CN113007424B - 一种带阻尼储能功能的组合式气动快开阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带阻尼储能功能的组合式气动快开阀，包括阀体和第一活塞，所述阀体具有形成其内的第一阀腔、第二阀腔和第四腔，所述第一阀腔和所述第二阀腔相邻且连通，所述第二阀腔和所述第四腔通过阻尼孔连通，所述阀体上还设有连通所述第四腔和所述阀体外部空间的后端进出气孔，所述阀体上还设有分别连通所述第一阀腔和所述阀体外部空间的前端进气孔和出口，所述第一活塞的外壁与所述第二阀腔的内壁密封且滑动相连，所述第一活塞靠近所述出口的一端面为受压面，所述受压面上设有凹陷而成的开启受力台阶。该发明旨在解决现有技术中的快开阀的开启压力不能精确控制且存在撞击而影响其使用寿命的技术问题。

Description

一种带阻尼储能功能的组合式气动快开阀

技术领域

本发明属于气动控制技术领域，尤其涉及一种带阻尼储能功能的组合式气动快开阀。

背景技术

空气炮是利用空气动力原理，以空气为工作介质，由一差压装置和可实现自动控制的快速排气阀(快开阀)、瞬间将空气压力能转变成空气射流动力能的装置，可以产生强大的冲击力，其可用于高速冲击试验中，亦可实现高速弹射物体。空气炮的核心技术之一是快开阀。

现有技术中，空气炮中的快开阀包括膜片，以破坏膜片的方式实现空气阀的开启，且未设置缓冲结构。

现有技术的不足在于，以破坏膜片的方式实现空气阀开启的结构，不能实现快速重复开阀。不能实现稳定精确控制开启压力。且快开阀开启时，易造成撞击，影响其使用寿命。这种情况在同时具有不同开启压力的空气炮中尤为严重。

因此，实有必要提供一种新的带阻尼储能功能的组合式气动快开阀解决上述技术问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于此，本发明提出了一种带阻尼储能功能的组合式气动快开阀，该带阻尼储能功能的组合式气动快开阀旨在解决现有技术中的快开阀的开启压力不能精确控制且存在撞击而影响其使用寿命的技术问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提出了一种带阻尼储能功能的组合式气动快开阀，包括阀体和第一活塞，所述阀体具有形成其内的第一阀腔、第二阀腔和第四腔，所述第一阀腔和所述第二阀腔相邻且连通，所述第二阀腔和所述第四腔通过阻尼孔连通，所述阀体上还设有连通所述第四腔和所述阀体外部空间的后端进出气孔，所述阀体上还设有分别连通所述第一阀腔和所述阀体外部空间的前端进气孔和出口，所述第一活塞的外壁与所述第二阀腔的内壁密封且滑动相连，所述第一活塞靠近所述出口的一端面为受压面，所述受压面上设有凹陷而成的开启受力台阶，所述阀体还包括连通所述第二阀腔和所述第四腔的第一过流孔，所述带阻尼储能功能的组合式气动快开阀还包括设于所述第一过流孔上的单向阀，所述单向阀的流通方向为由所述第二阀腔流向所述第四腔。

其中：所述第一活塞具有第一状态和第二状态，所述第一活塞处于第一状态时，所述受压面完全封堵所述出口，所述第一活塞处于第二状态时，所述受压面与所述出口之间具有间隙。

优选的，所述第一活塞整体为空心圆柱状，所述受力台阶为设于所述第一活塞外侧周缘的圆环状。

优选的，所述阻尼孔的数量为多个，且多个所述阻尼孔以所述第一活塞的轴线为中心呈环状均匀分布。

优选的，所述第一过流孔为与所述第一活塞同轴的圆柱孔。

优选的，所述阀体还包括具有出气通道的出气管，所述出气通道与所述出口连通。

优选的，所述单向阀包括压缩弹簧和与所述压缩弹簧的一端相连的钢球，所述压缩弹簧的另一端固定于所述第四腔的内壁上，所述钢球在所述压缩弹簧的弹性力作用下封堵所述第一过流孔。

