专利名称：大流量高压气动开关阀的制作方法
技术领域：
本实用新型属于气动气压领域，特别是一种大流量高压气动开关阀。
背景技术：
随着自动化技术发展，气动技术逐渐广泛应用于各领域。气动系统中，实现各功能主要是通过对各类气动阀进行控制的，比如换向阀、减压阀、节流阀等。通常，气罐中的高压气体是经减压阀调节至合适的工作压力后进入气动回路的，减压过程是根据节流减压原理实现的，势必造成减压过程的大量能量损失，减压跨度越大，能量损失越多。在某些特殊场合下，为了储存更多能量，气罐的压力较高(大于23MPa)，而工作压力相对较低，若采用节流减压方式，会造成大量能量损失。为了克服这一矛盾，可采用容积式减压，即利用容积膨胀方式实现减压，该方法已有大量研究表明其可行性和合理性，在此不再赘述。容积减压方式中的一个关键部件就是大流量高压气动开关阀。在检索的文献中介绍了一种高压气动开关控制阀，其设计主要由电磁先导阀和主阀两部分构成，阀的开启关闭控制主要通过先导阀的左右移动来实现。当电磁先导阀接收到信号打开高压气体通道后，由于气体作用在阀芯上的压差以及弹簧的作用，主阀道处于切断状态，开关阀关闭；当电磁先导阀接收到信号并关闭高压通道后，同时，卸压道打开，上部的高气压作用力变为大气压作用，作用力急剧减小，因而，作用在阀芯底部的力把阀芯顶开，实现开关阀的开启。此实用新型解决了普通高压气动开关阀不能满足的高压要求，同时也能解决节流控制阀导致的不可逆能量变化过程的不足，使得高压气体的能量利用率也得到提升。但同时，该设计实用新型也有一定不足，如其结构比较复杂，包括主阀以及电磁先导阀两个部分，高压环境下对电磁先导阀的精密、强度、气密等要求较高，结构上的复杂性增大了装置的不稳定性。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种结构简单、稳定性高，适用于高压环境的大流量闻压气动开关阀。实现本实用新型目的的技术解决方案为:一种大流量高压气动开关阀，包括主阀和电磁铁两部分，电磁铁位于主阀上方，由螺栓固定在主阀上，其中，电磁铁包括电磁铁支架，上电磁铁和下电磁铁，上电磁铁通过螺栓固定在电磁铁支架上，下电磁铁紧固在阀芯杆上的伸出主阀的部分；主阀包括阀体、阀盖、阀套、弹簧、阀芯座和阀芯部分，阀体作为主阀的支架部分，在阀体的下部开有进气口，进气口的上方开有排气口，阀下部又开有与进气口相连通的下部气体导向通道，在阀体的一侧开有与下部气体导向通道相连通且垂直的侧部气体导向通道，在阀的中部开有和侧部气体导向通道相连通且垂直的上部气体导向通道，在阀体中心部分开有阀套孔，阀套孔底部开有下通道，下通道的孔径比阀套孔小，比阀芯座内孔径大，下通道使得阀套孔和进气口连通，阀套孔的孔径和阀套的外径大小相同，阀芯座位于阀套孔底端，由阀套孔下端的台阶定位，阀套位于阀套孔之内，下端与阀芯座接触，阀套的长度和阀芯座的高度之和等于阀套孔的深度，弹簧套在阀芯上，弹簧一端与阀盖接触另一端与阀芯上的台阶接触，阀芯位于阀套内并可以在其内部上下移动，阀盖通过螺栓固定在阀体上，阀体的上部气体导向通道、侧部气体导向通道、下部气体导向通道的开孔端都用螺纹封头密封；所述的阀芯包括带螺纹孔的锥阀芯、阀芯杆和橡胶圈，带螺纹孔的锥阀芯开有橡胶圈槽，与橡胶圈配用；阀芯杆上下两端都攻有螺纹，下端与带螺纹孔的锥阀芯连用，上端与下电磁铁连用，阀芯杆有两个轴肩，在阀芯杆上开有三个密封圈槽，上面的密封槽开在阀芯杆与阀盖接触部分的中部位置，另两个分别开在下部两个轴肩中部位置，阀芯杆的轴肩分别与阀套配合使用，阀芯杆上开有的密封槽，与密封圈配用。本实用新型与现有技术相比，其显著优点:本实用新型可以解决高压气体在经过普通阀门时因为摩擦等而减少气体的能量可用值、且流通量较小的问题，可以提高以压缩空气储能供能等设备的能量利用率，同时，它的结构简单，仅由电磁铁部分和主阀部分构成，主阀部分巧妙利用气源本身高压气体在阀芯的上下部分各产生一个相反的作用力，最终的合力在一个合适的范围内，使得在阀开启时不需要借助太大外力，而不像现有的一些设备，需要气源引入到阀之后再引入到其他球阀中来控制阀的开启和关闭，这样就减少了设备的复杂性及不稳定性，在阀需要开启和关闭时，只要使电磁铁得电或断电，而电磁铁响应迅速，因而阀的开、关动作响应极快，可以实现快捷迅速的开启和关闭，能满足气动汽车等对快速响应的要求。
