二位三通氣控換向閥的設計與試驗研究

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，使其結構緊湊。通過實驗研究了該閥的穩定性和可靠性。實驗結果表明：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構見圖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計成球面，閥體的密封口突起一個小臺階，這種設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個派克公司生產的C2型活塞密封件，這種結構具有密封性好，抗粉塵及污染能力強，結構緊湊等特點。并且，減少閥體加工工序，簡化閥體裝配流程，提高生產效率，降低生產成本。

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，活塞能平穩推動閥芯換向，活塞面積設計為3318mm2，活塞的推力計算如下：Fp=3318×0.5=1659N，經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，關閉S口，經檢測E口密封良好，未出現漏氣現象。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，關閉E口，經檢測S口密封良好，未出現漏氣現象[2]。

2.2 高壓0.9MPa沖擊試驗

先導孔（P）串聯二位三通電磁閥（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，設定程序使閥芯每5s動作一次，連續沖擊切換550次，試驗后，經檢測E/S口密封良好，未出現漏氣現象，閥芯動作順暢，無卡滯現象。

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，關閉S口，保持52h后，E/S口密封良好，未出現漏氣現象，閥芯動作順暢，無卡滯現象。

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項內容試驗，發現在粉塵較多的環境中，閥體有輕微泄漏現象。實驗結束后，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。設計允許其變形量為1.5mm，實驗結果顯示最大變形量為0.3mm，遠小于設計允許變形量。

在高溫（80℃）環境中，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，經檢測E口、S口未出現漏氣現象，閥芯可順暢切換。實驗結束后，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。設計允許其變形量為1.5mm，實驗結果顯示最大變形量為0.52mm，遠小于設計允許變形量。

根據以上實驗，得出的結論是聚氨酯密封元件選用邵氏80A的硬度有些大，應適當調低其硬度[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項內容試驗，發現在粉塵較多的環境中，閥體密封良好，未出現任何漏氣現象。實驗結束后，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。設計允許其變形量為1.5mm，實驗結果顯示最大變形量為0.53mm，小于設計允許變形量。

在高溫（80℃）環境中，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，經檢測E口、S口未出現漏氣現象，閥芯可順暢切換。實驗結束后，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。設計允許其變形量為1.5mm，實驗結果顯示最大變形量為0.72mm，接近設計允許變形量的一半。

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

3? 結語

所設計的二位三通氣動換向閥密封性好，抗粉塵及污染能力強，結構緊湊等特點。

參考文獻

[1] 北方工業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.氣動元件與系統設計[M].北京：機械工業出版社，1995.

[2] 李國龍.氣動設備創新設計與生產制造及質量檢驗技術標準[S]. 合肥：安徽文化音像出版社，2004（5）.

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