分析四连杆蝶阀.doc

上海阀门分析四连杆蝶阀 1 概述连杆蝶阀又叫四连杆蝶阀, 作为一种切断蝶阀, 它具有体积小、重量轻、动作灵活、密封性好等优点, 主要应用于冶金、石化、化工、电力等行业。近几年中国连杆蝶阀的设计制造有了很大发展, 连杆蝶阀的设计也趋于成熟。但在大通径、高压力、快速启闭等方面还与国外有一定的差距。在连杆蝶阀的设计中对连杆机构特性的深入研究,可以更大地挖掘出它的优势,使中国连杆蝶阀的性能提升到一个新的高度。 2 结构特点如图 1 所示,连杆蝶阀主要由驱动装置、阀板、阀体、阀轴、杆系和轴端密封等部件组成。阀门的启闭是靠驱动装置驱动阀轴带动四连杆机构运动实现的。阀轴旋转使阀板开启, 当阀板与管道中心平行, 阀门处于全开状态; 阀轴反方向旋转使阀板关闭, 当阀板与阀体的密封面平行接触直至压紧密封,此时阀门完全关闭。图1 连杆蝶阀结构图 3 研究方向连杆蝶阀的设计主要是考虑连杆机构, 轴端密封和阀板结构和材料等方面。在阀板结构, 连杆和内部固体自润滑轴承材质方面, 国内的设计者进行了大量的研究和实验, 目前连杆蝶阀的可靠性和使用寿命都有了很大的提高,已与国外的产品性能相当。但在大通径、高压力、快速启闭等方面还与国外有一定的差距。连杆蝶阀杆系的微小变化, 都对阀门的性能有很大的影响, 所以只有对连杆蝶阀的上海阀门连杆机构进行深入的分析和研究, 充分了解和掌握它的运动特性, 才能设计和制造出超过国外水平的高性能连杆蝶阀。下面对连杆蝶阀的四连杆机构进行模拟, 对它的运动特性进行分析。 4 四连杆机构的运动分析 运动特性分析阀板的运动是由图 2 所示的杆系驱动的,这些杆系组成一个四连杆机构。一般认为阀板在四连杆机构带动下先平动, 然后转动。由于四连杆机构的复杂性, 所以在连杆蝶阀的设计中, 设计者常常使用 CAD 或其它一些软件简单模拟阀板运动轨迹(图3), 来验证在开关上海阀门过程中, 杆系间、阀板和阀体间是否存在干涉。而没有对阀板在运动中的详细轨迹和过程中的一些特点进行分析。下面将使用 SolidWorksMotion 对阀板的运动轨迹进行模拟,得到详细的运动轨迹曲线, 来研究阀板在运动过程中的特点。本文在分析中假定阀板的启闭时间是 30 秒,并且从开启到关闭过程阀轴正好匀速转动 90 度。以图 2 所示,标记阀板上端点为 A 点,下端点为 B 点,则 A、B 点所形成的直线 L 与竖直面所形成的夹角α就是阀板的倾角。使用 SolidWorksMotion 对A、B 两点所形成的直线L 进行分析, 得到图 4 所示的阀板角度随时间变化曲线。从图 4 中可以看出, 阀板运动符合先平动后转动的规律。对阀板平动部分曲线进行放大(图 5 )发现,其实在阀板平动的同时先反方向转动一个小角度, 然后才开始转动打开, 并且阀轴在匀速驱动时, 打开速度逐渐加快。为了对上面的这个特点进行深入分析,下面再次使用 SolidWorksMotion 对A、B 点的运动进行分析, 得到图 6 所示 A、B 点水平坐标随时间变化曲线。通过这两条曲线, 可以看出, 在前 8 秒内,A、B 两点的曲线几乎重合, 并且倾斜角度很小, 说明在这段时间内阀板接近竖直,而且运行速度较慢,比较平稳; 8 秒之后阀板开始快速转动打开。上海阀门对前 8 秒曲线进行放大(图7), 可以看到 A、B 两点有两