优选的，所述第二阀腔的远离所述第一阀腔的一侧内部设有第二活塞，所述第二活塞包括：与所述第二阀腔的内壁密封且滑动相连的塞体、由所述塞体的周缘向所述第一活塞外壁延伸的塞套，所述塞套整体为圆柱环状，所述塞套的内壁与所述第一活塞的外壁密封且滑动相连，所述塞套的外壁设有凹陷而成的过流槽，所述阀体上还设有连通所述阀体外部空间和所述过流槽的顶端进气孔，所述塞套上设有连通所述过流槽和所述塞套内腔的第二过流孔。

优选的，所述塞套远离所述塞体的一侧壁与所述第二阀腔的内壁密封且滑动相连。

优选的，所述第一活塞的外壁与所述第一阀腔的内壁共同围成的空间设为第一腔，所述第一活塞的外壁与所述第二阀腔的内壁共同围成的空间设为第二腔；所述带阻尼储能功能的组合式气动快开阀还包括气路控制单元，所述气路控制单元包括：PLC控制器、高压气源、进气电磁阀、充气电磁阀、放气电磁阀和压力传感器，所述进气电磁阀连接所述前端进气孔和所述高压气源，所述充气电磁阀连接所述后端进出气孔和所述高压气源，所述放气电磁阀还连接所述后端进出气孔和所述阀体外部空间，所述压力传感器用于检测所述第四腔内的压力并将压力信号并传输至所述PLC控制器，所述PLC控制器用于分别控制所述进气电磁阀、所述充气电磁阀及所述放气电磁阀的开启和关闭。

优选的，所述第二活塞将所述第二腔分隔为第二左腔、第二右腔，所述第二左腔靠近所述第一活塞设置，所述第二右腔远离所述第一活塞设置，所述带阻尼储能功能的组合式气动快开阀还包括气路控制单元，所述气路控制单元包括：PLC控制器、高压气源、进气电磁阀、充气电磁阀、放气电磁阀和压力传感器，所述进气电磁阀连接所述前端进气孔和所述高压气源，所述充气电磁阀的一端分别与所述后端进出气孔和所述顶端进气孔相连，所述充气电磁阀的另一端与所述高压气源相连，所述放气电磁阀连接所述后端进出气孔和所述阀体外部空间，所述压力传感器用于检测所述第四腔内的压力信号并传输至所述PLC控制器，所述PLC控制器用于分别控制所述进气电磁阀、所述充气电磁阀及所述放气电磁阀的开启和关闭。

(三)有益效果

本发明与现有技术对比，本发明带阻尼储能功能的组合式气动快开阀的有益效果主要包括：

本发明一种带阻尼储能功能的组合式气动快开阀将发射压力和标定压力关联，能够保证给定精准开启压力的前提下快速开阀，在保证快速开阀的前提下，阀内具有缓冲结构能够有效防止活塞与阀体之间的撞击，有效提高块开阀的使用寿命，此外利于本发明一种带阻尼储能功能的组合式气动快开阀还可实现快速封闭与储能，开阀间隔时间短，可在短时间内重复开阀。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明实施例1的带阻尼储能功能的组合式气动快开阀的整体结构示意图；

图2为图1中的阀体结构示意图；

图3为本发明实施例2的带阻尼储能功能的组合式气动快开阀的整体结构示意图一(第一活塞处于第一状态)；

图4为本发明实施例2的带阻尼储能功能的组合式气动快开阀的整体结构示意图二(第一活塞处于第二状态)。

附图标记说明：

1.阀体，2.第一活塞，3.单向阀，4.第二活塞，5.PLC控制器，6.高压气源，7.进气电磁阀，8.充气电磁阀，9.放气电磁阀，10.压力传感器，11.第一阀腔，12.第二阀腔，13.阻尼孔，14.第四腔，15.后端进出气孔，16.前端进气孔，17.出口，18.第一过流孔，19.出气管，20.顶端进气孔，21.受压面，22.开启受力台阶，31.压缩弹簧，32.钢球，41.塞体，42.塞套，191.出气通道，421.过流槽，422.第二过流孔，423.侧壁，01.第一腔，02.第二腔，021.第二左腔，022.第二右腔。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，也可以是“传动连接”，即通过带传动、齿轮传动或链轮传动等各种合适的方式进行动力连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图1-4对本发明一种带阻尼储能功能的组合式气动快开阀作进一步的说明。

