CN102322456B - 控制压力可调的微压气控换向阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制压力可调的微压气控换向阀，在阀体内设置有用于实现气压换向的换向模块，换向模块包括换向阀腔、换向阀芯、换向阀芯复位弹簧及换向阀端盖，阀体上开有与换向阀腔相通的换向阀控制口、换向阀输入口、换向阀输出口及换向阀排气口；阀体内还设置有控制压力设定模块及流量调节模块；控制压力设定模块用于设定使得换向模块换向的微压信号的压力大小；流量调节模块与换向阀控制口相连通，用于调节先导压力流量。本发明在阀体内设置有控制压力设定模块及流量调节模块，可设定使得换向模块换向的微压信号的压力大小；本发明在满足微压信号实现气路换向的基础上，降低了微压气控换向阀的材料要求和加工工艺要求。

Description

控制压力可调的微压气控换向阀

技术领域

本发明涉及一种应用于气压传动与控制中的方向控制阀，具体地说是一种控制压力可调的微压气控换向阀。

背景技术

气控换向阀的控制压力（阀控制口的气压）通常都比较高，最低控制压力一般在50 kPa左右，而且控制压力往往随着阀的供气压力（阀输入口的气压）的升高而升高。在实际工作中，经常会遇到用微压信号（小于1 kPa）作为控制压力来实现气路换向的情况，还会遇到控制压力要求为微压信号并且最低控制压力又不允许低于某设定值的情况，要实现这种控制要求就必须要有一种具有控制压力设定功能的微压气控换向阀。比如：根据IEC防爆标准或GB防爆标准规定，在可燃气体、水蒸气或粉尘等危险环境下工作的正压外壳型电气设备，为防止危险气体进入其正压外壳引起爆炸，并考虑到操作人员和维修人员的安全，要求其正压外壳内部保护气体的压力要保持在50 Pa至2.5 kPa之间，在这种电气设备的气动通风控制系统中，就需要采用具有控制压力设定功能的微压气控换向阀。近年来，FESTO、CKD等国际知名气动元件制造商已经开发成功控制压力小于1 kPa的微压气控换向阀，但都不具备根据控制需要任意设定控制压力的功能，而且价格高昂，对膜片、弹簧等零件的材料要求以及对阀的加工工艺要求都比较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种具有控制压力设定功能的微压气控换向阀。

按照本发明提供的技术方案：一种控制压力可调的微压气控换向阀，在阀体内设置有用于实现气压换向的换向模块，所述换向模块包括换向阀腔、换向阀芯、换向阀芯复位弹簧及换向阀端盖，所述换向阀芯滑动配合在所述换向阀腔内，所述换向阀端盖固定在所述换向阀腔的开口处，所述换向阀芯复位弹簧安装于所述换向阀芯与所述换向阀端盖之间，所述阀体上开有与所述换向阀腔相通的换向阀控制口、换向阀输入口、换向阀输出口及换向阀排气口；所述阀体内还设置有控制压力设定模块及流量调节模块；所述控制压力设定模块用于设定使得所述换向模块换向的微压信号的压力大小；所述流量调节模块与所述换向阀控制口相连通，用于调节先导压力流量。

所述控制压力设定模块包括膜片腔、节流排气腔、膜片、背压调节阀芯、控制压力调节弹簧及背压调节螺钉；所述膜片腔上开有微压控制口及呼吸孔，所述膜片将所述微压控制口与所述呼吸孔隔开；所述背压调节阀芯位于所述膜片腔内，其一端通过法兰面与所述膜片相抵，其另一端穿过所述阀体并伸入所述节流排气腔；所述控制压力调节弹簧套装在所述背压调节阀芯上，其一端抵靠在所述背压调节阀芯的法兰面上，其另一端抵靠在所述膜片腔的壁面上；所述背压调节螺钉的杆部密封配合在所述节流排气腔内，其头部螺纹连接在所述阀体上；所述背压调节螺钉的杆部开有轴向背压节流孔及与所述背压节流孔相通的径向通孔，其外壁上开有与所述径向通孔相通的环形槽；所述背压节流孔的端部与所述背压调节阀芯相对，所述背压调节螺钉的杆端与所述背压调节阀芯之间的所述节流排气腔上开有背压排气孔。

