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組合碟形彈簧式核級閥門電動裝置轉(zhuǎn)矩控制機構(gòu)的研究發(fā)布者：廈門力常彈簧有限公司 發(fā)布時間：2019-06-25 21:45
閥門電動裝置的輸出轉(zhuǎn)矩是各類閥門設(shè)計和選型的重要技術(shù)指標(biāo)，它是通過的轉(zhuǎn)矩控制機構(gòu)來進(jìn)行控制的。目前技術(shù)比較成熟的轉(zhuǎn)矩控制機構(gòu)有兩類，即采用特殊力感應(yīng)元件的機械式和采用測力傳感器或變頻技術(shù)的電子式。對于需承受熱老化、輻照老化、地震和核事故工況的核級閥門電動裝置而言，組合碟簧式轉(zhuǎn)矩控制機構(gòu)成為最佳選擇。
核級閥門電動裝置的輸出轉(zhuǎn)矩的精度主要取決于其轉(zhuǎn)矩控制機構(gòu)的控制精度，它主要由組合碟簧參數(shù)設(shè)計的精確性決定，研究組合碟簧的受力與變形的關(guān)系對提高整個機構(gòu)的控制精度有著非�，F(xiàn)實的意義。設(shè)計組合碟簧式轉(zhuǎn)矩控制機構(gòu)的難點是碟簧配置參數(shù)的選取。為此，結(jié)合轉(zhuǎn)矩控制機構(gòu)的工作原理，對其主要零部件進(jìn)行系統(tǒng)地分析和研究。
1結(jié)構(gòu)與工作原理
組合碟簧式轉(zhuǎn)矩控制機構(gòu)主要包含組合碟簧、引出機構(gòu)和控制開關(guān)組件三部分，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
核級閥門電動裝置工作時，電機驅(qū)動蝸輪蝸桿減速機構(gòu)運轉(zhuǎn)，輸出轉(zhuǎn)矩推動閥門運行。蝸輪對蝸桿反作用力壓迫組合碟簧并使之產(chǎn)生變形，同時蝸桿竄動[1]，帶動安裝于蝸桿左端引出軸轉(zhuǎn)動。當(dāng)閥門電動裝置的輸出轉(zhuǎn)矩達(dá)到閥門的關(guān)閉力或開啟力時，控制開關(guān)組件的開關(guān)動作，控制系統(tǒng)立即切斷電機電源，實現(xiàn)閥門電動裝置輸出轉(zhuǎn)矩與閥門開、關(guān)閥所需驅(qū)動力的匹配。
2理論計算
2.1碟簧實際負(fù)載計算
當(dāng)力 矩開關(guān)動作的瞬間，閥門電動裝置各主要零件的受力如圖2所示。
根據(jù)上述受力分析，由平面力學(xué)知識容易得出：
Fa ——蝸桿軸向力(由核級閥門電動裝置的設(shè)計輸出轉(zhuǎn)矩、蝸輪節(jié)圓直徑求出)，N;
μ1 、μ2 ——左端軸承與蝸桿軸間的摩擦系數(shù);
L1 、L2 ——蝸桿軸兩端的支撐臂，mm。根據(jù)蝸輪蝸桿副嚙合理論，可得軸截面反力
FN 為：
FN = Fa tan α (2)
由于蝸桿左、右端的支撐處的摩擦系數(shù)近似
相等(即μ1=μ2，用同一符號μ表示)，并式(1)、(2) 得出組合碟簧實際負(fù)載力：
Fw = Fa(1 - μ tan α) (3)
2.2碟簧的受力與變形關(guān)系
核級閥門電動裝置選用的碟簧一般為無支撐面碟簧，根據(jù)GB1972-2005，單片碟簧的實際負(fù)載與其變形量的關(guān)系式為：
3利用ANSYS軟件分析
利用ANSYS有限元軟件對碟簧進(jìn)行分析是一種便捷實用的方法�，F(xiàn)以我廠2HA3.2核級閥門電動裝置組合碟簧的計算為例，介紹分析方法。
3.1分析過程
為簡化計算，抽取單片碟簧進(jìn)行分析。該型號產(chǎn)品的碟簧的參數(shù)和最大負(fù)載如表1。
建立有限元模型：為避免分析結(jié)果發(fā)散[2]，首先將單位制改為MPA。分析類型選擇大變形結(jié)構(gòu)靜力學(xué)類別[3]，單元類型為Solid Brick 8node 45 單元，材料的彈性模量為2.06×105 MPa，泊松比為0.3。根據(jù)圖3中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ點的坐標(biāo)建立碟形彈簧的軸截面，然后擠出單片碟簧的實體模型。
