專利名稱：大流量高壓氣動(dòng)開關(guān)閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣動(dòng)氣壓領(lǐng)域，特別是一種大流量高壓氣動(dòng)開關(guān)閥。
背景技術(shù)：
隨著自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展，氣動(dòng)技術(shù)逐漸廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域。氣動(dòng)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)各功能主要是通過對各類氣動(dòng)閥進(jìn)行控制的，比如換向閥、減壓閥、節(jié)流閥等。通常，氣罐中的高壓氣體是經(jīng)減壓閥調(diào)節(jié)至合適的工作壓力后進(jìn)入氣動(dòng)回路的，減壓過程是根據(jù)節(jié)流減壓原理實(shí)現(xiàn)的，勢必造成減壓過程的大量能量損失，減壓跨度越大，能量損失越多。在某些特殊場合下，為了儲(chǔ)存更多能量，氣罐的壓力較高(大于23MPa)，而工作壓力相對較低，若采用節(jié)流減壓方式，會(huì)造成大量能量損失。為了克服這一矛盾，可采用容積式減壓，即利用容積膨脹方式實(shí)現(xiàn)減壓，該方法已有大量研究表明其可行性和合理性，在此不再贅述。容積減壓方式中的一個(gè)關(guān)鍵部件就是大流量高壓氣動(dòng)開關(guān)閥。在檢索的文獻(xiàn)中介紹了一種高壓氣動(dòng)開關(guān)控制閥，其設(shè)計(jì)主要由電磁先導(dǎo)閥和主閥兩部分構(gòu)成，閥的開啟關(guān)閉控制主要通過先導(dǎo)閥的左右移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)電磁先導(dǎo)閥接收到信號(hào)打開高壓氣體通道后，由于氣體作用在閥芯上的壓差以及彈簧的作用，主閥道處于切斷狀態(tài)，開關(guān)閥關(guān)閉；當(dāng)電磁先導(dǎo)閥接收到信號(hào)并關(guān)閉高壓通道后，同時(shí)，卸壓道打開，上部的高氣壓作用力變?yōu)榇髿鈮鹤饔?，作用力急劇減小，因而，作用在閥芯底部的力把閥芯頂開，實(shí)現(xiàn)開關(guān)閥的開啟。此發(fā)明解決了普通高壓氣動(dòng)開關(guān)閥不能滿足的高壓要求，同時(shí)也能解決節(jié)流控制閥導(dǎo)致的不可逆能量變化過程的不足，使得高壓氣體的能量利用率也得到提升。但同時(shí)，該設(shè)計(jì)發(fā)明也有一定不足，如其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，包括主閥以及電磁先導(dǎo)閥兩個(gè)部分，高壓環(huán)境下對電磁先導(dǎo)閥的精密、強(qiáng)度、氣密等要求較高，結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜性增大了裝置的不穩(wěn)定性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性高，適用于高壓環(huán)境的大流量高壓氣動(dòng)開關(guān)閥。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:
