CN113700897B - 一种轨道车辆气液控制用阀门及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道车辆气液控制用阀门及控制方法。所述阀门的阀体内顺序安装第一传动块和第二传动块；所述第二传动块内安装推杆，所述推杆的一端与所述第一传动块的近阀芯端接触或脱离，另一端连接阀芯组件；初始状态时，所述第一传动块与所述第二传动块之间具有工作间隙，阀芯组件与阀套组件之间具有第一级密封间隙，且所述工作间隙＞所述第一级密封间隙，利用所述工作间隙与所述第一级密封间隙的差值作为第一级密封间隙的补偿间隙；通路切换时，所述工作间隙和所述第一级密封间隙逐渐减小，所述补偿间隙逐渐移动至所述第二传动块的近阀芯侧。本发明在第一级密封间隙损耗的情况下能够自动地利用补偿间隙进行密封补偿，保证了密封的可靠性。

Description

一种轨道车辆气液控制用阀门及控制方法

技术领域

本发明涉及轨道车辆，更具体地说涉及一种轨道车辆气液控制用阀门及控制方法。

背景技术

轨道车辆是指在特定的轨道上行驶的一类交通工具，按照用途可以分为机车、城市轨道车辆、货车、工程车辆等等。随着铁路技术的发展，轨道交通类型越来越丰富，能够满足各种类型、各种距离的货物与旅客运输服务和检修维护服务。

轨道车辆的执行机构，尤其是气液执行机构因其特殊的动力介质对密封结构的要求较为严格。目前，静密封多以成熟可靠的密封垫、密封圈为主。动密封也称运动密封，它指工作状态下被密封的组件同时存在着相对运动的情况。由于密封件与密封面之间存在运动，因此，动密封存在诸多问题需要解决：

(1)密封面的表面状况：密封面的形状及表面粗糙度对密封影响大；

(2)密封面的接触宽度：密封面宽度设计不合理对密封性能和密封件本身影响较大；

(3)压紧力的设计：压紧力设计不合理影响密封性能和使用寿命；

(4)行程的间隙补偿：多数密封不具备行程补偿。

有鉴于此，设计一种具备间隙自动调整的密封结构及方法解决现有密封结构的上述问题已成为该领域研究的方向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有轨道车辆气液控制用阀门的密封要求，本发明提供一种具备两级间隙自动调整功能的轨道车辆气液控制用阀门及控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种轨道车辆气液控制用阀门，包括阀体，所述阀体内设置轴向贯通的传动体安装槽和阀芯安装槽，所述阀体上设置作为介质进口的第一通路、作为作用口的第二通路、作为释放口的第三通路，所述阀体的端部安装密封盖，其中：

所述传动体安装槽的一端间隙配合安装第一传动块，另一端间隙配合安装第二传动块，所述阀体与所述第二传动块之间安装第一弹簧；

所述阀芯安装槽内安装阀芯组件和阀套组件,所述阀芯组件安装在所述阀套组件内；

所述第二传动块内间隙配合安装推杆，所述推杆的一端与所述第一传动块的近阀芯端接触或脱离，另一端连接所述阀芯组件；

初始状态时，在所述第一弹簧的作用下，所述第二传动块的近阀芯端抵接在所述阀体上，所述第一传动块与所述第二传动块之间具有工作间隙，所述第二通路经所述阀芯安装槽与所述第三通路连通，所述阀芯组件与所述阀套组件之间具有第一级密封间隙，且所述工作间隙＞所述第一级密封间隙，利用所述工作间隙与所述第一级密封间隙的差值作为所述第一级密封间隙的补偿间隙；

通路切换时，所述第一传动块移动并与所述推杆接触，所述推杆带动所述阀芯组件同时移动，使所述工作间隙和所述第一级密封间隙逐渐减小，所述补偿间隙逐渐移动至所述第二传动块的近阀芯侧。

