閥用于各種工業(yè)領(lǐng)域中(特別是在石油和天然氣工業(yè)中)以控制流體的流動。大多數(shù)閥包括閥體，該閥體具有縱向流孔(flow bore)和與該流孔相交的橫向閘腔(gate cavity)。驅(qū)動裝置特別用于在關(guān)閉位置和打開位置之間移動閘腔的關(guān)閉板，其中在關(guān)閉位置所述關(guān)閉板阻塞流孔，在打開位置所述關(guān)閉板不阻塞流孔。驅(qū)動裝置由輸入扭矩(torque)驅(qū)動，所需的扭矩通常用手動輪(handwheel)或電動輪產(chǎn)生。

驅(qū)動裝置還包括能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成平移運動的傳動機構(gòu)，該傳動機構(gòu)設(shè)置有：驅(qū)動閘板的打開和關(guān)閉的平移軸(translating shaft)；以及，連接到扭矩輪的旋轉(zhuǎn)套筒(rotating sleeve)。

如已經(jīng)注意到的，施加到驅(qū)動裝置的平移軸的力在打開閥時和在第一次打開過程(run)中有最大值。隨后，該力不再那么重要并大致恒定。相反，當(dāng)需要關(guān)閉閥時，所述最大值的力將在閥最終關(guān)閉時施加。當(dāng)使用手動輪時發(fā)生的是，在開始打開閥和結(jié)束關(guān)閉閥時該力變得如此重要以至于可能需要兩個操作者在手動輪上施加所要求的力。

專利EP-A-1 359 345中說明了包括雙螺絲連接部件的已知驅(qū)動裝置。

由于效率較高的第二螺絲機構(gòu)首先接合，因此這種驅(qū)動裝置允許在開始打開閥時減小所需的扭矩。打開過程的結(jié)束由第一螺絲機構(gòu)實現(xiàn)。

然而，開始關(guān)閉閥也由首先接合的效率較高的第二螺絲機構(gòu)來實現(xiàn)。然后，由第一螺絲機構(gòu)實現(xiàn)結(jié)束關(guān)閉過程。結(jié)束閥關(guān)閉過程需要施加所述最大值的力，但是對于這種配置，使用的是具有最低效率的螺絲機構(gòu)。

因此，在這種特定情況下，本發(fā)明的目的是減小在打開閥時產(chǎn)生的起步扭矩(breakaway torque)和在結(jié)束關(guān)閉閥時產(chǎn)生的關(guān)閉扭矩，且當(dāng)產(chǎn)生的扭矩不重要時增大打開和關(guān)閉階段的速度。

因此，需要有驅(qū)動裝置，該驅(qū)動裝置能夠引起施加可變縱向力和/或具有可變速度的平移運動。

根據(jù)一個實施方式，提出一種驅(qū)動裝置，包括：

非旋轉(zhuǎn)的和平移的縱向軸，

與所述縱向軸同軸且圍繞所述縱向軸定位的、旋轉(zhuǎn)的和平移的內(nèi)套筒，

與所述內(nèi)套筒同軸且圍繞所述內(nèi)套筒定位的、旋轉(zhuǎn)的和非平移的外套筒，

設(shè)置在所述縱向軸與所述內(nèi)套筒之間的內(nèi)螺絲連接部件，以及

設(shè)置在所述內(nèi)套筒與所述外套筒之間的外螺絲連接部件。

內(nèi)螺絲連接部件和外螺絲連接部件被適配成當(dāng)外套筒沿相同的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)時使縱向軸沿相同的縱向方向移動。

內(nèi)螺絲連接部件的導(dǎo)引效率高于外螺絲連接部件的導(dǎo)引效率。終端抵接部件被設(shè)置成用于在相應(yīng)的終端縱向位置處限制內(nèi)套筒相對于外套筒的縱向運動。

此外，將用于在內(nèi)套筒與縱向軸之間維持連接狀態(tài)的、可自釋放的(self-releasable)連接部件設(shè)置在終端抵接部件中的一個上，該終端抵接部件被設(shè)置成用于限制縱向軸相對于內(nèi)套筒的縱向運動，比如使得由可自釋放的連接部件所引起的阻力扭矩高于外摩擦螺絲連接部件的驅(qū)動扭矩。

