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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划华中科技大学毕业论文开题报告华中科技大学本科生毕业设计开题报告题目：机电产品设计-阀门电动装置学号：姓名：指导教师：院系专业:华中科技大学机械学院制I.课题的来源本课题是我的毕业设计课题。阀门电动装置经过多年的发展,已经成为集机械和电子为一体化的高科技产品。现场总线控制技术和变频调速电机的应用将会为阀门电动装置的设计增加更多的选择。未来的阀门电动装置将更加适合现代工业的过程控制。II课题的目的、意义为了减轻运行人员操作阀门时的劳动强度，提高工业生产过程的运行操作水平，并进一步改善值班
2、人员的劳动条件，近年来各工业部门的控制方式大多采用集中控制方式。在采用集中控制之后，由于需要把运行中的主要监视项目集中在控制室内进行监视和操作，就必须对相应的阀们配备电动装置，使之达到远方操作的要求。随着工业生产规模的不断扩大，生产过程系统更加复杂，阀们数量增多，为了保证安全经济运行，对运行操作水平的要求越来越高。完全依靠人工进行操作，不仅值班人员的劳动强度越来越高而且也难以满足对运行水平不断提高的要求。为了适应这一新的要求，在工业生产的过程中已经开始采用程序控制等自动化技术。在采用这些新的自动技术时，生产流程中关系密切的监视和操作项目是集中交给一个独立的自动装置去自动完成的。这样，既不需要运
3、行人员过多的关心，也不必占据控制盘。但是，为了配合这些新的自动化系统，必须为这些系统需要自动操作的阀们配备电动装置。作为机电创新设计，这一课题极具挑战性和概括力，是对过去四年所学的巩固，是对新知识的一次探索，是对即将从事的设计工作的一个很好的演练。、现有研究和发展情况概述1概况作为驱动阀门或风门的一种主要装置阀门电动装置经过多年的发展,已经成为控制可靠,操作简单,维护方便的高性能产品。随着现代科学技术的飞速发展,许多新技术和新材料的应用,各种高品质高性能的阀门或风门等设备的不断出现,要求与其所匹配的各种控制装置也应不断改进。2现状阀门电动装置是以电机为动力,带动机械减速装置将动力传给控制元件的
4、最终部件。同时利用一些配件达到手电动切换、行程控制和力矩控制,此外还具有可以接受位置信号反馈的控制电路。目前国内外阀门电动装置的结构形式有几十种,而规格型号则有上百种。为了满足不同的要求,电动装置按安装环境分为普通型和户外型,按性能分为防爆型、防核辐射型和通用型,按启动方式分为开关型和调节型,按运动方式分为:部分回转型和多回转型等。电动装置的控制形式有的简单,有的复杂(如带智能模块实现自动调节用的等)。针对不同的工况,电动装置有相应的行业标准和国家标准。随着科技的不断发展,新技术、新产品和新工艺的不断应用,阀门电动装置的性能和结构将得到进一步改进和提高。3发展结构简单随着技术的进步,电动装置的
5、结构将更加简单,机械部分的体积将缩小重量将减轻,更加适合用户的需要。如机械减速装置采用谐波减速机构,通过谐波齿轮的大传动比将阀门电动装置的体积变小。或者采用蜗轮蜗杆与行星减速机构组合的方法。新材料的运用也能对减小体积和减轻重量起着积极的作用。随着机构主体部分的改进,与阀门电动装置相匹配的附件,如推杆和过渡连接装置等零部件也有了改进。随着电子技术和传统机械的不断揉合,阀门电动装置的机械减速部分必将有大的改观。电动装置和电动执行机构统一在国内,由于各种原因,阀门电动装置和电动执行机构是两个不同的概念。它们也有各自不同的应用范围。然而,无论从原理,还是从实际使用过程,两者都非常类似。在国外,它们有一