以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
图1是本实用新型的装配图示意图。图2是阀盖不意图。
具体实施方式
本实用新型一种大流量高压气动开关阀，包括主阀和电磁铁两部分，电磁铁位于主阀上方，由螺栓固定在主阀上,其中，电磁铁包括电磁铁支架I,上电磁铁2和下电磁铁3(由于空间的限制，单个电磁铁不能提供足够的吸力，此处使用两个电磁铁)，上电磁铁2通过螺栓固定在电磁铁支架I上，下电磁铁3紧固在阀芯杆29上的伸出主阀的部分，电磁铁支架上部中心开有沉孔，用来固定上电磁铁，同时在电磁铁支架的四个圆柱体上开有沉 L，以把电磁铁支架固定在阀盖上；主阀包括阀体10、阀盖4、阀套12、弹簧11、阀芯座14和阀芯部分，阀体10作为主阀的支架部分，在阀体的下部开有进气口 16，进气口 16的上方开有排气口 12，阀下部又开有与进气口 16相连通的下部气体导向通道18，在阀体的一侧开有与下部气体导向通道18相连通且垂直的侧部气体导向通道23，在阀的中部开有和侧部气体导向通道23相连通且垂直的上部气体导向通道25，在阀体中心部分开有阀套孔，阀套孔底部开有下通道17，下通道17的孔径比阀套孔小，比阀芯座14内孔径大，下通道17使得阀套孔和进气口 16连通，阀套孔的孔径和阀套12的外径大小相同，阀芯座14位于阀套孔底端，由阀套孔下端的台阶定位，阀芯座14中心开有圆孔，圆孔上端倒直角、下端倒圆角、阀芯座侧面开有密封圈槽，和阀芯座密封圈20配用，阀套12位于阀套孔之内，下端与阀芯座14接触，阀套12的长度和阀芯座14的高度之和等于阀套孔的深度，阀套12下端部的侧面开有大小和阀体的排气口 12大小相同的孔，装配时这两个孔对齐，共同组成阀的排气口，阀套12中部侧面开有一个大小与阀体中部的气体导向通道孔大小相同的孔，装配时此两孔对齐，阀套内孔分为三个直径不同的部分，下端孔方便阀锥芯21的上下移动，上端和中间的同轴孔孔径差值有严格要求，为本实用新型关键所在，这个差值的大小关系到能否开启以及关闭阀，弹簧11套在阀芯上，弹簧11 一端与阀盖4接触另一端与阀芯上的台阶接触，弹簧弹性系数的大小有严格要求，其提供的力的大小既要能使阀自动锁紧、又要使阀能在较小的力时能开启，阀芯位于阀套12内并可以在其内部上下移动，阀盖4通过螺栓固定在阀体10上，阀盖4开有圆头沉孔以及螺纹孔，圆头沉孔用来使阀盖和阀体连接、固定，并起到密封的作用，螺纹孔用来固定电磁铁支架，阀体10的上部气体导向通道25、侧部气体导向通道23、下部气体导向通道18的开孔端都用螺纹封头密封；所述的阀芯包括带螺纹孔的锥阀芯21、阀芯杆29和橡胶圈13，带螺纹孔的锥阀芯21开有橡胶圈槽，与橡胶圈13配用；阀芯杆29上下两端都攻有螺纹，下端与带螺纹孔的锥阀芯连用，上端与下电磁铁3连用，阀芯杆29有两个轴肩，在阀芯杆29上开有三个密封圈槽，上面的密封槽开在阀芯杆29与阀盖接触部分的中部位置，另两个分别开在下部两个轴肩中部位置，阀芯杆29的轴肩分别与阀套12配合使用，阀芯杆上开有的密封槽，与密封圈配用。所述的进气口 16和排气口 12攻有连接用的螺纹。所述的橡胶圈13为硫化橡胶圈，所述的橡胶圈槽为硫化橡胶圈槽。下面结合图1和图2详细说明依据本实用新型提出的具体装置的细节及工作情况。