防火排烟阀全自动执行机构研发

    一、引言
    随着国家对安全的重视，各种安全规范陆续出台，各种高层、船舶、核电、军工、地铁、化工等建筑必须安装防火设备，防火排烟阀是安防设备中重要的组成部分。防火排烟阀的关键点是可靠性，特别是能自动开关且带有手动和温控动作的防火排烟阀（防火排烟阀有手动、半自动和全自动三种类型），而执行机构又是防火排烟阀的主要部件，一台阀门的可靠性如何，关键在于执行机构。本文介绍防火排烟阀全自动执行机构。
    二、研究目标
    研究开发一种安装在高层建筑、大型船舶、核电站等通风系统的防火排烟阀体中，用于对防火排烟阀体进行开启或关闭的全自动执行机构。该机构复位由电机通过全齿轮传动组带动主轴旋转90°，使阀门复位到原始状态；机构动作时，可用电动、手动或温感器动作使机构动作，主轴逆时针旋转90°，使阀门打开或关闭，同时输出打开或关闭信号，输出的信号也可以与通风系统中的风机联动，从而使系统通风系统实现防火和排烟的功能。
    三、总体设计
    机构主体包括齿轮传动组、底板、安装面板、主轴组件、主轴定位装置、电磁铁驱动以及电器元件等，齿轮传动组如图1所示。由4个等高套将底板和安装面板形成齿轮箱，齿轮传动组由4组啮合齿轮系组成，其中还包括三个齿轮安装轴和一根主轴。主轴为空心管，用来连接机构与阀门叶片主轴，主轴上固定扇形齿轮、凸轮。由电机通过齿轮传动组带动主轴旋转，当摆架上的滚子嵌入凸轮的缺口中时主轴停止转动，为了给主轴在电机不通电的情况下逆时针旋转提供空间，在主轴停止旋转后，电机反转。为了使电机反转时不带动主轴旋转，采取的方案是：输出动轮与输出齿轮装配在输出轴上，在输出齿轮上开有扇形腰孔槽，在输出动轮上装配有动轮销与扇形腰孔槽配合，电机齿轮与输出动轮啮合。电机正转时，由输出动轮带动输出齿轮旋转，从而带动主轴旋转；当电机反转时，动轮销在扇形腰孔槽内滑动而不带动输出齿轮旋转，从而使电机反转时不带动主轴旋转，这样就为电机不通电的情况下主轴逆时针旋转提供了空间。输出动轮与输出齿轮配合结构如图2所示。

图1 齿轮传动组

图2 输出动轮与输出齿轮配合结构

    电机的启动与停止由安装在安装面板上的微动开关控制。主轴的旋转角度为90°，分别通过挡柱定位以及摆架上的滚子嵌入凸轮缺口定位控制主轴的旋转角度。
    四、原理分析
    机构复位时，给电机通电，电机通过齿轮组带动主轴顺时针旋转，使阀门复位到原始状态，当摆架上的滚子嵌入凸轮的缺口中时，摆杆将摆架卡住，使主轴定位并停止旋转，此时主轴的旋转角度为90°，然后电机反转至微动开关合上，电机自动断电停止。机构动作时，给电磁铁通电、电磁铁芯拉动摆杆，使摆架与摆杆脱开，在主轴扭簧扭矩的作用下，凸轮缺口滑出摆架上的滚子，主轴逆时针旋转90°，使阀门打开或关闭。机构动作时，也可以采用手动或温感器动作的方式拉动摆杆使机构动作，打开或关闭阀门。
    五、设计计算
    初步选定电机规格为：转速36转/分，输出扭矩50N•cm，4组啮合齿轮传动比分别为：40/80、21/74、33/48、17/52，主轴盘簧最大工作扭矩15N•m。
    （一）执行机构主轴转速计算：
    V=36×40/80×21/74×33/48×17/52=1.15转/分=6.9°/秒
    （二）执行机构主轴旋转90°所需时间计算：
    t=90/6.9=13.1秒
    （三）执行机构理论复位时间计算
    T=2t=26.2秒
    （四）负载后执行机构实际复位时间计算实际工作中，电机负载后的实际转速为30转/分，因此机构的实际复位时间为：
    T（实际）=36/30×26.2=31.5秒
    （五）执行机构主轴输出扭矩（即电机在带动主轴旋转时产生的扭矩）计算
    P=50/（40/80×21/74×33/48×17/52）/100=15.7N•m
    大于主轴盘簧的最大工作扭矩，可以带动主轴。
    六、结论
    研发的防火排烟阀全自动执行机构采用全齿轮传动，解决了在动作复位过程中，主轴无法回弹的问题，传动、复位阻力小，动作迅速性能稳定，在通电情况下，能够自动使阀门自动复位、自动动作，同时，温感器动作也能使阀门动作，从而实现温度控制阀门的功能。本产品功能齐全，适用于各种复杂的环境；稳定性高，确保在火灾发生时，防火排烟阀门及时动作，起到防火排烟的作用，有效的减少火灾造成的损失。另外本产品所有传动件及电器元件都安装在罩壳内，使该产品具有良好的密封性能，特别适宜在有防水、防雾要求的建筑和各种设备上使用。