防火排煙閥全自動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)研發(fā)

　　研發(fā)一種安裝在高層建筑、大型船舶、核電站等通風(fēng)系統(tǒng)的防火排煙閥體中，用于對(duì)防火排煙閥體進(jìn)行開啟或關(guān)閉的全自動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)復(fù)位由電機(jī)通過全齒輪傳動(dòng)組帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)90°，使閥門復(fù)位到原始狀態(tài)；可用電動(dòng)、手動(dòng)或溫感器驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，主軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，使閥門打開或關(guān)閉，同時(shí)輸出打開或關(guān)閉信號(hào)，輸出的信號(hào)可以與通風(fēng)系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)，從而使通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)防火和排煙的功能。

一、引言

　　隨著國(guó)家對(duì)安全的重視，各種安全規(guī)范陸續(xù)出臺(tái)，各種高層、船舶、核電、軍工、地鐵、化工等建筑必須安裝防火設(shè)備，防火排煙閥是安防設(shè)備中重要的組成部分。防火排煙閥的關(guān)鍵點(diǎn)是可靠性，特別是能自動(dòng)開關(guān)且?guī)в惺謩?dòng)和溫控動(dòng)作的防火排煙閥(防火排煙閥有手動(dòng)、半自動(dòng)和全自動(dòng)三種類型)，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)又是防火排煙閥的主要部件，一臺(tái)閥門的可靠性如何，關(guān)鍵在于執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本文介紹防火排煙閥全自動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

二、研究目標(biāo)

　　研究開發(fā)一種安裝在高層建筑、大型船舶、核電站等通風(fēng)系統(tǒng)的防火排煙閥體中，用于對(duì)防火排煙閥體進(jìn)行開啟或關(guān)閉的全自動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)復(fù)位由電機(jī)通過全齒輪傳動(dòng)組帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)90°，使閥門復(fù)位到原始狀態(tài);機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)，可用電動(dòng)、手動(dòng)或溫感器動(dòng)作使機(jī)構(gòu)動(dòng)作，主軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，使閥門打開或關(guān)閉，同時(shí)輸出打開或關(guān)閉信號(hào)，輸出的信號(hào)也可以與通風(fēng)系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)，從而使系統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)防火和排煙的功能。

三、總體設(shè)計(jì)

　　機(jī)構(gòu)主體包括齒輪傳動(dòng)組、底板、安裝面板、主軸組件、主軸定位裝置、電磁鐵驅(qū)動(dòng)以及電器元件等，齒輪傳動(dòng)組如圖1所示。由4個(gè)等高套將底板和安裝面板形成齒輪箱，齒輪傳動(dòng)組由4組嚙合齒輪系組成，其中還包括三個(gè)齒輪安裝軸和一根主軸。主軸為空心管，用來連接機(jī)構(gòu)與閥門葉片主軸，主軸上固定扇形齒輪、凸輪。由電機(jī)通過齒輪傳動(dòng)組帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，當(dāng)擺架上的滾子嵌入凸輪的缺口中時(shí)主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)，為了給主軸在電機(jī)不通電的情況下逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)提供空間，在主軸停止旋轉(zhuǎn)后，電機(jī)反轉(zhuǎn)。為了使電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)不帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，采取的方案是：輸出動(dòng)輪與輸出齒輪裝配在輸出軸上，在輸出齒輪上開有扇形腰孔槽，在輸出動(dòng)輪上裝配有動(dòng)輪銷與扇形腰孔槽配合，電機(jī)齒輪與輸出動(dòng)輪嚙合。電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，由輸出動(dòng)輪帶動(dòng)輸出齒輪旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn);當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)輪銷在扇形腰孔槽內(nèi)滑動(dòng)而不帶動(dòng)輸出齒輪旋轉(zhuǎn)，從而使電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)不帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，這樣就為電機(jī)不通電的情況下主軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)提供了空間。輸出動(dòng)輪與輸出齒輪配合結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 齒輪傳動(dòng)組

