利用液體壓差的自動換路閥門設計

艾仁杰

摘要：近年來，我國的工業化進程有了很大進展，各行業對閥門的需求也在不斷增加，其中作為閥門重要一類的自動換路閥門也被越來越廣泛的應用。本文首先分析了閥門產品結構和調試特點，然后分析了夾緊裝置設計以及開閥蓋扳手及油閥旋擰端的設計，最后論述了裝置壓力試驗，以供參考。

關鍵詞：滑閥;管路壓差;液壓腔;補償設計

引言

隨著液壓氣動技術的發展，閥門產品的需求不斷擴大，且對閥門的性能要求也在不斷提高。閥芯是閥門產品中最重要的零部件之一，它和閥座組成的密封副決定了閥門的啟閉和密封性能，低壓閥門的性能更容易受結構、材料及加工誤差等因素的影響，一直是相關從業人員的研究熱點問題。

1閥門產品結構和調試特點

關斷類閥門有截止閥和固定式球閥兩種結構形式，閥門口徑DN40-100mm，調試時閥門內腔氣壓5-8Mpa，調試時長需要約30min，閥門進出口為法蘭連接和八字環槽密封形式。閥門壓力控制箱的超壓、虧壓動作調試過程復雜繁瑣，關聯零件較多且布局緊密，操作者需多方位活動占用閥門周邊空間，通常為了調試操作用盲法蘭封堵閥門兩流道孔并保壓，但用螺栓連接盲法蘭勞動強度大，效率低。

2夾緊裝置設計

因閥門結構允許用兩端對夾的方法，來完成封堵流道孔及內腔保壓，故夾緊裝置設計為采用油缸驅動的對夾式，閥門兩側法蘭和夾緊裝置之間用氟橡膠O形圈密封，并進行相關設計參數計算。夾緊法蘭端面加工有O形圈T型槽和導向止口，配戴氟橡膠O形圈密封，導向止口用于加緊便利并確保O形圈的密封位置有效;連接頭采用球面墊圈過渡實現自找心定位，避免閥門兩端法蘭面不平行引起裝夾不能密封的問題;裝置上帶有進氣接管，能連接氣源設備進行調試閥門的進壓;通過裝置上配帶的不銹鋼球閥進行試驗閥門的泄壓，快速安全。該夾緊裝置的保壓功能主要由液壓系統中的蓄能器、壓力繼電器、油泵來完成。當加緊油缸伸出到預設位置時打開自動保壓，隨后蓄能器給油缸無桿腔保壓，無桿腔設有壓力繼電器，當壓力低于預設壓力時蓄能器打開給油缸補壓，補壓到預設高壓時蓄能器自動關掉，蓄能器靠油泵補壓，當蓄能器壓力低于預設低壓時油泵打開給蓄能器補壓，達到預設高壓時油泵停止;一個保壓工序完成后關掉自動保壓，點動油缸回程。夾緊閥門后，打開外接氣源給閥門體腔內加壓至需用的調試壓力，待壓力穩定后關閉氣源，按動夾緊裝置控制箱綠色保壓按鈕，進入自動保壓程序，可開始操作調試閥門。

3開閥蓋扳手及油閥旋擰端的設計

考慮到取油全過程機械化，除了要旋擰油閥蓋，還要對其固定，防止其在取油過程中掉落，因此閥蓋在旋擰中需要一個穩定結構進行固定。開閥扳手為套筒狀，內部底面有與油閥外殼相配合的內六方結構，套筒內壁裝有若干橡膠墊，以保證開閥扳手的握持力。套筒插入時，橡膠墊與油閥蓋之間相互擠壓，橡膠墊的彈性形變既能減少套筒對油閥蓋的磨損，又能提升橡膠墊與油閥蓋之間的摩擦力。在旋擰油閥蓋時，套筒與油閥蓋保持靜止，橡膠墊與油閥蓋之間不存在旋轉摩擦，只有靜止摩擦。油閥蓋完全擰下之后，套筒仍然可以靠摩擦力維持對油閥蓋的握持。為了防止在取油期間機械振動會導致油閥蓋的脫落，在取油過程中油閥蓋握持裝置添加了鎖緊閥扣，保證在整個取油期間，油閥蓋不會掉落。完成取油后，在機器臂控制下，握持有油閥蓋的套筒運動至擰閥門位置，完成油閥蓋的擰緊工作，最后將套筒拔出。在油閥蓋之下的放油閥一般是一字型接口，與油閥蓋接口不同，采用彈簧式平口旋擰銷來完成旋擰放油閥動作。平口旋擰銷為板狀可伸縮結構，當平口銷受到彈簧方向阻力時會使彈簧收縮，當與平口對齊時，在彈簧作用下平口銷彈出插入平口，然后可在方形滑塊與滑道的作用下，隨后部進行旋轉，從而對平口放油閥進行旋擰。油閥蓋旋擰單元將油閥蓋旋擰取出后，由放油閥旋擰單元靠近放油閥進行下一階段工作。當平口旋擰結構與平口的位置和角度未完全對應時，平口銷會被壓入滑道內。平口旋擰結構后部以較低的轉速轉動，直至平口銷與取油口處平口對齊，平口旋擰結構會在彈簧的作用下彈出，插入平口。

4裝置壓力試驗

由于該夾緊裝置用作閥門的供壓和保壓夾緊，使用需絕對安全可靠，故參照GB/T26480《閥門的檢驗和試驗》的規定對夾緊裝置的機械加緊部分進行殼體強度試驗。GB/T26480中規定：鋼制閥門殼體試驗壓力為38℃時最大允許工作壓力的1.5倍;高壓氣體殼體試驗壓力為38℃時最大允許工作壓力的1.1倍。試驗介質應是水、煤油、粘度不高于水的非腐蝕性液體、氮氣、或空氣，我們從工作效率和經濟性考慮選擇清潔干燥的空氣和潔凈水作為試驗介質。（1）液體殼體試驗。在夾緊裝置兩連接法蘭之間加一段過渡試驗用短管，按上述操作過程夾緊，關閉球閥，連接管與試壓泵相連，起動試壓泵，緩慢加壓，試驗壓力達到12MPa，關閉進水泵，保壓50min，檢查各結構件無變形和損傷，各連接處無可見泄漏。（2）高壓氣體殼體試驗。液體殼體試驗合格后進行氣體殼體試驗。將試驗裝置的夾緊部分放入氣壓試驗地坑中，連接管與空氣壓縮機相連，啟動空氣壓縮機，緩慢升壓，當壓力表達到1MPa時，保壓5min，用肥皂水涂刷外部各處，無泄漏，再緩慢升壓至4.5MPa時，保壓5min，再用肥皂水涂刷外部各處，無泄漏，然后升壓至8.8MPa，保壓50min，檢查無泄漏后緩慢卸壓。加緊裝置經液體、高壓氣體殼體強度試驗合格的后，將成為緊急切斷閥調試操作者在一段時間內或長期使用的一種簡易試驗設備。

結語

綜上所述，本文參照普通壓差滑閥的原理，設計了一款能夠自動選擇液路的控制閥門，由于閥門的壓差值可能過小，閥芯移動距離達不到設計的行程要求，導致閥門不能選擇壓力高的液路入口。由此對閥門進行了補償設計，在閥門的備選入口側增加了一個補償腔體，當切換開始時，閥芯只要移動較小距離即可讓該補償腔體與需切換入口連接，由此提供了補償力彌補壓差力不足的問題。

參考文獻：

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