一種大流量高壓氣動(dòng)開關(guān)閥，包括主閥和電磁鐵兩部分，電磁鐵位于主閥上方，由螺栓固定在主閥上，其中，電磁鐵包括電磁鐵支架，上電磁鐵和下電磁鐵，上電磁鐵通過螺栓固定在電磁鐵支架上，下電磁鐵緊固在閥芯桿上的伸出主閥的部分；主閥包括閥體、閥蓋、閥套、彈簧、閥芯座和閥芯部分，閥體作為主閥的支架部分，在閥體的下部開有進(jìn)氣口，進(jìn)氣口的上方開有排氣口，閥下部又開有與進(jìn)氣口相連通的下部氣體導(dǎo)向通道，在閥體的一側(cè)開有與下部氣體導(dǎo)向通道相連通且垂直的側(cè)部氣體導(dǎo)向通道，在閥的中部開有和側(cè)部氣體導(dǎo)向通道相連通且垂直的上部氣體導(dǎo)向通道，在閥體中心部分開有閥套孔，閥套孔底部開有下通道，下通道的孔徑比閥套孔小，比閥芯座內(nèi)孔徑大，下通道使得閥套孔和進(jìn)氣口連通，閥套孔的孔徑和閥套的外徑大小相同，閥芯座位于閥套孔底端，由閥套孔下端的臺(tái)階定位，閥套位于閥套孔之內(nèi)，下端與閥芯座接觸，閥套的長度和閥芯座的高度之和等于閥套孔的深度，彈簧套在閥芯上，彈簧一端與閥蓋接觸另一端與閥芯上的臺(tái)階接觸，閥芯位于閥套內(nèi)并可以在其內(nèi)部上下移動(dòng)，閥蓋通過螺栓固定在閥體上，閥體的上部氣體導(dǎo)向通道、側(cè)部氣體導(dǎo)向通道、下部氣體導(dǎo)向通道的開孔端都用螺紋封頭密封；所述的閥芯包括帶螺紋孔的錐閥芯、閥芯桿和橡膠圈，帶螺紋孔的錐閥芯開有橡膠圈槽，與橡膠圈配用；閥芯桿上下兩端都攻有螺紋，下端與帶螺紋孔的錐閥芯連用，上端與下電磁鐵連用，閥芯桿有兩個(gè)軸肩，在閥芯桿上開有三個(gè)密封圈槽,上面的密封槽開在閥芯桿與閥蓋接觸部分的中部位置，另兩個(gè)分別開在下部兩個(gè)軸肩中部位置，閥芯桿的軸肩分別與閥套配合使用，閥芯桿上開有的密封槽，與密封圈配用。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明可以解決高壓氣體在經(jīng)過普通閥門時(shí)因?yàn)槟Σ恋榷鴾p少氣體的能量可用值、且流通量較小的問題，可以提高以壓縮空氣儲(chǔ)能供能等設(shè)備的能量利用率，同時(shí)，它的結(jié)構(gòu)簡單，僅由電磁鐵部分和主閥部分構(gòu)成，主閥部分巧妙利用氣源本身高壓氣體在閥芯的上下部分各產(chǎn)生一個(gè)相反的作用力，最終的合力在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，使得在閥開啟時(shí)不需要借助太大外力，而不像現(xiàn)有的一些設(shè)備，需要?dú)庠匆氲介y之后再引入到其他球閥中來控制閥的開啟和關(guān)閉，這樣就減少了設(shè)備的復(fù)雜性及不穩(wěn)定性，在閥需要開啟和關(guān)閉時(shí)，只要使電磁鐵得電或斷電，而電磁鐵響應(yīng)迅速，因而閥的開、關(guān)動(dòng)作響應(yīng)極快，可以實(shí)現(xiàn)快捷迅速的開啟和關(guān)閉，能滿足氣動(dòng)汽車等對快速響應(yīng)的要求。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
