一种切换速度可调节的管道流体切换开关的制作方法

本发明涉及一种管道流体切换开关，尤其涉及一种切换速度可调节的管道流体切换开关。

背景技术：

管道流体的流动过程中通常需要进行分流或者合流，管道流体常用各种调节阀门实现该过程，调节阀通常由电动执行机构或气动执行机构与阀体两部分共同组成，例如采用气动薄膜三通调节阀，或者是电磁阀。气动薄膜调节阀的执行机构结构简单，使用可靠，成本低，但是膜片承受的压力较低，最大膜室压力不能超过250KPa，输出力较小，为了提高输出力，通常的做法是增大尺寸，使得执行机构的尺寸和重量变得很大，另一方面，工厂的气源通常是500～700KPa，它只用到了250KPa，气压没充分利用。电磁阀作为自动化仪表的一种执行器，近年来用量急剧上升，它的主要特点是结构简单，便于连接电脑控制，动作快速，功率微小，外形轻巧。电磁阀响应时间可以短至几个毫秒，但是调节精度受限，适用介质受限。电磁阀通常只有开关两种状态，阀芯只能处于两个极限位置，不能连续调节，所以调节精度还受到一定限制。电磁阀对介质洁净度有较高要求，含颗粒状的介质不能适用，如属杂质须先滤去。另外，粘稠状介质不能适用，而且，特定的产品适用的介质粘度范围相对较窄。另外，当电磁阀响应时间非常短，其流通截面也会变得很小，对流体流通产生阻力，相应地，大的流通截面会导致响应时间变慢。

因此，在实际的应用过程中，通常的调节阀性能往往受到限制，不能很好适用于实际工况，比如对含有大量粉尘的气流进行连续地分流调节，或者要求流通截面较大，响应时间非常短的情况。这是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

基于背景技术存在的问题，本发明提出了一种切换速度可调节的管道流体切换开关，并且理论上最快切换速度可以达到毫秒级别。

本发明采用的技术方案为：一种切换速度可调节的管道流体切换开关，包括轴承座、轴体、轴体驱动件和安装座，轴承座底部有四个安装固定孔，用于固定轴承座，轴承座上部有两个横向穿孔，用于流体流通，穿孔靠近轴承外壁端设置内螺纹，用于和不同规格的管道连接；轴体上有横向矩形穿孔和轴向螺纹孔，横向矩形穿孔用于流体流通，轴向螺纹孔用于连接轴体和驱动件，防止轴体轴向运动时发生转动；轴体的矩形穿孔宽度大于或等于轴承座穿孔孔径，这样开关的最小流通截面为轴承座穿孔截面。

其中，驱动件可以根据不同的需求选择，要求缓慢切换时可以选取伺服型直线推杆模组，要求快速切换时可以选取撞击型电磁铁，二者目的都在于驱动轴体进行轴向运动，伺服型直线推杆模组可以精确定位，驱动速度可以通过计算机软件设置，实现精确的缓慢切换过程和切换时间。

本发明有益效果：

1、本发明切换开关切换速度可以根据需要调节，理论上可以达到毫秒级别的切换速度，满足需要快速响应的工况需求；

2、本发明切换开关流通截面尺寸可以自由定制，避免节流、堵塞等情况。

3、根据切换过程中是否需要或者屏蔽出现多个通孔相通状态，可以设置轴承座的两个通孔之间最短距离大于或等于轴体矩形穿孔长度L，则在切换的过程中，不会出现轴承座一侧的通孔相通的状态。特别地，设置轴体矩形穿孔长度L等于两个通孔轴线之间距离，则在切换的过程中可以保证流通截面大小不变。

4、该切换开关可以设置任意多个进口或出口，用于多个流体管道流通与关闭的同时切换，以及满足分流或合流的要求。

附图说明

图1为轴承座及其剖面示意图，其中，图1(a)为轴承座立体示意图，图1(b)为轴承座剖面示意图；

图2为轴体及其剖面示意图，其中，图2(a)为轴体立体示意图，图2(b)为轴体剖面示意图；

图3为轴承座与轴体配合截面示意图，其中，图3(a)为切换状态1，图3(b)为切换状态2；

图4为轴承座与轴体配合截面示意图，图4(a)为切换状态3，图4(b)为切换状态4；

图5为伺服电机实施方式示意图；

图6为电磁铁实施方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。

本发明提出的一种切换速度可调节的管道流体切换开关，主要包括轴承座、轴体和驱动件和安装座。为了保证轴承座与轴体的紧密配合以及密封性，轴承座的轴承采用H7的公差，轴体采用M6的公差，轴承座和轴体均采用不锈钢材质，特别地，如果条件允许，在轴承座和轴体上涂油进行润滑，减小运动阻力。