本发明通过将第一传动块与第二传动块之间的工作间隙设置为大于所述阀芯组件与所述阀套组件之间的第一级密封间隙，使系统具有补偿间隙，在第一级密封间隙损耗的情况下能够通过补偿间隙自动地补偿第一级密封间隙，实现二级密封间隙的密封补偿，保证了通路切换密封的可靠性。

为便于阀芯组件在通路切换后的复位，所述阀芯组件与所述密封盖之间安装复位弹簧。

为方便对通路切换进行自动控制，所述传动体安装槽内安装用于产生磁场的电磁转换机构，所述电磁转换机构的中部沿轴线设置传动块安装槽，且所述第一传动块和所述第二传动块分别安装在所述传动块安装槽的两端，并分别在所述电磁转换机构的磁场作用下磁化，所述补偿间隙的前期移动由所述第一传动块的移动提供动力，所述补偿间隙的后期移动由所述第一弹簧提供动力。

为避免介质压力影响推杆的受力，所述阀芯组件包括阀芯杆、安装在所述阀芯杆上用于阀芯安装槽端部密封的第一密封圈、安装在所述阀芯杆上用于通路切换密封的密封橡胶，且所述密封橡胶的轴向断面形状为构成平衡式密封的等腰梯形结构。

为方便测试或故障排除时能强制导通第一通路和第二通路，所述第一传动块的远离阀芯端安装手动按钮。

或者，所述第一传动块的远离阀芯端安装手动杆，所述手动杆连接所述第一传动块，且所述第一传动块的端部伸出所述传动体安装槽。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种所述轨道车辆气液控制用阀门的控制方法，其包括：

初始状态：在所述第一弹簧的作用下，所述第二传动块的近阀芯端抵接在所述传动体安装槽的内壁，所述第一传动块与所述第二传动块之间具有工作间隙，所述第二通路经所述阀芯安装槽与所述第三通路连通，所述阀芯组件与所述阀套组件之间具有第一级密封间隙，且所述工作间隙＞所述第一级密封间隙，利用所述工作间隙与所述第一级密封间隙的差值作为所述第一级密封间隙的补偿间隙；

通路切换：所述第一传动块在动力驱动下向所述第二传动块移动并与所述推杆接触，同时带着所述推杆一起移动，使所述阀芯组件相对阀套组件移动，使所述工作间隙和所述第一级密封间隙逐渐减小，所述补偿间隙逐渐移动至所述第二传动块的近阀芯侧，所述第一通路经所述阀芯安装槽与所述第二通路连通；

复位过程：当切断第一传动块的动力时，在复位弹簧的弹性恢复力作用下，所这阀芯组件、推杆、第一传动块及第二传动块回到初始状态；

完全补偿：重复上述过程后，随着所述密封橡胶磨损，所述第一级密封间隙逐渐增大，所述补偿间隙逐渐缩小，直至所述补偿间隙消失形成完全补偿。

电磁转换机构通电产生磁场将所述第一传动块与所述第二传动块磁化，使所述第一传动块产生对所述第二传动块的第一吸引力F2，所述第二传动块对所述第一传动块产生第二吸引力F5，所述第一传动块向所述第二传动块移动并与所述推杆接触，所述第二传动块向所述第一传动块移动使两者之间的工作间隙逐渐减小，所述补偿间隙逐渐向所述第二传动块的近阀芯侧移动；当所述第一传动块与所述推杆接触，所述第一传动块与所述第二传动块未接触时，所述第一传动块同时受到所述推杆的反作用力F6，所述第二传动块同时受到所述第一弹簧的拉力F7，且F5＞F6，F2＞F7，所述第一传动块带着所述推杆及阀芯组件一起移动，所述第一通路与所述第二通路逐渐连通，所述第二通路与所述第三通路逐渐关闭；当所述第一传动块与所述第二传动块接触后，所述推杆在所述第一弹簧的拉力F7作用下推抵所述阀芯组件，使所述第一通路与所述第二通路保持连通。

