FESTO電磁閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與理論計(jì)算

更新時(shí)間：2024-06-25 點(diǎn)擊次數(shù)：1387

　　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(kāi)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。

、FESTO電磁閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　要實(shí)現(xiàn)FESTO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

、FESTO電磁閥閥桿的設(shè)計(jì)

　　進(jìn)口FESTO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

。

　　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FESTO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

。

　　FESTO電磁閥理論計(jì)算

　　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。

　　FESTO電磁閥的電磁鐵簡(jiǎn)化圖

　　FESTO電磁閥在該磁系統(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

。

　　為了避免因電源故障而導(dǎo)致電磁閥在聯(lián)鎖發(fā)生時(shí)動(dòng)作失敗

，通常電磁閥都為常閉型(NC)，即正常時(shí)帶電，聯(lián)鎖動(dòng)作時(shí)失電;另外還有一種為通用型(可以連成常閉或常開(kāi)的任意一種)

。

　　在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)工藝過(guò)程的安全保護(hù)需要

，確定哪種形式能夠滿足的條件選用NC(常閉)或通用

。下面以該項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)中電磁閥的應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明。

、FESTO電磁閥在氣動(dòng)切斷閥參與聯(lián)鎖時(shí)的應(yīng)用

　　FESTO電磁閥應(yīng)用在單作用氣開(kāi)式切斷閥聯(lián)鎖時(shí)關(guān)閉及單作用氣關(guān)式切斷閥聯(lián)鎖時(shí)打開(kāi)的場(chǎng)合

。聯(lián)鎖過(guò)程：正常狀態(tài)下，電磁閥得電

，進(jìn)氣口1 打開(kāi)

，排氣口2 關(guān)閉，氣路1 ,3 接通

，切斷閥正常供氣

，氣開(kāi)式切斷閥打開(kāi)，氣關(guān)式切斷閥則為關(guān)閉;聯(lián)鎖狀態(tài)下

，電磁閥失電

，進(jìn)氣口1 關(guān)閉，排氣口2 打開(kāi)

，氣路2 ,3 接通

，切斷閥供氣中斷，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的彈簧復(fù)位

，氣開(kāi)式切斷閥關(guān)閉

，氣關(guān)式切斷閥則為打開(kāi)。

　　二位三通常閉型電磁閥的應(yīng)用

　　1 二位三通常閉型電磁閥的應(yīng)用

　　FESTO電磁閥應(yīng)用在單作用氣開(kāi)式切斷閥聯(lián)鎖時(shí)打開(kāi)及單作用氣關(guān)式切斷閥聯(lián)鎖時(shí)關(guān)閉的場(chǎng)合

。聯(lián)鎖過(guò)程：正常狀態(tài)下

，電磁閥得電，進(jìn)氣口1 關(guān)閉

，排氣口2 打開(kāi)

，氣路2 ,3 接通，切斷閥不被供氣

，氣開(kāi)式切斷閥關(guān)閉

，氣關(guān)式切斷閥則為打開(kāi);聯(lián)鎖狀下，電磁閥失電，電磁閥進(jìn)氣口1 打開(kāi)

，排氣口2 關(guān)閉

，氣路1,3 接通，切斷閥供氣

，氣開(kāi)式切斷閥打開(kāi)

，氣關(guān)式切斷閥則為關(guān)閉。

　　由于通用型可以連成常開(kāi)或常閉的任意一種

，而且價(jià)格差別不大

，所以為了方便起見(jiàn)，可以將上述兩種應(yīng)用中的電磁閥均選為通用型

。

　　2 二位三通通用型FESTO電磁閥的應(yīng)用

　　3 為二位五通單線圈FESTO電磁閥應(yīng)用在切斷閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)為雙作用氣缸式的場(chǎng)合

。

　　如果聯(lián)鎖發(fā)生時(shí)需要關(guān)閉切斷閥，則在正常操作時(shí)儀表空氣走向?yàn)? —4 ,切斷閥B 氣缸進(jìn)氣

，A氣缸排氣

，然后再經(jīng)電磁閥2 —3 端口放空;當(dāng)聯(lián)鎖發(fā)生時(shí)，儀表空氣走向?yàn)? —2 ,切斷閥A 氣缸進(jìn)氣

，B 氣缸排氣

，然后再經(jīng)電磁閥4 —5 端口放空，切斷閥達(dá)到關(guān)閉的目的

。

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