二位三通氣控換向閥的設(shè)計與試驗研究

姚鴻云

摘? ?要：一種新型的二位三通氣動換向閥，它由一個氣控先導閥控制兩個換向閥芯同時動作實現(xiàn)換向功能。其密封元件鑲嵌在活塞中，通過螺紋連接使活塞、密封元件與閥芯連接成一體，縮小了閥體的體積，使其結(jié)構(gòu)緊湊。通過實驗研究了該閥的穩(wěn)定性和可靠性。實驗結(jié)果表明：該閥性能良好，采用邵氏硬度75A的聚氨酯彈性體作為密封元件，閥的密封性能得到有效改善。

關(guān)鍵詞：二位三通氣動換向閥? 氨酯彈性體密封元件? 耐老化性

中圖分類號：TU83? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）03（b）-0069-02

1? 工作原理

新型的二位三通氣動換向閥結(jié)構(gòu)見圖1，符號見圖2。它由一個氣控先導閥控制兩個活塞同時帶動閥芯換向，使S口與U口相通，先導閥泄壓后，在復位彈簧的作用下，閥芯換向使E口與U口相通。S口與E口的密封元件采用聚氨酯彈性體，密封元件的密封面設(shè)計成球面，閥體的密封口突起一個小臺階，這種設(shè)計減少密封面的接觸面積，提高密封效果。活塞密封圈采用2個派克公司生產(chǎn)的C2型活塞密封件，這種結(jié)構(gòu)具有密封性好，抗粉塵及污染能力強，結(jié)構(gòu)緊湊等特點。并且，減少閥體加工工序，簡化閥體裝配流程，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

該新型的二位三通氣動換向閥，先導孔（P）氣壓為0.5MPa，E口氣壓為1MPa，S口氣壓為0.5MPa，復位彈簧F1=42.7N，為保證在有壓差的情況下，活塞能平穩(wěn)推動閥芯換向，活塞面積設(shè)計為3318mm2，活塞的推力計算如下：Fp=3318×0.5=1659N，經(jīng)試驗表明活塞可順暢推動閥芯換向。

2? 性能實驗

2.1 常壓0.5MPa密封性試驗

先導孔P加0.5MPa氣壓，使U口和S口通氣，然后同時給U口加0.5MPa氣壓，關(guān)閉S口，經(jīng)檢測E口密封良好，未出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。先導孔P泄壓，這時在復位彈簧的作用下，使U口和E口通氣，然后U口加0.5MPa氣壓，關(guān)閉E口，經(jīng)檢測S口密封良好，未出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象[2]。

2.2 高壓0.9MPa沖擊試驗

先導孔（P）串聯(lián)二位三通電磁閥（帶排氣孔），然后接通0.5MPa氣壓，U口和S口通氣，U口接通0.9MPa氣壓，設(shè)定程序使閥芯每5s動作一次，連續(xù)沖擊切換550次，試驗后，經(jīng)檢測E/S口密封良好，未出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，閥芯動作順暢，無卡滯現(xiàn)象。

2.3 高壓0.9MPa保壓試驗

先導孔（P）接通0.5MPa氣壓，U口和S口通氣，U口接通0.9MPa氣壓，關(guān)閉S口，保持52h后，E/S口密封良好，未出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，閥芯動作順暢，無卡滯現(xiàn)象。

2.4 高、低壓壓差試驗

先給E口接通0.9MPa氣壓，S口接通0.5MPa氣壓，U口關(guān)閉，然后再給先導孔（P）接通0.5MPa氣壓，實驗表明在壓差接近2倍的情況下，閥芯可以順暢切換。

2.5 聚氨酯密封元件的硬度試驗

在室溫（20℃），聚氨酯密封元件選用邵氏80A的硬度，試驗前測量聚氨酯密封元件高度為6.52mm，按上述4項內(nèi)容試驗，發(fā)現(xiàn)在粉塵較多的環(huán)境中，閥體有輕微泄漏現(xiàn)象。實驗結(jié)束后，測量聚氨酯密封元件高度為6.22mm，放置24h后，測量聚氨酯密封元件高度為6.31mm。設(shè)計允許其變形量為1.5mm，實驗結(jié)果顯示最大變形量為0.3mm，遠小于設(shè)計允許變形量。

在高溫（80℃）環(huán)境中，聚氨酯密封元件選用邵氏80A的硬度，試驗前測量聚氨酯密封元件高度為6.57mm。給先導孔（P）加0.5MPa氣壓，保持48h，然后U口接通0.9MPa氣壓，做高壓沖擊試驗100次，經(jīng)檢測E口、S口未出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，閥芯可順暢切換。實驗結(jié)束后，測量測量聚氨酯密封元件高度為6.05mm，放置24h后，測量聚氨酯密封元件高度為6.18mm。設(shè)計允許其變形量為1.5mm，實驗結(jié)果顯示最大變形量為0.52mm，遠小于設(shè)計允許變形量。

根據(jù)以上實驗，得出的結(jié)論是聚氨酯密封元件選用邵氏80A的硬度有些大，應(yīng)適當調(diào)低其硬度[3]。

2.6 第二次聚氨酯密封元件的硬度試驗

在室溫（20℃），聚氨酯密封元件選用邵氏75A的硬度，試驗前測量聚氨酯密封元件高度為6.54mm，按上述前4項內(nèi)容試驗，發(fā)現(xiàn)在粉塵較多的環(huán)境中，閥體密封良好，未出現(xiàn)任何漏氣現(xiàn)象。實驗結(jié)束后，測量聚氨酯密封元件高度為6.01mm，放置24h后，測量聚氨酯密封元件高度為6.08mm。設(shè)計允許其變形量為1.5mm，實驗結(jié)果顯示最大變形量為0.53mm，小于設(shè)計允許變形量。

在高溫（80℃）環(huán)境中，聚氨酯密封元件選用邵氏75A的硬度，試驗前測量聚氨酯密封元件高度為6.53mm。給先導孔（P）加0.5MPa氣壓，保持48h，然后U口接通0.9MPa氣壓，做高壓沖擊試驗100次，經(jīng)檢測E口、S口未出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，閥芯可順暢切換。實驗結(jié)束后，測量測量聚氨酯密封元件高度為5.81mm，放置24h后，測量聚氨酯密封元件高度為5.96mm。設(shè)計允許其變形量為1.5mm，實驗結(jié)果顯示最大變形量為0.72mm，接近設(shè)計允許變形量的一半。

根據(jù)以上實驗，得出的結(jié)論是聚氨酯密封元件硬度區(qū)間為邵氏73A～76A，適合該二位三通氣動換向閥。

3? 結(jié)語

所設(shè)計的二位三通氣動換向閥密封性好，抗粉塵及污染能力強，結(jié)構(gòu)緊湊等特點。

參考文獻

[1] 北方工業(yè)大學流體傳動與控制教研室和濟南華能氣動元器件公司共同編著.氣動元件與系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1995.

[2] 李國龍.氣動設(shè)備創(chuàng)新設(shè)計與生產(chǎn)制造及質(zhì)量檢驗技術(shù)標準[S]. 合肥：安徽文化音像出版社，2004（5）.

[3] SMC（中國）有限公司編著.現(xiàn)代實用氣動技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.