專利名稱：大流量高壓氣動開關閥的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于氣動氣壓領域，特別是一種大流量高壓氣動開關閥。
背景技術：
隨著自動化技術發展，氣動技術逐漸廣泛應用于各領域。氣動系統中，實現各功能主要是通過對各類氣動閥進行控制的，比如換向閥、減壓閥、節流閥等。通常，氣罐中的高壓氣體是經減壓閥調節至合適的工作壓力后進入氣動回路的，減壓過程是根據節流減壓原理實現的，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，若采用節流減壓方式，會造成大量能量損失。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現減壓，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關鍵部件就是大流量高壓氣動開關閥。在檢索的文獻中介紹了一種高壓氣動開關控制閥，其設計主要由電磁先導閥和主閥兩部分構成，閥的開啟關閉控制主要通過先導閥的左右移動來實現。當電磁先導閥接收到信號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，開關閥關閉；當電磁先導閥接收到信號并關閉高壓通道后，同時，卸壓道打開，上部的高氣壓作用力變為大氣壓作用，作用力急劇減小，因而，作用在閥芯底部的力把閥芯頂開，實現開關閥的開啟。此實用新型解決了普通高壓氣動開關閥不能滿足的高壓要求，同時也能解決節流控制閥導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，該設計實用新型也有一定不足，如其結構比較復雜，包括主閥以及電磁先導閥兩個部分，高壓環境下對電磁先導閥的精密、強度、氣密等要求較高，結構上的復雜性增大了裝置的不穩定性。
實用新型內容
本實用新型的目的在于提供一種結構簡單、穩定性高，適用于高壓環境的大流量聞壓氣動開關閥。實現本實用新型目的的技術解決方案為:一種大流量高壓氣動開關閥，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氣口，進氣口的上方開有排氣口，閥下部又開有與進氣口相連通的下部氣體導向通道，在閥體的一側開有與下部氣體導向通道相連通且垂直的側部氣體導向通道，在閥的中部開有和側部氣體導向通道相連通且垂直的上部氣體導向通道，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，比閥芯座內孔徑大，下通道使得閥套孔和進氣口連通，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，由閥套孔下端的臺階定位，閥套位于閥套孔之內，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階接觸，閥芯位于閥套內并可以在其內部上下移動，閥蓋通過螺栓固定在閥體上，閥體的上部氣體導向通道、側部氣體導向通道、下部氣體導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，閥芯桿有兩個軸肩，在閥芯桿上開有三個密封圈槽，上面的密封槽開在閥芯桿與閥蓋接觸部分的中部位置，另兩個分別開在下部兩個軸肩中部位置，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。本實用新型與現有技術相比，其顯著優點:本實用新型可以解決高壓氣體在經過普通閥門時因為摩擦等而減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能供能等設備的能量利用率，同時，它的結構簡單，僅由電磁鐵部分和主閥部分構成，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生一個相反的作用力，最終的合力在一個合適的范圍內，使得在閥開啟時不需要借助太大外力，而不像現有的一些設備，需要氣源引入到閥之后再引入到其他球閥中來控制閥的開啟和關閉，這樣就減少了設備的復雜性及不穩定性，在閥需要開啟和關閉時，只要使電磁鐵得電或斷電，而電磁鐵響應迅速，因而閥的開、關動作響應極快，可以實現快捷迅速的開啟和關閉，能滿足氣動汽車等對快速響應的要求。
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。
圖1是本實用新型的裝配圖示意圖。圖2是閥蓋不意圖。
具體實施方式
本實用新型一種大流量高壓氣動開關閥，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，單個電磁鐵不能提供足夠的吸力，此處使用兩個電磁鐵)，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，同時在電磁鐵支架的四個圓柱體上開有沉 L，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氣口 16，進氣口 16的上方開有排氣口 12，閥下部又開有與進氣口 16相連通的下部氣體導向通道18，在閥體的一側開有與下部氣體導向通道18相連通且垂直的側部氣體導向通道23，在閥的中部開有和側部氣體導向通道23相連通且垂直的上部氣體導向通道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內孔徑大，下通道17使得閥套孔和進氣口 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，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下端部的側面開有大小和閥體的排氣口 12大小相同的孔，裝配時這兩個孔對齊，共同組成閥的排氣口，閥套12中部側面開有一個大小與閥體中部的氣體導向通道孔大小相同的孔，裝配時此兩孔對齊，閥套內孔分為三個直徑不同的部分，下端孔方便閥錐芯21的上下移動，上端和中間的同軸孔孔徑差值有嚴格要求，為本實用新型關鍵所在，這個差值的大小關系到能否開啟以及關閉閥，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階接觸，彈簧彈性系數的大小有嚴格要求，其提供的力的大小既要能使閥自動鎖緊、又要使閥能在較小的力時能開啟，閥芯位于閥套12內并可以在其內部上下移動，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的上部氣體導向通道25、側部氣體導向通道23、下部氣體導向通道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有兩個軸肩，在閥芯桿29上開有三個密封圈槽，上面的密封槽開在閥芯桿29與閥蓋接觸部分的中部位置，另兩個分別開在下部兩個軸肩中部位置，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。