內(nèi)螺絲連接部件可以是滾子螺絲機構(gòu)，并且外螺絲連接部件可以是螺紋摩擦螺絲機構(gòu)。

終端抵接部件可以包括旋轉(zhuǎn)抵接部件。

用于限制縱向軸相對于內(nèi)套筒的縱向運動的終端抵接部件可以包括附著到縱向軸上的環(huán)形的環(huán)和附著到內(nèi)套筒上的環(huán)，這些環(huán)中的至少一個設(shè)置有可自釋放的連接部件。

可自釋放的連接部件可以包括能夠與分別由縱向軸和內(nèi)套筒所帶有的凹部接合的多個突出構(gòu)件。

突出構(gòu)件可以是球。

可自釋放的連接部件可以包括：有吸引力的磁體。

縱向軸可以連接到刀閘閥的平移關(guān)閉板。

根據(jù)一個實施方式，還提出一種在兩個端部縱向位置之間驅(qū)動縱向軸的方法，其中內(nèi)套筒被定位成與所述縱向軸同軸且圍繞所述縱向軸，外套筒被定位成與所述軸同軸且圍繞所述內(nèi)套筒，內(nèi)螺絲連接部件設(shè)置在縱向軸與內(nèi)套筒之間，并且外螺絲連接部件設(shè)置在內(nèi)套筒與外套筒之間。

所述方法可以包括：

-在縱向的外套筒的向前旋轉(zhuǎn)方向上的第一階段和第二階段，其中在所述第一階段期間外套筒的旋轉(zhuǎn)通過內(nèi)螺絲連接部件傳遞到縱向軸，在所述第二階段期間外套筒的旋轉(zhuǎn)通過外螺絲連接部件傳遞到縱向軸，以及

-在所述外套筒的向后旋轉(zhuǎn)方向上的第一反向階段和第二反向階段，其中在所述第一反向階段期間所述外套筒的旋轉(zhuǎn)通過外螺絲連接部件傳遞到縱向軸，在所述第二反向階段期間外套筒的旋轉(zhuǎn)通過內(nèi)螺絲連接部件傳遞到縱向軸。

由于本發(fā)明，在開始打開閥，要求的施加力為最大值時，使用較高效率的螺絲連接部件，然后在余下的閥打開過程期間，要求施加的力減小且恒定的時，使用較高效率的螺絲連接部件。

另一個優(yōu)點是，在結(jié)束關(guān)閉閥，要求的施加力為最大值時，使用較高效率的螺絲連接部件，然后在閥關(guān)閉過程開始期間，要求施加的力減小且?guī)缀鹾愣〞r，使用較低效率的螺絲連接部件。

現(xiàn)在將作為示例描述根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動裝置并在附圖中示出，在附圖中：

圖1至圖8示出了驅(qū)動裝置在以下不同的縱向位置處相應(yīng)的縱向截面：

-圖1：第一端部位置；

-圖2：第一當(dāng)前向前位置；

-圖3：向前中間位置；

-圖4：第二當(dāng)前向前位置；

-圖5：第二端部位置；

-圖6：第一當(dāng)前向后位置；

-圖7：向后中間位置；以及

-圖8：第二當(dāng)前向后位置。

如圖1所示，驅(qū)動裝置1包括：待縱向移動的非旋轉(zhuǎn)的縱向軸2；與縱向軸2同軸且圍繞縱向軸2設(shè)置的、旋轉(zhuǎn)的和平移的縱向內(nèi)套筒3；以及，與內(nèi)套筒3同軸且圍繞內(nèi)套筒3設(shè)置的、非平移的和旋轉(zhuǎn)的縱向外套筒4。

作為參考，在附圖中，縱向軸2從左向右延伸。

縱向軸2連接到待移動的機件(organ)，諸如沿軸向連接到軸2的端部的桿2a，其設(shè)置有用于防止縱向軸2旋轉(zhuǎn)的防旋轉(zhuǎn)部件(未圖示)，諸如縱向引導(dǎo)部件。作為參考，在圖1中，桿2a附著到軸2的右端部。則桿2a能夠連接到閥的刀閘閥(未示出)的平移關(guān)閉板以便控制流體的流動。

