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四連桿蝶閥桿系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

點(diǎn)擊次數(shù)：1276 更新時間：2021-08-30

1、連桿蝶閥又叫四連桿蝶閥，作為一種切斷蝶閥，它具有體積小、重量輕、動作靈活、密封性好等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于冶金、石化、化工、電力等行業(yè)。近幾年中國連桿蝶閥的設(shè)計制造有了很大發(fā)展，連桿蝶閥的設(shè)計也趨于成熟。但在大通徑、高壓力、快速啟閉等方面還與國外有一定的差距。在連桿蝶閥的設(shè)計中對連桿機(jī)構(gòu)特性的深入研究，可以更大地挖掘出它的優(yōu)勢，使中國連桿蝶閥的性能提升到一個新的高度。2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如圖1所示，連桿蝶閥主要由驅(qū)動裝置、閥板、閥體、閥軸、桿系和軸端密封等部件組成。閥門的啟閉是靠驅(qū)動裝置驅(qū)動閥軸帶動四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動實現(xiàn)的。閥軸旋轉(zhuǎn)使閥板開啟，當(dāng)閥板與管道中心平行，閥門處于全開狀態(tài);閥軸反方向旋轉(zhuǎn)使閥板關(guān)閉，當(dāng)閥板與閥體的密封面平行接觸直至壓緊密封，此時閥門*關(guān)閉。圖1連桿蝶閥結(jié)構(gòu)圖3、研究方向連桿蝶閥的設(shè)計主要是考慮連桿機(jī)構(gòu)，軸端密封和閥板結(jié)構(gòu)和材料等方面。在閥板結(jié)構(gòu)，連桿和內(nèi)部固體自潤滑軸承材質(zhì)方面，的設(shè)計者進(jìn)行了大量的研究和實驗，目前連桿蝶閥的可靠性和使用壽命都有了很大的提高，已與國外的產(chǎn)品性能相當(dāng)。但在大通徑、高壓力、快速啟閉等方面還與國外有一定的差距。連桿蝶閥桿系的微小變化，都對閥門的性能有很大的影響，所以只有對連桿蝶閥的連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行深入的分析和研究，充分了解和掌握它的運(yùn)動特性，才能設(shè)計和制造出超過國外水平的高性能連桿蝶閥。下面對連桿蝶閥的四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行模擬，對它的運(yùn)動特性進(jìn)行分析。4、四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析4.1運(yùn)動特性分析閥板的運(yùn)動是由圖2所示的桿系驅(qū)動的，這些桿系組成一個四連桿機(jī)構(gòu)。一般認(rèn)為閥板在四連桿機(jī)構(gòu)帶動下先平動，然后轉(zhuǎn)動。由于四連桿機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性，所以在連桿蝶閥的設(shè)計中，設(shè)計者常常使用CAD或其它一些軟件簡單模擬閥板運(yùn)動軌跡(圖3)，來驗證在開關(guān)過程中，桿系間、閥板和閥體間是否存在干涉。而沒有對閥板在運(yùn)動中的詳細(xì)軌跡和過程中的一些特點(diǎn)進(jìn)行分析。下面將使用SolidWorksMotion對閥板的運(yùn)動軌跡進(jìn)行模擬，得到詳細(xì)的運(yùn)動軌跡曲線，來研究閥板在運(yùn)動過程中的特點(diǎn)。本文在分析中假定閥板的啟閉時間是30秒，并且從開啟到關(guān)閉過程閥軸正好勻速轉(zhuǎn)動90度。以圖2所示，標(biāo)記閥板上端點(diǎn)為A點(diǎn)，下端點(diǎn)為B點(diǎn)，則A、B點(diǎn)所形成的直線L與豎直面所形成的夾角α就是閥板的傾角。使用SolidWorksMotion對A、B兩點(diǎn)所形成的直線L進(jìn)行分析，得到圖4所示的閥板角度隨時間變化曲線。從圖4中可以看出，閥板運(yùn)動符合先平動后轉(zhuǎn)動的規(guī)律。對閥板平動部分曲線進(jìn)行放大(圖5)發(fā)現(xiàn)，其實在閥板平動的同時先反方向轉(zhuǎn)動一個小角度，然后才開始轉(zhuǎn)動打開，并且閥軸在勻速驅(qū)動時，打開速度逐漸加快。為了對上面的這個特點(diǎn)進(jìn)行深入分析，下面再次使用SolidWorksMotion對A、B點(diǎn)的運(yùn)動進(jìn)行分析，得到圖6所示A、B點(diǎn)水平坐標(biāo)隨時間變化曲線。通過這兩條曲線，可以看出，在前8秒內(nèi)，A、B兩點(diǎn)的曲線幾乎重合，并且傾斜角度很小，說明在這段時間內(nèi)閥板接近豎直，而且運(yùn)行速度較慢，比較平穩(wěn);8秒之后閥板開始快速轉(zhuǎn)動打開。對前8秒曲線進(jìn)行放大(圖7)，可以看到A、B兩點(diǎn)有兩個重合位置(0秒、6.6秒)。在這兩個位置，閥板處于豎直狀態(tài)，也就是說閥門的關(guān)閉位置既可以設(shè)在個重合點(diǎn)上，也可以設(shè)在第個重和點(diǎn)上。當(dāng)閥軸轉(zhuǎn)速相同時，以第個豎直位置為閥門的關(guān)閉時間比個位置短22%，同時閥軸轉(zhuǎn)動角度小22%。4.2兩個位置計算比較分別以上述兩個位置設(shè)計閥1和閥2，它們的驅(qū)動力矩分別為T1、T2，驅(qū)動轉(zhuǎn)速為ω1、ω2，啟閉時間為t1、t2，驅(qū)動角度為α1、α2。由上面分析可得0.78×α1=α2閥門所需驅(qū)動力可按下列公式計算：(1)式中T———驅(qū)動力矩，N•m;D———閥板直徑，m;ΔP———閥板兩側(cè)介質(zhì)壓差，MPa;R———主軸偏心矩，m;Q———閥板自重，N;f———鉸鏈間的摩擦系數(shù);k———安全系數(shù)，一般取1.1～1.2。由公式(1)可得：T1=T2，既兩個位置的驅(qū)動力相同。P=T×ω(2)式中P———驅(qū)動功率，W;ω———驅(qū)動轉(zhuǎn)速，rad/s。α=t×ω(3)式中t———啟閉時間，s。當(dāng)t1=t2時，由公式2、3可計算出：P2=0.78P1。所以當(dāng)同樣的啟閉時間下，閥2所需的驅(qū)動功率更小。5、總結(jié)在中小通徑和中高壓力的連桿蝶閥設(shè)計中，通常選用個豎直位置為閥門的關(guān)閉位置。選擇這個位置的優(yōu)點(diǎn)是：閥板在開啟過程中更平穩(wěn);而在一些特殊用途的連桿蝶閥，比如大通徑(DN≥3000mm)和快開式連桿蝶閥和緊急切斷閥，要更小的驅(qū)動功率或更短的開關(guān)時間，選擇第個豎直位置為閥門的關(guān)閉位置為優(yōu)。所以在連桿蝶閥的設(shè)計中，只有對連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的運(yùn)動分析，才能找到優(yōu)的位置，生產(chǎn)出具有水平的閥門。

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