6、个共同的名称(ACTUATOR)。现在已经有越来越多的专业人士倾向于将两者统一起来。这样既可以减少设计部门以及用户的选型难度,又可以使庞大繁杂的种类和体系得到简化,便于生产制造厂家设计生产。传统观念认为阀门电动装置倾向于机械部分,结构要可靠,操作要灵活,控制要简单。而电动执行机构则倾向于电气控制部分,信号反馈要正确,布线接线要简单,远程控制要具备。作为一种机电一体化的产品,将阀门电动装置的电气部分以及必要的机械配件按要求重新设计一下,就可以满足电动执行机构的要求了。而电动执行机构本身就可以代替阀门电动装置。应用现场总线控制方式在一些线路很广,控制要求比较复杂的地方,传统的阀门电动装置一般是采用
7、独立控制系统,即一个控制元件如阀门或风门采用一套控制柜,或者是几个共用一套控制柜。这种方法,其过程控制依靠传统的通讯方式进行,集中控制非常麻烦,费时费力,而且受现场操作人员的技术水平、精神状态以及工作情绪等人为因素的影响,误操作较多。另一方面,每一个控制都需要一套线路,不利于现场配置安装,由于中间环节多,出现故障的可能性较大。对于一些有着特殊要求的环境,如易燃易爆、辐射、或人们不易到达及看到的地方,这种控制方法非常不方便。随着现代控制技术的发展,各种先进的控制方法也在不断推广,如便于集中控制的现场总线控制方法等。为了适应新建的大型电站机组及大型配套装置集中控制的需要,新型阀门电动装置配有能进行
8、集中控制的连接接口。现场总线是指应用在生产现场与集中测量的控制设备之间,能实现双向串行多接点数字通信的系统。它把单个分散的测量控制设备变成网络接点,以通讯线路为纽带,把各个设备连接成可以相互沟通信息,共同完成自控任务的网络系统与控制系统,是一种开放式、数字化、多点通信的低层控制网络。其原理是用一条类似于网络主干线(电缆、双绞线)的主要联络通路,所有被控元件的控制都可以在一个大的集控室中进行,所有的控制元件都分别通过一套接口接入到主要联络通路上。每一个控制元件既可以接受中央控制系统的调度,又可以在现场进行必要的调整。由于现场总线是基于现场智能化设备的数字通信,所有设备必须遵守同样的通信协议,具有
9、相同的通信接口。目前国际上应用较广的现场总线技术CAN、FF、LONWORKS、PROFIBUS、HART及INTERBUS现场总线。在阀门电动装置上经常使用的一般有PROFIBUS现场总线。现场总线技术应用到阀门电动装置上后,其使用范围将得以扩大。应用变频调速电机阀门电动装置受电机条件的约束,体积和重量一直难以控制。由于阀门专用电机的转速单一(某些用于特殊调节状态的电动执行机构具有特殊双速电机),为了满足各种不同的转速,需要配置不同的减速装置,既造成了电动装置设计和生产过程中人力和物力的浪费,又不方便现场操纵安装。随着现代电子技术的发展,改变频率来实现电机调速成为可能。由于电机的转速具有可以
10、调节的特性,因此设计阀门电动装置时可去掉某些减速部件。直接通过控制电机转速实现不同的阀门电动装置的输出转速。同样,也可以通过信息处理系统(如CPU)等的应用,实现对电机以及信号反馈的分析,控制阀门电动装置的工作。采用变频调速电机所设计的阀门电动装置具有结构紧凑,体积小,安装调试简单,可调节范围广,控制方便等特点,尤其适合需要进行DCS控制的场合。4预测阀门电动装置是为控制阀门而设计的,由于阀门电动装置使用方便,其应用范围已经扩展到其他方面。如用于水利枢纽工程中的大型水闸门上,城市地铁通风系统中,各类发电厂的控制系统中,以及化工、公用事业和航天等领域中。随着各种先进技术的不断推广应用,阀门电动装