下面結合圖1和圖2詳細說明依據本實用新型提出的具體裝置的細節及工作情況。本高壓氣動開關閥利用在相同壓力下，氣體對不同大小的閥芯橫截面所產生的力的大小不同，再 借助彈簧預緊、電磁鐵吸力的作用來快速關閉和開啟閥。如圖1所示，進氣口 16與高壓氣罐連接在一起后，高壓氣體經過連接裝置通過進氣口 16進入到閥內，之后分成兩個支路，一部分氣體通過下通道17進入到下腔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等圍成的一個空間，氣體進入到下腔后對帶螺紋孔的錐閥芯21產生一個垂直閥芯桿29橫截面的向上的力(設該力為Fl);另一部分氣體經過下部氣體導向通道18進入到閥體10的側部氣體導向通道23，最后通過上部氣體導向通道25進入到上腔27，其中上腔27是由閥套7、閥芯桿29，以及閥蓋4封閉而成，高壓氣體進入到上腔27后，對閥芯桿29有一個垂直其橫截面的向下的作用力(設該力為F2),由于氣體在下腔19的作用面15，其大小等于閥芯座14的內孔的橫截面面積，在上腔的作用面26為閥套7上部的內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，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，對閥芯桿29的作用力向下(設該力為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，這樣閥始終處于關閉狀態。開在閥體10上的下部氣體導向通道18、側部氣體導向通道23、上部氣體導向通道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的凸臺的孔徑要比閥底座的孔徑大、閥套底座14內孔下端倒圓角，以減少氣體流動時的摩擦損失，上端端面倒直角，使硫化橡膠圈13和閥套底座14充分接觸，不會使氣體泄漏，同時，閥套底座14側面開有O型密封圈槽，以保證閥在關閉時氣體不會從閥套底座14和閥體10之間的間隙漏出。閥套7的設計:其上部的小孔和氣體導向孔25大小相同，在裝配時且同軸裝好，下部和排氣口 12相連的孔的大小和排氣口 12相同，且在裝配時同軸，閥套7的內孔加工精度要求較高，以保證上下壓力差值在需要范圍內，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以保證氣體不會從閥套7和閥體10間的間隙進入到中腔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格控制以保證和閥套的配合以及作用面大小，同時，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或是動態過程中都能保證閥中的氣體不會外泄。閥蓋4和閥體10是由四個螺栓連接。電磁鐵支架I通過內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向上的拉力(設該力為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，直到兩個電磁鐵吸合接觸，閥芯上移，閥打開，氣體進入中腔22，并從排氣口 12排出。未接氣源時:閥在彈簧6作用下，閥始終處于關閉狀態。接上氣源電磁鐵斷電時:氣體由進氣孔16 —部分進入下腔19，對閥芯桿29產生壓力F1，一部分進入下部氣體導向通道18、側部氣體導向通道23、上部氣體導向通道25，再進入上腔27，對閥芯桿產生壓力F2，以及在彈簧力F3作用下，閥芯桿29受到的力始終向下，閥關閉，沒有氣體排出。接上氣源電磁鐵得電時:上 電磁鐵2、下電磁鐵3產生的力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，閥打開，氣體由下腔19進入到中腔22并從排氣口 12排出。當電磁鐵斷電時，在F1+F2+F3的作用下，閥自動關閉。
權利要求1.一種大流量高壓氣動開關閥，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氣口(16)，進氣口(16)的上方開有排氣口(12)，閥下部又開有與進氣口(16)相連通的下部氣體導向通道(18)，在閥體的一側開有與下部氣體導向通道(18)相連通且垂直的側部氣體導向通道(23)，在閥的中部開有和側部氣體導向通道(23)相連通且垂直的上部氣體導向通道(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)內孔徑大，下通道(17)使得閥套孔和進氣口(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，由閥套孔下端的臺階定位，閥套(12)位于閥套孔之內，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階接觸，閥芯位于閥套(12)內并可以在其內部上下移動，閥蓋(4)通過螺栓固定在閥體(10)上，閥體(10)的上部氣體導向通道(25)、側部氣體導向通道(23)、下部氣體導向通道(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)有兩個軸肩，在閥芯桿(29)上開有三個密封圈槽，上面的密封槽開在閥芯桿(29)與閥蓋接觸部分的中部位置，另兩個分別開在下部兩個軸肩中部位置，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.根據權利要求1所述的一種大流量高壓氣動開關閥，其特征在于:所述的進氣口(16)和排氣口(12)攻有連接用的螺紋。
3.根據權利要求1所述的一種大流量高壓氣動開關閥，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。
專利摘要本實用新型公開了一種大流量高壓氣動開關閥，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，閥芯包括錐閥芯、閥芯桿和橡膠圈；本實用新型可以解決高壓氣體在經過普通閥門時因為摩擦等而減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能供能等設備的能量利用率，同時，它的結構簡單，僅由電磁鐵部分和主閥部分構成，減少了設備的復雜性及不穩定性，在閥需要開啟和關閉時，只要使電磁鐵得電或斷電，而電磁鐵響應迅速，因而閥的開、關動作響應極快，可以實現快捷迅速的開啟和關閉，能滿足氣動汽車等對快速響應的要求。
文檔編號F16K31/06GK203115250SQ20132004492
公開日2013年8月7日 申請日期2013年1月28日 優先權日2013年1月28日
發明者潘孝斌, 李從祥, 談樂斌, 王文彪, 彭海萍 申請人:南京理工大學