实施例1

请参考附图1-2，一种带阻尼储能功能的组合式气动快开阀，包括阀体1和第一活塞2，阀体1具有形成其内的第一阀腔11、第二阀腔12和第四腔14，第一阀腔11和第二阀腔12相邻且连通，第二阀腔12和第四腔14通过阻尼孔13连通，阀体1上还设有连通第四腔14和阀体1外部空间的后端进出气孔15，阀体1上还设有分别连通第一阀腔11和阀体1外部空间的前端进气孔16和出口17，第一活塞2的外壁与第二阀腔12的内壁密封且滑动相连，第一活塞2靠近出口17的一端面为受压面21，受压面21上设有凹陷而成的开启受力台阶22，第一活塞2具有第一状态和第二状态，第一活塞2处于第一状态时，受压面21完全封堵出口17，第一活塞2处于第二状态时，受压面21与出口17之间具有间隙。阀体1还包括连通第二阀腔12和第四腔14的第一过流孔18，带阻尼储能功能的组合式气动快开阀还包括设于第一过流孔18上的单向阀3，单向阀3的流通方向为由第二阀腔12流向第四腔14。

更具体地，第一活塞2的外壁与第一阀腔11的内壁共同围成的空间设为第一腔01，第一活塞2的外壁与第二阀腔12的内壁共同围成的空间设为第二腔02；带阻尼储能功能的组合式气动快开阀还包括气路控制单元，气路控制单元包括：PLC控制器5、高压气源6、进气电磁阀7、充气电磁阀8、放气电磁阀9和压力传感器10，进气电磁阀7连接前端进气孔16和高压气源6，充气电磁阀8连接后端进出气孔15和高压气源6，放气电磁阀9还连接后端进出气孔15和阀体1外部空间，压力传感器10用于检测第四腔14内的压力并将压力信号并传输至PLC控制器5，PLC控制器5用于分别控制进气电磁阀7、充气电磁阀8及放气电磁阀9的开启和关闭。

使用时，打开充气电磁阀8，通过阀体1上的后端进出气孔15给第四腔14、第二腔02充气，根据发射压力需求，设定第二腔02供气标定压力，并通过压力传感器10对第四腔14的压力进行实时检测，当第四腔14压力大于标定压力时，可打开放气电磁阀9降低第四腔14内的压力，直至与标定压力设定值一致。在气压的作用下，第一活塞2左移到极限位置，封闭第一腔01的出口17。

打开进气电磁阀7，通过阀体1上的前端进气孔16给第一腔01充气，当第一腔01内气压作用在第一活塞2上的开启受力台阶22及受压面21的力，大于标定气压作用于第一活塞2右端面的力时，第一活塞2向右移动，当移开后，第一活塞2受力面加大，右移驱动力加大，使得第一活塞2快速右移，将第一腔01内的高压气体释放到出口17。

快速右移的第一活塞2，压缩第二腔02内的气体，使其气压升高，能有效平衡第一活塞2受第一腔01气压作用产生的推力，利于第一活塞2的缓冲。同时，第二腔02的压力升高后，将部分高压气体通过单向阀3和阻尼孔13流入第四腔14，从而减缓了第二腔02的压力峰值，由于气压峰值被多次消减，快速开阀变得平顺。

