液控缓闭止回蝶阀执行机构设计

徐亮亮

铜陵兴荣阀门管件有限公司 安徽省 铜陵市  242800，

一、 已知条件：阀轴尺寸、开阀扭矩=8600N.m。

设计参数：开阀时间：40s   关阀时间：50s 

开阀角度：0-90° 关阀角度：90°-0

二、 执行机构

经过分析，该机构类似于摆动导杆机构，机构简图如下所示；

              导杆机构

       机构简图                                   

该执行机构主要包括液压缸（缸体和活塞杆件）、重锤杆件、阀轴，缸体相当于导杆，活塞杆件相当于滑块，重锤杆件相当于曲柄。

1. 机构的工况分析：

（1）开阀过程：油泵启动，液压油经流量控制阀、高压胶管进入油箱，推动活塞，带动与之相连的杠杆举起重锤开阀。在该过程中，分四个阶段：

1)开阀启动瞬间：通过液压缸活塞杆的液压力既要克服重锤的重力，又要克服开阀扭矩，即:- ==8600N.m

2)开阀匀加速过程：活塞杆在油压的作用下相对缸筒做直线加速运动的同时，随缸筒一起摆动，并带动重锤杆组做圆周运动。

3)开阀减速过程：在液压控制阀的作用下，使重锤杆组减速旋转至完全开阀。

4)保压阶段：此段中，蝶阀完全打开，蝶阀阀轴达到平衡，=。

（2）关阀过程：启动电磁转向阀，油缸内压力油经高压胶管、快速调节阀、主电磁阀回到油箱，重锤下落，阀杆及蝶阀旋转，实现关阀。在该过程中，分为四个阶段：

1)关阀启动瞬间：解除保压设置，油液迅速流回油箱，忽略油缸内阻力，此时，较小，可忽略不计，重锤杆组力矩克服阀轴扭矩。即：

=

2)关阀匀加速过程：随着油液流回油箱，重锤杆组加速下降，带动蝶阀加速关阀。

3)关阀减速过程：为了防止蝶阀产生水锤，要控制阀轴旋转速度，这个过程主要通过液压控制阀控制油液流量，进而控制油液压力，使重锤杆组减速至关阀结束。

4)关阀完全阶段：此时，重锤完全着地，关阀结束。

2. 机构的尺寸设置及位移、液压缸负载分析：

（1）该机构属于摆动导杆机构如图1，结合实际情况，预设=496mm，=400mm，D垂直于L1，L1垂直L2，L1=200mm，重锤杆组有效长度=1800mm，ａ=30°则 =293mm，=800mm S+，其中S为活塞杆相对于液压缸的行程长度，查表19-6-3，取S=500mm。则液压缸循环摆动角度为30°。

由于液压缸要在平面内摆动，则液压缸的安装采用耳轴式安装如下图所示：

（2）液压缸的运动分析：主要分析活塞杆的受力情况

由关阀瞬间，可预算重锤杆组的重量G=/.sin30°=17200N, m=975kg，J=3159.2kg.取开阀时间为60s，匀加速时间为30s，重锤杆组转动45°，匀减速时间30s。取关阀时间为80s，快速关阀30s，重锤杆组转动70°，慢速关阀50s。

开阀启动瞬间:=+ =23495N.m，=/=58737N，

1)开阀匀加速过程：受活塞杆的推力作用下，蝶阀加速旋转。

- >即> +=GLsin60°+8600>2

即= ++J活塞杆的作用力矩产生的扭矩随角加速度不变、重锤杆组重力矩的减小而减小。

（0<45°），=0.225°/=0.003925rad/,即

则=GL sin(60°+)+8600+3159.2*0.003925=8612.4+15876 sin(60°+)

2)开阀匀减速阶段：< +，= +-J，活塞杆产生的力矩仍然随重锤杆组重力矩的减小而减小，直至完全开阀。（度）(0<45°)，则= +-J=8587.6+15876sin（105°+）