如图1所示的一种轴承座，轴承座底部有四个安装固定孔4，用于固定轴承座，轴承座上部有两个横向穿孔2和3，穿孔孔径为D，用于流体流通，穿孔靠近轴承外壁端设置内螺纹5，6，7和8，用于和不同规格的管道连接；

如图2所示的一种轴体，轴体上有横向矩形穿孔12和轴向螺纹孔11，横向矩形穿孔12，宽度为W，轴向长度为L，用于流体流通，轴向螺纹孔用于连接轴体和驱动件或其他定位件，防止轴体轴向运动时发生转动；

驱动件可以根据不同的需求选择，典型地，要求缓慢切换可以选取伺服型直线推杆模组，要求快速切换可以选取撞击型电磁铁，二者目的都在于驱动轴体进行轴向运动，特别地，伺服型直线推杆模组可以精确定位，驱动速度可以通过计算机软件设置，实现精确的缓慢切换过程和切换时间。

一般地，轴体的矩形穿孔12宽度W大于或等于轴承座穿孔孔径D，这样开关的最小流通截面为轴承座穿孔截面，根据实际需求，可以设计合适大小的穿孔孔径D。

如图3、4所示，是图1轴承座和图2轴体配合过程中出现的四种位置状态，描述如下：

图3(a)为轴承座通孔5和6导通，通孔7和8关闭，此时轴体通孔下边界与通孔5和6相切；

图3(b)为轴承座通孔5和6导通，通孔7和8关闭，此时轴体通孔上边界与通孔5和6相切；

图4(a)为轴承座通孔5、6、7和8导通，此时一般为切换过渡状态；

图4(b)为轴承座通孔5和6关闭，7和8导通，此时轴体通孔下边界与通孔7和8相切；

实施例1

如图5所示，驱动件15选用计算机控制的伺服型直线推杆模组，用于对管道流体进行缓慢且精确的切换，特别地，选用日本IAI RCA2-TCA4NA系列滚珠丝杆推杆，驱动轴型号为RCA2-TCA4NA-I-20-2，可以实现0.02mm的定位精度，通过计算机软件设置控制推杆推进速度，实现切换时间的控制。

切换过程描述如下：

1、将轴承座与伺服电机安装固定在安装座16上，设置初始状态如图3(a)所示，此时通孔5和6为导通状态，通孔7和8为关闭状态；

2、轴体突出轴套一段距离，利用长螺栓13连接轴体的端面螺纹孔与控制伺服电机的推杆14，防止伺服电机推进过程中轴体转动；

3、设置伺服电机推动速度，达到图3(b)状态，此时轴承座通孔5和6导通，通孔7和8关闭，此时轴体通孔上边界与通孔5和6相切，开关刚好开始切换；

4、伺服电机继续推进，达到图4(a)状态，轴承座通孔5、6、7和8导通，此时为开关切换的过渡状态；

5、伺服电机继续推进，达到图4(b)状态，此时轴承座通孔5和6关闭，7和8导通，开关切换完成；

6、通道的一次切换结束，如果需要，可以控制伺服电机以一定速度返回，进行循环切换，如果不需要，切换结束，关闭伺服电机。

实施例2

如图6所示，驱动件选用撞击型电磁铁19，用于对管道流体进行毫秒级别的快速切换。

切换过程描述如下：

1、将轴承座与电磁铁19安装固定在安装座20上，设置初始状态如图3(a)所示，此时通孔5和6为导通状态，通孔7和8为关闭状态，该初始状态下矩形穿孔下边界与通孔5和6相切，当轴体运动到图3(b)所示位置，开关才开始进行切换，这样设置初始位置，目的在于使开关开始进行切换时具有一定的初速度V₀，特别地，当V0为2m/s，完成切换的行程为20mm情况下，理论切换时间为10ms；

2、轴体向外突出轴套一段距离，在端部用螺栓固定一根定向条21，定向条21另一端伸入安装座20上的矩形槽22，该设计方式目的在于防止轴体前进过程中发生转动；

3、设置电磁铁初始状态，电磁铁铁芯18与轴体预留一小段距离，目的在于使电磁铁铁芯18与轴体碰撞发生时刻，电磁铁铁芯18具有一定的初始速度，增加轴体碰撞后运动速度，减少切换时间；

4、接通电磁铁电源，电磁铁通电铁芯18迅速响应，推动轴体至图4(b)状态，完成切换状态，特别地，依靠惯性，轴体会继续前进至轴套底端，根据轴承座和轴体的设计尺寸参数，不会影响通道的导通状态；

5、切断电磁铁电源，电磁铁通电铁芯恢复原位。