因第二腔02中的部分高压气体被单向阀3锁定在第四腔14内，可实现储能。

当第一腔01内的高压气体释放后，其压力下降，第一活塞2受第二腔02内压力气体的推动而左移，平顺地封闭第一腔01出口17。而被封闭在第四腔14内的高压气体，通过阻尼孔13，慢慢回流至第二腔02，达到储能再利用的目的。

根据本发明的具体实施方式，第一活塞2整体为空心圆柱状，受力台阶为设于第一活塞2外侧周缘的圆环状。本实施方式中，受力台阶的结构利于第一腔01内气压作用在第一活塞2上，以驱动第一活塞2移动。

根据本发明的具体实施方式，阻尼孔13的数量为多个，且多个阻尼孔13以第一活塞2的轴线为中心呈环状均匀分布，本实施方式中，阻尼孔13的布置利于提供均衡的缓冲效果，进一步利于活塞平稳滑动。

需要说明的是：阻尼孔13的数量可以为1个或多个，第一过流孔18的数量可为1个或多个，多个阻尼孔环绕1个第一过流孔18设置，或多个第一过流孔18环绕1个阻尼孔设置或其它方式组合的结构，均属于本发明的保护范围。

根据本发明的具体实施方式，第一过流孔18为与第一活塞2同轴的圆柱孔。本实施方式中，单向阀3位于第二腔02和第四腔14的中心位置，该结构进一步利于提供均衡的缓冲效果，进一步利于活塞平稳滑动。

根据本发明的具体实施方式，阀体1还包括具有出气通道191的出气管19，出气通道191与出口17连通。该结构利于提供与出口17相连的出气通道191，利于将本发明一种带阻尼储能功能的组合式气动快开阀用于空气炮产品中。

根据本发明的具体实施方式，单向阀3包括压缩弹簧31和与压缩弹簧31的一端相连的钢球32，压缩弹簧31的另一端固定于第四腔14的内壁上，钢球32在压缩弹簧31的弹性力作用下封堵第一过流孔18。本实施方式中，提供了一种单向阀3的结构，气体通过单向阀3时，需克服压缩弹簧31的弹性力，利用该结构可有效消减气压峰值。需要说明的是，单向阀3也可是其它能实现气体单向流动的结构。

实施例2

请参考图3-4，附图3-4所示的带阻尼储能功能的组合式气动快开阀的结构比附图1所示的带阻尼储能功能的组合式气动快开阀的结构相比，区别特征包括：增加了第二活塞4和顶端进气孔20。第一活塞2置于出口17处，第一活塞2的端面起阀门作用，第二活塞4置于第一活塞2的右侧，两者之间径向圆周密封，轴向由第二左腔021内的气体软连接，两者形成组合活塞阀门。

需要说明的是：第一活塞2可以为空心圆柱状或为实心圆柱状或为实心的其它形状均为本发明一种带阻尼储能功能的组合式气动快开阀的保护范围。

具体为：第二阀腔12的远离第一阀腔11的一侧内部设有第二活塞4，第二活塞4包括：与第二阀腔12的内壁密封且滑动相连的塞体41、由塞体41的周缘向第一活塞2外壁延伸的塞套42，塞套42整体为圆柱环状，塞套42的内壁与第一活塞2的外壁密封且滑动相连，塞套42的外壁设有凹陷而成的过流槽421，阀体1上还设有连通阀体1外部空间和过流槽421的顶端进气孔20，塞套42上设有连通过流槽421和塞套42内腔的第二过流孔422。

更具体地，第二活塞4将第二腔02分隔为第二左腔021、第二右腔022，第二左腔021靠近第一活塞2设置，第二右腔022远离第一活塞2设置，带阻尼储能功能的组合式气动快开阀还包括气路控制单元，气路控制单元包括：PLC控制器5、高压气源6、进气电磁阀7、充气电磁阀8、放气电磁阀9和压力传感器10，进气电磁阀7连接前端进气孔16和高压气源6，充气电磁阀8的一端分别与后端进出气孔15和顶端进气孔20相连，充气电磁阀8的另一端与高压气源6相连，放气电磁阀9连接后端进出气孔15和阀体1外部空间，压力传感器10用于检测第四腔14内的压力信号并传输至PLC控制器5，PLC控制器5用于分别控制进气电磁阀7、充气电磁阀8及放气电磁阀9的开启和关闭。

