利用液体压差的自动换路阀门设计

艾仁杰

摘要：近年来，我国的工业化进程有了很大进展，各行业对阀门的需求也在不断增加，其中作为阀门重要一类的自动换路阀门也被越来越广泛的应用。本文首先分析了阀门产品结构和调试特点，然后分析了夹紧装置设计以及开阀盖扳手及油阀旋拧端的设计，最后论述了装置压力试验，以供参考。

关键词：滑阀;管路压差;液压腔;补偿设计

引言

随着液压气动技术的发展，阀门产品的需求不断扩大，且对阀门的性能要求也在不断提高。阀芯是阀门产品中最重要的零部件之一，它和阀座组成的密封副决定了阀门的启闭和密封性能，低压阀门的性能更容易受结构、材料及加工误差等因素的影响，一直是相关从业人员的研究热点问题。

1阀门产品结构和调试特点

关断类阀门有截止阀和固定式球阀两种结构形式，阀门口径DN40-100mm，调试时阀门内腔气压5-8Mpa，调试时长需要约30min，阀门进出口为法兰连接和八字环槽密封形式。阀门压力控制箱的超压、亏压动作调试过程复杂繁琐，关联零件较多且布局紧密，操作者需多方位活动占用阀门周边空间，通常为了调试操作用盲法兰封堵阀门两流道孔并保压，但用螺栓连接盲法兰劳动强度大，效率低。

2夹紧装置设计

因阀门结构允许用两端对夹的方法，来完成封堵流道孔及内腔保压，故夹紧装置设计为采用油缸驱动的对夹式，阀门两侧法兰和夹紧装置之间用氟橡胶O形圈密封，并进行相关设计参数计算。夹紧法兰端面加工有O形圈T型槽和导向止口，配戴氟橡胶O形圈密封，导向止口用于加紧便利并确保O形圈的密封位置有效;连接头采用球面垫圈过渡实现自找心定位，避免阀门两端法兰面不平行引起装夹不能密封的问题;装置上带有进气接管，能连接气源设备进行调试阀门的进压;通过装置上配带的不锈钢球阀进行试验阀门的泄压，快速安全。该夹紧装置的保压功能主要由液压系统中的蓄能器、压力继电器、油泵来完成。当加紧油缸伸出到预设位置时打开自动保压，随后蓄能器给油缸无杆腔保压，无杆腔设有压力继电器，当压力低于预设压力时蓄能器打开给油缸补压，补压到预设高压时蓄能器自动关掉，蓄能器靠油泵补压，当蓄能器压力低于预设低压时油泵打开给蓄能器补压，达到预设高压时油泵停止;一个保压工序完成后关掉自动保压，点动油缸回程。夹紧阀门后，打开外接气源给阀门体腔内加压至需用的调试压力，待压力稳定后关闭气源，按动夹紧装置控制箱绿色保压按钮，进入自动保压程序，可开始操作调试阀门。

3开阀盖扳手及油阀旋拧端的设计

考虑到取油全过程机械化，除了要旋拧油阀盖，还要对其固定，防止其在取油过程中掉落，因此阀盖在旋拧中需要一个稳定结构进行固定。开阀扳手为套筒状，内部底面有与油阀外壳相配合的内六方结构，套筒内壁装有若干橡胶垫，以保证开阀扳手的握持力。套筒插入时，橡胶垫与油阀盖之间相互挤压，橡胶垫的弹性形变既能减少套筒对油阀盖的磨损，又能提升橡胶垫与油阀盖之间的摩擦力。在旋拧油阀盖时，套筒与油阀盖保持静止，橡胶垫与油阀盖之间不存在旋转摩擦，只有静止摩擦。油阀盖完全拧下之后，套筒仍然可以靠摩擦力维持对油阀盖的握持。为了防止在取油期间机械振动会导致油阀盖的脱落，在取油过程中油阀盖握持装置添加了锁紧阀扣，保证在整个取油期间，油阀盖不会掉落。完成取油后，在机器臂控制下，握持有油阀盖的套筒运动至拧阀门位置，完成油阀盖的拧紧工作，最后将套筒拔出。在油阀盖之下的放油阀一般是一字型接口，与油阀盖接口不同，采用弹簧式平口旋拧销来完成旋擰放油阀动作。平口旋拧销为板状可伸缩结构，当平口销受到弹簧方向阻力时会使弹簧收缩，当与平口对齐时，在弹簧作用下平口销弹出插入平口，然后可在方形滑块与滑道的作用下，随后部进行旋转，从而对平口放油阀进行旋拧。油阀盖旋拧单元将油阀盖旋拧取出后，由放油阀旋拧单元靠近放油阀进行下一阶段工作。当平口旋拧结构与平口的位置和角度未完全对应时，平口销会被压入滑道内。平口旋拧结构后部以较低的转速转动，直至平口销与取油口处平口对齐，平口旋拧结构会在弹簧的作用下弹出，插入平口。

4装置压力试验

由于该夹紧装置用作阀门的供压和保压夹紧，使用需绝对安全可靠，故参照GB/T26480《阀门的检验和试验》的规定对夹紧装置的机械加紧部分进行壳体强度试验。GB/T26480中规定：钢制阀门壳体试验压力为38℃时最大允许工作压力的1.5倍;高压气体壳体试验压力为38℃时最大允许工作压力的1.1倍。试验介质应是水、煤油、粘度不高于水的非腐蚀性液体、氮气、或空气，我们从工作效率和经济性考虑选择清洁干燥的空气和洁净水作为试验介质。（1）液体壳体试验。在夹紧装置两连接法兰之间加一段过渡试验用短管，按上述操作过程夹紧，关闭球阀，连接管与试压泵相连，起动试压泵，缓慢加压，试验压力达到12MPa，关闭进水泵，保压50min，检查各结构件无变形和损伤，各连接处无可见泄漏。（2）高压气体壳体试验。液体壳体试验合格后进行气体壳体试验。将试验装置的夹紧部分放入气压试验地坑中，连接管与空气压缩机相连，启动空气压缩机，缓慢升压，当压力表达到1MPa时，保压5min，用肥皂水涂刷外部各处，无泄漏，再缓慢升压至4.5MPa时，保压5min，再用肥皂水涂刷外部各处，无泄漏，然后升压至8.8MPa，保压50min，检查无泄漏后缓慢卸压。加紧装置经液体、高压气体壳体强度试验合格的后，将成为紧急切断阀调试操作者在一段时间内或长期使用的一种简易试验设备。

结语

综上所述，本文参照普通压差滑阀的原理，设计了一款能够自动选择液路的控制阀门，由于阀门的压差值可能过小，阀芯移动距离达不到设计的行程要求，导致阀门不能选择压力高的液路入口。由此对阀门进行了补偿设计，在阀门的备选入口侧增加了一个补偿腔体，当切换开始时，阀芯只要移动较小距离即可让该补偿腔体与需切换入口连接，由此提供了补偿力弥补压差力不足的问题。

参考文献：

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[2]闫海峰.用于深海舱室排水的流量自动控制阀门设计及流噪声分析[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2016.