快速切断阀三种驱动元件快速切断——凯德斯阀门

　　脉宽调制在流体动力系统应用的根本思想就是应用高速开关元件，经过控制其开关状态的占空比数的不同，从而控制阀口开度的时间均匀值。关于流体控制系统，普通对其响应速度皆有一定的请求，因此在工作过程中调制频率应尽可能地高，即请求阀的开关时间很短。

　　此外，工程中的快速动作机构（如机车紧急刹闸、电路快速切断开关等）的主要特性是瞬时释放出大功率的能量：它们常用的驱动方式有直接电磁驱动、液压和气动三种方式。其性能对照见表1。从表中能够分明看出，液压或气动系统瞬时释放大功率的特性远优于电磁驱动的方式。而液压或气动系统能量释放是由开关阀完成的，为了完成快速性，关键是进步阀的开关速度。

　　技术特性类别

　　直流电磁铁油缸气缸

　　单位面积作用力小于0.3MPa 6~32MPa 0.6~0.8MPa

　　较高运转速度小于3m/s 5×油管截面积/油缸活塞面积m/s音速×气管截面积/气缸活塞面积m/s

　　刹车缓冲特性差普通较好

　　维护容易较难容易

　　造价造价与功率大小呈直线上升较高较低

　　辅助设备直流电源油源气源

　　适用霎时功率0~几十瓦0~20千瓦0~18千瓦

　　作为快速驱动元件的适用范围用于机-电转换的光导级、低功率漏电开关工程车辆的车闸适用于各种机械平安防护安装、车闸

　　1气动高速开关阀

　　2D气动高速开关阀采用双自在度的设计思想，将导阀与主阀做在一个阀芯上，导阀由阀芯的旋转自在度完成其功用，主阀口的开度大小由阀芯的轴向滑动控制，其根本构造见图1：

　　阀芯的右腔为敏感腔，在阀芯的右端台肩上开设有a、b口，a口与Po相通；b口与大气Pa口相通；在阀座孔右端经通道c与敏感腔相通；阀左腔经通道d与PL相通；当力矩马达驱动阀芯转动，使a与c通时，则敏感腔处于高压状态，这时阀芯将在压力推进下左移，使Po与PL沟通；当b与c口沟通时，敏感腔处于低压，阀芯右移，PL与Pa沟通，阀芯是细长状的，转动惯量较小，容易完成快速摆动。该阀为一三通换向阀，若阀芯中间的台肩宽度大于阀孔环形槽的宽度，则该阀为二通型。这种构造的阀实践上为二级构造，PL口能够有较大的流量输出，若不需求大流量可将PL口堵死而直接从由端盖的e口引出压力信号。为了保证阀所受的径向力均衡，a、b和c口及通道均采用轴对称的构造。

　　阀芯的旋转运动由力矩马达驱动。力矩马达主要由衔铁、导磁体及磁钢构成，具有双稳记忆功用，其工作原理如下：衔铁与导磁体处于正常的工作位置时，构成四个工作系隙，衔铁上有一激磁线圈。磁钢在系隙中构成垂直向下方向的磁场，而当激磁线圈通电时，则产生两个环状的封锁的磁场，该磁场将使两个对角处的系隙的永磁体的磁场分别得以增强和削弱，其结果使衔铁快速摆动。当衔铁的端部抵达闭合位置时，线圈的电流切断，衔铁在磁钢吸力的作用下，其位置坚持不变。这便使得该力矩马达具有稳态记忆功用。当线圈通以相反方向的脉冲电流时，则衔铁反向摆动。由于该力矩马达具有稳态记忆功用，可由强电流脉冲驱动，因此可确保其快速响应特性。

　　2实验研讨

　　将力矩马达与阀体相联构成双级高速开关阀，采用电涡传播感器丈量阀芯位移，阀芯最大位移为0.5mm；用紫外线示波器记载输入电压U1、U2和线圈两端输出电压UL及电流IL的波形，实测的波形见图2。显而易见，阀芯与电磁铁相联后，衔铁的动作时间要略为多一些，但由于该阀芯的转动惯量仅为衔铁转动惯量的1/3，所以动作时间的增加并不多。相联后实测得力马达最大响应脉冲信号频率为190Hz（驱动电压30V）。

　　2D双级高速开关阀的实验结果

　　3结论

　　将双自在度的阀芯运用于气动高速开关阀的设计是胜利的，它既适用于小通径也适用于较大通径。调整力矩马达的调隙螺钉可改动导阀（旋转自在度）开启面积大小。改动阀芯中央台肩的宽度变化，可使阀成为二通型或三通型。

　　阀门的通径为φ6，阀门的开关时间为1.3ms左右。导阀的开关时间随系隙调整螺钉的改动而变化，即调整衔铁的摆角行程能够改动开启时间。对导阀而言，行程越小则开关时间越短，但是对主阀却不是这样的，只要当衔铁的行程到达某一值时，主阀的开启时间较短。在机械加工精度保证的前提下，增大导阀的面积梯度，减小行程，可减少阀的开关时间。

　　该阀速度较快的另一缘由是回程采用脉冲电流驱动。一方面由于回程不存在弹簧，则力矩马达输出的机械功皆用于驱动阀芯，毋需克制弹簧力，从而使阀芯运动时间较短。另一方面采用霎时通电，较大的霎时电流使阀芯快速动作，又不会惹起马达线圈发热过剧而烧坏。由于机构中没有弹簧，从而不存在弹性元件的疲倦毁坏的问题，这一点对脉宽调制状态下工作的阀尤为重要。

　　综上所述，将双自在度的原理运用于高速气动开关阀的设计是胜利的，所设计的高速开关元件具有良好的性能，这种性能还可随加工精度的进步而得到进一步进步。

　　天津市凯德斯阀门制造有限公司多年来主要从事阀门的生产制作，涉及产品有：蝶阀,高耐磨蝶阀,全铜蝶阀,法兰蝶阀,脱硫蝶阀,防腐蝶阀,对夹蝶阀等。

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