纯水冷却设备中的电动连杆机构设计

任 凯，洪春凤，许治修，陈绪胜，江 宇

(广州高澜节能技术股份有限公司 标准化部，广东 广州 510663)

电动连杆机构置于主循环冷却水回路冷却器进水端，可调节流经室外冷却器的冷却水流量与不经过室外冷却器的冷却水流量的比例，当室外环境温度较低和换流阀体低负荷运行或零负荷时，由电动连杆机构实现冷却水温度的调节[1]。

1 原理

电动连杆机构采用两个蝶阀并联组成，共用一个源动力(电动执行器)，由连杆A来进行蝶阀的旋转，而另一个蝶阀由拉杆控制传递拉力，经过连杆B扭转来达到与前者蝶阀相反命令的扭力。达到蝶阀开闭的控制转动。其中一个处于开状态同时另一个处于关状态，如图1所示。

图1 电动连杆(蝶阀)机构Fig.1 Electric connecting rod (butterfly valve) mechanism

2 设计选型

根据选用蝶阀的扭矩选择合适的电动执行器，选择的原则是电动执行器的扭矩必须不小于最大工作压力时两蝶阀的扭矩之和[2]。

例如设计一套DN250电动三通阀：如选用DN250蝶阀，DN250无润滑剂蝶阀在工作压力1.0 kPa时最大扭矩为220 N·m，共两件蝶阀，则电动执行器最大扭矩需要220×2=440 N·m，查电动执行器样本(初步选定UNIC型)，合适的有UNIC-60型，动作时间：30s/50Hz，回转角度0～90度，开度0～100%；重量20 kg，220 V；出力轴的力矩：60 kgf.m；出力扭矩：60×9.81=588.6 N·m，满足要求。

3 结构设计

3.1 电动执行器的放置位置

决定电动执行器的放置位置，原则是电动执行器的状态为开时去外冷空冷器的蝶阀状态为开(箭头方向是为去外冷空冷器方向)。

(1)若电动执行器下方的蝶阀为去外冷空冷器的的蝶阀，则当电动执行器的状态为开时，下方的蝶阀状态为开，另一侧的蝶阀状态为关，如图2所示。

图2 电动连杆机构水流向左Fig.2 The electric linkage mechanism flows to the left

(2)若另一侧的蝶阀为去外冷空冷器的的蝶阀，则当电动执行器的状态为开时，下方的蝶阀状态为关，另一侧的蝶阀状态为开，如图3所示。

图3 电动连杆机构水流向右Fig.3 The electric linkage mechanism flows to the right

3.2 过渡板的设计

(1)过渡板的螺栓安装孔位置尺寸根据电动执行器及蝶阀座的螺栓安装孔位置尺寸确定。以Unic-60电动执行器为例，图4为Unic-60电动执行器底部安装尺寸图，必须保证过渡板螺栓孔位置与电动执行器螺栓孔相同，且开孔尺寸应比电动执行器大2 mm，如电动执行器的螺栓孔为M12，则过渡板的螺栓孔应为Φ14 mm。与蝶阀连接一侧也是一样，开孔位置应与蝶阀一样，开孔应比蝶阀螺栓孔大2 mm[3]。

图4 电动执行器尺寸示意图Fig.4 Size diagram of electric actuator

(2)过渡板的高度应不小于60 mm(如图5)，便于连接螺栓的安装。

图5 过渡板Fig.5 Transition plate

(3)如有高温要求，过渡板高度应不小于200 mm。

3.3 连杆机构的设计

如图6所示。

(1)拉杆的长度应根据两蝶阀之间的距离确定，拉杆两头应比两连接件内端面长2～3个螺距，满足既能连接两力矩杆又不会碰到力矩杆，影响力矩杆运动[4]。

(2)力矩杆B的高度根据过渡板的高度确定，高度应比过渡板高度低2～4 mm，使过渡板能与电动执行器、蝶阀完全贴紧安装。

(3)力矩杆B上方的开孔应根据电动执行器的出力轴尺寸确定，深度应比电动执行器出力轴深度深2 mm，使电动执行器能与过渡板完全紧贴，为便于安装，开孔公差建议为：+0.6 mm～+0.8 mm。

图6 连杆机构解析图Fig.6 Analytical diagram of linkage mechanism

(4)力矩杆B下方的开孔应根据蝶阀的连接头尺寸确定，深度应比连接头高度浅1～2 mm，使力矩杆能与蝶阀留有一定间隙，为便于安装，开孔公差建议为：+0.6 mm～+0.8 mm(如图7)。

图7 力矩杆BFig.7 Torque bar B

(5)力矩杆应一体成型，不允许焊接[5]。

(6)力矩杆A不需要连接电动执行器，不需要电动执行器安装孔(如图8)。

图8 力矩杆AFig.8 Torque bar A

4 材料说明

冷却设备及其管道宜选择具有高防腐性、高防锈性和高洁净度的材料。接触冷却水的材料不宜选择低于不锈钢(1Cr18Ni9Ti)等级。高澜在纯水冷系统中使用的不锈钢一般为SUS304卫生级钢管，外表面480目抛光，内表面不抛光。

此次连杆机构均采用304不锈钢材质的原材料，主要是为了保证连杆结构的外观、防锈等原因。

304(国标号：06Cr19Ni10)不锈钢材质如表1。

表1 不锈钢材料化学成分表

5 其他

图9 电动球阀机构Fig.9 Electric ball valve mechanism

图10 电动蝶阀机构Fig.10 Electric butterfly valve mechanism

电动球阀(如图9)、电动蝶阀(如图10)结构类似，由过渡板、连接件、阀门、电动执行器等组成。

过渡板设计要求与电动连杆机构一样，为便于螺栓安装，高度应不小于60 mm。

为保证电动执行器能与过渡板紧贴安装，连接件的高度应比过渡板高度减去球阀凸台高度少2 mm。

6 结语

电动连杆机构的设计在原则上遵循机械的公差、配合以及相关的标准。

电动连杆机构在对材质、寿命等方面的考虑，可以使用不同材质的机加件[6]。

在强度可靠的情况下可以很好的为两个需要联动的阀门提供连接桥架。

从成本上考虑可以减少一套源动力(如电动执行器)。

[1]《机构设计丛书》编审委员会.连杆机构设计[M].上海:上海科学技术出版社,1995.

[2]熊滨生.现代连杆机构设计[M].北京:化学工业出版社,2006.

[3]仲 夫.弹性连杆机构的分析与设计[J].有色设备,1989(4):60-60.

[4]林 晶,余跃庆.连杆机构KED平衡的一种新方法[J].北京工业大学学报,2001,27(4):390-393.

[5]吴建雄.机械基础课程中平面连杆机构教法探讨[J].南方农机,2017,48(5):98-99.

[6]黄鹏飞.平面连杆机构力学特性研究[J].食品与机械,2017,33(5):125-127.