外套筒4通過球軸承系統(tǒng)7被管狀支撐件6支撐，使得外套筒4無法平移移動而是只能旋轉(zhuǎn)。

在縱向軸2與內(nèi)套筒3之間設(shè)置有內(nèi)螺絲連接部件8。例如，內(nèi)螺絲連接部件8為滾子螺絲機構(gòu)(roller screw mechanism)，該滾子螺絲機構(gòu)包括多個縱向循環(huán)滾子(circulating rollers)9，這些縱向循環(huán)滾子9具有分別與縱向軸2的周螺紋以及與內(nèi)套筒3的內(nèi)螺紋接合的周螺紋，使得內(nèi)套筒3的旋轉(zhuǎn)引起縱向軸2的縱向運動，而沒有滾子8相對于軸2的縱向運動。

內(nèi)套筒3與外套筒4之間設(shè)置有外螺絲連接部件10。例如，外螺絲連接部件10為摩擦螺紋機構(gòu)，該摩擦螺紋機構(gòu)包括與外套筒4的內(nèi)螺紋接合的內(nèi)套筒3的外螺紋。

內(nèi)螺絲連接部件8和外螺絲連接部件10被適配成當(dāng)外套筒3沿相同方向旋轉(zhuǎn)時使縱向軸2沿相同的縱向方向移動。

內(nèi)螺絲連接部件8的導(dǎo)引效率(direct efficiency)高于外螺絲連接部件10的導(dǎo)引效率。這意味著，在沒有任何其它主動件(active element)的情況下，外套筒4的旋轉(zhuǎn)優(yōu)先經(jīng)由內(nèi)螺絲連接部件8轉(zhuǎn)換成軸2的平移，并且意味著內(nèi)套筒3和外套筒4經(jīng)由外螺絲連接部件10連接并一起旋轉(zhuǎn)。這也意味著，如果縱向軸2與內(nèi)套筒3連接，則外套筒4的旋轉(zhuǎn)經(jīng)由外螺絲連接部件10轉(zhuǎn)換成軸2的平移。

內(nèi)套筒3相對于外套筒4的縱向運動由終端抵接部件11和12限制，終端抵接部件11和12在內(nèi)套筒3相對于外套筒4的預(yù)定縱向行程(stroke)的末端處起作用(active)。作為參考，終端抵接部件11在圖的左側(cè)，終端抵接部件12在圖的右側(cè)。

終端抵接部件11和12包括附著到內(nèi)套筒3端部的環(huán)13和14以及附著到外套筒4的環(huán)15和16，其分別在內(nèi)套筒3相對于外套筒4的縱向行程的末端處接觸。

例如，環(huán)13和15以及環(huán)14和16包括對應(yīng)的凸耳17和18(圖4)和凸耳17a和18a(圖1)，它們形成對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)抵接，并通過外螺絲連接部件10螺紋的螺旋結(jié)構(gòu)(helix thread)的作用，在內(nèi)套筒3相對于外套筒4的行程的相對末端處分別沿周向抵接。

縱向軸2相對于內(nèi)套筒3的縱向運動由終端抵接部件19和20限制，終端抵接部件19和20在縱向軸2相對于內(nèi)套筒3的預(yù)定縱向行程的末端處起作用。作為參考，終端抵接部件19在圖的左側(cè)，終端抵接部件20在圖的右側(cè)。

終端抵接部件19包括附著到縱向軸2的端部的環(huán)21和附著到內(nèi)套筒3的端部的所述環(huán)13。

例如，環(huán)13和21包括對應(yīng)的凸耳22和23，凸耳22和23形成旋轉(zhuǎn)抵接，并通過內(nèi)螺絲部件8的螺紋的螺旋結(jié)構(gòu)(helix thread)的作用，在縱向軸相對于內(nèi)套筒3的行程的相對末端處分別沿周向抵接。

終端抵接部件20包括附著到縱向軸2的環(huán)狀的環(huán)24和附著到內(nèi)套筒3的所述環(huán)14。

此外，環(huán)14和24設(shè)置有如下形成的、可自釋放的連接部件25。環(huán)24設(shè)置有多個朝環(huán)14縱向突出的球26和在縱向上作用在這些球24上的插入彈簧27。球24在圓周上分布。

當(dāng)由縱向軸2承載的環(huán)24到達由內(nèi)套筒3承載的環(huán)14時，通過內(nèi)螺絲部件8的螺紋的螺旋結(jié)構(gòu)的作用，球26在環(huán)14的徑向面上滑動并最終接合在環(huán)14的凹部28內(nèi)。

