一种方形球阀自动装配系统的机械装置及装配方法技术领域
本发明涉及一种方形球阀自动装配系统的机械装置及装配方法。
背景技术
方形球阀因其结构简单、性能可靠，在石油行业中得到了广泛的应用。方形球阀结
构主要包括阀体、阀芯、阀盖、阀旋钮和密封圈。方形球阀在装配过程中，阀盖安装的
松紧程度对方形球阀的装配质量至关重要。当阀盖安装较松时，方形球阀的密封件因未
承受一定安装预紧力，导致工作过程中出现漏油现象；若阀盖安装过紧，安装预紧力过
大，阀门的启闭非常困难，同时对密封件的损害也非常大。因此，在方形球阀的安装过
程中对方形球阀安装的预紧力要求非常严格，需要对其进行严格控制。此外，为了进一
步检验装配后方形阀体的气密性，需要对方形阀体进行气密性检验。
目前，方形球阀的安装主要依靠人工进行方形阀体的组装，安装工人需要利用手动
扳手往复旋转方形球阀的阀门旋钮，感受装配松紧程度，根据自身经验判断安装是否符
合要求。此外，为了检验装配后的方形阀门气密性，需要对阀门进行气密性检测。气密
性检测采用对方形球阀一出口进行封堵，从另一端对阀门进行高压气体填充。充气一段
时间后，压力达到预定压力时关闭阀门，以使得方形球阀芯内部充有高压气体，将方形
球阀置入水中，观察是否有漏气现象进而进行气密性检测。由此可见，方形球阀的安装
过程包括安装及充气两个工序，且均依靠人工完成，安装过程中存在以下几点不足：1、
方形阀装配及充气工序分散，影响整个产品的生产周期；2、形阀的装配及充气过程均
为人工操作，装配效率低、劳动强度大；3、产品的装配质量受工人的技能、经验影响，
难以保证产品质量的稳定性和均一性。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种方形球阀自动装配系统的机
械装置及装配方法，实现方形球阀自动装配、自动充气工序一体化，达到提高方形球阀
装配效率、稳定产品生产质量、减少工人劳动强度的效果。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种方形球阀自动装配系统的
机械装置，包括气缸、气动马达一、四爪卡盘、气缸压板、电机、橡胶垫、气动马达二、
传动套筒和气动单向阀；
四爪卡盘与气动马达一相连，四爪卡盘上方设置橡胶垫，橡胶垫的下表面设有与方
形球阀的阀盖的型面孔相匹配的型面凸起，气缸压板设置在橡胶垫上方，电机通过联轴
器与主传动连接头的顶部相连，联轴器设有扭矩传感器，主传动连接头的底部穿过气缸
压板并与橡胶垫相连，四爪卡盘的侧面设置气缸和气动马达二，气缸与气缸压板相连，
气动马达二与传动套筒的一端相连，传动套筒的另一端设有与方形球阀的旋钮上的方形
块向匹配的方形孔，四爪卡盘下方设置气动单向阀，气动单向阀与外部高压气源相连。
进一步的，所述联轴器与主传动连接头为花键连接，并且联轴器与主传动连接头之
间为间隙配合，所述主传动连接头与橡胶垫为型面连接，主传动连接头的底部设有型面
轴，橡胶垫的上表面设有与主传动连接头的型面轴相匹配的型面孔。
进一步的，所述气动马达二与传动套筒为花键连接，并且气动马达二与传动套筒之
间为间隙配合。
进一步的，所述气缸、气动马达一、四爪卡盘、电机、气动马达二和气动单向阀均
固定在机架上。
根据上述机械装置的一种方形球阀自动装配系统的装配方法，包括阀体夹紧、阀盖
旋紧、阀芯充气和装配完毕拆卸四个步骤；
阀体夹紧：将旋钮、阀芯、阀盖置于阀体中，阀体放置在四爪卡盘的中心位置，气
动马达一驱动四爪卡盘对阀体夹紧到位；
阀盖旋紧：电机通过主传动连接头带动橡胶垫旋转，橡胶垫与阀盖型面配合，进而
带动阀盖与阀体旋紧，设置在电机和主传动连接头之间的扭矩传感器对电机输出扭矩进
行监测，当扭矩达到设定值时，电机停止转动；
阀芯充气：气缸向下运动带动气缸压板对橡胶垫进行压紧，当气缸无法继续向下运
动时，停止对气缸供气，同时，外部高压气源经气动单向阀对方形球阀的阀芯充气，一
定时间后气源停止供气，拉动传动套筒，使传动套筒的方形孔与旋钮上的方形块相配合，
气动马达二启动通过旋钮的转动使阀芯处于关闭状态；
装配完毕拆卸：气缸向上运动，气缸压板对橡胶垫施加的载荷被卸除，进而气动马
达一反向转动驱动四爪卡盘卸除其卡爪施加在阀体上的夹紧力，拉动传动套筒，卸除传
动套筒和旋钮的配合，最终将方形球阀卸下，装配完毕，进入下一个装配循环过程。
有益效果：1、实现了方形阀装配与充气工序的一体化，简化了方形阀装配及检测
