气动高速开关阀的研究进展及展望
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作者: 李永华
摘要：本文介绍了高速电磁开关阀的研究现状和两个典型的应用实例，并对高速电磁开关阀今后的研究与开发前景进行了展望。
关键词: 高速开关阀 电液控制系统 分类
一、高速开关阀
气动高速开关阀在现代工业自动化领域中发挥了越来越重要的作用。高响应、长寿命、低功耗、模块化及具有高稳定性和可靠性的气动高速开关阀的开发，是促进工业自动化及气动技术自身发展所必需面对的课题, 高速开关阀作为航空航天高速开关阀式系统的核心元件,国内外众多学者和机构对其进行了大量研究,在高频电液开关阀的开发中、采用了压电陶瓷材料、电致伸缩材料等新材料作为开关阀的电-机转换装置, 其中详细设计了高速开关阀的电源、显示、串口和CAN通讯电路；重点设计了控制高速开关阀的驱动放大电路，设计中采用了CPU与功率放大部分电气隔离措施,提高其可靠性和安全性;同时使用双电压驱动方式,缩短了高速开关阀的开关响应时间,因而提高了响应频率、在硬件电路基础上、设计了高速开关阀显示、串行和CAN通讯接口以及PWM控制信号的软件模块，最后对高速开关阀的阀芯运动特性以及占空比对阀芯运动的影响做了分析,进而分析了高速开关阀的静、动态特性,提高动态特性的性能; 高速开关阀应用于电液可变气门系统进行实验研究,实验结果表明:在输入信号频率为133Hz,输入电压幅值为5V,弹簧刚度35N/mm,预紧力265N,系统压力8.5MPa,流量20L/min的条件下,弹簧回复的气门最大升程(10mm)比液压力回复的气门最大升程(8mm)高出25%,从而证实了高速开关阀及其电动机械转换器的有效性,根据开关阀的技术要求对开关阀进行了试验研究,其中包括样机的静态试验和动态试验,并对试验结果进行了分析得出了开关阀相机的性能参数,试验结果表明:开关阀样机开启压力小,启闭迅速在公称压力下实现了零泄漏,满足设计要求, 在真空树脂灌注机中计量阀是一个很重要的部件、它的性能的好坏、密封性能如何及寿命的长短，都直接关系到灌注机的真空度及计量配比精度；而计量配比精度又是灌注机灌注质量的根本保证。因此，要想提高灌注机的灌注质量，就必须提高计量阀的各项性能.
二、开关阀的电业控制系统
气动活塞式切断阀由气动活塞式执行机构与直行程调节机构二部分组成，中间由支架连接而成。根据调节机构的型式，气动活塞式切断阀可分为直通单座切断阀(ZSQP型)、直通套筒切断阀(ZSQM型)、二位三通切断阀(ZSQN型)三种型式；气动活塞式执行机构有单作用(弹簧复位)和双作用(双进气)二种，采用单作用执行机构，整机作用方式可分为气关式(水平管路接通)和气水平管路断开)在结构上，气动开关阀与电动开关阀的阀体是没有什么区别的，主要区别在于推动阀体中的滑块改变阀位的推动力不同，气动开关阀由气路（管子）中的控制空气送到阀中的操作气缸推动活塞移动带动滑块改变阀体阀位；电动开关阀则通过螺旋线圈产生电磁吸力带动滑块改变阀体阀位， 气动开关阀所接的控制信号是气压信号，必须用管子连接体积较大，由于气动开关阀改变阀位是通过其气缸内控制空气形成一定的压力后才能推动活塞与滑块改变阀体阀位；实际控制时开关速度相对较慢，电动开关阀的控制信号一般电流信号也将用导线连接且没有操作柱塞，所以电动开关阀的体积比气动开关阀的体积小产生吸力的速度相对较快，从工作速度看电动开关阀动作较快，由于气动开关阀改变阀位是通过其气缸内控制空气形成一定的压力后才能推动活塞与滑块改变阀体阀位，实际控制时开关速度相对较慢，而电动开关阀电流产生吸力的速度相对较快，开关容积减压是为提高效率而提出的一种新型减压方法，对其关键元件超高压大流量气动开关阀的原理、动态特性进行详细的理论和试验研究，利用气动力平衡,解决超高压主阀心驱动力大和响应慢的难题,设计出小流量驱动大开口的超高压大流量开关阀。 此外，电动开关阀的体积比气动开关阀的体积小，气体告诉开关阀具有结构紧凑、重量轻、动作灵敏、流体通道呈S流线型、压降损失小、阀容量大、拆装方便等优点，切断阀接受来自调节仪表的信号，切断、开启或改变介质流向，达到对压力、流量、液位等工艺参数自动控制，广泛应用于石油、化工、冶金、电力、轻工、纺织等各种工业部门的生产过程自动控制和运程控制系统中，本系列产品有薄膜式、活塞式两种，阀体结构有单座、套筒、双座（二位三通）三种，密封形式有填料密封和波纹管密封两种，产品公称压力等级有PN10、16、40、46四种，公称口径范围DN20～200mm，适用流体温度由-60～450℃，泄漏量等级为IV级或VI级，流量特性为快开；因而对液压系统的设计也提出了更高的要求 ,采用传统的以完成执行机构预定的动作循环和满足静态性能要求的系统设计远远超出人们的生活需要，气动高速开关阀再今后的生活里将给我们带来方便和便利。
三、气动高速开关阀的分类
气动高速开关阀它包括阀芯、阀座、端盖、力矩电机，其阀芯为阶梯形圆柱体，阀芯右端台肩上开有两通孔，阀座右端设有敏感腔，阀座轴向中空径向开有大气口、高压口、负载口，阀座内孔右端轴向开有通道，两通孔分别与高压口及大气口相通，本实用新型结构简单、流量大、无需弹簧、用于脉宽调制控制时不会产生弹性元件疲劳破坏，控制方
法能够使系统的动态特性得到改善，气动开关阀是以气缸为动力实现开关作用，气动式高速开关阀是由6bar压缩空气通过气源处理器调节压力实现扭矩控制，精度达±5%；4位式功率管理器，扭矩跨度更大，效率更高；采用高性能气动马达，最大功率耗气量600L/min； 杰出的连续运行功能，能够满足高负荷作业需要；单手操作的正、反转按钮，触摸式开关阀，便于使用；有直柄和弯柄两种操作型式，适合不同应用场合；整体反作用力臂，强度高、可360°调节支撑位置，开关阀能阻止或开通双向流通的二通阀，又称截止阀气动高速开关阀的频率响应是当信号电流在二个频率范围内作正弦规律变化时，控制流量对输入信号的复数比，频率响应通常在输入信号恒定和负载压降为零的条件下测定，并表示为幅值比、相对于位移，阀的频率响应可能随着信号的幅值、温度和供给压力等条件而变化，气动滞后双张多 胶印机中存在电动，机动，气动等控制的动作，这些动作中,电动反应最快,气动最慢而机动则具有周期性，气动动作由于是靠单位时间抽气量来控制的,它无法与电动 机动的速度相提并论，在低速时配合会很好但在高速时,气动动作相对机动动作可能呈滞后状态。
总结：
气动高速开关阀是一种新型的材料，在现今的社会里将会给人们到来很好的效益和发展前景，是我们最理想的材料。
参考文献：
[1]刘忠,龙国键,褚福磊,等.基于高速开关电磁阀技术的压力控制系统设计.液压与气动,2003(3):13～15
[2]李玉贵,杨晓明,高学杰.PWM高速开关阀静特性研究.太原重型机械学院学报,2002,23(1):68～71
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