本高压气动开关阀利用在相同压力下，气体对不同大小的阀芯横截面所产生的力的大小不同，再 借助弹簧预紧、电磁铁吸力的作用来快速关闭和开启阀。如图1所示，进气口 16与高压气罐连接在一起后，高压气体经过连接装置通过进气口 16进入到阀内，之后分成两个支路，一部分气体通过下通道17进入到下腔19，下腔19是由带螺纹孔的锥阀芯21、阀芯座14，以及硫化橡胶圈13等围成的一个空间，气体进入到下腔后对带螺纹孔的锥阀芯21产生一个垂直阀芯杆29横截面的向上的力(设该力为Fl);另一部分气体经过下部气体导向通道18进入到阀体10的侧部气体导向通道23，最后通过上部气体导向通道25进入到上腔27，其中上腔27是由阀套7、阀芯杆29，以及阀盖4封闭而成，高压气体进入到上腔27后，对阀芯杆29有一个垂直其横截面的向下的作用力(设该力为F2),由于气体在下腔19的作用面15，其大小等于阀芯座14的内孔的横截面面积，在上腔的作用面26为阀套7上部的内孔横截面减去阀芯杆29上部的横截面，其中上作用面稍大于下作用面，且大气压对阀芯杆29的作用力可以忽略不计，因而，阀芯杆29在高压气体作用下的合力始终是垂直阀芯杆29的横截面向下的，且此处的弹簧6在阀盖4固定紧后是处于压缩状态，对阀芯杆29的作用力向下(设该力为F3)，故阀芯杆29在上电磁铁2和和下电磁铁3断电时合力始终是向下的，这样，带螺纹孔的锥阀芯21上的硫化橡胶圈13被紧紧地压在阀套底座14上，这样阀始终处于关闭状态。开在阀体10上的下部气体导向通道18、侧部气体导向通道23、上部气体导向通道25的开口端都装有封头，以免气体外泄，阀体10中用来支撑阀套底座14的凸台的孔径要比阀底座的孔径大、阀套底座14内孔下端倒圆角，以减少气体流动时的摩擦损失，上端端面倒直角，使硫化橡胶圈13和阀套底座14充分接触，不会使气体泄漏，同时，阀套底座14侧面开有O型密封圈槽，以保证阀在关闭时气体不会从阀套底座14和阀体10之间的间隙漏出。阀套7的设计:其上部的小孔和气体导向孔25大小相同，在装配时且同轴装好，下部和排气口 12相连的孔的大小和排气口 12相同，且在装配时同轴，阀套7的内孔加工精度要求较高，以保证上下压力差值在需要范围内，阀套上开的密封圈槽分别与阀套上密封圈5、阀套中密封圈8、阀套下密封圈9装配使用，其中的阀套上密封圈5起到密闭上腔27中的气体不会从阀套7和阀盖4之间的间隙漏出、密阀套中密封圈8以防止气体导向孔25处的气体从阀套和阀体之间的空隙泄漏、阀套下密封圈9以保证气体不会从阀套7和阀体10间的间隙进入到中腔22，中腔22由阀套7、阀芯座14、阀芯杆29、带螺纹孔的锥阀芯21构成。阀芯杆29上下两端分别攻有螺纹，下端用于和带螺纹孔的锥阀芯21相连接，上端用于固定下电磁铁3，阀芯杆29各处直径的大小需严格控制以保证和阀套的配合以及作用面大小，同时，与阀芯杆29配合使用的阀芯杆下密封圈11、阀芯杆中密封圈24、阀芯杆上密封圈28能保证阀芯杆不管在静态或是动态过程中都能保证阀中的气体不会外泄。阀盖4和阀体10是由四个螺栓连接。电磁铁支架I通过内六角螺栓固定在阀盖上，阀盖上开有的螺栓孔用于固定电磁铁支架1，支架顶端开有用于装配内六角螺栓的沉孔，并用来固定上电磁铁2。上电磁铁2、下电磁铁3通电后对阀芯杆有一个向上的拉力(设该力为F4),这样，阀芯杆受到的合力为F1+F2+F3+F4，且|F4|大于| F1+F2+F3 |，故合力方向向上，因而在上电磁铁2、下电磁铁3得电后，阀芯杆29受到的合力向上，阀芯杆29向上移动，直到两个电磁铁吸合接触，阀芯上移，阀打开，气体进入中腔22，并从排气口 12排出。未接气源时:阀在弹簧6作用下，阀始终处于关闭状态。接上气源电磁铁断电时:气体由进气孔16 —部分进入下腔19，对阀芯杆29产生压力F1，一部分进入下部气体导向通道18、侧部气体导向通道23、上部气体导向通道25，再进入上腔27，对阀芯杆产生压力F2，以及在弹簧力F3作用下，阀芯杆29受到的力始终向下，阀关闭，没有气体排出。接上气源电磁铁得电时:上 电磁铁2、下电磁铁3产生的力F4使得阀芯杆29上移，直到上电磁铁2、下电磁铁3完全吸合，这时，阀打开，气体由下腔19进入到中腔22并从排气口 12排出。当电磁铁断电时，在F1+F2+F3的作用下，阀自动关闭。
