純水冷卻設備中的電動連桿機構設計

任 凱，洪春鳳，許治修，陳緒勝，江 宇

(廣州高瀾節能技術股份有限公司 標準化部，廣東 廣州 510663)

電動連桿機構置于主循環冷卻水回路冷卻器進水端，可調節流經室外冷卻器的冷卻水流量與不經過室外冷卻器的冷卻水流量的比例，當室外環境溫度較低和換流閥體低負荷運行或零負荷時，由電動連桿機構實現冷卻水溫度的調節[1]。

1 原理

電動連桿機構采用兩個蝶閥并聯組成，共用一個源動力(電動執行器)，由連桿A來進行蝶閥的旋轉，而另一個蝶閥由拉桿控制傳遞拉力，經過連桿B扭轉來達到與前者蝶閥相反命令的扭力。達到蝶閥開閉的控制轉動。其中一個處于開狀態同時另一個處于關狀態，如圖1所示。

圖1 電動連桿(蝶閥)機構Fig.1 Electric connecting rod (butterfly valve) mechanism

2 設計選型

根據選用蝶閥的扭矩選擇合適的電動執行器，選擇的原則是電動執行器的扭矩必須不小于最大工作壓力時兩蝶閥的扭矩之和[2]。

例如設計一套DN250電動三通閥：如選用DN250蝶閥，DN250無潤滑劑蝶閥在工作壓力1.0 kPa時最大扭矩為220 N·m，共兩件蝶閥，則電動執行器最大扭矩需要220×2=440 N·m，查電動執行器樣本(初步選定UNIC型)，合適的有UNIC-60型，動作時間：30s/50Hz，回轉角度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 結構設計

3.1 電動執行器的放置位置

決定電動執行器的放置位置，原則是電動執行器的狀態為開時去外冷空冷器的蝶閥狀態為開(箭頭方向是為去外冷空冷器方向)。

(1)若電動執行器下方的蝶閥為去外冷空冷器的的蝶閥，則當電動執行器的狀態為開時，下方的蝶閥狀態為開，另一側的蝶閥狀態為關，如圖2所示。

圖2 電動連桿機構水流向左Fig.2 The electric linkage mechanism flows to the left

(2)若另一側的蝶閥為去外冷空冷器的的蝶閥，則當電動執行器的狀態為開時，下方的蝶閥狀態為關，另一側的蝶閥狀態為開，如圖3所示。

圖3 電動連桿機構水流向右Fig.3 The electric linkage mechanism flows to the right

3.2 過渡板的設計

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

圖4 電動執行器尺寸示意圖Fig.4 Size diagram of electric actuator

(2)過渡板的高度應不小于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，過渡板高度應不小于200 mm。

3.3 連桿機構的設計

如圖6所示。

(1)拉桿的長度應根據兩蝶閥之間的距離確定，拉桿兩頭應比兩連接件內端面長2～3個螺距，滿足既能連接兩力矩桿又不會碰到力矩桿，影響力矩桿運動[4]。

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

(3)力矩桿B上方的開孔應根據電動執行器的出力軸尺寸確定，深度應比電動執行器出力軸深度深2 mm，使電動執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 連桿機構解析圖Fig.6 Analytical diagram of linkage mechanism

(4)力矩桿B下方的開孔應根據蝶閥的連接頭尺寸確定，深度應比連接頭高度淺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)力矩桿應一體成型，不允許焊接[5]。

(6)力矩桿A不需要連接電動執行器，不需要電動執行器安裝孔(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。高瀾在純水冷系統中使用的不銹鋼一般為SUS304衛生級鋼管，外表面480目拋光，內表面不拋光。

此次連桿機構均采用304不銹鋼材質的原材料，主要是為了保證連桿結構的外觀、防銹等原因。

304(國標號：06Cr19Ni10)不銹鋼材質如表1。

表1 不銹鋼材料化學成分表

5 其他

圖9 電動球閥機構Fig.9 Electric ball valve mechanism

圖10 電動蝶閥機構Fig.10 Electric butterfly valve mechanism

電動球閥(如圖9)、電動蝶閥(如圖10)結構類似，由過渡板、連接件、閥門、電動執行器等組成。

過渡板設計要求與電動連桿機構一樣，為便于螺栓安裝，高度應不小于60 mm。

為保證電動執行器能與過渡板緊貼安裝，連接件的高度應比過渡板高度減去球閥凸臺高度少2 mm。

6 結語

電動連桿機構的設計在原則上遵循機械的公差、配合以及相關的標準。

電動連桿機構在對材質、壽命等方面的考慮，可以使用不同材質的機加件[6]。

在強度可靠的情況下可以很好的為兩個需要聯動的閥門提供連接橋架。

從成本上考慮可以減少一套源動力(如電動執行器)。

[1]《機構設計叢書》編審委員會.連桿機構設計[M].上海:上?？茖W技術出版社,1995.

[2]熊濱生.現代連桿機構設計[M].北京:化學工業出版社,2006.

[3]仲 夫.彈性連桿機構的分析與設計[J].有色設備,1989(4):60-60.

[4]林 晶,余躍慶.連桿機構KED平衡的一種新方法[J].北京工業大學學報,2001,27(4):390-393.

[5]吳建雄.機械基礎課程中平面連桿機構教法探討[J].南方農機,2017,48(5):98-99.

[6]黃鵬飛.平面連桿機構力學特性研究[J].食品與機械,2017,33(5):125-127.