使用时，打开充气电磁阀8，通过阀体1上的后端进出气孔15给第四腔14和第二右腔022充气，通过顶端进气孔20给第二左腔021充气，根据发射压力需求，设定第二腔02供气标定压力，并通过压力传感器10对第四腔14的压力进行实时检测，当第四腔14压力大于标定压力时，可打开放气电磁阀9降低第四腔14内的压力，直至与标定压力设定值一致。在气压的作用下，第一活塞2、第二活塞4左移到极限位置，封闭第一腔01出口17。

打开进气电磁阀7，通过阀体1上的前端进气孔16给第一腔01充气，当第一腔01内气压作用在第一活塞2上的开启受力台阶22及受压面21的力，大于标定气压作用于第一活塞2右端面的力时，第一活塞2向右移动，当移开后，第一活塞2受力面加大，右移驱动力加大，使得第一活塞2快速右移，将第一腔01内的高压气体释放到出口17。

快速右移的第一活塞2，压缩第二左腔021、第二右腔022内的气体，使其气压升高，能有效平衡第一活塞2受第一腔01气压作用产生的推力，由于第二活塞4外径大，第二右腔022的截面积也大，第二右腔022受第二活塞4的压缩，同时第二左腔021继续受第一活塞2的压缩，两腔内的压力升高，利于第一活塞2的缓冲。

同时，第二右腔022的压力升高后，将部分高压气体通过单向阀3和阻尼孔13流入第四腔14，从而减缓了第二右腔022的压力峰值，由于气压峰值被多次消减，快速开阀变得平顺。

因第二右腔022中的部分高压气体被单向阀3锁定在第四腔14内，可实现储能。

当第一腔01内的高压气体释放后，其压力下降，第一活塞2受第二左腔021内压力气体的推动而左移，平顺地封闭第一腔01出口17。而被封闭在第四腔14内的高压气体，通过阻尼孔13，慢慢回流至第二右腔022，达到储能再利用的目的。

根据本发明的具体实施方式，塞套42远离塞体41的一侧壁423与第二阀腔12的内壁密封且滑动相连。该结构利于与塞体41配合，使第二活塞4的两端分别与第二阀腔12的内壁密封且滑动相连，可提高滑动的平稳性，及提高密封可靠性。

需要说明的是，实施例2所示的结构比实施例1复杂，其缓冲效果更优，可适应更高的发射压力。实施例1比实施例2的结构更简单，利于成型。具体实施时，可根据实际需求合理选择。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种带阻尼储能功能的组合式气动快开阀，其特征在于，包括阀体和第一活塞，所述阀体具有形成其内的第一阀腔、第二阀腔和第四腔，所述第一阀腔和所述第二阀腔相邻且连通，所述第二阀腔和所述第四腔通过阻尼孔连通，所述阀体上还设有连通所述第四腔和所述阀体外部空间的后端进出气孔，所述阀体上还设有分别连通所述第一阀腔和所述阀体外部空间的前端进气孔和出口，所述第一活塞的外壁与所述第二阀腔的内壁密封且滑动相连，所述第一活塞靠近所述出口的一端面为受压面，所述受压面上设有凹陷而成的开启受力台阶，所述阀体还包括连通所述第二阀腔和所述第四腔的第一过流孔，所述带阻尼储能功能的组合式气动快开阀还包括设于所述第一过流孔上的单向阀，所述单向阀的流通方向为由所述第二阀腔流向所述第四腔。