的工艺流程；2、系统可实现方形阀的自动装配，提高方形阀装配效率；3、相对于人工
装配过程中工人技能和经验影响产品装配质量，自动装配系统可以较好地稳定产品的生
产质量，实现同一批次产品装配质量的均一性；4、系统仅需要较少的人工辅助，减少
工人的劳动强度，节约了装配劳动力。该装配系统的机械装置及装配方法克服了现有方
形阀装配过程中存在的诸多不足。
附图说明
图1是本发明的方形球阀的爆炸视图；
图2是本发明的方形球阀自动装配系统机械装置等轴侧视图；
图3是本发明的方形球阀自动装配系统机械装置等轴主视图；
图4是本发明的橡胶垫主视图；
图5是本发明的橡胶垫左视图；
图6是本发明的主传动连接头、气缸压板、橡胶垫和阀盖等轴测视图；
图7是本发明的传动轴与球阀旋钮等轴测图。
图中：1-机架，2-气缸，3-气动马达一，4-四爪卡盘，5-气缸压板，6-主传动连接头，
7-联轴器，8-电机，9-方形球阀，10-橡胶垫，11-气动马达二，12-传动套筒，13-气动单
向阀，901-旋钮，902-阀体，903-阀芯，904-阀盖。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1至7所示，一种方形球阀自动装配系统的机械装置包括气缸2、气动马达一
3、四爪卡盘4、气缸压板5、电机8、橡胶垫10、气动马达二11、传动套筒12和气动
单向阀13。
四爪卡盘4与气动马达一3相连，夹紧和拆卸过程中，依靠气动马达一3对四爪卡
盘4进行驱动，四爪卡盘4上方设置橡胶垫10，橡胶垫10的下表面设有与阀盖904的
型面孔相匹配的型面凸起，气缸压板5设置在橡胶垫10上方，电机8通过联轴器7与
主传动连接头6的顶部相连，联轴器7设有扭矩传感器，主传动连接头6的底部穿过气
缸压板5并与橡胶垫10相连，四爪卡盘4的侧面设置气缸2和气动马达二11，气缸2
与气缸压板5相连，气缸压板5在气缸2的带动下对橡胶垫10进行压紧，气动马达二
11与传动套筒12的一端相连，对其进行驱动，传动套筒12的另一端设有与旋钮901
上的方形块向匹配的方形孔，四爪卡盘4下方设置气动单向阀13，气动单向阀13与外
部高压气源相连，用于对方形阀9装配完成之后高压气体的填充，进而用于进一步的气
密性检测。
其中，所述联轴器7与主传动连接头6为花键连接，并且联轴器7与主传动连接头
6之间为间隙配合，所述主传动连接头6与橡胶垫10为型面连接，主传动连接头6的底
部设有型面轴，橡胶垫10的上表面设有与主传动连接头6的型面轴相匹配的型面孔；
所述气动马达二11与传动套筒12为花键连接，并且气动马达二11与传动套筒12之间
为间隙配合；所述气缸2、气动马达一3、四爪卡盘4、电机8、气动马达二11和气动
单向阀13均固定在机架1上。
根据上述机械装置的一种方形球阀自动装配系统的装配方法，该装配方法包括阀体
902夹紧、阀盖904旋紧、阀芯903充气和装配完毕拆卸四个步骤；
阀体902夹紧：将旋钮901、阀芯903、阀盖904置于阀体902中，阀体902放置
在四爪卡盘4的中心位置，气动马达一3驱动四爪卡盘4对阀体902夹紧到位；
阀盖904旋紧：电机8通过主传动连接头6带动橡胶垫10旋转，橡胶垫10与阀盖
904型面配合，进而带动阀盖904与阀体902旋紧，设置在电机8和主传动连接头6之
间的扭矩传感器7对电机8输出扭矩进行监测，当扭矩达到设定值时，电机8停止转动；
阀芯903充气：气缸2向下运动带动气缸压板5对橡胶垫10进行压紧，当气缸2
无法继续向下运动时，停止对气缸2供气，同时，外部高压气源经气动单向阀13对方
形球阀9的阀芯903充气，一定时间后气源停止供气，拉动传动套筒12，使传动套筒
12的方形孔与旋钮901上的方形块相配合，气动马达二11启动通过旋钮901的转动使
阀芯903处于关闭状态；
装配完毕拆卸：气缸2向上运动，气缸压板5对橡胶垫10施加的载荷被卸除，进
而气动马达一3反向转动驱动四爪卡盘4卸除其卡爪施加在阀体902上的夹紧力，拉动
传动套筒12，卸除传动套筒12和旋钮901的配合，最终将方形球阀9卸下，装配完毕，
进入下一个装配循环过程。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员
来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也
应视为本发明的保护范围。