由可自釋放的連接部件25引起的阻力扭矩高于外摩擦螺絲連接部件10的驅(qū)動扭矩。

作為未示出的可選方案，環(huán)24可以設(shè)置有多個朝內(nèi)套筒3徑向突出的球和在徑向上作用在這些球上的插入彈簧，這些球在所述環(huán)24的外周上分布。當(dāng)由縱向軸2承載的環(huán)24到達由內(nèi)套筒3承載的環(huán)14時，通過內(nèi)螺絲部件8的螺紋的螺旋結(jié)構(gòu)的作用，所述球在內(nèi)套筒3的軸向內(nèi)表面上滑動并最終接合在內(nèi)套筒3的所述軸向內(nèi)表面的凹部內(nèi)，以產(chǎn)生阻力扭矩。

作為未示出的另一可選方案，環(huán)24和14可以設(shè)置有多個相關(guān)聯(lián)的、有吸引力的磁體。當(dāng)由縱向軸2承載的環(huán)24到達由內(nèi)套筒3承載的環(huán)14時，通過內(nèi)螺絲部件8的螺紋的螺旋結(jié)構(gòu)的作用，環(huán)24和14的所述相關(guān)聯(lián)的、有吸引力的磁體共同配合，以產(chǎn)生阻力扭矩。

外套筒4的、與桿2a相反向的端部設(shè)置有手動輪29。

現(xiàn)在將說明驅(qū)動裝置1如何工作。

圖1示出了第一端部的縱向位置。

抵接部件11起作用，并且抵接部件19起作用。內(nèi)套筒3相對于外套筒4位于圖的左側(cè)。

現(xiàn)在考慮沿著向前旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)手動輪29，以便沿在圖中從左向右的向前方向FD驅(qū)動縱向軸2。

由于內(nèi)螺絲連接部件8的效率高于外螺絲連接部件10的效率，因此內(nèi)套筒3不移動，并且手動輪29的旋轉(zhuǎn)通過內(nèi)螺絲連接部件8轉(zhuǎn)換成縱向軸2的平移?？蓚鬟f的扭矩高。

圖2示出了相應(yīng)的當(dāng)前位置。

在執(zhí)行縱向軸2相對于內(nèi)套筒3的向前行程(作為第一向前階段)之后，由環(huán)14和24形成的抵接部件20起作用，并且可自釋放的連接部件25通過將球26接合在凹部28內(nèi)起作用。到達如圖3所示的相應(yīng)的中間縱向位置。

此后，內(nèi)套筒3連接到縱向軸并且外螺絲連接部件10接管(take over)，手動輪29的旋轉(zhuǎn)通過外螺絲連接部件10轉(zhuǎn)換成縱向軸2的平移?？蓚鬟f的扭矩減小。但是，縱向軸的縱向速度增大。圖4示出了相應(yīng)的當(dāng)前位置。

在執(zhí)行內(nèi)套筒3相對于外套筒4的向前行程(作為第二向前階段)之后，抵接部件12起作用。到達如圖5所示的第二端部縱向位置。

現(xiàn)在考慮沿向后或反向的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)手動輪29，以便沿在圖中從右向左的向后方向RD驅(qū)動縱向軸2。

由于存在可自釋放的連接部件25——該可自釋放的連接部件25引起的阻力扭矩比外摩擦螺絲連接部件10的驅(qū)動扭矩高——因此內(nèi)套筒3保持與縱向軸2旋轉(zhuǎn)連接，并且手動輪29的向后旋轉(zhuǎn)通過外螺絲連接部件10轉(zhuǎn)換成縱向軸2的向后平移。由可自釋放的連接部件25引起的阻擋扭矩足以產(chǎn)生和維持該連接狀態(tài)。

圖6示出了相應(yīng)的當(dāng)前位置。

在執(zhí)行縱向軸2相對于內(nèi)套筒3的向后行程(作為第一向后階段)之后，抵接部件19起作用。

到達如圖7所示的相應(yīng)的中間縱向位置?？梢宰⒁獾?，該位置等同于圖3所示的位置。

此后，內(nèi)螺絲連接部件8接管，手動輪29的旋轉(zhuǎn)通過內(nèi)螺絲連接部件8轉(zhuǎn)換成縱向軸2的平移。通過引起球26脫離凹部的旋轉(zhuǎn)來發(fā)生可自釋放的連接部件25的解除阻擋或釋放。