权利要求1.一种大流量高压气动开关阀，其特征在于:包括主阀和电磁铁两部分，电磁铁位于主阀上方，由螺栓固定在主阀上，其中，电磁铁包括电磁铁支架(I)，上电磁铁(2)和下电磁铁(3)，上电磁铁⑵通过螺栓固定在电磁铁支架⑴上，下电磁铁(3)紧固在阀芯杆(29)上的伸出主阀的部分；主阀包括阀体(10)、阀盖(4)、阀套(12)、弹簧(11)、阀芯座(14)和阀芯部分，阀体(10)作为主阀的支架部分，在阀体的下部开有进气口(16)，进气口(16)的上方开有排气口(12)，阀下部又开有与进气口(16)相连通的下部气体导向通道(18)，在阀体的一侧开有与下部气体导向通道(18)相连通且垂直的侧部气体导向通道(23)，在阀的中部开有和侧部气体导向通道(23)相连通且垂直的上部气体导向通道(25)，在阀体中心部分开有阀套孔，阀套孔底部开有下通道(17)，下通道(17)的孔径比阀套孔小，比阀芯座(14)内孔径大，下通道(17)使得阀套孔和进气口(16)连通，阀套孔的孔径和阀套(12)的外径大小相同，阀芯座(14)位于阀套孔底端，由阀套孔下端的台阶定位，阀套(12)位于阀套孔之内，下端与阀芯座(14)接触，阀套(12)的长度和阀芯座(14)的高度之和等于阀套孔的深度，弹簧(11)套在阀芯上，弹簧(11) 一端与阀盖(4)接触另一端与阀芯上的台阶接触，阀芯位于阀套(12)内并可以在其内部上下移动，阀盖(4)通过螺栓固定在阀体(10)上，阀体(10)的上部气体导向通道(25)、侧部气体导向通道(23)、下部气体导向通道(18)的开孔端都用螺纹封头密封；所述的阀芯包括带螺纹孔的锥阀芯(21)、阀芯杆(29)和橡胶圈(13)，带螺纹孔的锥阀芯(21)开有橡胶圈槽，与橡胶圈(13)配用；阀芯杆(29)上下两端都攻有螺纹，下端与带螺纹孔的锥阀芯连用，上端与下电磁铁(3)连用，阀芯杆(29)有两个轴肩，在阀芯杆(29)上开有三个密封圈槽，上面的密封槽开在阀芯杆(29)与阀盖接触部分的中部位置，另两个分别开在下部两个轴肩中部位置，阀芯杆(29)的轴肩分别与阀套(12)配合使用，阀芯杆上开有的密封槽，与密封圈配用。
2.根据权利要求1所述的一种大流量高压气动开关阀，其特征在于:所述的进气口(16)和排气口(12)攻有连接用的螺纹。
3.根据权利要求1所述的一种大流量高压气动开关阀，其特征在于:所述的橡胶圈(13 )为硫化橡胶圈 ,所述的橡胶圈槽为硫化橡胶圈槽。
专利摘要本实用新型公开了一种大流量高压气动开关阀，包括主阀和电磁铁，电磁铁位于主阀上方，由螺栓固定在主阀上，电磁铁包括电磁铁支架，上电磁铁和下电磁铁，主阀包括阀体、阀盖、阀套、弹簧、阀芯座和阀芯，阀芯包括锥阀芯、阀芯杆和橡胶圈；本实用新型可以解决高压气体在经过普通阀门时因为摩擦等而减少气体的能量可用值、且流通量较小的问题，可以提高以压缩空气储能供能等设备的能量利用率，同时，它的结构简单，仅由电磁铁部分和主阀部分构成，减少了设备的复杂性及不稳定性，在阀需要开启和关闭时，只要使电磁铁得电或断电，而电磁铁响应迅速，因而阀的开、关动作响应极快，可以实现快捷迅速的开启和关闭，能满足气动汽车等对快速响应的要求。
文档编号F16K31/06GK203115250SQ20132004492
公开日2013年8月7日 申请日期2013年1月28日 优先权日2013年1月28日
发明者潘孝斌, 李从祥, 谈乐斌, 王文彪, 彭海萍 申请人:南京理工大学