圖2 輸出動(dòng)輪與輸出齒輪配合結(jié)構(gòu)

　　電機(jī)的啟動(dòng)與停止由安裝在安裝面板上的微動(dòng)開關(guān)控制。主軸的旋轉(zhuǎn)角度為90°，分別通過擋柱定位以及擺架上的滾子嵌入凸輪缺口定位控制主軸的旋轉(zhuǎn)角度。

四、原理分析

　　機(jī)構(gòu)復(fù)位時(shí)，給電機(jī)通電，電機(jī)通過齒輪組帶動(dòng)主軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使閥門復(fù)位到原始狀態(tài)，當(dāng)擺架上的滾子嵌入凸輪的缺口中時(shí)，擺桿將擺架卡住，使主軸定位并停止旋轉(zhuǎn)，此時(shí)主軸的旋轉(zhuǎn)角度為90°，然后電機(jī)反轉(zhuǎn)至微動(dòng)開關(guān)合上，電機(jī)自動(dòng)斷電停止。機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)，給電磁鐵通電、電磁鐵芯拉動(dòng)擺桿，使擺架與擺桿脫開，在主軸扭簧扭矩的作用下，凸輪缺口滑出擺架上的滾子，主軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，使閥門打開或關(guān)閉。機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)，也可以采用手動(dòng)或溫感器動(dòng)作的方式拉動(dòng)擺桿使機(jī)構(gòu)動(dòng)作，打開或關(guān)閉閥門。

五、設(shè)計(jì)計(jì)算

　　初步選定電機(jī)規(guī)格為：轉(zhuǎn)速36轉(zhuǎn)/分，輸出扭矩50N•cm，4組嚙合齒輪傳動(dòng)比分別為：40/80、21/74、33/48、17/52，主軸盤簧最大工作扭矩15N•m。

　　(一)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主軸轉(zhuǎn)速計(jì)算：

　　V=36×40/80×21/74×33/48×17/52=1.15轉(zhuǎn)/分=6.9°/秒

　　(二)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主軸旋轉(zhuǎn)90°所需時(shí)間計(jì)算：

　　t=90/6.9=13.1秒

　　(三)執(zhí)行機(jī)構(gòu)理論復(fù)位時(shí)間計(jì)算

　　T=2t=26.2秒

　　(四)負(fù)載后執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際復(fù)位時(shí)間計(jì)算實(shí)際工作中，電機(jī)負(fù)載后的實(shí)際轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分，因此機(jī)構(gòu)的實(shí)際復(fù)位時(shí)間為：

　　T(實(shí)際)=36/30×26.2=31.5秒

　　(五)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主軸輸出扭矩(即電機(jī)在帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的扭矩)計(jì)算

　　P=50/(40/80×21/74×33/48×17/52)/100=15.7N•m

　　大于主軸盤簧的最大工作扭矩，可以帶動(dòng)主軸。

六、結(jié)論

　　研發(fā)的防火排煙閥全自動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用全齒輪傳動(dòng)，解決了在動(dòng)作復(fù)位過程中，主軸無(wú)法回彈的問題，傳動(dòng)、復(fù)位阻力小，動(dòng)作迅速性能穩(wěn)定，在通電情況下，能夠自動(dòng)使閥門自動(dòng)復(fù)位、自動(dòng)動(dòng)作，同時(shí)，溫感器動(dòng)作也能使閥門動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)溫度控制閥門的功能。本產(chǎn)品功能齊全，適用于各種復(fù)雜的環(huán)境;穩(wěn)定性高，確保在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，防火排煙閥門及時(shí)動(dòng)作，起到防火排煙的作用，有效的減少火災(zāi)造成的損失。另外本產(chǎn)品所有傳動(dòng)件及電器元件都安裝在罩殼內(nèi)，使該產(chǎn)品具有良好的密封性能，特別適宜在有防水、防霧要求的建筑和各種設(shè)備上使用。