任 凱，洪春鳳，許治修，陳緒勝，江 宇

(廣州高瀾節(jié)能技術(shù)股份有限公司 標(biāo)準(zhǔn)化部，廣東 廣州 510663)

電動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)置于主循環(huán)冷卻水回路冷卻器進(jìn)水端，可調(diào)節(jié)流經(jīng)室外冷卻器的冷卻水流量與不經(jīng)過室外冷卻器的冷卻水流量的比例，當(dāng)室外環(huán)境溫度較低和換流閥體低負(fù)荷運(yùn)行或零負(fù)荷時(shí)，由電動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)冷卻水溫度的調(diào)節(jié)[1]。

1 原理

電動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)采用兩個(gè)蝶閥并聯(lián)組成，共用一個(gè)源動(dòng)力(電動(dòng)執(zhí)行器)，由連桿A來進(jìn)行蝶閥的旋轉(zhuǎn)，而另一個(gè)蝶閥由拉桿控制傳遞拉力，經(jīng)過連桿B扭轉(zhuǎn)來達(dá)到與前者蝶閥相反命令的扭力。達(dá)到蝶閥開閉的控制轉(zhuǎn)動(dòng)。其中一個(gè)處于開狀態(tài)同時(shí)另一個(gè)處于關(guān)狀態(tài)，如圖1所示。

圖1 電動(dòng)連桿(蝶閥)機(jī)構(gòu)Fig.1 Electric connecting rod (butterfly valve) mechanism

2 設(shè)計(jì)選型

根據(jù)選用蝶閥的扭矩選擇合適的電動(dòng)執(zhí)行器，選擇的原則是電動(dòng)執(zhí)行器的扭矩必須不小于最大工作壓力時(shí)兩蝶閥的扭矩之和[2]。

例如設(shè)計(jì)一套DN250電動(dòng)三通閥：如選用DN250蝶閥，DN250無潤(rùn)滑劑蝶閥在工作壓力1.0 kPa時(shí)最大扭矩為220 N·m，共兩件蝶閥，則電動(dòng)執(zhí)行器最大扭矩需要220×2=440 N·m，查電動(dòng)執(zhí)行器樣本(初步選定UNIC型)，合適的有UNIC-60型，動(dòng)作時(shí)間：30s/50Hz，回轉(zhuǎn)角度0～90度，開度0～100%；重量20 kg，220 V；出力軸的力矩：60 kgf.m；出力扭矩：60×9.81=588.6 N·m，滿足要求。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 電動(dòng)執(zhí)行器的放置位置

決定電動(dòng)執(zhí)行器的放置位置，原則是電動(dòng)執(zhí)行器的狀態(tài)為開時(shí)去外冷空冷器的蝶閥狀態(tài)為開(箭頭方向是為去外冷空冷器方向)。

(1)若電動(dòng)執(zhí)行器下方的蝶閥為去外冷空冷器的的蝶閥，則當(dāng)電動(dòng)執(zhí)行器的狀態(tài)為開時(shí)，下方的蝶閥狀態(tài)為開，另一側(cè)的蝶閥狀態(tài)為關(guān)，如圖2所示。

圖2 電動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)水流向左Fig.2 The electric linkage mechanism flows to the left

(2)若另一側(cè)的蝶閥為去外冷空冷器的的蝶閥，則當(dāng)電動(dòng)執(zhí)行器的狀態(tài)為開時(shí)，下方的蝶閥狀態(tài)為關(guān)，另一側(cè)的蝶閥狀態(tài)為開，如圖3所示。

圖3 電動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)水流向右Fig.3 The electric linkage mechanism flows to the right

3.2 過渡板的設(shè)計(jì)

(1)過渡板的螺栓安裝孔位置尺寸根據(jù)電動(dòng)執(zhí)行器及蝶閥座的螺栓安裝孔位置尺寸確定。以Unic-60電動(dòng)執(zhí)行器為例，圖4為Unic-60電動(dòng)執(zhí)行器底部安裝尺寸圖，必須保證過渡板螺栓孔位置與電動(dòng)執(zhí)行器螺栓孔相同，且開孔尺寸應(yīng)比電動(dòng)執(zhí)行器大2 mm，如電動(dòng)執(zhí)行器的螺栓孔為M12，則過渡板的螺栓孔應(yīng)為Φ14 mm。與蝶閥連接一側(cè)也是一樣，開孔位置應(yīng)與蝶閥一樣，開孔應(yīng)比蝶閥螺栓孔大2 mm[3]。

