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閱讀：155發(fā)布時(shí)間：2022-3-2
超低壓氣動(dòng)減壓閥的鉆研
1 前言
超低壓氣動(dòng)減壓閥是氣動(dòng)剎車(chē)零碎的不足道元件。所以氣體粘度小，輕易透露，而且零碎作業(yè)壓力高，閥的輸出壓力為11～13MPa，輸入壓力為7MPa，因而，閥的密封性和持久性變成突出的問(wèn)題。那里說(shuō)明的超低壓氣動(dòng)減壓閥打破了傳統(tǒng)構(gòu)造［1］，且對(duì)不足道零、組件繼續(xù)了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得閥在低壓狀況下無(wú)透露，其它性能也都滿(mǎn)足了運(yùn)用務(wù)求。
2 作業(yè)原理
超低壓氣動(dòng)減壓閥的作業(yè)原理如圖1所示。當(dāng)壓頭無(wú)外力作用時(shí)，氣源來(lái)的氣體由輸出口進(jìn)入閥體下部氣室，進(jìn)氣缸門(mén)在氣壓和復(fù)位繃簧的作用下與進(jìn)氣缸門(mén)座壓緊，閥輸入口無(wú)氣體輸入。當(dāng)壓頭受外力F作用時(shí)，壓頭下移，通錯(cuò)誤調(diào)繃簧壓縮復(fù)位繃簧1，將排氣缸門(mén)壓下與排氣缸門(mén)座接觸，使輸入口與大氣隔離，壓頭接續(xù)下移，頂開(kāi)進(jìn)氣缸門(mén)，壓縮大氣由進(jìn)氣缸門(mén)掌握的通道進(jìn)入閥前面的執(zhí)行元件氣缸。隨著氣缸壓力的增多，進(jìn)氣缸門(mén)的開(kāi)度逐步減小，直到輸入口壓力p2與壓頭上的作使勁相失調(diào)時(shí)進(jìn)氣缸門(mén)開(kāi)放。當(dāng)外力肅清后，進(jìn)氣缸門(mén)在氣壓和復(fù)位繃簧2的力作用下，向上挪動(dòng)開(kāi)放。與此同聲，壓頭與排氣缸門(mén)在復(fù)位繃簧1的力及排氣壓力的作用下復(fù)位，排氣口開(kāi)啟，原輸入的氣體由排氣缸門(mén)經(jīng)消渴器排入大氣。
圖1 構(gòu)造作業(yè)原理圖
當(dāng)初再來(lái)鉆研排氣缸門(mén)在于某一失調(diào)地位時(shí)的狀態(tài)。疏忽壓頭、排氣缸門(mén)等的重力和附著力，排氣缸門(mén)受力失調(diào)方程為：
F＝p1A1＋p2（A2－A1）＋Fs＋Ff（1）
式中：Fs――兩個(gè)復(fù)位繃簧的彈力之和；
Ff――墊圈的附著力；
A1、A2――別離為進(jìn)、排氣缸門(mén)的無(wú)效受壓面積，
A1＝π（d12－d012）／4，
A2＝π（d2－d022）／4；
d――排氣缸門(mén)座直徑；
d01――頂桿下段直徑；
d02――頂桿上段直徑。
由式（1）知，閥的輸入壓力p2與壓頭上的作使勁F成對(duì)比(見(jiàn)圖4)。
3 設(shè)計(jì)和劃算
設(shè)計(jì)超低壓氣動(dòng)減壓閥正常是先依據(jù)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)和作業(yè)條件，取舍閥的構(gòu)造型式，而后繼續(xù)構(gòu)造參數(shù)的取舍和劃算。
通常給定的參數(shù)有：氣源壓力、閥輸入壓力、通氣威力、把持力和行程等。設(shè)計(jì)和劃算的意思有：取舍的構(gòu)造型式，據(jù)通氣威力和作業(yè)壓力確定閥的構(gòu)造尺寸，據(jù)行程和把持力設(shè)計(jì)失調(diào)繃簧等。
閥的構(gòu)造設(shè)計(jì)重點(diǎn)在乎進(jìn)氣缸門(mén)、排氣缸門(mén)和活門(mén)座的密封構(gòu)造，所以氣體粘度小，且作業(yè)壓力高，輕易透露。閥的構(gòu)造見(jiàn)圖1。
(1)通氣威力劃算
閥的通氣威力是指在給定的氣源壓力、閥輸入壓力、執(zhí)行元件氣缸及閥后彈道的體積的狀況下，閥的充氣、排氣工夫。
通氣威力在于于進(jìn)氣通道和排氣通道的面積。閥在充氣和排氣內(nèi)中中工夫很短，咱們疏忽熱交流的莫須有，即絕熱充氣和絕熱排氣。另外，依據(jù)閥的作業(yè)壓力，閥是以音速充氣和音速排氣。因而閥的進(jìn)氣通道無(wú)效面積Aa按下式劃算［2］：
(2)
式中：V――充氣總體積；
K――比熱比，絕熱充氣時(shí)，K＝1.4；
T――大氣的熱度，規(guī)范大氣的熱度T＝293.15K；
t1――充氣工夫；
R――氣體常數(shù)，R＝287.1N*m/kg/K；
p1――閥輸出口壓力；
