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FESTO電磁閥的的密封和動(dòng)作壽命
FESTO電磁閥的密封包括防止內(nèi)泄漏的密封和防止外泄漏的密封兩種，是指其密封副接觸并在外力作用下，密封材料產(chǎn)生彈性、塑性變形，使密封副間的間隙填實(shí)而堵閉泄漏的能力。
為了保證密封所需要的密封副參與密封部分單位面積上的最小壓力稱為必需比壓，設(shè)計(jì)時(shí)必須保證必需比壓。必需比壓取決于密封副材料，工作壓力，密封寬度及表面形狀的位置精度和質(zhì)量等因素。
FESTO電磁閥的泄漏量是表征閥的密封性能的一項(xiàng)主要性能指標(biāo)，通常影響閥的密封性能的因素主要有以下幾項(xiàng)。
1、密封結(jié)構(gòu)電磁閥密封結(jié)構(gòu)的形式有平面密封、球形密封、錐形密封、刃形密封和剛性帶彈性密封面的密封
FESTO電磁閥設(shè)計(jì)要解決的主要問(wèn)題是密封問(wèn)題,必須通過(guò)對(duì)電磁力、彈簧力和氣體壓力的計(jì)算確保電磁閥斷電時(shí)氣路被隔斷,在通電時(shí)電磁力能夠克服彈簧力和氣體壓力迅速打開氣路。同時(shí)合理設(shè)計(jì)密封結(jié)構(gòu),選用合適的材料保證電磁閥在高溫(+50℃)和低溫(-20℃)環(huán)境中正常工作。
1、電磁閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
要實(shí)現(xiàn)電磁閥密封要求,首先要保證主要密封件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,加工容易保證。參考進(jìn)口減壓閥的工作原理,進(jìn)行了如下改進(jìn)設(shè)計(jì)。
1.1、閥桿的設(shè)計(jì)
進(jìn)口電磁閥的密封形式是利用閥桿兩端錐面,通過(guò)閥桿的移動(dòng)分別密封入口端和放氣口端。這種密封形式要求閥桿的加工精度很高,特別是閥桿兩端錐面的同軸度要求在0.01mm以內(nèi)。這兩錐面用一般數(shù)控機(jī)床加工必須經(jīng)過(guò)在兩次定位分別加工,錐面同軸度要求很難保證,因此進(jìn)口電磁閥在使用過(guò)程中性能很不穩(wěn)定,使用壽命較短,而國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)電磁閥只能應(yīng)用于低壓工作范圍,圖2為閥桿工作原理圖。
電磁閥的閥桿工作原理圖
閥桿工作原理圖
在FESTO電磁閥的設(shè)計(jì)當(dāng)中,通過(guò)改變閥桿結(jié)構(gòu)形式,將原來(lái)閥桿兩端錐面密封形式改為一側(cè)端面密封,另一側(cè)保持錐面密封。這樣錐面的同軸度和端面的垂直度和跳動(dòng)度用普通數(shù)控機(jī)床可以在一次定位中加工出來(lái),閥桿的設(shè)計(jì)精度就比較容易保證,同時(shí)降低了加工成本。圖3為閥桿改型設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖。
1.2、密封力的設(shè)計(jì)
在電磁閥設(shè)計(jì)中,引進(jìn)氣動(dòng)密封力概念,即通過(guò)改變進(jìn)氣口兩端面的橫截面積S1、S2 ,使截面S1 > S2 ,在通入高壓氣體P0 時(shí),作用在兩截面的氣體壓力分別是:
F′1 = P0 ·S1
F′2 = P0 ·S2
這樣,當(dāng)電磁閥閉合時(shí),由于兩截面均密封,在截面兩端形成壓力差F′1 - F′2 ,產(chǎn)生氣動(dòng)密封 。此時(shí)電磁閥閉合時(shí)的密封力由氣體密封力和彈簧力共同提供,既保證了電磁閥閉合時(shí)所需要的密封力,同時(shí)可以降低了彈簧的設(shè)計(jì)強(qiáng)度,延長(zhǎng)彈簧的使用壽命。
3.2、電磁閥理論計(jì)算
3.2.1、電磁力計(jì)算
電磁鐵設(shè)計(jì)形式為Ⅲ型電磁鐵,具體外形見(jiàn)圖4。
在該磁系統(tǒng)的磁路中,由于工作氣隙較小,故雖然存在漏磁通,但相對(duì)于主磁通來(lái)說(shuō)可以忽略,故由《平衡力電磁鐵設(shè)計(jì)計(jì)算及實(shí)驗(yàn)研究》中電磁鐵對(duì)銜鐵的吸力F為:
所以,μ0 = 275.56 ×103 ;
由上代入公式(6)得: F = 1848.9N
以上計(jì)算結(jié)果從理論上證明了該電磁閥設(shè)計(jì)的合理性,同時(shí)這種高壓大流量電磁閥已應(yīng)用在某型號(hào)地面測(cè)試儀中,實(shí)踐證明使用可靠,性能穩(wěn)定。它的研制成功解決了以往產(chǎn)品依賴進(jìn)口的現(xiàn)象,并為同類產(chǎn)品的研制提供了可借鑒的方法。
