專利名稱：自巡檢式智能型閥用電動執行器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種閥門用電動執行器，特別是具有自檢功能的自檢式自檢式自巡檢 式智能型閥用電動執行器。
背景技術：
電動執行器以電能為動力，接受調節器來的標準信號(模擬量和數據量)。電動執 行器通常閥門電動執行器，包括箱體、電機、手輪、驅動軸、手電動脫離機構、蝸輪和與蝸輪 適配的蝸桿，蝸桿與電機的輸出軸聯動，驅動軸的一端為直接與閥門配合的控制端，另一端 設有上述的手輪，但兩者只在縱向上固定，圓周上可以各自運動，蝸輪套設于驅動軸上且蝸 輪和驅動軸之間設有間隙。通過將調節器來的標準信號變成相對應的機械位移(轉角、直 線或多轉)來自動改變操作變量(調節閥、風門、擋板開度等)，以達到對被調參數(溫度、 壓力、流量、液位等)進行自動調節的目的，使生產過程按預定要求進行。所以電動執行器 對自動調節系統的安全運行、可靠性及調節品質的優劣都有很大影響。電動執行器還廣泛 應用于石化企業中石油、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 其開啟和關閉的頻率非常低。這種長期不動作的工作方式很可能造成閥門和執行器不能正 常啟閉，即當閥門長時間處于開啟或關閉狀態后容易卡住，而這種故障可能會帶來不可估 量的損失。為了避免這種情況發生，企業通常需要安排人員定期巡視，但是這種方式勞動強 度大，功能工作環境惡劣，效率低。因此，亟需有一種自巡檢式智能型閥用電動執行器，能夠 定期自我檢查，保證電動執行器和閥門時刻處于正常狀態，確保安全生產。
發明內容
本發明的目的在于為了克服現有技術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執行器。為實現上述目的，本發明公開了一種自巡檢式智能型閥用電動執行器，包括箱體、 電機、手輪、驅動軸、手電動脫離機構、蝸輪和與蝸輪適配的蝸桿及控制電路，所述的蝸桿與 電機的輸出軸聯動，所述的手輪設于驅動軸一端，所述的蝸輪套設于驅動軸上且蝸輪和驅 動軸之間設有間隙，所述控制電路包括中央處理單元、執行機構驅動單元和顯示裝置，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 單元用于檢測電機轉速及轉數，并將檢測結果送至中央處理單元；所述扭矩檢測單元用于 檢測電機輸出軸上所受到的負載的扭矩，并將檢測結果送至中央處理單元；所述中央處理 單元包括定時器、數據處理器、扭矩閾值存儲器、閥門位置存儲器和比較器，所述定時器用 于產生各種周期性動作的時間基數和計時，所述扭矩閾值存儲器用于存儲電機輸出軸上所 受到的負載扭矩的最大值，如超過該值就認為閥門卡死，所述閥門位置存儲器用于存儲當 前閥門的位置，所述比較器用于比較實時檢測到的負載扭矩與扭矩閾值存儲器中數值的大 小，所述控制電路還設有遠程數據通訊口和/或紅外數據通訊口。與現有技術相比較，上述結構的自巡檢式智能型閥用電動執行器，在中央處理單元的控制下，可定時發出自檢信號，通過執行機構驅動單元來驅動閥門動作，并在啟動閥門 過程中通過扭矩檢測單元檢測電機輸出軸上所受到的負載扭矩，如果電機輸出軸上所受到 的負載扭矩大于所述扭矩閾值存儲器中的數值，就認為閥門卡死，顯示裝置顯示故障信息， 并將故障信息通過遠程數據通訊口向監控中心報告，通知維修人員前來檢修或更換。
下面將結合附圖及具體實施例對本發明做進一步的描述。
圖1為本發明實施例電器控制箱結構分解示意圖。
圖2為本發明手電動脫離機構結構剖視圖。
圖3為圖2 A-A方向結構剖視圖。
圖4為圖1橫截內部結構示意圖。
圖5為圖1中I部的放大圖。
圖6為本發明壓力盤實施例結構示意圖。
圖7為圖6 A-A方向結構剖視圖。
圖8為本發明實施例電路原理框圖。
圖9為本發明實施例電路原理簡圖。
具體實施例方式自巡檢式智能型閥用電動執行器包括機械部分和電子部分。其中機械部分如圖 1 一圖5所示，包括箱體1、電機2、手輪3、驅動軸4、手電動脫離機構、蝸輪5和與蝸輪5適 配的蝸桿6，所述的蝸桿6與電機2的輸出軸聯動，所述的手輪3設于驅動軸4 一端，所述的 蝸輪5套設于驅動軸4上且蝸輪5和驅動軸4之間設有間隙，該電動執行器還包括分析裝 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2受控于電控主板7上的控制電路。如圖1、圖2所示，本實施例中，還設有主動齒輪41、從動齒輪411、齒輪軸4111和 增量編碼器72，所述的主動齒輪41套設與驅動軸4上，所述的從動齒輪411與主動齒輪41 咬合，所述的齒輪軸4111 一端與從動齒輪411聯動，另一端插設于增量編碼器72中，所述 的增量編碼器72與控制電路結合用于檢測驅動軸4轉速及轉數。