圖1是本發(fā)明的裝配圖示意圖。圖2是閥蓋不意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明一種大流量高壓氣動(dòng)開關(guān)閥，包括主閥和電磁鐵兩部分，電磁鐵位于主閥上方，由螺栓固定在主閥上，其中，電磁鐵包括電磁鐵支架I，上電磁鐵2和下電磁鐵3 (由于空間的限制，單個(gè)電磁鐵不能提供足夠的吸力，此處使用兩個(gè)電磁鐵)，上電磁鐵2通過螺栓固定在電磁鐵支架I上，下電磁鐵3緊固在閥芯桿29上的伸出主閥的部分，電磁鐵支架上部中心開有沉孔，用來固定上電磁鐵，同時(shí)在電磁鐵支架的四個(gè)圓柱體上開有沉孔，以把電磁鐵支架固定在閥蓋上；主閥包括閥體10、閥蓋4、閥套12、彈簧11、閥芯座14和閥芯部分，閥體10作為主閥的支架部分，在閥體的下部開有進(jìn)氣口 16，進(jìn)氣口 16的上方開有排氣口 12，閥下部又開有與進(jìn)氣口 16相連通的下部氣體導(dǎo)向通道18，在閥體的一側(cè)開有與下部氣體導(dǎo)向通道18相連通且垂直的側(cè)部氣體導(dǎo)向通道23，在閥的中部開有和側(cè)部氣體導(dǎo)向通道23相連通且垂直的上部氣體導(dǎo)向通道25，在閥體中心部分開有閥套孔，閥套孔底部開有下通道17，下通道17的孔徑比閥套孔小，比閥芯座14內(nèi)孔徑大，下通道17使得閥套孔和進(jìn)氣口 16連通，閥套孔的孔徑和閥套12的外徑大小相同，閥芯座14位于閥套孔底端，由閥套孔下端的臺(tái)階定位，閥芯座14中心開有圓孔，圓孔上端倒直角、下端倒圓角、閥芯座側(cè)面開有密封圈槽，和閥芯座密封圈20配用，閥套12位于閥套孔之內(nèi)，下端與閥芯座14接觸，閥套12的長度和閥芯座14的高度之和等于閥套孔的深度，閥套12下端部的側(cè)面開有大小和閥體的排氣口 12大小相同的孔，裝配時(shí)這兩個(gè)孔對齊，共同組成閥的排氣口，閥套12中部側(cè)面開有一個(gè)大小與閥體中部的氣體導(dǎo)向通道孔大小相同的孔，裝配時(shí)此兩孔對齊，閥套內(nèi)孔分為三個(gè)直徑不同的部分，下端孔方便閥錐芯21的上下移動(dòng)，上端和中間的同軸孔孔徑差值有嚴(yán)格要求，為本發(fā)明關(guān)鍵所在，這個(gè)差值的大小關(guān)系到能否開啟以及關(guān)閉閥，彈簧11套在閥芯上，彈簧11 一端與閥蓋4接觸另一端與閥芯上的臺(tái)階接觸，彈簧彈性系數(shù)的大小有嚴(yán)格要求，其提供的力的大小既要能使閥自動(dòng)鎖緊、又要使閥能在較小的力時(shí)能開啟，閥芯位于閥套12內(nèi)并可以在其內(nèi)部上下移動(dòng)，閥蓋4通過螺栓固定在閥體10上，閥蓋4開有圓頭沉孔以及螺紋孔，圓頭沉孔用來使閥蓋和閥體連接、固定，并起到密封的作用，螺紋孔用來固定電磁鐵支架，閥體10的上部氣體導(dǎo)向通道25、側(cè)部氣體導(dǎo)向通道23、下部氣體導(dǎo)向通道18的開孔端都用螺紋封頭密封；所述的閥芯包括帶螺紋孔的錐閥芯21、閥芯桿29和橡膠圈13，帶螺紋孔的錐閥芯21開有橡膠圈槽，與橡膠圈13配用；閥芯桿29上下兩端都攻有螺紋，下端與帶螺紋孔的錐閥芯連用，上端與下電磁鐵3連用，閥芯桿29有兩個(gè)軸肩，在閥芯桿29上開有三個(gè)密封圈槽，上面的密封槽開在閥芯桿29與閥蓋接觸部分的中部位置，另兩個(gè)分別開在下部兩個(gè)軸肩中部位置，閥芯桿29的軸肩分別與閥套12配合使用，閥芯桿上開有的密封槽，與密封圈配用。