網(wǎng)格劃分：將線ⅠⅡ劃分為4等份，線ⅠⅣ劃分為8等份，點Ⅰ所在的1/4圓弧劃分為20等份，采用體映射網(wǎng)格劃分的方法生成網(wǎng)格。生成的有限元模型如圖4，共生成2560個單元，3600個節(jié)點。
施加邊界條件：轉(zhuǎn)矩控制機構(gòu)工作時，組合碟簧只承受軸向力，單片碟簧只在上下兩端圓弧受到約束。因此對有限元模型的Ⅲ點所在的圓弧施加約束UY，模型的四個軸截面施加面約束。
施加載荷和分析：根據(jù)受力分析，只需對碟簧上端施加軸向力。利用選擇工具菜單選擇模型中Ⅰ點所在圓弧上的節(jié)點(共80個)，對沒個節(jié)點施加載荷67.38 N (5390.5/80)。運行有限元solve程序，利用后處理模塊查看計算結(jié)果(如圖5、圖6)。
3.2結(jié)果分析
圖5為整個模型的應(yīng)力分布圖，應(yīng)力的最大點在Ⅰ點所在的圓弧(1 656 MPa)。圖6為碟簧軸截面的軸向應(yīng)變分布圖，各重要節(jié)點軸向應(yīng)變?nèi)绫?所示。
由上表可知，點Ⅰ的軸向應(yīng)變?yōu)?.549 mm，即單片碟簧的變形f ，代入式(4)，計算得出碟簧負(fù)載為5 377.1 N，證明理論計算有限元計算結(jié)果非常接近。
4結(jié)語
基于組合碟簧的轉(zhuǎn)矩控制機構(gòu)已成功用于我廠2HA3系列核級電動執(zhí)行機構(gòu)上。經(jīng)過多年的試驗和應(yīng)用實踐證明，按上述方法設(shè)計的轉(zhuǎn)矩控制機構(gòu)性能穩(wěn)定、控制精度高，產(chǎn)品的轉(zhuǎn)矩重復(fù)偏差在±5%以內(nèi)，完全滿足NB/T20010.11-2010規(guī)定的轉(zhuǎn)矩重復(fù)偏差小于±7%要求。
以上就是廈門力常彈簧有限公司給大家整理“組合碟形彈簧式核級閥門電動裝置轉(zhuǎn)矩控制機構(gòu)的研究”的相關(guān)內(nèi)容，如果大家還有更多關(guān)于碟形彈簧,碟形彈簧,高溫碟形彈簧,碟形彈簧廠家,不銹鋼碟形彈簧,DIN6796碟墊等信息，可以關(guān)注廈門力常彈簧有限公司。電話：0592-5731967
核級閥門電動裝置的輸出轉(zhuǎn)矩的精度主要取決于其轉(zhuǎn)矩控制機構(gòu)的控制精度，它主要由組合碟簧參數(shù)設(shè)計的精確性決定，研究組合碟簧的受力與變形的關(guān)系對提高整個機構(gòu)的控制精度有著非�，F(xiàn)實的意義。設(shè)計組合碟簧式轉(zhuǎn)矩控制機構(gòu)的難點是碟簧配置參數(shù)的選取。為此，結(jié)合轉(zhuǎn)矩控制機構(gòu)的工作原理，對其主要零部件進(jìn)行系統(tǒng)地分析和研究。
1結(jié)構(gòu)與工作原理
組合碟簧式轉(zhuǎn)矩控制機構(gòu)主要包含組合碟簧、引出機構(gòu)和控制開關(guān)組件三部分，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
核級閥門電動裝置工作時，電機驅(qū)動蝸輪蝸桿減速機構(gòu)運轉(zhuǎn)，輸出轉(zhuǎn)矩推動閥門運行。蝸輪對蝸桿反作用力壓迫組合碟簧并使之產(chǎn)生變形，同時蝸桿竄動[1]，帶動安裝于蝸桿左端引出軸轉(zhuǎn)動。當(dāng)閥門電動裝置的輸出轉(zhuǎn)矩達(dá)到閥門的關(guān)閉力或開啟力時，控制開關(guān)組件的開關(guān)動作，控制系統(tǒng)立即切斷電機電源，實現(xiàn)閥門電動裝置輸出轉(zhuǎn)矩與閥門開、關(guān)閥所需驅(qū)動力的匹配。
2理論計算
2.1碟簧實際負(fù)載計算
當(dāng)力 矩開關(guān)動作的瞬間，閥門電動裝置各主要零件的受力如圖2所示。