所述膜片为橡胶材质的波纹状膜片。

所述背压调节螺钉上安装有调节螺钉第一密封圈及调节螺钉第二密封圈。

所述流量调节模块包括流量调节阀腔、流量调节阀芯及流量调节阀芯座；所述阀体上开有与所述流量调节阀腔相通的先导压力输入口及先导压力输出口，所述先导压力输出口与所述背压调节螺钉的环形槽相通并通向所述换向阀控制口；所述流量调节阀芯位于所述流量调节阀腔内，其顶端与所述先导压力输出口相配合，其底端螺纹连接在所述流量调节阀芯座上，所述流量调节阀芯座固定在所述阀体上。

所述流量调节阀芯座上设置有伸入所述流量调节阀腔的凸台。

所述流量调节阀芯座与所述阀体之间设置有流量调节阀密封圈。

所述换向阀芯上安装有换向阀芯第一密封圈、换向阀芯第二密封圈、换向阀芯第三密封圈及换向阀芯第四密封圈。

所述换向阀芯复位弹簧的一端插装于所述换向阀芯一端的盲孔内，其另一端坐于所述换向阀端盖的凸台上。

所述阀体的相对两侧固定连接有上阀盖及下阀盖，所述上阀盖与所述阀体之间设置有所述膜片腔。

本发明与现有技术相比，其优点在于：本发明在阀体内设置有控制压力设定模块及流量调节模块，可设定使得换向模块换向的微压信号的压力大小；本发明在满足微压信号实现气路换向的基础上，降低了微压气控换向阀的材料要求和加工工艺要求。

附图说明

图1为本发明未通入控制压力的结构示意图。

图2为本发明已通入控制压力的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1、图2中，包括控制压力调节模块A、流量调节模块B、换向模块C、上阀盖1、膜片2、背压调节阀芯3、微压控制口4、控制压力调节弹簧5、膜片腔6、呼吸孔7、节流排气腔8、阀体9、背压排气孔10、调节螺钉第一密封圈11、背压节流孔12、环形槽13、先导压力输出口14、先导压力输入口15、流量调节阀芯16、流量调节阀密封圈17、流量调节阀芯座18、下阀盖19、背压调节螺钉20、调节螺钉径向通孔21、调节螺钉第二密封圈22、换向阀端盖23、换向阀芯复位弹簧24、换向阀芯第一密封圈25、换向阀芯第二密封圈26、换向阀输入口27、换向阀输出口28、换向阀芯第三密封圈29、换向阀排气口30、换向阀芯31、换向阀芯第四密封圈32、压力表连接口33、换向阀控制口34、流量调节阀腔35、换向阀腔36等。

如图1、图2所示，本发明是一种控制压力可调的微压气控换向阀，包括上阀盖1、阀体9及下阀盖19。上阀盖1及下阀盖19分别设置于阀体9的相对两侧，并通过螺钉固定在阀体9上。

阀体9内设置有控制压力设定模块A、流量调节模块B及换向模块C。控制压力设定模块A用于设定使得换向模块C换向的微压信号的压力大小，流量调节模块B用于调节先导压力流量，换向模块C用于实现气压的换向。控制压力设定模块A位于阀体9的中部，流量调节模块B及换向模块C分别位于控制压力设定模块A的两侧。

控制压力设定模块A包括膜片腔6、节流排气腔8、膜片2、背压调节阀芯3、控制压力调节弹簧5及背压调节螺钉20。

膜片腔6位于上阀盖1与阀体9之间，节流排气腔8位于下阀盖19与阀体9之间。膜片腔6上开有微压控制口4及呼吸孔7，微压控制口4位于上阀盖1上，呼吸孔7位于阀体9上。膜片2夹于上阀盖1与阀体9之间，将微压控制口4与呼吸孔7隔开。膜片2为橡胶材质的波纹状膜片，其优点在于只需要很小的压力作用于膜片2上，就可以使膜片2波纹状变形部分沿轴向展开，从而获得较大的轴向位移。

背压调节阀芯3位于膜片腔6内，其一端通过法兰面与膜片2相抵，其另一端穿过阀体9并伸入节流排气腔8，背压调节阀芯3与阀体9的孔壁之间为间隙配合。控制压力调节弹簧5套装在背压调节阀芯3上，其一端抵靠在背压调节阀芯3的法兰面上，其另一端抵靠在膜片腔6的壁面上。