所述的進(jìn)氣口 16和排氣口 12攻有連接用的螺紋。所述的橡膠圈13為硫化橡膠圈，所述的橡膠圈槽為硫化橡膠圈槽。下面結(jié)合圖1和圖2詳細(xì)說明依據(jù)本發(fā)明提出的具體裝置的細(xì)節(jié)及工作情況。本高壓氣動(dòng)開關(guān)閥利用在相同壓力下，氣體對不同大小的閥芯橫截面所產(chǎn)生的力的大小不同，再借助彈簧預(yù)緊、電磁鐵吸力的作用來快速關(guān)閉和開啟閥。如圖1所示，進(jìn)氣口 16與高壓氣罐連接在一起后，高壓氣體經(jīng)過連接裝置通過進(jìn)氣口 16進(jìn)入到閥內(nèi)，之后分成兩個(gè)支路，一部分氣體通過下通道17進(jìn)入到下腔19，下腔19是由帶螺紋孔的錐閥芯21、閥芯座14，以及硫化橡膠圈13等圍成的一個(gè)空間，氣體進(jìn)入到下腔后對帶螺紋孔的錐閥芯21產(chǎn)生一個(gè)垂直閥芯桿29橫截面的向上的力(設(shè)該力為Fl);另一部分氣體經(jīng)過下部氣體導(dǎo)向通道18進(jìn)入到閥體10的側(cè)部氣體導(dǎo)向通道23，最后通過上部氣體導(dǎo)向通道25進(jìn)入到上腔27，其中上腔27是由閥套7、閥芯桿29，以及閥蓋4封閉而成，高壓氣體進(jìn)入到上腔27后，對閥芯桿29有一個(gè)垂直其橫截面的向下的作用力(設(shè)該力為F2),由于氣體在下腔19的作用面15，其大小等于閥芯座14的內(nèi)孔的橫截面面積，在上腔的作用面26為閥套7上部的內(nèi)孔橫截面減去閥芯桿29上部的橫截面，其中上作用面稍大于下作用面，且大氣壓對閥芯桿29的作用力可以忽略不計(jì)，因而，閥芯桿29在高壓氣體作用下的合力始終是垂直閥芯桿29的橫截面向下的，且此處的彈簧6在閥蓋4固定緊后是處于壓縮狀態(tài)，對閥芯桿29的作用力向下(設(shè)該力為F3)，故閥芯桿29在上電磁鐵2和和下電磁鐵3斷電時(shí)合力始終是向下的，這樣，帶螺紋孔的錐閥芯21上的硫化橡膠圈13被緊緊地壓在閥套底座14上，這樣閥始終處于關(guān)閉狀態(tài)。開在閥體10上的下部氣體導(dǎo)向通道18、側(cè)部氣體導(dǎo)向通道23、上部氣體導(dǎo)向通道25的開口端都裝有封頭，以免氣體外泄，閥體10中用來支撐閥套底座14的凸臺(tái)的孔徑要比閥底座的孔徑大、閥套底座14內(nèi)孔下端倒圓角，以減少氣體流動(dòng)時(shí)的摩擦損失，上端端面倒直角，使硫化橡膠圈13和閥套底座14充分接觸，不會(huì)使氣體泄漏，同時(shí)，閥套底座14側(cè)面開有O型密封圈槽，以保證閥在關(guān)閉時(shí)氣體不會(huì)從閥套底座14和閥體10之間的間隙漏出。