多冗余控制的故障安全式多回转快速切断执行机构制造技术

本发明专利技术公开了一种多冗余控制的故障安全式多回转快速切断执行机构，包括动力机构、动力切换机构、传动系统、复位机构和多冗余安全执行机构；动力机构带动传动系统实现行程输出；动力机构包括电力驱动系统和手动操作系统；动力切换机构用于实现电力驱动系统和手动操作系统之间的切换；复位机构带动传动系统实现行程复位；多冗余安全执行机构用于当电力驱动系统、复位机构失电时对其进行代替。本发明专利技术将“交流伺服直驱”和“多冗余伺服控制”的思想应用到传统电动执行器的设计过程中去，从而简化电动执行器的结构、优化电动执行器的使用过程、提高电动执行器的工作效率、降低电动执行器的能耗，同时提升电动执行器的故障安全性。

【技术实现步骤摘要】
多冗余控制的故障安全式多回转快速切断执行机构
本专利技术涉及电动执行机构
，具体涉及一种多冗余控制的故障安全式多回转快速切断执行机构。
技术介绍
随着我国管道建设的快速发展，实现油气管道关键设备国产化的必要性日益迫切。油气管道关键设备国产化既是国家的要求，也是输油气企业降低建设和运营成本的需要，其国产化对于降低工程造价、打破国外的产品垄断和价格壁垒以及发展我们的民族产业、推动油气管道装备水平的提高具有重要意义。随着过程自动化控制过程中的安全要求与日俱增，尤其在石油石化系统对大口径阀的安全需求已十分迫切，而电动执行器作为大口径阀控制系统的终端执行机构，其工作的可靠性将直接影响到整个系统的性能水平和系统安全。传统电动执行器主要包括固定壳体、电机、减速器、减速器输出轴、螺母、丝杠以及操控电机运行的控制系统组成。其工作原理主要是：通过控制系统操控电机运动，电机带动减速器工作，减速器输出轴与丝杠相联接，转动螺母从而实现直行程运动。但传统电动执行器存在以下缺点：①由于动力源来自于电力系统，当事故或者其它原因造成电力系统停电，电动执行器不能将阀门动作到安全需求位置，从而造成人员伤亡和财产损失；②使用普通交流电机转速无法调节，还需要减速器来降低转速，结构复杂；③没有手轮装置，不能切换为手动模式操控行程上下；④使用单一电机工作，故障安全性较低。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种多冗余控制的故障安全式多回转快速切断执行机构，将“交流伺服直驱”和“多冗余伺服控制”的思想应用到传统电动执行器的设计过程中去，从而简化电动执行器的结构、优化电动执行器的使用过程、提高电动执行器的工作效率、降低电动执行器的能耗，同时提升电动执行器的故障安全性。本专利技术解决上述问题的技术方案是：一种多冗余控制的故障安全式多回转快速切断执行机构，其特殊之处在于：包括动力机构、动力切换机构、传动系统、复位机构和多冗余安全执行机构；所述动力机构带动传动系统实现行程输出；所述动力机构包括电力驱动系统和手动操作系统；所述动力切换机构用于实现电力驱动系统和手动操作系统之间的切换；所述复位机构带动传动系统实现行程复位；所述多冗余安全执行机构用于当电力驱动系统、复位机构失电时对其进行代替。进一步地，上述传动机构包括蜗杆轴、蜗轮、蜗轮轴，蜗杆轴与蜗轮啮合，蜗轮设置在蜗轮轴上。进一步地，上述电力驱动系统包括第一中间定子结构盘式交流伺服主驱动电机，第一中间定子结构盘式交流伺服主驱动电机的动力输出端与蜗杆轴固连。所述复位机构包括第一中间定子结构盘式交流伺服复位电机，第一中间定子结构盘式交流伺服复位电机的动力输出端与蜗杆轴固连；所述多冗余安全执行机构包括第二中间定子结构盘式交流伺服主驱动电机、第二中间定子结构盘式交流伺服复位电机；第二中间定子结构盘式交流伺服主驱动电机、第二中间定子结构盘式交流伺服复位电机的动力输出端均与蜗杆轴相固连。进一步地，上述手动操作系统包括包括手轮和减速器；所述减速器包括行星齿轮组，行星齿轮组包括行星齿轮组太阳齿轮、行星齿轮组行星小齿轮和行星齿轮架，手轮与行星齿轮组太阳齿轮相连，行星齿轮组太阳齿轮与行星齿轮组行星小齿轮之间相啮合，行星齿轮架与行星齿轮组行星小齿轮配合。