当电磁转换机构的电压低时，F5＜F7，所述第一传动块与所述第二传动块无法接触，此时，通路密封力完全由第二传动块对所述第一传动块产生的第二吸引力F5提供；当电磁转换机构的电压高时，F5＞F7，所述第一传动块与所述第二传动块接触，此时电磁力转换为内力，通路密封力由所述第一弹簧的拉力F7提供。

在测试或故障排除时，将电磁转换机构断电，按压手动按钮将所述第一通路与所述第二通路强制导通。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过作用力与运动部件的多级传递，能够实现多通路的交替密封，且本发明具备两级间隙自动调整功能，在第一级密封间隙损耗的情况下能够通过第一弹簧的作用自动地补偿第一级密封间隙，实现二级密封间隙的密封补偿，保证通路切换密封的可靠性。

本发明在作为电磁部件时，可通过传动结构(手动按扭或手动杆、第一传动块、第二传动块等)和第一弹簧的设置，在低电压时由电磁力形成密封，高电压时由第一弹簧的拉力形成密封，适应宽电压范围保证可靠的密封性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明第一实施例的剖视结构图。

图2为阀芯组件的结构图。

图3为阀套组件的结构图。

图4为本发明使用时的动作及间隙补偿过程图，其中一为初始状态，二为通路切换时补偿间隙位于第一传动块与第二传动块之间的状态图，三为通路切换时补偿间隙右移到第二传动块右侧的状态图。

图5为本发明完全补偿状态图。

图6为本发明第二实施例的剖视结构图。

图中：手动按钮1、第一传动块2、阀体3、电磁转换机构4、第二传动块5、推杆6、第一弹簧7、阀芯组件8、阀套组件9、复位弹簧10、密封盖11、手动杆12；

传动体安装槽31、阀芯安装槽32；

传动块安装槽41；

阀芯杆801、第一密封圈802、密封橡胶803；

第二密封圈901、阀套902；

a工作间隙、b第一级密封间隙、c补偿间隙。

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

为了便于描述，各部件的相对位置关系，如：上、下、左、右等的描述均是根据说明书附图的布图方向来进行描述的，并不对本专利的结构起限定作用。

如图1所示，本发明具备两级间隙自动调整的密封结构的第一实施例包括手动按钮1、第一传动块2、阀体3、电磁转换机构4、第二传动块5、推杆6、第一弹簧7、阀芯组件8、阀套组件9、复位弹簧10、密封盖11，其中：

a)阀体3：作为各部件的安装承载体，阀体3的内腔设有传动体安装槽31和阀芯安装槽32，且传动体安装槽31和阀芯安装槽32共轴线设置，阀体3上设有连接阀芯安装槽32和外部的第一通路P、第二通路A、第三通路R，第一通路P作为介质进口、第二通路A作为作用口、第三通路R作为释放口；

b)手动按钮1：该按钮为手动调整按钮，在测试或故障排除时按压该按钮可强制导通相关通路；

c)电磁转换机构4：用于通电产生磁场。电磁转换机构4安装在阀体3的传动体安装槽31内，电磁转换机构4的中部设置传动块安装槽41，本实施例中，电磁转换机构4采用电磁线圈；

d)第一传动块2：安装在电磁转换机构4的传动块安装槽41的一端，在电磁转换机构4的磁场作用下第一传动块2被磁化，在与第二传动块5未接触时，对第二传动块产生第一吸引力F2；

e)第二传动块5：安装在电磁转换机构4的传动块安装槽41的另一端，且第二传动块5的近阀芯端抵接传动体安装槽31的内壁，在电磁转换机构4的磁场作用下第二传动块5被磁化，并在与第一传动块2未接触时，对第一传动块2产生第二吸引力F5；

f)推杆6：一端连接阀芯组件8，另一端穿过第二传动块5，并与第一传动块2的近阀芯端接触或脱离，当推杆6与第一传动块2接触时，推杆6会在第一传动块2的推动下移动，并传递运动与位移给阀芯组件8；