p2――閥輸入口壓力；
p20――氣缸外在充氣結(jié)束前的壓力。
∵A1=Aa
∴依據(jù)構(gòu)造(見(jiàn)圖1和圖2)，進(jìn)氣孔直徑
（3）
按等面積原理，進(jìn)氣缸門(mén)與閥門(mén)座的軸向間隔(開(kāi)度)
hc≥(d12-d012）／（4d1）（4）
放氣通道無(wú)效面積按下式劃算（5）
式中：t2――排氣工夫；
p20――氣缸內(nèi)排氣初始?jí)毫Γ?br /> pa――外界壓力。
其它符號(hào)意思同式(3)。
放氣孔直徑(見(jiàn)圖1和圖2)（6）
放氣缸門(mén)與閥門(mén)座的軸向間隔(開(kāi)度)
h2≥(d22-d022）／（4d）（7）
(2)排氣缸座直徑的劃算
由閥的作業(yè)原理曉得，排氣缸門(mén)座直徑d的大小間接莫須有閥的調(diào)壓精度。若其直徑大，則閥的調(diào)壓精度高；反之，則閥的調(diào)壓精度低。然而，排氣缸門(mén)座直徑又受到把持力的制約。排氣缸門(mén)座直徑(見(jiàn)圖2(b))可由式(1)失去（8）
式中：Fmax――給定的把持力。
在滿(mǎn)足把持力值的前提下，排氣缸門(mén)座直徑盡可能取大值。
(3)進(jìn)、排氣缸門(mén)的設(shè)計(jì)
進(jìn)、排氣缸門(mén)的設(shè)計(jì)重要囊括構(gòu)造型式、資料的選取和多少何尺寸確實(shí)定。閥門(mén)構(gòu)造采納非金屬包膠閥門(mén)(所謂非金屬包膠閥門(mén)就是將橡膠間接硫化在非金屬骨子上)。它利用了橡膠資料彈性高和密封比抬高的長(zhǎng)處，使閥門(mén)在作業(yè)內(nèi)中中存在良好的彌補(bǔ)性能；另外利用了非金屬資料的強(qiáng)度和剛度。閥門(mén)加工打造工藝性好，打造利潤(rùn)低廉。
橡膠資料的取舍重要依據(jù)其機(jī)械性能和閥的作業(yè)熱度。
硫化橡膠的薄厚依據(jù)閥門(mén)座型面高低h選取，橡膠壓縮量在(20～25)%為宜。
進(jìn)、排氣缸門(mén)的非金屬骨子宜用黃銅，因其與橡膠的聯(lián)合性能好。
(a) (b)
圖2 閥門(mén)座型面構(gòu)造
(4)進(jìn)、排氣缸門(mén)座型面的設(shè)計(jì)
閥門(mén)座型面與閥門(mén)的橡膠面間接接觸，在作業(yè)內(nèi)中中使膠面變形，起密封作用，而且對(duì)閥的壽數(shù)莫須有很大。閥門(mén)座型面構(gòu)造如圖2所示(其中：圖2(a)為進(jìn)氣缸門(mén)座，圖2(b)為排氣缸門(mén)座)。圖中高低h規(guī)模內(nèi)為閥門(mén)座型面，R為密書(shū)皮。R值小，閥的銳敏度高；R值大，閥的壽數(shù)長(zhǎng)。經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，R在0.3～0.5規(guī)模內(nèi)取值較好。閥門(mén)座型面的毛糙度同樣也莫須有閥的密封性和壽數(shù)，毛糙度Ra應(yīng)不大于0.4μm
圖2中b為支承面。它是用來(lái)制約膠面適度變形，起掩護(hù)膠面的作用。
(5)失調(diào)繃簧的設(shè)計(jì)
依據(jù)閥的性能綜合，失調(diào)繃簧與排氣缸門(mén)座直徑一樣，間接莫須有閥的調(diào)壓精度。減壓繃簧的剛度越小，閥的調(diào)壓精度越好。然而剛度太小，繃簧行程過(guò)長(zhǎng)。它受到給定行程的制約，應(yīng)依據(jù)給定的參數(shù)設(shè)計(jì)繃簧剛度：
k=Fmax/(h1+h2)(9)
有了繃簧剛度、彈力和行程，便可繼續(xù)繃簧的設(shè)計(jì)了。
兩個(gè)復(fù)位繃簧的剛度可設(shè)計(jì)成相反，而且，其剛度小于失調(diào)繃簧的剛度。
4 嘗試
為測(cè)驗(yàn)閥的性能，設(shè)計(jì)嘗試零碎原理圖如圖3所示。
圖3 嘗試零碎原理圖
閥的輸入壓力與把持力的關(guān)系見(jiàn)圖4。圖5是在氣罐體積為2L，輸出壓力的11MPa，在壓頭上迅速?gòu)?qiáng)加(除去)把持力的工況下，閥的充(排)氣特點(diǎn)。通過(guò)嘗試和利用，閥的各項(xiàng)技能性能相符務(wù)求，有些指標(biāo)勝于同類(lèi)出品。而且存在構(gòu)造容易、緊湊、體積小、分量輕、壽數(shù)長(zhǎng)、可保護(hù)性好等特點(diǎn)。
圖4 p2與F的關(guān)系
圖5 充、排氣特點(diǎn)
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