí)發(fā)出自檢信號(hào)進(jìn)行自我檢查，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)單元來驅(qū)動(dòng)閥門動(dòng)作，并在啟動(dòng)閥門過程中通過扭矩檢測單元檢測電機(jī)輸出軸上所受到的負(fù)載扭矩，如果電機(jī)輸出軸上所受到的負(fù)載扭矩大于一定的數(shù)值，就認(rèn)為閥門卡死，顯示裝置顯示故障信息，并將故障信息通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊口向監(jiān)控中心報(bào)告，通知維修人員前來檢修或更換。避免了人工巡檢，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，保證電動(dòng)執(zhí)行器和閥門時(shí)刻處于正常狀態(tài)，確保安全生產(chǎn)。
文檔編號(hào)F16K37/00GK201748019SQ201020518070
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月6日
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