本實施例中，主動齒輪41、從動齒輪411、齒輪軸4111和增量編碼器72及顯示裝 置設于電器控制箱8中，所述的電器控制箱8與箱體1固連，所述的電機電源板21設于電 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設于電器控制箱8內端并置于電機電源板21的側邊，所述的電控主板7設于電器控 制箱8的外端并與電機電源板21電連接。當然，我們也可以不設置電器控制箱8，可以將各 部件設置在原本的箱體1中，但要重新調整各部件的位置關系以及箱體1的體積。如圖2、圖3所示，本實施例中，機械部分還包括有手電動脫離機構，手電動脫離機 構包括手輪軸套31、離合套42以及離合套操作機構9，所述的手輪軸套31 —端與手輪3固 定，另一端套設于驅動軸4上，所述的離合套42固定套設于驅動軸4上，所述的離合套42 上端能與手輪軸套31配合以實現手輪3和驅動軸4的聯動，下端能與蝸輪5配合以實現電 機2與驅動軸4的聯動。
本實施例中，離合套操作機構9包括切換手柄91、蝸卷彈簧92、撥塊93、支承脫離 機構、凸輪套94以及復位彈簧95，所述的蝸卷彈簧92固定在箱體1上，一側連接切換手柄 91，另一側連接撥塊93，所述的手輪軸套31和所述的離合套42之間設有復位腔951，所述 的復位彈簧95設于復位腔951中，一端與設在驅動軸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套設于離合套42上，且離合套42設有凸緣421與凸輪套94抵 觸，所述的箱體1上設有凸輪套承托件，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 現離合套42與手輪軸套31的聯動，所述的支承脫離機構控制撥塊93抵觸或脫離凸輪套94 實現離合套42與手輪軸套31的聯動或離合套42與蝸輪5的聯動。
本實施例中，支承脫離機構包括支承塊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 —側的表面邊緣設有缺槽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相對工作端的另一端抵觸， 另一端與支承塊96抵觸。當然，我們也可以設置撥塊93是上下滑移的。本實施例中，離合套42靠近手輪軸套31的端面對稱設有凸塊422，所述的手輪軸 套31相應對稱設有卡塊311，所述的凸塊422能置于卡塊311側邊并與卡塊311聯動以實 現離合套42與手輪軸套31的聯動，離合套42靠近蝸輪5的端面對稱設有撥銷423，所述的 蝸輪5相應對稱設有撥動銷52，所述的撥銷423能置于撥動銷52側邊并與撥動銷52聯動 以實現離合套42與蝸輪5的聯動。當然，我們也可以采用都采用凸塊卡塊的配合或撥銷撥 動銷的配合或卡塊卡槽的配合實現兩者的聯動設置。本實施例中電子部分如圖8、9所示，包括中央處理單元、執行機構驅動單元和顯 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轉 速及轉數，在本具體實施例中選用增量編碼器72，并通過主動齒輪41、從動齒輪411與驅 動軸4構成聯動，轉速成正比關系，增量編碼器72的輸出連接到中央處理單元。中央處理 單元包括定時器、數據處理器、扭矩閾值存儲器、閥門位置存儲器和比較器，所述定時器用 于產生各種周期性動作的時間基數和計時，如定期自巡檢的周期或單位時間電機轉的圈數 等，所述扭矩閾值存儲器用于存儲電機輸出軸上所受到的負載扭矩的最大值作為判斷閥門 是否卡死的依據。在啟動閥門過程中通過扭矩檢測單元檢測電機輸出軸上所受到的負載 扭矩，如果電機輸出軸上所受到的負載扭矩經過比較器比較大于所述扭矩閾值存儲器中的 數值，就認為閥門卡死，顯示裝置顯示故障信息。所述閥門位置存儲器用于存儲當前閥門 的位置，通過記錄驅動軸4轉動圈數和方向，結合每圈閥門的行程即可得到閥門位置信息。 數據處理器由微型處理器及其外圍元件組成，本實施例中微型處理器選用SOC單芯片作為 核心，SOC(System-on-a-chip)，即系統級芯片，在一個芯片上集成數字電路、模擬電路、RF、 存儲器和接口電路等多種電路，以實現圖像處理、語音處理、通訊功能和數據處理等多種功 能，所以功能非常強大，集成度很高，其強大的系統集成功能完全體現在產品功能的廣泛 上，更少地使用電子元件及復雜的電子連線，確保執行器具有高度的電子控制可靠性。定時 器、數據處理器、扭矩閾值存儲器、閥門位置存儲器由SOC單芯片內部存儲器構成，定時器 由內部程序實現。電機的扭矩可以通過測量電機工作電流得到，但是這種方式誤差大，響應 速度慢，難以適應本場合。本具體實施例中，所述扭矩檢測單元包括扭矩檢測元件和扭矩檢