11、置将会发展成为一个集机械、电子为一体的操作简单灵活,并适合多种工况使用的产品。它不但具有机械方面的灵活性,而且还具有与电子计算机系统相匹配的接口。同时,小体积,大力矩的结构更增加其实用性。IV要达到的要求、预计的技术关键、技术方案通过对阀门电动装置技术的学习和对谐波齿轮传动基础理论的研究，我预计通过这次设计工作能基本实现电动阀门的功能，尽可能精简机构，提高效率，保证高精度。预计的技术关键在于阀门电动装置的电气控制及调整和谐波齿轮传动技术的应用。1电气控制部分电气控制部分的组成和工作原理电动阀门电气控制部分由转矩控制机构、行程控制机构及现场可调式位置指示器组成,以控制电机的正、反转,实现对阀门的
12、开启关闭及阀位指示。转矩控制机构由曲拐、碰块、凸轮、分度盘、支板和微动开关组成。当输出轴受到一定的阻转转矩后,蜗杆除旋转外还产生轴向位移,带动曲拐旋转,同时使碰块也产生一角位移,从而压迫凸轮使支板上抬。当输出轴上的转矩增大到预定值时,则支板上抬直至微动开关动作,切断电源,电机停转,以实现对电动装置输出转矩的控制。行程控制机构由十进位齿轮组、顶杆、凸轮和微动开关组成,简称计数器。其工作原理是由减速箱内的一主动小齿轮带动计数器工作。如果计数器按阀门开或关的位置已调好,当计数器随输出轴转到预先调整好的位置(圈数)时,则凸轮被转动90,迫使微动开关动作切断电源电机停转,以实现对电动装置行程(转圈数)的
13、控制。为了控制行程较长的阀门可调整凸轮转180或270,再迫使微动开关动作。现场可调式位置指示器由减速齿轮组、调节齿轮、阀门开度表盘、凸轮、微动开关及电位器组成。在现场调试时,可根据新配阀门开关的圈数,将调节齿轮调整到所需位置,并与减速齿轮组啮合。当阀门在开启或关闭的过程中,开度盘经减速后转动,指示阀门的开关量,开度盘上最大角度可以调整,达到指示角度与阀门开关量同步。电位器的动片与开盘度同步,供远传指示阀门位置用。根据用户需要,可增设中途开关。位置指示器内设一微动开关和一凸轮。当电动装置运转时,凸轮转动使微动开关周期性动作,可使远程控制的指示灯闪烁,以示电动装置的工作状态。此外,还有接线端子和
14、手电动切换机构,电动装置所有的电气元件的接点均引接到端子上供用户选用。阀门电动装置的调整1.转矩控制机构调整根据阀门的转矩特性曲线,从小转矩值开始,逐渐增大转矩值直到阀门关严时止。按照阀门工作特性调整开方向转矩,一般开方向转矩要比关方向转矩大。以上调整均在空载、无介质、常压等因素下进行,在有压力和温度时,如关不严应适当增加转矩值,以关得严打得开为准。2.行程控制机构调整手动关严阀门。脱开行程控制机构。用螺丝刀将行程控制机构中顶杆压下并转90,使主动小齿轮与计数器个位齿轮组脱开。用螺丝刀旋转关向调整轴,按箭头方向旋转,直到凸轮压住弹性压板使微动开关动作为止,则关向行程初步调好。松开顶杆使动齿轮与
15、两边个位齿轮正确啮合。为保证其正确啮合,在松开顶杆后,可用螺丝刀稍许转动调整轴,此时可以电动打开几圈,而后关闭,看关向行程动作是否符合要求,如不符合要求,可按上述顺序重新调整。开方向调整。在关方向调整好以后,按照与调整关方向相反的顺序调整好开方向行程。一般开阀位置控制在行程的90%左右,行程控制机构调完后,可反复试操作几次。3.位置指示器的调整2.3.1关闭电动阀门。2.3.2将指针和位置指示器表板上的“关”对齐,转动电位器至零位,并使电位器轴上的齿轮与开度轴上的齿轮啮合,拧紧电位器轴上齿轮的紧固螺钉。2.3.3打开电动阀门,将开度表盘上的“开”位置调到与指针重合即可。在机旁和远控位置反复进行开启和关闭的操作,看控制开关和实际阀门的开关是否一致,机旁和远控处开关指示灯是否一致,电动头开度和远程开度否一致。4.阀门电动装置的调整流程接线完毕将阀门手动摇至中间位置通电在机旁点动确定阀门的正反转转矩控制机构调整行程控制机构调整位置指示器的调整远程控制的调整试运行。2.机构传动主体部分决定采用行星齿轮传动。将蜗轮蜗杆与行星齿轮减速器结合起来，响应更快，运动精度更高的显著优点，逐步完善本次设计。V阀们电动装置总图各种电动装置