g)第一弹簧7：安装在阀体3与第二传动块5之间，用于平衡第二传动块5并调整第一传动块2、第二传动块5受力，且第一弹簧7优选采用锥形弹簧；

h)阀芯组件8：用于第一通路P、第二通路A、第三通路R的切换及密封。如图2所示，阀芯组件8包括阀芯杆801、第一密封圈802、密封橡胶803等。第一密封圈802用于阀芯安装槽32的端部密封。本实施例中第一密封圈802选用常用的O型密封圈。密封橡胶803用于通路切换密封，且密封橡胶803采用橡胶硫化工艺一体成型。密封橡胶803的轴向断面形状为等腰梯形结构，使密封橡胶803的结构构成平衡式密封结构。本实施例中，平衡式密封结构的作用原理是指：在第一密封圈802保证流体不会通过阀芯杆801的两端外泄时，流体会同时作用在密封橡胶803的梯形结构的两侧腰部，由于密封橡胶803的梯形结构的两腰部的作用面面积基本相同，在流体作用下阀芯组件8保持平衡状态，因此阀芯组件8受到推杆6的作用力即完成密封；

i)阀套组件9：用于密封和定位。如图3所示，阀套组件9包括阀套902和第二密封圈901，阀套902的两端分别嵌套第二密封圈901。第二密封圈901用于阀套902与阀芯安装槽32之间的密封。第二密封圈901优选采用O型密封圈；

j)复位弹簧10：安装在阀芯组件8与密封盖11之间，在系统非工作状态下，用于恢复阀芯组件8的初始位置；

k)密封盖11：安装在阀体3的一端，用于密封阀芯安装槽32的一端。

如图4－图5所示，本发明的控制方式为：

初始状态：第二通路A与第三通路R相通，第一传动块2与第二传动块5之间具有工作间隙a，阀芯组件8与阀套组件9之间具有第一级密封间隙b。工作间隙a＞第一级密封间隙b，因此，第一传动块2与第二传动块5之间具有补偿间隙c＝a-b，补偿间隙c作为第二级密封间隙，以备第一级密封间隙b耗损时，用补偿间隙补偿第一级密封间隙。

通路切换：电磁转换机构4通电产生磁场将第一传动块2与第二传动块5磁化，第一传动块2与第二传动块5之间产生吸引力(第一传动块2和第二传动块5磁化后，根据安培定则，第一传动块2和第二传动块5内产生的磁场方向相同，即第一传动块2与第二传动块5的异性磁极相邻，两者之间产生吸引力)，第一传动块2右移并与推杆6接触，第二传动块5左移但与第一传动块2仍保留间隙，补偿间隙c逐渐右移(由第一传动块2与第二传动块5之间逐渐右移到第二传动块5右侧)。此过程中，第一传动块2的受力为：第二传动块5产生的第二吸引力F5、推杆6的反作用力F6，且F5＞F6，故第一传动块2带动推杆6右移并推动阀芯组件8同时右移实现通路切换，即使第一通路P与第二通路A相通；第二传动块5的受力为：第一传动块2产生的第一吸引力F2和第一弹簧7的拉力F7，由于F2＞F7，第二传动块5左移。当第一传动块2与第二传动块5接触后，补偿间隙c完全右移到第二传动块5右侧，且第一传动块2、第二传动块5之间的吸引力(F2、F5)转换为内力，推杆6作用到阀芯组件8的力转换为第一弹簧7的拉力F7，即拉力F7形成阀芯组件8的密封力。在通路切换的整个过程中，复位弹簧10被不断压缩。

复位过程：当电磁转换机构4断电时，在复位弹簧10的弹性恢复力作用下阀芯组件8、推杆6、第一传动块2左移，在第一弹簧7的拉力F7作用下第二传动块5右移，整个装置回到初始状态。