圖8示出了相應(yīng)的當(dāng)前位置。

在執(zhí)行內(nèi)套筒3相對于外套筒4的向后行程(作為第二向后階段)之后，抵接部件11起作用。恢復(fù)圖1所示的第一端部位置。

作為示例，桿2a可以連接到刀閘閥的打開/關(guān)閉板。在這種類型的閥中，打開運動存在第一打開階段和第二打開階段，其中在第一打開階段打開阻力高，在第二打開階段打開阻力變小。關(guān)閉運動存在第一關(guān)閉階段和第二關(guān)閉階段，其中在第一關(guān)閉階段關(guān)閉阻力小，在第二關(guān)閉階段關(guān)閉阻力變高。

因此，當(dāng)驅(qū)動裝置處于所述第一端部位置(圖1)時，刀閘閥完全關(guān)閉，當(dāng)驅(qū)動裝置處于所述第二端部位置(圖5)時，刀閘閥完全打開。

結(jié)果如下。

驅(qū)動裝置1的所述第一向前階段對應(yīng)于閥的第一打開階段，在該第一向前階段期間，能夠通過內(nèi)螺絲連接部件8從手動輪29傳遞到縱向軸2的扭矩高，具有小的平移速度。

驅(qū)動裝置1的所述第二向前階段對應(yīng)于閥的第二打開階段，在該第二向前階段期間，能夠通過外螺絲連接部件10從手動輪29傳遞到縱向軸2的扭矩小，具有高的平移速度。

驅(qū)動裝置1的所述第一向后階段對應(yīng)于閥的第一關(guān)閉階段，在該第一向后階段期間，能夠通過外螺絲連接部件10從手動輪29傳遞到縱向軸2的扭矩小，具有高的平移速度。

驅(qū)動裝置1的所述第二向后階段對應(yīng)于閥的第二關(guān)閉階段，在該第二向后階段期間，能夠通過內(nèi)螺絲連接部件8從手動輪29傳遞到縱向軸2的扭矩高，具有小的平移速度。

根據(jù)另一實施方式，自釋放部件20可以形成為帶有除了凸耳17和18之外的構(gòu)件。作為一個示例，環(huán)16和24可以帶有在最后關(guān)閉時有吸引力的磁體，以便在縱向軸2和內(nèi)套筒3之間產(chǎn)生所述阻擋扭矩。作為另一個示例，球26可以徑向地作用并與內(nèi)套筒3的縱向槽和肋配合。

在另一個實施方式中，手動輪可以由電動輪替代。在這種情況下，如所描述的驅(qū)動裝置可以允許減小該電動輪所需的功率。

雖然已使用反向滾子螺絲機構(gòu)和摩擦螺絲機構(gòu)作為雙螺絲連接部件闡述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以在不進行大改動的情況下應(yīng)用于使用任何其它類型和組合的螺絲機構(gòu)的驅(qū)動裝置，這些螺絲機構(gòu)比如為行星滾子螺絲機構(gòu)、球螺絲機構(gòu)、摩擦螺絲機構(gòu)。

此外，雖然已使用多個球軸承系統(tǒng)闡述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以在不進行大改動的情況下應(yīng)用于使用不是球的滾動體和/或具有多列滾動體的軸承。

本發(fā)明可以與任何類型的閥(例如閘閥、控制或調(diào)節(jié)閥、或者節(jié)流閥)一起使用。驅(qū)動裝置例如可用于可以由遠程操作交通工具(vehicle)或驅(qū)動器驅(qū)動的水面閘門或水下閥門。

此外，能夠由第一螺絲連接部件和第二螺絲連接部件的驅(qū)動所引起的不同縱向速度可以在其它應(yīng)用示例中實現(xiàn)，特別是在需要具有快速接近行程然后緩慢而精確定位的情況下。因此，本發(fā)明的驅(qū)動裝置可以適用于機器人或機器、工具、受控外科手術(shù)工具、激光切割、焊接部件、成型部件、鐘擺的移位機件。

說明書中公開的實施方式可以配置或組合在一起，并且仍在本發(fā)明的范疇內(nèi)。