进一步地，上述动力切换机构包括离合器接合套、拨叉，所述离合器接合套通过花键与蜗杆轴连接；离合器接合套可通过花键沿着蜗杆轴滑动，行星齿轮架可通过花键与离合器接合套结合传递扭矩，所述拨叉与离合器接合套连接。进一步地，还包括电磁抱闸制动电磁铁、电磁抱闸闸瓦制动器，所述电磁抱闸闸瓦制动器与蜗杆轴连接。进一步地，还包括第一盘式电机外壳、第二盘式电机外壳、第三盘式电机外壳、蜗轮蜗杆箱、第四盘式电机外壳、第五盘式电机外壳、第六盘式电机外壳；第一盘式电机外壳通过第二盘式电机外壳与第三盘式电机外壳连接，第六盘式电机外壳通过第五盘式电机外壳与第四盘式电机外壳连接，第三盘式电机外壳、第四盘式电机外壳均与蜗轮蜗杆箱连接；所述第一中间定子结构盘式交流伺服主驱动电机设置在第一盘式电机外壳内，所述第二中间定子结构盘式交流伺服主驱动电机设置在第二盘式电机外壳内，所述第一中间定子结构盘式交流伺服复位电机设置在第四盘式电机外壳内，第二中间定子结构盘式交流伺服复位电机设置在第五盘式电机外壳内。进一步地，上述蜗轮、蜗轮轴设置在蜗轮蜗杆箱内。进一步地，上述第一中间定子结构盘式交流伺服主驱动电机、第二中间定子结构盘式交流伺服主驱动电机、第一中间定子结构盘式交流伺服复位电机及第二中间定子结构盘式交流伺服复位电机的结构完全相同，包括盘式伺服电机中间定子、绕组、永磁铁组，所述绕组安装于盘式伺服电机中间定子上，永磁铁组安装在盘式伺服电机转子轭上。相对于现有技术，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术使用了多冗余伺服控制技术，在本机构联接的阀门打开的情况下若突发事故或者其它原因造成第一中间定子结构盘式交流伺服主驱动电机或第一中间定子结构盘式交流伺服复位电机故障，此时第二中间定子结构盘式交流伺服主驱动电机或第二中间定子结构盘式交流伺服复位电机接受信号接替工作，避免意外造成人员伤亡和财产损失；(2)本专利技术使用了中间定子结构盘式交流伺服电机，该电机结构紧凑，轴向尺寸短，占用体积小，该电机采用无铁心电枢结构，不存在普通圆柱式电机由于齿槽引起的转矩脉动，转矩输出平稳，该电机不存在磁滞和涡流损耗，可达到较高的效率，节省能源，该电机绕组电感小，具有良好的换向性能，该电机绕组两端面与气隙接触，利于散热，该电机为交流伺服驱动，可以调速直驱，避免了繁复的减速机构；(3)本专利技术设计了离合器以实现自动和手动档位控制，当离合器向右拨动时，蜗杆仅与电机联接，此时为电动控制，当电机断电或失电时，将离合器拨向左方可将手轮以及行星齿轮组与螺母联接，从而实现手动控制，且采用行星齿轮组可以省力。附图说明图1是本专利技术的正面结构示意图。图2是本专利技术手轮、行星减速器正面结构示意图。图3是本专利技术的蜗杆轴正面剖视图。图4是本专利技术的蜗轮轴正面剖视图。图5是本专利技术中间定子结构盘式交流伺服电机的正面剖视图。图中标号说明：1、手轮，2、行星齿轮左端盖，3、行星齿轮组太阳齿轮，4、第一深沟球轴承，5、行星齿轮组行星小齿轮，6、行星齿轮架，7、第一盘式电机外壳，8、第二深沟球轴承，9、第一螺栓组，10、离合器接合套，11、蜗杆轴，12、拨叉，13、第三深沟球轴承，14、第一中间定子结构盘式交流伺服主驱动电机，15、第二盘式电机外壳，16、第二螺栓组，17、第二中间定子结构盘式交流伺服主驱动电机，18、第三盘式电机外壳，19、第三螺栓组，20、蜗轮蜗杆箱，21、第四螺栓组，22、第四深沟球轴承，23、第五深沟球轴承，24、第四盘式电机外壳，25、第五螺栓组，26、第一中间定子结构盘式交流伺服复位电机，27、第五盘式电机外壳，28、第六螺栓组，29、第二中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多冗余控制的故障安全式多回转快速切断执行机构，其特征在于：/n包括动力机构、动力切换机构、传动系统、复位机构和多冗余安全执行机构；/n所述动力机构带动传动系统实现行程输出；/n所述动力机构包括电力驱动系统和手动操作系统；/n所述动力切换机构用于实现电力驱动系统和手动操作系统之间的切换；/n所述复位机构带动传动系统实现行程复位；/n所述多冗余安全执行机构用于当电力驱动系统、复位机构失电时对其进行代替。/n

