連桿蝶閥閥板的優化設計
連桿蝶閥閥板的優化設計
摘 要： 介紹了連桿蝶閥的結構特點，從不同角度分析了傳統結構閥板的不足，并對傳統結構的閥板進行了優化設計，取得了較好的效果。
一、前言
連(lian)桿(gan)蝶閥是蝶閥的(de)(de)一種(zhong)結構形式(shi)，主(zhu)要應用于(yu)冶金高爐熱風(feng)爐系(xi)統(tong)的(de)(de)管(guan)道(dao)中，它具有體(ti)積小，重(zhong)量輕，動作(zuo)靈活，拆裝方(fang)便等優點(dian)。因此(ci)，連(lian)桿(gan)蝶閥在熱風(feng)爐系(xi)統(tong)的(de)(de)空氣、煤氣、煙氣等介質(zhi)管(guan)道(dao)中得(de)到了廣泛應用。薩孚(fu)流體(ti)控制（上海）有限公司(si)
二、連桿蝶閥的結(jie)構特(te)點
連桿(gan)蝶閥(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結構如圖(tu)1所示，它主(zhu)要(yao)由驅動(dong)裝(zhuang)置、閥(fa)板(ban)(ban)(ban)、閥(fa)體、主(zhu)軸、桿(gan)系等零部件(jian)(jian)(jian)組(zu)成。閥(fa)門的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)啟閉(bi)是(shi)靠驅動(dong)裝(zhuang)置驅動(dong)主(zhu)軸帶動(dong)桿(gan)系機構運動(dong)，從而(er)實現閥(fa)板(ban)(ban)(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)打(da)開和(he)關(guan)(guan)閉(bi)。通過圖(tu)1可以看出，無論(lun)閥(fa)門在開啟還是(shi)關(guan)(guan)閉(bi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)時候(hou)，閥(fa)板(ban)(ban)(ban)及(ji)其(qi)(qi)連動(dong)部件(jian)(jian)(jian)始終是(shi)在介(jie)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)包圍(wei)之中。當(dang)閥(fa)門關(guan)(guan)閉(bi)時，閥(fa)板(ban)(ban)(ban)要(yao)承(cheng)受介(jie)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)所有(you)壓力，這樣就會(hui)(hui)引起閥(fa)板(ban)(ban)(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)塑性變形，進而(er)使其(qi)(qi)連動(dong)件(jian)(jian)(jian)引起變形；當(dang)閥(fa)門開啟時，閥(fa)板(ban)(ban)(ban)又會(hui)(hui)受到介(jie)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)沖刷(shua)，以及(ji)介(jie)質(zhi)流(liu)動(dong)所引起的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)閥(fa)板(ban)(ban)(ban)本身(shen)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)振動(dong)，這樣同樣會(hui)(hui)加(jia)快連動(dong)部件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)損壞(huai)，尤其(qi)(qi)是(shi)鉸接處(chu)固體自(zi)潤滑軸承(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)損壞(huai)。因此，連桿(gan)蝶閥(fa)閥(fa)板(ban)(ban)(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)壽命(ming)也就是(shi)連桿(gan)蝶閥(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)壽命(ming)。
三、連桿蝶閥(fa)閥(fa)板的結構分(fen)析(xi)
根據(ju)連桿蝶閥(fa)閥(fa)板(ban)的結構(gou)特點，加工制(zhi)造時一般不(bu)采用鑄造結構(gou)，傳統(tong)閥(fa)板(ban)主要采用焊接(jie)的形(xing)式，如圖(tu)2所示，閥(fa)板(ban)上兩(liang)立板(ban)采用鋼(gang)板(ban)直(zhi)接(jie)下料(liao)，大圓鋼(gang)板(ban)下料(liao)后(hou)需要熱壓成形(xing)，壓出一定弧度(du)，然后(hou)與立板(ban)焊接(jie)，最(zui)后(hou)進行機加工。
從工藝角度對此種(zhong)結(jie)(jie)構(gou)(gou)的閥(fa)板(ban)進行分(fen)析，從圖2中(zhong)(zhong)(zhong)可(ke)以(yi)(yi)(yi)看出(chu)(chu)(chu)，閥(fa)板(ban)由三部分(fen)組(zu)成(cheng)：立板(ban)、墊板(ban)、大(da)(da)圓鋼板(ban)。如果采用(yong)此種(zhong)結(jie)(jie)構(gou)(gou)的閥(fa)板(ban)，墊板(ban)和立板(ban)可(ke)以(yi)(yi)(yi)直接下料(liao)成(cheng)形(xing)(xing)(xing)，而(er)大(da)(da)圓鋼板(ban)則需(xu)要(yao)(yao)工藝人員首先算(suan)出(chu)(chu)(chu)下料(liao)尺(chi)寸(cun)，然(ran)后再按要(yao)(yao)求的弧度做(zuo)出(chu)(chu)(chu)壓形(xing)(xing)(xing)胎(tai)(tai)具(ju)，用(yong)胎(tai)(tai)具(ju)將(jiang)大(da)(da)圓鋼板(ban)壓制成(cheng)形(xing)(xing)(xing)，最后與(yu)其他兩件組(zu)對焊(han)接。