完全补偿：在重复上述过程后，密封橡胶803逐渐磨损，即第一级密封间隙b逐渐增大，补偿间隙c(第二级密封间隙)会逐渐缩小，直至消失形成完全补偿。

强制导通：在测试或故障排除时，电磁转换机构4断电后，可按压手动按钮1可强制将第一通路P与第二通路A导通。

本发明具备两级间隙自动调整的密封结构可作为电磁阀使用，且能够随电磁阀的电压(即电磁转换机构4的电压)情况自动切换密封力来源：第一传动块2的第一吸引力F2与第二传动块5的第二吸引力F5受电磁转换机构4的磁场影响，电磁转换结构4的磁场受其电压大小影响。当电压低时，F2、F5减小，且F5＜F7，此时，第一传动块2与第二传动块5无法接触，阀芯组件8的密封力由第一传动块2受到的第二吸引力F5提供。当电压高时，F2、F5增大，且F5＞F7，此时，第一传动块2与第二传动块5接触成一体，F2、F5转换为内力，阀芯组件8的密封力由第一弹簧7的拉力F7提供。

如图6所示，本发明具备两级间隙自动调整的密封结构的第二实施例大致与第一实施例相同，不同之处仅在于：用手动杆12代替了手动按钮1，且手动杆12与第一传动块2连接，第一传动块2的端部直径大于传动块安装槽41的直径，第一传动块2的端部与电磁转换结构4的距离等于补偿间隙c。通过手动杆12推动推杆6及阀芯组件8，就可通过手动操作实现通路切换。类似地，也可将手动杆替换为气压或者液压传动。

以上所述，仅为本发明的具体实施方案，但本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种轨道车辆气液控制用阀门，包括阀体（3），所述阀体内设置轴向贯通的传动体安装槽（31）和阀芯安装槽（32），所述阀体上设置作为介质进口的第一通路（P）、作为作用口的第二通路（A）、作为释放口的第三通路（R），所述阀体的端部安装密封盖（11），其特征在于：

所述传动体安装槽内安装用于通电产生磁场的电磁转换机构（4），所述电磁转换机构的中部设置传动块安装槽（41），所述传动块安装槽的一端间隙配合安装第一传动块（2），另一端间隙配合安装第二传动块（5），所述阀体与所述第二传动块之间安装第一弹簧（7），且所述第一传动块和所述第二传动块分别在所述电磁转换机构的作用下磁化；

所述阀芯安装槽内安装阀芯组件（8）和阀套组件（9）,所述阀芯组件安装在所述阀套组件内；

所述第二传动块内间隙配合安装推杆（6），所述推杆的一端与所述第一传动块的近阀芯端接触或脱离，另一端连接所述阀芯组件；

初始状态时，在所述第一弹簧的作用下，所述第二传动块的近阀芯端抵接在所述阀体上，所述第一传动块与所述第二传动块之间具有工作间隙（a），所述第二通路经所述阀芯安装槽与所述第三通路连通，所述阀芯组件与所述阀套组件之间具有第一级密封间隙（b），且所述工作间隙＞所述第一级密封间隙，利用所述工作间隙与所述第一级密封间隙的差值作为所述第一级密封间隙的补偿间隙（c）；

通路切换时，所述第一传动块移动并与所述推杆接触，所述推杆带动所述阀芯组件同时移动，使所述工作间隙（a）和所述第一级密封间隙逐渐减小，所述补偿间隙逐渐移动至所述第二传动块的近阀芯侧，其中所述补偿间隙的前期移动由所述第一传动块的移动提供动力，所述补偿间隙的后期移动由所述第一弹簧提供动力。