2.根据权利要求1所述的带阻尼储能功能的组合式气动快开阀，其特征在于，所述第一活塞整体为空心圆柱状，所述受力台阶为设于所述第一活塞外侧周缘的圆环状。

3.根据权利要求2所述的带阻尼储能功能的组合式气动快开阀，其特征在于，所述阻尼孔的数量为多个，且多个所述阻尼孔以所述第一活塞的轴线为中心呈环状均匀分布。

4.根据权利要求3所述的带阻尼储能功能的组合式气动快开阀，其特征在于，所述第一过流孔为与所述第一活塞同轴的圆柱孔。

5.根据权利要求1所述的带阻尼储能功能的组合式气动快开阀，其特征在于，所述阀体还包括具有出气通道的出气管，所述出气通道与所述出口连通。

6.根据权利要求1所述的带阻尼储能功能的组合式气动快开阀，其特征在于，所述单向阀包括压缩弹簧和与所述压缩弹簧的一端相连的钢球，所述压缩弹簧的另一端固定于所述第四腔的内壁上，所述钢球在所述压缩弹簧的弹性力作用下封堵所述第一过流孔。

7.根据权利要求1-6任一项所述的带阻尼储能功能的组合式气动快开阀，其特征在于，所述第二阀腔的远离所述第一阀腔的一侧内部设有第二活塞，所述第二活塞包括：与所述第二阀腔的内壁密封且滑动相连的塞体、由所述塞体的周缘向所述第一活塞外壁延伸的塞套，所述塞套整体为圆柱环状，所述塞套的内壁与所述第一活塞的外壁密封且滑动相连，所述塞套的外壁设有凹陷而成的过流槽，所述阀体上还设有连通所述阀体外部空间和所述过流槽的顶端进气孔，所述塞套上设有连通所述过流槽和所述塞套内腔的第二过流孔。

8.根据权利要求7所述的带阻尼储能功能的组合式气动快开阀，其特征在于，所述塞套远离所述塞体的一侧壁与所述第二阀腔的内壁密封且滑动相连。

9.根据权利要求1-6任一项所述的带阻尼储能功能的组合式气动快开阀，其特征在于，所述第一活塞的外壁与所述第一阀腔的内壁共同围成的空间设为第一腔，所述第一活塞的外壁与所述第二阀腔的内壁共同围成的空间设为第二腔；所述带阻尼储能功能的组合式气动快开阀还包括气路控制单元，所述气路控制单元包括：PLC控制器、高压气源、进气电磁阀、充气电磁阀、放气电磁阀和压力传感器，所述进气电磁阀连接所述前端进气孔和所述高压气源，所述充气电磁阀连接所述后端进出气孔和所述高压气源，所述放气电磁阀还连接所述后端进出气孔和所述阀体外部空间，所述压力传感器用于检测所述第四腔内的压力并将压力信号并传输至所述PLC控制器，所述PLC控制器用于分别控制所述进气电磁阀、所述充气电磁阀及所述放气电磁阀的开启和关闭。

10.根据权利要求7所述的带阻尼储能功能的组合式气动快开阀，其特征在于，所述第一活塞的外壁与所述第二阀腔的内壁共同围成的空间设为第二腔；所述第二活塞将所述第二腔分隔为第二左腔、第二右腔，所述第二左腔靠近所述第一活塞设置，所述第二右腔远离所述第一活塞设置，所述带阻尼储能功能的组合式气动快开阀还包括气路控制单元，所述气路控制单元包括：PLC控制器、高压气源、进气电磁阀、充气电磁阀、放气电磁阀和压力传感器，所述进气电磁阀连接所述前端进气孔和所述高压气源，所述充气电磁阀的一端分别与所述后端进出气孔和所述顶端进气孔相连，所述充气电磁阀的另一端与所述高压气源相连，所述放气电磁阀连接所述后端进出气孔和所述阀体外部空间，所述压力传感器用于检测所述第四腔内的压力信号并传输至所述PLC控制器，所述PLC控制器用于分别控制所述进气电磁阀、所述充气电磁阀及所述放气电磁阀的开启和关闭。

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