在关阀阶段，主要是两个阶段，快速关阀和慢速关阀。

1)关阀匀加速阶段：此时油缸内压力油流回油箱，在流量控制阀、压力控制阀的作用下，调整关阀的速度。

    --=J，随重锤杆重力矩的变化而变化。

   =15876sin（30°+）-8600 - J ， (0<50),则=0.16度/秒=0.00279rad/s，

=15876sin（30°+）-8600 - J=15876sin（30°+）-8608.82

2)关阀匀速阶段：=*25t(0<20°) =15876sin（80°+）-8600

3)关阀匀减速阶段：此时流量控制阀开启，油缸内产生压力，--=-J，= -+J，此时活塞杆产生的力矩将随重力矩的增大而增大。

则= -+J=15876sin（30°+）-8600+3159.2

(0<20°),则=0.00698rad/s

= -+J=15876sin（100°+）-8600+3159.2=15876sin（100°+）-8577.96

3.液压缸各阶段负载及活塞杆速度总结

表1：液压缸各阶段最大负载

阶段	开阀瞬间	开阀加速	开阀减速	关阀瞬间	关阀加速	关阀匀速	关阀减速
最大力矩(N.m)	23495	24488.4	23922.63	0	3552.9	7276	7057.2
最大负载F(N)	58737.5	70775.7	85437.96	0	10268.497	21028.9	17731.658
最大压力（MPa）	11.69	14.09	17.00	0	4.01	8.21	6.92

活塞杆相对缸筒的速度只与AB长度和AB与BD所成的角度有关。即=sin，其中为重锤杆组的角速度。

开阀加速段：=sin=0.4t sin 加速终止即t=20s时速度最大，由图解法知约为60°，则=1.63m/min

开阀减速段：=sin=0.4(20-t) sin  减速开始即t=0时速度最大，=1.63m/min

关阀加速段：=sin=0.4t sin，t=25s时，由图解法知约30°，=0.837m/min

关阀匀速段：由图解法知约50°时，=1.28m/min

关阀减速段：=sin=0.4(*20-t)sin  当t=0时，最大，且为1.28m/min

表2：活塞杆相对缸筒速度最大值

阶段	开阀加速	开阀减速	关阀加速	关阀匀速	关阀减速
活塞杆速度(m/min)	1.63	1.63	0.837	1.28	1.28

4.液压缸的主要参数的选择

该装置为单作用液压缸，取单活塞杆式液压缸。

初选公称压力为DP=25Mpa，供油压力为p=16Mpa，则Pmax=37.5Mpa。

1)缸筒的选择

材料：铸钢ZG270-500，即，取缸筒与缸盖外半环连接，由以表1知，最大负载为p1=85437.96N，查《机械设计手册》中的表19-6-12中的公式D==82.5mm，查表19-6-3取D=80mm，则无杆侧活塞有效面积A==5024

缸筒厚度：查表19-6-12，由公式21mm，其中安全系数n取5，[]==112Mpa，查表取缸筒外径取D1=102mm

缸筒壁厚验算：Pn=36.4MPa  缸筒发生完全塑性变形压力Prl=2.365.5Mpa，Pn(0.35~0.42)Prl 27.52MPa，则PN=25Mpa符合要求。

2)活塞及活塞杆的主要参数选择

查表19-6-14取整体式活塞，O型圈密封，查表19-6-15取活塞与活塞杆轴套型连接，便于缓冲。活塞厚度b=(0.6~1)D，取b=64mm，活塞外径配合一般取f9，外径对内径同轴度公差不大于0.02mm，端面与轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm。查表19-6-4取，取d=56mm

姓名：徐亮亮，出生日期：1984.06.，性别：男，籍贯：安徽铜陵，学历：本科，毕业学院：皖西学院，职称：中级职称，研究方向：阀门设计，