圖4 電動(dòng)執(zhí)行器尺寸示意圖Fig.4 Size diagram of electric actuator

(2)過渡板的高度應(yīng)不小于60 mm(如圖5)，便于連接螺栓的安裝。

圖5 過渡板Fig.5 Transition plate

(3)如有高溫要求，過渡板高度應(yīng)不小于200 mm。

3.3 連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

如圖6所示。

(1)拉桿的長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)兩蝶閥之間的距離確定，拉桿兩頭應(yīng)比兩連接件內(nèi)端面長(zhǎng)2～3個(gè)螺距，滿足既能連接兩力矩桿又不會(huì)碰到力矩桿，影響力矩桿運(yùn)動(dòng)[4]。

(2)力矩桿B的高度根據(jù)過渡板的高度確定，高度應(yīng)比過渡板高度低2～4 mm，使過渡板能與電動(dòng)執(zhí)行器、蝶閥完全貼緊安裝。

(3)力矩桿B上方的開孔應(yīng)根據(jù)電動(dòng)執(zhí)行器的出力軸尺寸確定，深度應(yīng)比電動(dòng)執(zhí)行器出力軸深度深2 mm，使電動(dòng)執(zhí)行器能與過渡板完全緊貼，為便于安裝，開孔公差建議為：+0.6 mm～+0.8 mm。

圖6 連桿機(jī)構(gòu)解析圖Fig.6 Analytical diagram of linkage mechanism

(4)力矩桿B下方的開孔應(yīng)根據(jù)蝶閥的連接頭尺寸確定，深度應(yīng)比連接頭高度淺1～2 mm，使力矩桿能與蝶閥留有一定間隙，為便于安裝，開孔公差建議為：+0.6 mm～+0.8 mm(如圖7)。

圖7 力矩桿BFig.7 Torque bar B

(5)力矩桿應(yīng)一體成型，不允許焊接[5]。

(6)力矩桿A不需要連接電動(dòng)執(zhí)行器，不需要電動(dòng)執(zhí)行器安裝孔(如圖8)。

圖8 力矩桿AFig.8 Torque bar A

4 材料說明

冷卻設(shè)備及其管道宜選擇具有高防腐性、高防銹性和高潔凈度的材料。接觸冷卻水的材料不宜選擇低于不銹鋼(1Cr18Ni9Ti)等級(jí)。高瀾在純水冷系統(tǒng)中使用的不銹鋼一般為SUS304衛(wèi)生級(jí)鋼管，外表面480目拋光，內(nèi)表面不拋光。

此次連桿機(jī)構(gòu)均采用304不銹鋼材質(zhì)的原材料，主要是為了保證連桿結(jié)構(gòu)的外觀、防銹等原因。

304(國(guó)標(biāo)號(hào)：06Cr19Ni10)不銹鋼材質(zhì)如表1。

表1 不銹鋼材料化學(xué)成分表

5 其他

圖9 電動(dòng)球閥機(jī)構(gòu)Fig.9 Electric ball valve mechanism

圖10 電動(dòng)蝶閥機(jī)構(gòu)Fig.10 Electric butterfly valve mechanism

電動(dòng)球閥(如圖9)、電動(dòng)蝶閥(如圖10)結(jié)構(gòu)類似，由過渡板、連接件、閥門、電動(dòng)執(zhí)行器等組成。

過渡板設(shè)計(jì)要求與電動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)一樣，為便于螺栓安裝，高度應(yīng)不小于60 mm。

為保證電動(dòng)執(zhí)行器能與過渡板緊貼安裝，連接件的高度應(yīng)比過渡板高度減去球閥凸臺(tái)高度少2 mm。

6 結(jié)語

電動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)在原則上遵循機(jī)械的公差、配合以及相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。

電動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)在對(duì)材質(zhì)、壽命等方面的考慮，可以使用不同材質(zhì)的機(jī)加件[6]。

在強(qiáng)度可靠的情況下可以很好的為兩個(gè)需要聯(lián)動(dòng)的閥門提供連接橋架。

從成本上考慮可以減少一套源動(dòng)力(如電動(dòng)執(zhí)行器)。

[1]《機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)叢書》編審委員會(huì).連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社,1995.

[2]熊濱生.現(xiàn)代連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[3]仲 夫.彈性連桿機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)[J].有色設(shè)備,1989(4):60-60.

[4]林 晶,余躍慶.連桿機(jī)構(gòu)KED平衡的一種新方法[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2001,27(4):390-393.

[5]吳建雄.機(jī)械基礎(chǔ)課程中平面連桿機(jī)構(gòu)教法探討[J].南方農(nóng)機(jī),2017,48(5):98-99.

[6]黃鵬飛.平面連桿機(jī)構(gòu)力學(xué)特性研究[J].食品與機(jī)械,2017,33(5):125-127.