而(er)主要(yao)(yao)問題就出(chu)(chu)(chu)在制造壓形(xing)(xing)(xing)胎(tai)(tai)具(ju)這一(yi)(yi)步，通過圖2可(ke)以(yi)(yi)(yi)看出(chu)(chu)(chu)，閥(fa)板(ban)中(zhong)(zhong)(zhong)心部分(fen)為(wei)弧形(xing)(xing)(xing)，邊緣(yuan)是一(yi)(yi)平面，這就需(xu)要(yao)(yao)每做(zuo)一(yi)(yi)個規格的閥(fa)門，就要(yao)(yao)做(zuo)一(yi)(yi)種(zhong)胎(tai)(tai)具(ju)，否則不能壓出(chu)(chu)(chu)所需(xu)要(yao)(yao)的形(xing)(xing)(xing)狀(zhuang)。這無(wu)形(xing)(xing)(xing)之中(zhong)(zhong)(zhong)就增加了(le)企業(ye)的制造成(cheng)本。
用有限(xian)元技術對這(zhe)種結構進行分(fen)析，如圖(tu)3所(suo)示(shi)是在DN1700連(lian)桿蝶(die)閥(fa)(fa)(fa)傳統結構閥(fa)(fa)(fa)板(ban)(ban)上加0.4MPa壓力(li)時(shi)的(de)(de)分(fen)析結果，可以看出整個閥(fa)(fa)(fa)板(ban)(ban)最大變形(xing)處在兩立板(ban)(ban)上，此時(shi)發生的(de)(de)最大變形(xing)為(wei)1.69mm，這(zhe)樣會使(shi)與閥(fa)(fa)(fa)板(ban)(ban)相(xiang)連(lian)的(de)(de)銷(xiao)軸(zhou)和軸(zhou)套(tao)受到很大的(de)(de)損壞(huai)(huai)。如圖(tu)4所(suo)示(shi)是熱風爐冷風管(guan)道(dao)的(de)(de)DN1700冷風閥(fa)(fa)(fa)的(de)(de)損壞(huai)(huai)情況(kuang)（冷風管(guan)道(dao)壓力(li)為(wei)0.47MPa，溫度(du)為(wei)350℃），該閥(fa)(fa)(fa)門損壞(huai)(huai)原(yuan)因是與閥(fa)(fa)(fa)板(ban)(ban)相(xiang)連(lian)的(de)(de)銷(xiao)軸(zhou)變彎(wan)，銷(xiao)軸(zhou)處自潤(run)滑軸(zhou)承被完全擠(ji)碎。
四、閥板的優化設計
通過上(shang)面從不同角度對(dui)閥(fa)(fa)板(ban)(ban)(ban)結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)分析，了(le)解(jie)了(le)傳統閥(fa)(fa)板(ban)(ban)(ban)結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)不足之(zhi)處(chu)，通過現場實(shi)踐及用(yong)計(ji)算(suan)機的(de)(de)(de)模擬分析，最后(hou)把閥(fa)(fa)板(ban)(ban)(ban)的(de)(de)(de)結(jie)構(gou)改(gai)進為如圖5結(jie)構(gou)。雖然(ran)只是(shi)對(dui)原(yuan)來(lai)的(de)(de)(de)結(jie)構(gou)作了(le)很(hen)(hen)小的(de)(de)(de)調整，但(dan)(dan)是(shi)這(zhe)給加工制造帶來(lai)很(hen)(hen)大(da)的(de)(de)(de)方便，對(dui)于(yu)一(yi)個系(xi)列的(de)(de)(de)產品，可(ke)以將大(da)圓(yuan)(yuan)鋼(gang)(gang)板(ban)(ban)(ban)設計(ji)成一(yi)個弧度，這(zhe)樣(yang)只用(yong)一(yi)套胎具(ju)就可(ke)以滿足設計(ji)要求。同樣(yang)閥(fa)(fa)板(ban)(ban)(ban)的(de)(de)(de)剛度和(he)強(qiang)度也(ye)都有(you)(you)很(hen)(hen)大(da)的(de)(de)(de)提高。圖6是(shi)對(dui)改(gai)進后(hou)的(de)(de)(de)DN1700連(lian)桿蝶閥(fa)(fa)閥(fa)(fa)板(ban)(ban)(ban)施加0.4MPa壓力分析出來(lai)的(de)(de)(de)結(jie)果（注：改(gai)進后(hou)的(de)(de)(de)閥(fa)(fa)板(ban)(ban)(ban)大(da)圓(yuan)(yuan)鋼(gang)(gang)板(ban)(ban)(ban)、墊(dian)板(ban)(ban)(ban)、立(li)板(ban)(ban)(ban)與傳統閥(fa)(fa)板(ban)(ban)(ban)上(shang)各件的(de)(de)(de)厚度相同）。閥(fa)(fa)板(ban)(ban)(ban)的(de)(de)(de)最大(da)位(wei)移仍然(ran)發生在立(li)板(ban)(ban)(ban)這(zhe)個框架上(shang)，但(dan)(dan)只有(you)(you)0.13mm的(de)(de)(de)變(bian)形(xing)量，是(shi)傳統結(jie)構(gou)閥(fa)(fa)板(ban)(ban)(ban)變(bian)形(xing)量的(de)(de)(de)1/13。由于(yu)銷軸(zhou)(zhou)與固(gu)體自潤滑(hua)軸(zhou)(zhou)承之(zhi)間有(you)(you)一(yi)定的(de)(de)(de)的(de)(de)(de)設計(ji)間隙，所以這(zhe)樣(yang)的(de)(de)(de)變(bian)形(xing)量，不會(hui)影響閥(fa)(fa)門的(de)(de)(de)正常使用(yong)。
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