【技术特征摘要】
1.一种多冗余控制的故障安全式多回转快速切断执行机构，其特征在于：
包括动力机构、动力切换机构、传动系统、复位机构和多冗余安全执行机构；
所述动力机构带动传动系统实现行程输出；
所述动力机构包括电力驱动系统和手动操作系统；
所述动力切换机构用于实现电力驱动系统和手动操作系统之间的切换；
所述复位机构带动传动系统实现行程复位；
所述多冗余安全执行机构用于当电力驱动系统、复位机构失电时对其进行代替。


2.根据权利要求1所述的一种多冗余控制的故障安全式多回转快速切断执行机构，其特征在于：
所述传动机构包括蜗杆轴(11)、蜗轮(39)、蜗轮轴(40)，蜗杆轴(11)与蜗轮(39)啮合，蜗轮(39)设置在蜗轮轴(40)上。


3.根据权利要求2所述的一种多冗余控制的故障安全式多回转快速切断执行机构，其特征在于：
所述电力驱动系统包括第一中间定子结构盘式交流伺服主驱动电机(14)，第一中间定子结构盘式交流伺服主驱动电机(14)的动力输出端与蜗杆轴(11)固连；
所述复位机构包括第一中间定子结构盘式交流伺服复位电机(26)，第一中间定子结构盘式交流伺服复位电机(26)的动力输出端与蜗杆轴(11)固连；
所述多冗余安全执行机构包括第二中间定子结构盘式交流伺服主驱动电机(17)、第二中间定子结构盘式交流伺服复位电机(29)；
第二中间定子结构盘式交流伺服主驱动电机(17)、第二中间定子结构盘式交流伺服复位电机(29)的动力输出端均与蜗杆轴(11)相固连。


4.根据权利要求3所述的一种多冗余控制的故障安全式多回转快速切断执行机构，其特征在于：
所述手动操作系统包括包括手轮(1)和减速器；
所述减速器包括行星齿轮组，行星齿轮组包括行星齿轮组太阳齿轮(3)、行星齿轮组行星小齿轮(5)和行星齿轮架(6)，手轮(8)与行星齿轮组太阳齿轮(3)相连，行星齿轮组太阳齿轮(3)与行星齿轮组行星小齿轮(5)之间相啮合，行星齿轮架(6)与行星齿轮组行星小齿轮(5)配合。


5.根据权利要求4所述的一种多冗余控制的故障安全式多回转快速切断执行机构，其特征在于：
所述动力切换机构包括离合器接合套(10)、拨叉(12)，所述离合器接合套(...

【专利技术属性】
技术研发人员：田中山，赖少川，杨昌群，王永飞，赵升吨，牛道东，张晨，宋林，郭瀚泽，
申请(专利权)人：中国石化销售股份有限公司华南分公司，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：广东;44