一種帶位置指示的電動截止閥的製作方法

2023-06-16 17:46:27 2

本發明涉及一種電動閥門，具體涉及一種帶位置指示的電動截止閥，用於空間長期在軌飛船或衛星的氣體管路控制。

背景技術：

某空間站環控生保系統需要配套一種用於氣體管路通斷控制的電動閥門，提出了可多次重複動作、雙向密封可靠、耐真空環境、具有位置指示功能、可以不消耗電源功耗自鎖在打開或關閉位置的設計要求。

現有的電動截止閥，有些只能單向密封，不能滿足系統提出的雙向密封的使用要求，有些電動截止閥沒有位置指示功能，另外有些電動截止閥的結構尺寸和質量很大，一般也不能長期耐真空環境，只能用於地面系統，不能滿足空間長期在軌的使用要求。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種能實現雙向密封、帶位置指示功能的電動截止閥，以滿足空間站中氣體管路的通斷控制要求。

本發明的技術解決方案為：

一種帶位置指示的電動截止閥，包括閥體和安裝在閥體上端的殼體，閥體和殼體之間形成閥芯組件安裝腔；閥體內設置有閥座；其特殊之處在於：

所述閥芯組件為彈簧蓄能閥芯組件，包括同軸設置的閥芯和螺杆；閥芯下端位於閥座上，閥芯的上部與螺杆固連，閥芯和螺杆之間安裝有彈簧，且彈簧位於閥芯內；

所述電動截止閥還包括設置在殼體內的蝸輪蝸杆減速器和設置在殼體上方的位置指示裝置；

所述蝸輪蝸杆減速器的蝸輪中部沿軸向開設有螺孔，螺杆與蝸輪內螺紋配合，形成螺旋升降機構；

所述位置指示裝置包括安裝在螺杆上的第一觸發片和第二觸發片、打開微動開關和關閉微動開關；第一觸發片用於觸發打開微動開關，第二觸發片用於觸發關閉微動開關。

螺杆上移至閥芯打開時第一觸發片能夠觸發打開微動開關，螺杆下移至閥芯關閉時第二觸發片能夠觸發關閉微動開關。

閥門需要打開時，給電機通正向電流，電機帶動蝸杆旋轉，蝸杆驅動蝸輪轉動，再利用蝸輪和螺杆組成的梯形螺紋傳動機構把蝸輪的旋轉運動轉化為閥芯的直線運動，實現閥門的開啟。

基於上述基本技術方案，本發明還作出如下優化和/或限定：

上述蝸杆和蝸輪的軸線垂直，所述蝸輪和螺杆的軸線重合。

上述閥芯的下端面和閥體的底部上端面對應位置處沿閥芯軸向設置有相互配合的導向結構。

上述導向結構包括設置在閥芯下端面上的導向杆和設置在閥體底部上端面上的導向槽。

為減小導向杆和導向槽之間的摩擦力，防止閥芯多次動作後出現卡滯或卡死現象，在上述導向杆上安裝有塑料減摩環。

上述螺杆和殼體之間設置有導向套，導向套與殼體固連，與螺杆間隙配合。導向套與導向結構相配合，使閥芯運動導向為上下兩端的導向方式，能夠保證閥芯多次動作後密封壓痕的一致性，確保電動截止閥多次動作後的密封可靠性。

上述導向套與殼體在端面接合處採用防轉銷固定連接。

為減小蝸輪轉動時的磨損，上述蝸輪外套裝有軸承，軸承分別在蝸輪輪齒軸向的兩側。

上述閥芯的上部與螺杆的下部通過連接銷固連。

為了使電動截止閥具有耐空間真空環境的能力能夠長期在軌，上述蝸輪蝸杆減速器、梯形螺紋傳動機構以及軸承上均採用類金剛石耐磨固體鍍層加真空潤滑脂潤滑的複合潤滑方式，一方面降低金屬零件間的摩擦阻力，提高運動靈活性，另一方面可以有效防止真空冷焊現象發生。

本發明與現有技術相比的優點在於：

(1)能夠實現雙向密封、具有位置指示功能、質量和體積小

現有電動截止閥由於未採用這種結構，當閥門出口壓力高於閥門入口壓力時，閥門不能密封，這是由於螺杆和蝸輪組成的螺紋傳動機構各零件間存在間隙，當閥門出口壓力高於閥門入口壓力時，作用在閥芯上的介質力會使得閥芯往間隙處運動，導致電動截止閥洩漏。而本發明當閥門出口壓力高於閥門入口壓力時，閥芯在介質力的作用下須克服較大的彈簧彈力才可能往間隙處運動，因此較之現有電動截止閥本發明在閥門出口壓力高於閥門入口壓力一定範圍內，能實現雙向可靠密封。

本發明採用兩個微動開關組成位置指示裝置，微動開關結構小巧，其內部開關觸點能快速切換，動作靈敏，工作可靠，微動開關一方面可以提供電機的斷電信號，另一方面可以反饋閥門的位置狀態，實現電動截止閥的位置指示功能。