背压调节螺钉20为T型圆柱体，其头部加工有外螺纹，其杆部为光杆。背压调节螺钉20的杆部伸入节流排气腔8内，通过其头部的外螺纹螺纹连接在阀体9上。背压调节螺钉20的杆部开有轴向背压节流孔12及与背压节流孔12相通的径向通孔21，其杆部的外壁上开有与径向通孔21相通的环形槽13。背压调节螺钉20的杆部密封配合在节流排气腔8内，其杆部安装有调节螺钉第一密封圈11及调节螺钉第二密封圈22，两只密封圈11、22分别位于环形槽13的两侧。背压节流孔12的端部与背压调节阀芯3相对，背压调节螺钉20的杆端与背压调节阀芯3之间的节流排气腔8上开有背压排气孔10。

流量调节模块B包括流量调节阀腔35、流量调节阀芯16及流量调节阀芯座18。阀体9上开有与流量调节阀腔35相通的先导压力输入口15及先导压力输出口14，先导压力输出口14与背压调节螺钉20的环形槽13相通并通向换向阀控制口34。流量调节阀芯16位于流量调节阀腔35内，其顶端与先导压力输出口14相配合，其底端螺纹连接在流量调节阀芯座18上。流量调节阀芯座18固定在阀体9上，其与阀体9之间设置有流量调节阀密封圈17。流量调节阀芯座18上还设置有伸入流量调节阀腔35的凸台。

换向模块C包括换向阀腔36、换向阀芯31、换向阀芯复位弹簧24及换向阀端盖23。换向阀芯31滑动配合在换向阀腔36内，换向阀芯31上安装有换向阀芯第一密封圈25、换向阀芯第二密封圈26、换向阀芯第三密封圈29及换向阀芯第四密封圈32。换向阀端盖23固定在换向阀腔36的开口处，换向阀芯复位弹簧24安装于换向阀芯31与换向阀端盖23之间，换向阀芯复位弹簧24的一端插装于换向阀芯31一端的盲孔内，其另一端坐于换向阀端盖23的凸台上。阀体9上开有与换向阀腔36相通的换向阀控制口34、换向阀输入口27、换向阀输出口28及换向阀排气口30。阀体9上还开有与换向阀控制口34相通的压力表连接口33。

本发明的工作原理如下：

1.本发明的额定压力

本发明的额定压力是指换向阀输入口27和先导压力输入口15允许的最大输入气压，本发明的额定压力可根据GB/T2346－2003和JB/T6378－2008之规定选定，根据额定压力的不同，可将本发明设计为不同的型号。例如，选定本发明的额定压力为1000 kPa，那么，背压调节螺钉20的密封圈、换向阀芯31的密封圈、换向阀芯复位弹簧24等的设计以及其它组成元件的材料选用等必须满足1000 kPa额定压力的安全需要，可将本发明命名为1000型微压气控换向阀，依此类推。

2.本发明的先导压力范围

本发明的先导压力范围是指作用于换向阀控制口34使换向阀芯31换向的压力范围。最大先导压力为本发明的额定压力值。最低先导压力与换向阀输入口27的压力大小有关，在某一特定输入压力情况下的最低先导压力按以下步骤测定：

（1）在压力表连接口33和换向阀输出口28处均连接上压力表，以监测换向阀控制口34和换向阀输出口28处压力。

（2）拧紧背压调节螺钉20使得其顶端与背压调节阀芯3端部相抵，以封闭背压节流孔12。

（3）调节流量调节阀芯16，使先导压力输入口15与先导压力输出口14之间具有较大的通流面积。

（4）使换向阀输入口27通入某一压力值的压缩空气。

（5）使先导压力输入口15通入压力较低的压缩空气，逐渐升高该压力，当换向阀输出口28处压力达到换向阀输入口27处压力值时，表明换向阀芯31换向成功，压力表连接口33处压力表显示值即为本发明的最低先导压力。

3.本发明的控制压力

本发明的控制压力是指导入微压控制口4的微压信号压力。控制压力的大小是由膜片2的张力、控制压力调节弹簧5的弹簧力、背压调节阀芯3与阀体9孔壁之间的滑动摩擦力以及作用于背压调节阀芯3下端顶部的气压压力等的合力决定的。

（1）膜片2的张力

由于膜片2为橡胶类材质的波纹状异型膜片，只需要很小的气压作用于膜片上，就可以使膜片波纹状变形处轴向展开，从而获得较大的轴向位移，因此，膜片2的张力很小。

（2）控制压力调节弹簧5的弹簧力

控制压力调节弹簧5的弹簧力大小是由控制压力调节弹簧5的刚度和压缩量决定的。由于控制压力调节弹簧5的刚度是定值，如果其刚度较小，同样压缩量的情况下的弹簧力也较小，通过改变压缩量即可以改变控制压力调节弹簧5的弹簧力大小。