閥套7的設(shè)計(jì):其上部的小孔和氣體導(dǎo)向孔25大小相同，在裝配時(shí)且同軸裝好，下部和排氣口 12相連的孔的大小和排氣口 12相同，且在裝配時(shí)同軸，閥套7的內(nèi)孔加工精度要求較高，以保證上下壓力差值在需要范圍內(nèi)，閥套上開的密封圈槽分別與閥套上密封圈5、閥套中密封圈8、閥套下密封圈9裝配使用，其中的閥套上密封圈5起到密閉上腔27中的氣體不會(huì)從閥套7和閥蓋4之間的間隙漏出、密閥套中密封圈8以防止氣體導(dǎo)向孔25處的氣體從閥套和閥體之間的空隙泄漏、閥套下密封圈9以保證氣體不會(huì)從閥套7和閥體10間的間隙進(jìn)入到中腔22，中腔22由閥套7、閥芯座14、閥芯桿29、帶螺紋孔的錐閥芯21構(gòu)成。閥芯桿29上下兩端分別攻有螺紋，下端用于和帶螺紋孔的錐閥芯21相連接，上端用于固定下電磁鐵3，閥芯桿29各處直徑的大小需嚴(yán)格控制以保證和閥套的配合以及作用面大小，同時(shí)，與閥芯桿29配合使用的閥芯桿下密封圈11、閥芯桿中密封圈24、閥芯桿上密封圈28能保證閥芯桿不管在靜態(tài)或是動(dòng)態(tài)過程中都能保證閥中的氣體不會(huì)外泄。閥蓋4和閥體10是由四個(gè)螺栓連接。電磁鐵支架I通過內(nèi)六角螺栓固定在閥蓋上，閥蓋上開有的螺栓孔用于固定電磁鐵支架1，支架頂端開有用于裝配內(nèi)六角螺栓的沉孔，并用來固定上電磁鐵2。上電磁鐵2、下電磁鐵3通電后對閥芯桿有一個(gè)向上的拉力(設(shè)該力為F4),這樣，閥芯桿受到的合力為F1+F2+F3+F4，且|F4|大于| F1+F2+F3 |，故合力方向向上，因而在上電磁鐵2、下電磁鐵3得電后，閥芯桿29受到的合力向上，閥芯桿29向上移動(dòng)，直到兩個(gè)電磁鐵吸合接觸，閥芯上移，閥打開，氣體進(jìn)入中腔22，并從排氣口 12排出。未接氣源時(shí):閥在彈簧6作用下，閥始終處于關(guān)閉狀態(tài)。接上氣源電磁鐵斷電時(shí):氣體由進(jìn)氣孔16 —部分進(jìn)入下腔19，對閥芯桿29產(chǎn)生壓力F1，一部分進(jìn)入下部氣體導(dǎo)向通道18、側(cè)部氣體導(dǎo)向通道23、上部氣體導(dǎo)向通道25，再進(jìn)入上腔27，對閥芯桿產(chǎn)生壓力F2，以及在彈簧力F3作用下，閥芯桿29受到的力始終向下，閥關(guān)閉，沒有氣體排出。接上氣源電磁鐵得電時(shí):上電磁鐵2、下電磁鐵3產(chǎn)生的力F4使得閥芯桿29上移，直到上電磁鐵2、下電磁鐵3完全吸合，這時(shí)，閥打開，氣體由下腔19進(jìn)入到中腔22并從排氣口 12排出。當(dāng)電磁鐵斷電時(shí)，在F1+F2+F3的作用下，閥自動(dòng)關(guān)閉。
權(quán)利要求
1.一種大流量高壓氣動(dòng)開關(guān)閥，其特征在于:包括主閥和電磁鐵兩部分，電磁鐵位于主閥上方，由螺栓固定在主閥上，其中，電磁鐵包括電磁鐵支架(I)，上電磁鐵(2)和下電磁鐵(3)，上電磁鐵⑵通過螺栓固定在電磁鐵支架⑴上，下電磁鐵(3)緊固在閥芯桿(29)上的伸出主閥的部分；主閥包括閥體(10)、閥蓋(4)、閥套(12)、彈簧(11)、閥芯座(14)和閥芯部分，閥體(10)作為主閥的支架部分，在閥體的下部開有進(jìn)氣口(16)，進(jìn)氣口(16)的上方開有排氣口(12)，閥下部又開有與進(jìn)氣口(16)相連通的下部氣體導(dǎo)向通道(18)，在閥體的一側(cè)開有與下部氣體導(dǎo)向通道(18)相連通且垂直的側(cè)部氣體導(dǎo)向通道(23)，在閥的中部開有和側(cè)部氣體導(dǎo)向通道(23)相連通且垂直的上部氣體導(dǎo)向通道(25)，在閥體中心部分開有閥套孔，閥套孔底部開有下通道(17)，下通道(17)的孔徑比閥套孔小，比閥芯座(14)內(nèi)孔徑大，下通道(17)使得閥套孔和進(jìn)氣口(16)連通，閥套孔的孔徑和閥套(12)的外徑大小相同，閥芯座(14)位于閥套孔底端，由閥套孔下端的臺(tái)階定位，閥套(12)位于閥套孔之內(nèi)，下端與閥芯座(14)接觸，閥套(12)的長度和閥芯座(14)的高度之和等于閥套孔的深度，彈簧(11)套在閥芯上，彈簧(11) 