根據(jù)上述受力分析，由平面力學(xué)知識容易得出：
Fa ——蝸桿軸向力(由核級閥門電動裝置的設(shè)計輸出轉(zhuǎn)矩、蝸輪節(jié)圓直徑求出)，N;
μ1 、μ2 ——左端軸承與蝸桿軸間的摩擦系數(shù);
L1 、L2 ——蝸桿軸兩端的支撐臂，mm。根據(jù)蝸輪蝸桿副嚙合理論，可得軸截面反力
FN 為：
FN = Fa tan α (2)
由于蝸桿左、右端的支撐處的摩擦系數(shù)近似
相等(即μ1=μ2，用同一符號μ表示)，并式(1)、(2) 得出組合碟簧實際負(fù)載力：
Fw = Fa(1 - μ tan α) (3)
2.2碟簧的受力與變形關(guān)系
核級閥門電動裝置選用的碟簧一般為無支撐面碟簧，根據(jù)GB1972-2005，單片碟簧的實際負(fù)載與其變形量的關(guān)系式為：
3利用ANSYS軟件分析
利用ANSYS有限元軟件對碟簧進(jìn)行分析是一種便捷實用的方法�，F(xiàn)以我廠2HA3.2核級閥門電動裝置組合碟簧的計算為例，介紹分析方法。
3.1分析過程
為簡化計算，抽取單片碟簧進(jìn)行分析。該型號產(chǎn)品的碟簧的參數(shù)和最大負(fù)載如表1。
建立有限元模型：為避免分析結(jié)果發(fā)散[2]，首先將單位制改為MPA。分析類型選擇大變形結(jié)構(gòu)靜力學(xué)類別[3]，單元類型為Solid Brick 8node 45 單元，材料的彈性模量為2.06×105 MPa，泊松比為0.3。根據(jù)圖3中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ點的坐標(biāo)建立碟形彈簧的軸截面，然后擠出單片碟簧的實體模型。
網(wǎng)格劃分：將線ⅠⅡ劃分為4等份，線ⅠⅣ劃分為8等份，點Ⅰ所在的1/4圓弧劃分為20等份，采用體映射網(wǎng)格劃分的方法生成網(wǎng)格。生成的有限元模型如圖4，共生成2560個單元，3600個節(jié)點。
施加邊界條件：轉(zhuǎn)矩控制機構(gòu)工作時，組合碟簧只承受軸向力，單片碟簧只在上下兩端圓弧受到約束。因此對有限元模型的Ⅲ點所在的圓弧施加約束UY，模型的四個軸截面施加面約束。
施加載荷和分析：根據(jù)受力分析，只需對碟簧上端施加軸向力。利用選擇工具菜單選擇模型中Ⅰ點所在圓弧上的節(jié)點(共80個)，對沒個節(jié)點施加載荷67.38 N (5390.5/80)。運行有限元solve程序，利用后處理模塊查看計算結(jié)果(如圖5、圖6)。
3.2結(jié)果分析
圖5為整個模型的應(yīng)力分布圖，應(yīng)力的最大點在Ⅰ點所在的圓弧(1 656 MPa)。圖6為碟簧軸截面的軸向應(yīng)變分布圖，各重要節(jié)點軸向應(yīng)變?nèi)绫?所示。
由上表可知，點Ⅰ的軸向應(yīng)變?yōu)?.549 mm，即單片碟簧的變形f ，代入式(4)，計算得出碟簧負(fù)載為5 377.1 N，證明理論計算有限元計算結(jié)果非常接近。
4結(jié)語
基于組合碟簧的轉(zhuǎn)矩控制機構(gòu)已成功用于我廠2HA3系列核級電動執(zhí)行機構(gòu)上。經(jīng)過多年的試驗和應(yīng)用實踐證明，按上述方法設(shè)計的轉(zhuǎn)矩控制機構(gòu)性能穩(wěn)定、控制精度高，產(chǎn)品的轉(zhuǎn)矩重復(fù)偏差在±5%以內(nèi)，完全滿足NB/T20010.11-2010規(guī)定的轉(zhuǎn)矩重復(fù)偏差小于±7%要求。
以上就是廈門力常彈簧有限公司給大家整理“組合碟形彈簧式核級閥門電動裝置轉(zhuǎn)矩控制機構(gòu)的研究”的相關(guān)內(nèi)容，如果大家還有更多關(guān)于碟形彈簧,碟形彈簧,高溫碟形彈簧,碟形彈簧廠家,不銹鋼碟形彈簧,DIN6796碟墊等信息，可以關(guān)注廈門力常彈簧有限公司。電話：0592-5731967