先導式雙向電磁閥的初始建壓過(guò)程分析與計算

1、先導式雙向電磁閥的建壓過(guò)程

         當雙向電磁閥不工作時(shí), 常閉主閥瓣與常開(kāi)主閥瓣以及先導閥瓣均處于自由位置。電磁閥進(jìn)口初始通氣瞬間, 氣體進(jìn)入電磁閥后除作用于常開(kāi)主閥瓣和先導閥瓣外, 還有一路作用于常閉主閥瓣上,使常閉主閥瓣開(kāi)啟。但是由于氣控壓力很快會(huì )到達常閉控制腔內將常閉主閥瓣壓緊, 故正常情況下常閉主閥瓣開(kāi)啟時(shí)間很短, 開(kāi)度很小, 常閉腔內氣體壓力很低, 可以忽略其影響。但是, 如果由于某些原因使氣體沒(méi)有及時(shí)到達常閉控制腔, 那么常閉主閥瓣的開(kāi)啟時(shí)間加長(cháng), 開(kāi)度增大, 常閉腔內會(huì )建立一定壓力, 有可能對下游設備產(chǎn)生影響, 因此需要對初始建壓過(guò)程進(jìn)行詳細分析。雙向電磁閥建壓過(guò)程除需要進(jìn)行作用力分析外, 還涉及到氣動(dòng)力學(xué)中的相關(guān)知識。

2、先導式雙向電磁閥的建壓壓力和時(shí)間

(1) 正常情況

         正常情況下, 常閉主閥瓣在通氣瞬間略微開(kāi)啟后, 會(huì )在一個(gè)極短的時(shí)間內在常閉控制腔氣體的作用下被壓緊密封。電磁閥密封副采用刀口線(xiàn)接觸密封(圖2),刀口頂部是半徑r=0.3～0.4mm的半圓面, 與減壓閥瓣的下平面線(xiàn)接觸。當接觸線(xiàn)的寬度很小, 且施加載荷后的接觸應力較大時(shí), 接觸線(xiàn)附近將變形為接觸面。與這種金屬閥座相對應, 配置以硫化橡膠作為襯墊的主閥瓣。

圖2 　密封副結構

          由于電磁閥初始建壓時(shí), 接觸變形是在彈性范圍內, 故應力與應變關(guān)系符合線(xiàn)性虎克定律。假設接觸表面很光滑, 無(wú)微觀(guān)不平度, 接觸體間的壓力垂直于接觸面, 那么閥瓣接觸面上的壓力以橢圓形分布, 刀鋒直徑d 處最大。于是, 接觸面上的最小擠壓密封力是

式中　Fj ———閥瓣的最小擠壓密封力, N

         d ——閥座的刀鋒直徑, mm

         b ——接觸線(xiàn)寬度, mm

         r ——刀鋒的曲率半徑( r = 0.3 ～ 0.4) ,mm

         μ——襯墊材料的泊松系數

         Ec ——襯墊材料的彈性模數, MPa

         m ——襯墊材料的墊片系數

         P ——工作壓力(絕壓) , MPa

         考慮到接觸面的貼平力和摩擦力等因素, 在最小擠壓密封力Fj 的基礎上根據試驗結果得出關(guān)閉力Fgm的經(jīng)驗公式

           該關(guān)閉力等于常閉主閥瓣上下作用力之差。由于控制腔通道很短, 故可設常閉控制腔內壓力與常閉腔出口壓力相同, 均為P , 因此有

         將A k 和A q 代入式( 3 ) 后可得P =0.136MPa (絕壓) , 即表壓為0.036MPa , 從理論上計算該壓力很小, 如果考慮到主閥瓣開(kāi)啟還要克服摩擦力和開(kāi)啟時(shí)間等因素, 正常情況下常閉腔內壓力會(huì )更小, 且建壓時(shí)間極短, 可以忽略。

(2) 異常情況

          當由于某些原因控制腔內沒(méi)有及時(shí)建壓, 則常閉控制腔壓力(設為P1 ) 將小于常閉腔出口壓力(設為P2) , 即P1Ak - P2Aq < Fgm 。由于常閉主閥瓣作用力小于密封力, 常閉主閥瓣不能立即關(guān)閉密封, 那么常閉腔出口壓力便會(huì )大于01036MPa , 造成異常建壓, 在極限情況下( P1 = 0MPa) , 常閉腔主閥瓣開(kāi)啟后, 出口通大氣, 可近似視為等溫流動(dòng)狀態(tài), 設出口氣體流動(dòng)達到音速, 根據氣體動(dòng)力學(xué), 則有