在工业自动化控制系统中, 气动活塞式直行程机构和快速切断阀组合的气动快速切断阀广泛应用于各类液体或气体介质紧急切断的场合。但当气源信号或电信号出现故障时, 或者当执行装置的主要元件损坏时, 可把自动改为手动操作, 采用手轮机构继续维持切断阀的切断功能。
由于切断阀应用于切断介质的场合, 所以要求执行装置的输出力大, 相应手轮机构输出的力也要求大。常用的顶式手轮机构不能满足于此, 所以气动活塞式直行程机构的手轮机构设计成侧装式(图1) 。手轮机构采用2 个传动副, 分别由蜗轮蜗杆和蜗轮丝杆组成。当转动手轮时, 蜗杆蜗轮带动丝杆和推杆做上下运动, 实现阀门的开启或关闭。在蜗轮蜗杆传动中, 蜗杆采用阿基米德螺线圆柱(ZA) 型, 螺旋方向右, 齿型角20°。由于滑动速度小于8m/ s , 蜗杆材料选用45 钢, 调质处理硬度为220～256HB , 蜗轮材料ZQAl9 - 4 。根据执行装置的结构大小, 选定中心距a = 100mm , 蜗杆头数z 1 = 4 , 蜗杆特性系数q = 9 , 螺旋升角γ= 23°57′45″, 蜗杆蜗轮模数m = 5 , 蜗轮齿数z2 = 2 a/ m- q = 31 , 传动比i = z2/ z1 = 7175 , 符合要求。
1、 推杆 2、键 3、丝杆 4、蜗轮 6、螺母图1气动活塞式直行程装置
由于手轮机构属于传递运动和动力的传动装置, 所以丝杆选用梯形螺纹, 螺纹的旋向根据阀门中手轮顺时针旋转为阀门关闭, 逆时针旋转为阀门开启的规律。确定梯形螺纹旋向为左旋。在动力传递中, 键的作用是为了防止丝杆在蜗轮中旋转。由于需要密封所以推杆的表面精度要求较高, 为了防止与丝杆传动时碰伤, 所以传递力从丝杆传递到推杆时采用锥面结构。气动活塞式执行装置手轮机构设计合理, 效率高。操作者运用较小的力, 就可以输出较大的执行力。此手轮机构还可以很方便的应用于输出力较大的薄膜式执行装置, 可广泛应用于工业自控系统中要求切断的场合。
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