5測電路，所述扭矩檢測元件由中心設有圓孔的壓力盤10構成，如圖3所示，所述壓力盤10 固定設置，所述蝸桿6從壓力盤10中心孔穿過，蝸桿6上設有蝸桿軸套11和軸承，壓力盤 10上設有應變片12，所述蝸桿軸套11和軸承夾住壓力盤10的內緣，所述應變片作為惠斯 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的結構最好為整體呈環狀，內圈上均勻對稱設有指向中心的舌片101， 應變片12對稱地設置在各個舌片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。這樣在啟動閥門的瞬間，蝸桿4將會有微小的軸向串動， 使舌片101發生形變，應變片發出相應的電信號，由此測得扭矩。該方式具有響應速度快， 線性好，準確的優點。為了更好的實現集中控制并與自動化控制系統相適應，并將自巡檢結果發送至監 控中心，以及監控中心遠程控制電動執行器，本控制電路中還設置了總線技術的遠程通訊 口解決了這個問題，當電動執行器與上位機現實總線控制時，可以不必再采用傳統的多電 纜控制方式。智能電動執行器采用標準接口(RS485、RS232)進行通訊，并將信號與處理器 電路光電隔離，確保了電動執行器的安全運行。電動執行器實現總線控制方便用戶利用計 算機、組態軟件和I/O模塊來構建經濟高效的控制系統。在本執行器中還采用了先進的紅外線遙感技術，設置了紅外信號接收口，因此可 以在無需打開執行器箱蓋的情況下，通過對話窗口就可進行人機對話。本機的設定器在各 種工況場合，即使是危險場合，也可輕松地對執行器進行力矩設定、開關限位、控制及顯示 功能的調整設定。
權利要求
一種自巡檢式智能型閥用電動執行器，包括箱體、電機、手輪、驅動軸、手電動脫離機構、蝸輪和與蝸輪適配的蝸桿及控制電路，所述的蝸桿與電機的輸出軸聯動，所述的手輪設于驅動軸一端，所述的蝸輪套設于驅動軸上且蝸輪和驅動軸之間設有間隙，所述控制電路包括中央處理單元、執行機構驅動單元和顯示裝置，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轉速及轉數，并將檢測結果送至中央處理單元；所述扭矩檢測單元用于檢測電機輸出軸上所受到的負載的扭矩，并將檢測結果送至中央處理單元；所述中央處理單元包括定時器、數據處理器、扭矩閾值存儲器、閥門位置存儲器和比較器，所述定時器用于產生各種周期性動作的時間基數和計時，所述扭矩閾值存儲器用于存儲電機輸出軸上所受到的負載扭矩的最大值，如超過該值就認為閥門卡死，所述閥門位置存儲器用于存儲當前閥門的位置，所述比較器用于比較實時檢測到的負載扭矩與扭矩閾值存儲器中數值的大小，所述控制電路還設有遠程數據通訊口和/或紅外數據通訊口。
2.根據權利要求1所述的自巡檢式智能型閥用電動執行器，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，增量編碼器轉速與電機轉速成正比，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有圓孔的 壓力盤構成，所述壓力盤固定設置，所述蝸桿從壓力盤中心孔穿過，壓力盤上設有應變片， 所述壓力盤的內緣兩側由與蝸桿軸向固定連接的構件夾住，所述應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.根據權利要求1或2所述的自巡檢式智能型閥用電動執行器，其特征在于還設有 電機過熱檢測單元，所述電機過熱檢測單元包括一個雙金屬片和受所述雙金屬片控制的電 觸點，所述雙金屬片設置在能感應到電機溫度的位置上，所述電觸點輸出與中央處理單元 連接。
全文摘要
本發明涉及一種閥門用電動執行器，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執行器。通過在控制電路設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，可定時發出自檢信號進行自我檢查，通過執行機構驅動單元來驅動閥門動作，并在啟動閥門過程中通過扭矩檢測單元檢測電機輸出軸上所受到的負載扭矩，如果電機輸出軸上所受到的負載扭矩大于一定的數值，就認為閥門卡死，顯示裝置顯示故障信息，并將故障信息通過遠程數據通訊口向監控中心報告，通知維修人員前來檢修或更換。避免了人工巡檢，降低了勞動強度，保證電動執行器和閥門時刻處于正常狀態，確保安全生產。
文檔編號F16K31/05GK101907195SQ201010273108
公開日2010年12月8日 申請日期2010年9月6日 優先權日2010年9月6日
發明者房保平, 曹永明, 李錦碩 申請人:特福隆集團有限公司