防火排煙閥全自動(dòng)執行機構研發(fā)
研發(fā)一種安裝在高層建筑、大型船舶、核電站等通風(fēng)系統的防火排煙閥體中，用于對防火排煙閥體進(jìn)行開(kāi)啟或關(guān)閉的全自動(dòng)執行機構。該機構復位由電機通過(guò)全齒輪傳動(dòng)組帶動(dòng)主軸旋轉90°，使閥門(mén)復位到原始狀態(tài)；可用電動(dòng)、手動(dòng)或溫感器驅動(dòng)機構動(dòng)作，主軸逆時(shí)針旋轉90°，使閥門(mén)打開(kāi)或關(guān)閉，同時(shí)輸出打開(kāi)或關(guān)閉信號，輸出的信號可以與通風(fēng)系統中的風(fēng)機聯(lián)動(dòng)，從而使通風(fēng)系統實(shí)現防火和排煙的功能。
一、引言
隨著(zhù)國家對安全的重視，各種安全規范陸續出臺，各種高層、船舶、核電、軍工、地鐵、化工等建筑必須安裝防火設備，防火排煙閥是安防設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(kāi)關(guān)且帶有手動(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(lèi)型)，而執行機構又是防火排煙閥的主要部件，一臺閥門(mén)的可靠性如何，關(guān)鍵在于執行機構。本文介紹防火排煙閥全自動(dòng)執行機構。
二、研究目標
研究開(kāi)發(fā)一種安裝在高層建筑、大型船舶、核電站等通風(fēng)系統的防火排煙閥體中，用于對防火排煙閥體進(jìn)行開(kāi)啟或關(guān)閉的全自動(dòng)執行機構。該機構復位由電機通過(guò)全齒輪傳動(dòng)組帶動(dòng)主軸旋轉90°，使閥門(mén)復位到原始狀態(tài);機構動(dòng)作時(shí)，可用電動(dòng)、手動(dòng)或溫感器動(dòng)作使機構動(dòng)作，主軸逆時(shí)針旋轉90°，使閥門(mén)打開(kāi)或關(guān)閉，同時(shí)輸出打開(kāi)或關(guān)閉信號，輸出的信號也可以與通風(fēng)系統中的風(fēng)機聯(lián)動(dòng)，從而使系統通風(fēng)系統實(shí)現防火和排煙的功能。
三、總體設計
機構主體包括齒輪傳動(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(lái)連接機構與閥門(mén)葉片主軸，主軸上固定扇形齒輪、凸輪。由電機通過(guò)齒輪傳動(dòng)組帶動(dòng)主軸旋轉，當擺架上的滾子嵌入凸輪的缺口中時(shí)主軸停止轉動(dòng)，為了給主軸在電機不通電的情況下逆時(shí)針旋轉提供空間，在主軸停止旋轉后，電機反轉。為了使電機反轉時(shí)不帶動(dòng)主軸旋轉，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(kāi)有扇形腰孔槽，在輸出動(dòng)輪上裝配有動(dòng)輪銷(xiāo)與扇形腰孔槽配合，電機齒輪與輸出動(dòng)輪嚙合。電機正轉時(shí)，由輸出動(dòng)輪帶動(dòng)輸出齒輪旋轉，從而帶動(dòng)主軸旋轉;當電機反轉時(shí)，動(dòng)輪銷(xiāo)在扇形腰孔槽內滑動(dòng)而不帶動(dòng)輸出齒輪旋轉，從而使電機反轉時(shí)不帶動(dòng)主軸旋轉，這樣就為電機不通電的情況下主軸逆時(shí)針旋轉提供了空間。輸出動(dòng)輪與輸出齒輪配合結構如圖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構
電機的啟動(dòng)與停止由安裝在安裝面板上的微動(dòng)開(kāi)關(guān)控制。主軸的旋轉角度為90°，分別通過(guò)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角度。
四、原理分析
機構復位時(shí)，給電機通電，電機通過(guò)齒輪組帶動(dòng)主軸順時(shí)針旋轉，使閥門(mén)復位到原始狀態(tài)，當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，此時(shí)主軸的旋轉角度為90°，然后電機反轉至微動(dòng)開(kāi)關(guān)合上，電機自動(dòng)斷電停止。機構動(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(kāi)，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90°，使閥門(mén)打開(kāi)或關(guān)閉。機構動(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)擺桿使機構動(dòng)作，打開(kāi)或關(guān)閉閥門(mén)。
五、設計計算
初步選定電機規格為：轉速36轉/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(pán)簧最大工作扭矩15N•m。
(一)執行機構主軸轉速計算：
V=36×40/80×21/74×33/48×17/52=1.15轉/分=6.9°/秒
(二)執行機構主軸旋轉90°所需時(shí)間計算：
t=90/6.9=13.1秒
(三)執行機構理論復位時(shí)間計算
T=2t=26.2秒
(四)負載后執行機構實(shí)際復位時(shí)間計算實(shí)際工作中，電機負載后的實(shí)際轉速為30轉/分，因此機構的實(shí)際復位時(shí)間為：
T(實(shí)際)=36/30×26.2=31.5秒
(五)執行機構主軸輸出扭矩(即電機在帶動(dòng)主軸旋轉時(shí)產(chǎn)生的扭矩)計算
P=50/(40/80×21/74×33/48×17/52)/100=15.7N•m
大于主軸盤(pán)簧的最大工作扭矩，可以帶動(dòng)主軸。
六、結論
研發(fā)的防火排煙閥全自動(dòng)執行機構采用全齒輪傳動(dòng)，解決了在動(dòng)作復位過(guò)程中，主軸無(wú)法回彈的問(wèn)題，傳動(dòng)、復位阻力小，動(dòng)作迅速性能穩定，在通電情況下，能夠自動(dòng)使閥門(mén)自動(dòng)復位、自動(dòng)動(dòng)作，同時(shí)，溫感器動(dòng)作也能使閥門(mén)動(dòng)作，從而實(shí)現溫度控制閥門(mén)的功能。本產(chǎn)品功能齊全，適用于各種復雜的環(huán)境;穩定性高，確保在火災發(fā)生時(shí)，防火排煙閥門(mén)及時(shí)動(dòng)作，起到防火排煙的作用，有效的減少火災造成的損失。另外本產(chǎn)品所有傳動(dòng)件及電器元件都安裝在罩殼內，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備上使用。