（3）背压调节阀芯3与阀体9孔壁之间的滑动摩擦力

由于背压调节阀芯3不受径向压力，背压调节阀芯3与阀体9孔壁之间的滑动摩擦几乎等于零，可忽略不计。

（4）作用于背压调节阀芯3下端部的气压压力

由于背压节流孔12的节流作用，背压调节阀芯3下端部的压力略小于先导压力输入口15处压力，通过降低先导压力输入口15处压力和减小背压节流孔12的截面积就可以减小背压调节阀芯3下端部所受的气压压力。

本发明控制压力的设定步骤如下：

（1）在压力表连接口33和换向阀输出口28处均连接上压力表，以监测换向阀控制口34和换向阀输出口28处压力。

（2）在微压控制口4导入某一压力值的微压信号，打开下阀盖19并拧松背压调节螺钉20直至其顶端与背压调节阀芯3上端部分离1mm以上。

（3）拧紧流量调节阀芯16直至先导压力输出口14和先导压力输入口15之间的通流面积为零。

（4）在先导压力输入口15处导入某一压力值的先导压力（应大于最小先导压力），调节流量调节阀芯16直至压力表连接口33处压力在0.01MPa左右。 

（5）在换向阀输入口27导入某一压力值的压缩空气。

（6）逐渐旋紧背压调节螺钉20，压力表连接口33处的压力值会随着背压调节阀芯3下端部与背压调节螺钉20上端部之间距离的减小而上升，当压力表连接口33处压力值略大于本发明的最低先导压力后，换向阀芯31气控换向，换向阀输出口28处压力迅速达到换向阀输入口27处压力值。

（7）安装下阀盖19，拆除压力表连接口33和换向阀输出口28处的压力表，并用堵头封闭压力表连接口33。

完成以上操作步骤后，本发明的控制压力即被设定为微压控制口4导入的微压信号的压力，本发明即可连接到气动控制回路中使用。如果在微压控制口4导入其它压力值的微压信号，重复完成以上步骤，即可以将本发明的控制压力设定为该微压信号的压力值。

如图1所示，为本发明未通入控制压力的状态。在控制压力调节弹簧5的作用下，膜片2中心部分贴合在上阀盖1内表面，背压调节阀芯3下端部端面与背压调节螺钉20上端部端面具有一定的间隙（间隙大小在控制压力设定时已设定好）；换向阀芯31在换向阀芯复位弹簧24的作用下上移复位，换向阀输入口27和换向阀输出口28之间的气路封闭，换向阀输出口28与换向阀排气口30之间的气路导通。

如图2所示，为本发明已通入控制压力的状态。在控制压力的作用下，膜片2推动背压调节阀芯3下移，背压调节阀芯3下端部端面与背压调节螺钉20上端部端面贴合，背压节流孔12封闭；换向阀控制口34处先导气压推动换向阀芯31下移，换向阀输入口27和换向阀输出口28之间的气路导通，换向阀输出口28与换向阀排气口30之间的气路封闭。

本发明的工作过程如下：

（1）按照本发明控制压力的设定步骤，设定本发明的控制压力。

（2）在换向阀输入口27处接工作压力输入气路、换向阀输出口28处接工作压力输出气路、先导气压输入口15处接先导气压输入气路、换向阀排气口30处接消声器。

（3）在控制压力输入口4处通入微压控制信号，膜片2推动背压调节阀芯3下移封闭背压节流孔12，换向阀控制口34处先导压力迅速升高，当其值大于本发明的最低先压力压后，即推动换向阀芯31下移，换向阀芯31实现换向，换向阀输入口27处工作压力经换向阀芯31和阀体9之间的流道由换向阀输出口28输出到工作压力输出气路中，以实现气动控制功能或者动力输出功能。

（4）如果控制压力输入口4处的微压控制信号撤销，在控制压力调节弹簧5的作用下，背压调节阀芯3上移，背压节流孔12打开，先导气体经节流排气腔8和背压排气孔10排出到大气中，换向阀控制口34处先导压力迅速降低，当其值降低到本发明的最低先导压力后，换向阀复位弹簧24推动换向阀芯31上移复位，换向阀输入口27和换向阀输出口28之间的气路封闭，换向阀输出口28与换向阀排气口30之间的气路导通，工作压力输出气路中的气体经换向阀输出口28和阀体9之间的流道由换向阀排气口30排出到大气中。

Claims (9)

