連桿蝶閥閥板的優(yōu)化設(shè)計(jì)
連桿蝶閥閥板的優(yōu)化設(shè)計(jì)
摘 要： 介紹了連桿蝶閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從不同角度分析了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)閥板的不足，并對(duì)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的閥板進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，取得了較好的效果。
一、前言
連桿蝶閥是蝶閥的一種結(jié)構(gòu)形式，主要應(yīng)用于冶金高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)的管道中，它具有體積小，重量輕，動(dòng)作靈活，拆裝方便等優(yōu)點(diǎn)。因此，連桿蝶閥在熱風(fēng)爐系統(tǒng)的空氣、煤氣、煙氣等介質(zhì)管道中得到了廣泛應(yīng)用。薩孚流體控制（上海）有限公司
二、連桿蝶閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
連桿蝶閥的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它主要由驅(qū)動(dòng)裝置、閥板、閥體、主軸、桿系等零部件組成。閥門(mén)的啟閉是靠驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)主軸帶動(dòng)桿系機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)閥板的打開(kāi)和關(guān)閉。通過(guò)圖1可以看出，無(wú)論閥門(mén)在開(kāi)啟還是關(guān)閉的時(shí)候，閥板及其連動(dòng)部件始終是在介質(zhì)的包圍之中。當(dāng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，閥板要承受介質(zhì)的所有壓力，這樣就會(huì)引起閥板的塑性變形，進(jìn)而使其連動(dòng)件引起變形；當(dāng)閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)，閥板又會(huì)受到介質(zhì)的沖刷，以及介質(zhì)流動(dòng)所引起的閥板本身的振動(dòng)，這樣同樣會(huì)加快連動(dòng)部件的損壞，尤其是鉸接處固體自潤(rùn)滑軸承的損壞。因此，連桿蝶閥閥板的壽命也就是連桿蝶閥的壽命。
三、連桿蝶閥閥板的結(jié)構(gòu)分析
根據(jù)連桿蝶閥閥板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，加工制造時(shí)一般不采用鑄造結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)閥板主要采用焊接的形式，如圖2所示，閥板上兩立板采用鋼板直接下料，大圓鋼板下料后需要熱壓成形，壓出一定弧度，然后與立板焊接，最后進(jìn)行機(jī)加工。
從工藝角度對(duì)此種結(jié)構(gòu)的閥板進(jìn)行分析，從圖2中可以看出，閥板由三部分組成：立板、墊板、大圓鋼板。如果采用此種結(jié)構(gòu)的閥板，墊板和立板可以直接下料成形，而大圓鋼板則需要工藝人員首先算出下料尺寸，然后再按要求的弧度做出壓形胎具，用胎具將大圓鋼板壓制成形，最后與其他兩件組對(duì)焊接。而主要問(wèn)題就出在制造壓形胎具這一步，通過(guò)圖2可以看出，閥板中心部分為弧形，邊緣是一平面，這就需要每做一個(gè)規(guī)格的閥門(mén)，就要做一種胎具，否則不能壓出所需要的形狀。這無(wú)形之中就增加了企業(yè)的制造成本。
用有限元技術(shù)對(duì)這種結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，如圖3所示是在DN1700連桿蝶閥傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)閥板上加0.4MPa壓力時(shí)的分析結(jié)果，可以看出整個(gè)閥板最大變形處在兩立板上，此時(shí)發(fā)生的最大變形為1.69mm，這樣會(huì)使與閥板相連的銷(xiāo)軸和軸套受到很大的損壞。如圖4所示是熱風(fēng)爐冷風(fēng)管道的DN1700冷風(fēng)閥的損壞情況（冷風(fēng)管道壓力為0.47MPa，溫度為350℃），該閥門(mén)損壞原因是與閥板相連的銷(xiāo)軸變彎，銷(xiāo)軸處自潤(rùn)滑軸承被完全擠碎。
四、閥板的優(yōu)化設(shè)計(jì)
通過(guò)上面從不同角度對(duì)閥板結(jié)構(gòu)的分析，了解了傳統(tǒng)閥板結(jié)構(gòu)的不足之處，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐及用計(jì)算機(jī)的模擬分析，最后把閥板的結(jié)構(gòu)改進(jìn)為如圖5結(jié)構(gòu)。雖然只是對(duì)原來(lái)的結(jié)構(gòu)作了很小的調(diào)整，但是這給加工制造帶來(lái)很大的方便，對(duì)于一個(gè)系列的產(chǎn)品，可以將大圓鋼板設(shè)計(jì)成一個(gè)弧度，這樣只用一套胎具就可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。同樣閥板的剛度和強(qiáng)度也都有很大的提高。圖6是對(duì)改進(jìn)后的DN1700連桿蝶閥閥板施加0.4MPa壓力分析出來(lái)的結(jié)果（注：改進(jìn)后的閥板大圓鋼板、墊板、立板與傳統(tǒng)閥板上各件的厚度相同）。閥板的最大位移仍然發(fā)生在立板這個(gè)框架上，但只有0.13mm的變形量，是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)閥板變形量的1/13。由于銷(xiāo)軸與固體自潤(rùn)滑軸承之間有一定的的設(shè)計(jì)間隙，所以這樣的變形量，不會(huì)影響閥門(mén)的正常使用。
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