本發明傳動結構上採用了蝸輪蝸杆減速器，並通過梯形螺紋傳動結構將電機的旋轉運動轉化為閥芯的直線運動，蝸輪蝸杆減速器和螺紋傳動機構均為省力機構，效率高，這樣就需要的電機力矩較小，電機的質量和體積相應的也較小，另一方面採用蝸輪蝸杆減速器也可以保證電動截止閥打開或關閉後可以不消耗電源功耗長期自鎖。

(2)能夠長期在軌

本發明在軸承、蝸輪蝸杆減速器及梯形螺紋傳動機構等傳動零件上均採用了耐磨固體鍍層+真空潤滑脂的複合潤滑方式，一方面降低金屬零件間的摩擦阻力，提高運動靈活性，另一方面可以有效防止真空冷焊現象發生。

(3)可靠性高

本發明的閥芯運動導向採用上下兩端導向的方式，保證閥芯多次動作後密封壓痕的一致性，確保電動截止閥多次動作後的密封可靠性，並且在閥芯下端的導向杆上安裝了塑料減摩環，以減小閥芯和閥體之間的摩擦力，防止閥芯多次動作後出現卡滯或卡死現象，確保電動截止閥的動作可靠性。

(4)使用壽命長

現有不採用彈簧蓄能閥芯結構的電動截止閥，閥門關閉瞬間，閥芯和閥體之間硬接觸，從而導致螺旋傳動機構和蝸輪蝸杆減速器各金屬零件之間硬接觸，容易造成接觸面磨損，縮短閥門的壽命。本發明採用的彈簧蓄能閥芯結構，由於螺杆和閥芯是彈性連接，在閥門關閉時，各金屬零件之間的接觸力均隨著彈簧力的增大緩慢增大，有效避免了硬接觸，延長了電動截止閥的使用壽命。

附圖說明

圖1為帶位置指示的電動截止閥結構原理圖；

圖2為蝸輪蝸杆減速器和無刷電機連接的結構圖；

圖3為彈簧蓄能閥芯結構圖；

圖4為位置指示裝置結構圖；

其中附圖標記為：

1-閥體、2-閥芯、201-塑料減摩環、3-彈簧、4-導向套、5-防轉銷、6-第一蝸杆、7-蝸輪、8-開關支架、9-螺釘、10-觸發片、11-第二螺杆、12-墊片、13-軸承、14-連接銷、15-殼體、16-第一微動開關(關閉)、17-第二微動開關(打開)、18-蓋板、19、20-O形橡膠圈、21-無刷電機。

具體實施方式

如圖1～圖4所示，為本發明的帶位置指示的電動截止閥結構，它主要由閥體1、閥芯2、彈簧3、導向套4、防轉銷5、蝸杆6、蝸輪7、開關支架8、螺釘9、觸發片10、螺杆11、墊片12、軸承13、連接銷14、殼體15、關閉微動開關16、打開微動開關17、蓋板18、O形橡膠圈(19、20)、無刷電機21組成。

閥芯2、彈簧3、導向套4、防轉銷5、螺杆11構成彈簧蓄能閥芯組件。閥門關閉和打開狀態下，彈簧3始終為壓縮狀態，彈簧力越大，雙向密封效果越好，但同時閥門關閉時需要克服的彈簧力就越大，因此實際中應根據設計要求將彈簧力應限制在合理範圍內。本實施例中彈簧力300N-350N，可保證當閥門出口壓力大於閥門入口壓力0-0.2Mpa時雙向密封。

無刷電機21、蝸輪7和蝸杆6組成蝸輪蝸杆減速器。

開關支架8、關閉微動開關16、打開微動開關17以及觸發片10構成位置指示裝置。開關支架8安裝在殼體15上端，開關支架8底部設置有通孔，螺杆11上端伸出所述通孔；觸發片10通過螺釘9固定安裝在螺杆上端，它具有兩個觸發端；關閉微動開關16和打開微動開關17設置在開關支架8上並分布在螺杆軸線的兩側，關閉微動開關16位於打開微動開關17的下方。

需要閥門打開時，給無刷電機21通正向電流，無刷電機21帶動蝸杆6旋轉，蝸杆6驅動蝸輪7轉動，再利用蝸輪7和螺杆11組成的梯形螺紋傳動機構把蝸輪的旋轉運動轉化為閥芯2的直線運動，實現閥門的開啟；

當閥門全開時，螺杆11上安裝的觸發片10的一個觸發端觸動打開微動開關17閉合，並同時給電機供電系統斷電信號，電機斷電。由於蝸輪7和蝸杆6組成的減速器具有自鎖功能，電動截止閥可以不消耗電能保持在打開位置，並通過打開微動開關17來指示閥門的打開狀態。

同理，需要閥門關閉時，給無刷電機21通反向電流，電機反轉，驅動蝸輪蝸杆減速器反轉，閥芯2向關閉方向運動，當閥芯2運動至關閉位置時，螺杆11上安裝的觸發片10的另一個觸發端觸動關閉微動開關16閉合，並同時給電機供電系統斷電信號，電機斷電，通過蝸輪蝸杆減速器的自鎖功能，閥芯可靠保持在關閉位置，並通過關閉微動開關16來指示閥門的關閉狀態。