1.一种控制压力可调的微压气控换向阀，在阀体（9）内设置有用于实现气压换向的换向模块（C），所述换向模块（C）包括换向阀腔（36）、换向阀芯（31）、换向阀芯复位弹簧（24）及换向阀端盖（23），所述换向阀芯（31）滑动配合在所述换向阀腔（36）内，所述换向阀端盖（23）固定在所述换向阀腔（36）的开口处，所述换向阀芯复位弹簧（24）安装于所述换向阀芯（31）与所述换向阀端盖（23）之间，所述阀体（9）上开有与所述换向阀腔（36）相通的换向阀控制口（34）、换向阀输入口（27）、换向阀输出口（28）及换向阀排气口（30）；其特征在于：所述阀体（9）内还设置有控制压力设定模块（A）及流量调节模块（B）；所述控制压力设定模块（A）用于设定使得所述换向模块（C）换向的微压信号的压力大小；所述流量调节模块（B）与所述换向阀控制口（34）相连通，用于调节先导压力流量；

所述控制压力设定模块（A）包括膜片腔（6）、节流排气腔（8）、膜片（2）、背压调节阀芯（3）、控制压力调节弹簧（5）及背压调节螺钉（20）；所述膜片腔（6）上开有微压控制口（4）及呼吸孔（7），所述膜片（2）将所述微压控制口（4）与所述呼吸孔（7）隔开；所述背压调节阀芯（3）位于所述膜片腔（6）内，其一端通过法兰面与所述膜片（2）相抵，其另一端穿过所述阀体（9）并伸入所述节流排气腔（8）；所述控制压力调节弹簧（5）套装在所述背压调节阀芯（3）上，其一端抵靠在所述背压调节阀芯（3）的法兰面上，其另一端抵靠在所述膜片腔（6）的壁面上；所述背压调节螺钉（20）的杆部密封配合在所述节流排气腔（8）内，其头部螺纹连接在所述阀体（9）上；所述背压调节螺钉（20）的杆部开有轴向背压节流孔（12）及与所述背压节流孔（12）相通的径向通孔（21），其外壁上开有与所述径向通孔（21）相通的环形槽（13）；所述背压节流孔（12）的端部与所述背压调节阀芯（3）相对，所述背压调节螺钉（20）的杆端与所述背压调节阀芯（3）之间的所述节流排气腔（8）上开有背压排气孔（10）。

2.如权利要求1所述的控制压力可调的微压气控换向阀，其特征在于：所述膜片（2）为橡胶材质的波纹状膜片。

3.如权利要求1所述的控制压力可调的微压气控换向阀，其特征在于：所述背压调节螺钉（20）上安装有调节螺钉第一密封圈（11）及调节螺钉第二密封圈（22）。

4.如权利要求1所述的控制压力可调的微压气控换向阀，其特征在于：所述流量调节模块（B）包括流量调节阀腔（35）、流量调节阀芯（16）及流量调节阀芯座（18）；所述阀体（9）上开有与所述流量调节阀腔（35）相通的先导压力输入口（15）及先导压力输出口（14），所述先导压力输出口（14）与所述背压调节螺钉（20）的环形槽（13）相通并通向所述换向阀控制口（34）；所述流量调节阀芯（16）位于所述流量调节阀腔（35）内，其顶端与所述先导压力输出口（14）相配合，其底端螺纹连接在所述流量调节阀芯座（18）上，所述流量调节阀芯座（18）固定在所述阀体（9）上。

5.如权利要求1所述的控制压力可调的微压气控换向阀，其特征在于：所述流量调节阀芯座（18）上设置有伸入所述流量调节阀腔（35）的凸台。

6.如权利要求1所述的控制压力可调的微压气控换向阀，其特征在于：所述流量调节阀芯座（18）与所述阀体（9）之间设置有流量调节阀密封圈（17）。

7.如权利要求1所述的控制压力可调的微压气控换向阀，其特征在于：所述换向阀芯（31）上安装有换向阀芯第一密封圈（25）、换向阀芯第二密封圈（26）、换向阀芯第三密封圈（29）及换向阀芯第四密封圈（32）。

8.如权利要求1所述的控制压力可调的微压气控换向阀，其特征在于：所述换向阀芯复位弹簧（24）的一端插装于所述换向阀芯（31）一端的盲孔内，其另一端坐于所述换向阀端盖（23）的凸台上。

9.如权利要求1所述的控制压力可调的微压气控换向阀，其特征在于：所述阀体（9）的相对两侧固定连接有上阀盖（1）及下阀盖（19），所述上阀盖（1）与所述阀体（9）之间设置有所述膜片腔（6）。

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