2.根据权利要求1所述的轨道车辆气液控制用阀门，其特征在于，所述阀芯组件与所述密封盖之间安装复位弹簧（10）。

3.根据权利要求1所述的轨道车辆气液控制用阀门，其特征在于，所述电磁转换机构的中部沿轴线设置所述传动块安装槽（41）。

4.根据权利要求1所述的轨道车辆气液控制用阀门，其特征在于，所述阀芯组件包括阀芯杆（801）、安装在所述阀芯杆上用于阀芯安装槽端部密封的第一密封圈（802）、安装在所述阀芯杆上用于通路切换密封的密封橡胶（803），且所述密封橡胶的轴向断面形状为构成平衡式密封的等腰梯形结构。

5.根据权利要求1所述的轨道车辆气液控制用阀门，其特征在于，所述第一传动块的远离阀芯端安装手动按钮（1）。

6.根据权利要求1所述的轨道车辆气液控制用阀门，其特征在于，所述第一传动块的远离阀芯端安装手动杆，所述手动杆连接所述第一传动块，且所述第一传动块的端部伸出所述传动体安装槽。

7.一种权利要求1－6中任一项所述轨道车辆气液控制用阀门的控制方法，其特征在于：

初始状态：在所述第一弹簧的作用下，所述第二传动块的近阀芯端抵接在所述传动体安装槽的内壁，所述第一传动块与所述第二传动块之间具有工作间隙（a），所述第二通路经所述阀芯安装槽与所述第三通路连通，所述阀芯组件与所述阀套组件之间具有第一级密封间隙（b），且所述工作间隙＞所述第一级密封间隙，利用所述工作间隙与所述第一级密封间隙的差值作为所述第一级密封间隙的补偿间隙（c）；

通路切换：所述第一传动块在动力驱动下向所述第二传动块移动并与所述推杆接触，同时带着所述推杆一起移动，使所述阀芯组件相对阀套组件移动，使所述工作间隙（a）和所述第一级密封间隙逐渐减小，所述补偿间隙逐渐移动至所述第二传动块的近阀芯侧，所述第一通路经所述阀芯安装槽与所述第二通路连通；

复位过程：当切断第一传动块的动力时，在复位弹簧的弹性恢复力作用下，所这阀芯组件、推杆、第一传动块及第二传动块回到初始状态；

完全补偿：重复上述过程后，随着所述密封橡胶磨损，所述第一级密封间隙逐渐增大，所述补偿间隙逐渐缩小，直至补偿间隙消失形成完全补偿。

8.根据权利要求7所述的轨道车辆气液控制用阀门的控制方法，其特征在于：电磁转换机构（4）通电产生磁场将所述第一传动块与所述第二传动块磁化，使所述第一传动块产生对所述第二传动块的第一吸引力F2，所述第二传动块对所述第一传动块产生第二吸引力F5，所述第一传动块向所述第二传动块移动并与所述推杆接触，所述第二传动块向所述第一传动块移动使两者之间的工作间隙逐渐减小，所述补偿间隙逐渐向所述第二传动块的近阀芯侧移动；当所述第一传动块与所述推杆接触，所述第一传动块与所述第二传动块未接触时，所述第一传动块同时受到所述推杆的反作用力F6，所述第二传动块同时受到所述第一弹簧的拉力F7，且F5＞F6，F2＞F7，所述第一传动块带着所述推杆及阀芯组件一起移动，所述第一通路与所述第二通路逐渐连通，所述第二通路与所述第三通路逐渐关闭；当所述第一传动块与所述第二传动块接触后，所述推杆在所述第一弹簧的拉力F7作用下推抵所述阀芯组件，使所述第一通路与所述第二通路保持连通。

9.根据权利要求8所述的轨道车辆气液控制用阀门的控制方法，其特征在于：当电磁转换机构的电压低时， F5＜F7，所述第一传动块与所述第二传动块无法接触；当电磁转换机构的电压高时， F5＞F7，所述第一传动块与所述第二传动块接触。

10.根据权利要求8所述的轨道车辆气液控制用阀门的控制方法，其特征在于：在测试或故障排除时，将电磁转换机构断电，按压手动按钮将所述第一通路与所述第二通路强制导通。