一端與閥蓋(4)接觸另一端與閥芯上的臺(tái)階接觸，閥芯位于閥套(12)內(nèi)并可以在其內(nèi)部上下移動(dòng)，閥蓋(4)通過螺栓固定在閥體(10)上，閥體(10)的上部氣體導(dǎo)向通道(25)、側(cè)部氣體導(dǎo)向通道(23)、下部氣體導(dǎo)向通道(18)的開孔端都用螺紋封頭密封；所述的閥芯包括帶螺紋孔的錐閥芯(21)、閥芯桿(29)和橡膠圈(13)，帶螺紋孔的錐閥芯(21)開有橡膠圈槽，與橡膠圈(13)配用；閥芯桿(29)上下兩端都攻有螺紋，下端與帶螺紋孔的錐閥芯連用，上端與下電磁鐵(3)連用，閥芯桿(29)有兩個(gè)軸肩，在閥芯桿(29)上開有三個(gè)密封圈槽，上面的密封槽開在閥芯桿(29)與閥蓋接觸部分的中部位置，另兩個(gè)分別開在下部兩個(gè)軸肩中部位置，閥芯桿(29)的軸肩分別與閥套(12)配合使用，閥芯桿上開有的密封槽，與密封圈配用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大流量高壓氣動(dòng)開關(guān)閥，其特征在于:所述的進(jìn)氣口(16)和排氣口(12)攻有連接用的螺紋。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大流量高壓氣動(dòng)開關(guān)閥，其特征在于:所述的橡膠圈(13 )為硫化橡膠圈,所述的橡膠圈槽為硫化橡膠圈槽。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大流量高壓氣動(dòng)開關(guān)閥，包括主閥和電磁鐵，電磁鐵位于主閥上方，由螺栓固定在主閥上，電磁鐵包括電磁鐵支架，上電磁鐵和下電磁鐵，主閥包括閥體、閥蓋、閥套、彈簧、閥芯座和閥芯，閥芯包括帶螺紋孔的錐閥芯、閥芯桿和橡膠圈；本發(fā)明可以解決高壓氣體在經(jīng)過普通閥門時(shí)因?yàn)槟Σ恋榷鴾p少氣體的能量可用值、且流通量較小的問題，可以提高以壓縮空氣儲(chǔ)能供能等設(shè)備的能量利用率，同時(shí)，它的結(jié)構(gòu)簡單，僅由電磁鐵部分和主閥部分構(gòu)成，減少了設(shè)備的復(fù)雜性及不穩(wěn)定性，在閥需要開啟和關(guān)閉時(shí)，只要使電磁鐵得電或斷電，而電磁鐵響應(yīng)迅速，因而閥的開、關(guān)動(dòng)作響應(yīng)極快，可以實(shí)現(xiàn)快捷迅速的開啟和關(guān)閉，能滿足氣動(dòng)汽車等對快速響應(yīng)的要求。
文檔編號(hào)F16K31/12GK103115187SQ201310031538
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者潘孝斌, 李從祥, 談樂斌, 王文彪, 彭海萍 申請人:南京理工大學(xué)