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

　　BURKERT電磁閥設(shè)計(jì)要解決的主要問題是密封問題,必須通過對電磁力、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),選用合適的材料電磁閥在高溫(+50℃)和低溫(-20℃)環(huán)境中正常工作。

　　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的任意一種) 。

　　在實(shí)際應(yīng)用中,應(yīng)根據(jù)工藝過程的安全保護(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)行說明。

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

　　BURKERT電磁閥應(yīng)用在單作用氣開式切斷閥聯(lián)鎖時(shí)關(guān)閉及單作用氣關(guān)式切斷閥聯(lián)鎖時(shí)打開的場合。聯(lián)鎖過程:正常狀態(tài)下,電磁閥得電,進(jìn)氣口1 打開,排氣口2 關(guān)閉,氣路1 ,3 接通,切斷閥正常供氣,氣開式切斷閥打開,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,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,氣開式切斷閥關(guān)閉,氣關(guān)式切斷閥則為打開。

　　1、BURKERT電磁閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　要實(shí)現(xiàn)電磁閥密封要求,首先要主要密封件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,加工容易。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)過在兩次定位分別加工,錐面同軸度要求很難,因此進(jìn)口電磁閥在使用過程中性能很不穩(wěn)定,使用壽命較短,而國內(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

　　BURKERT電磁閥閥桿工作原理圖

　　在電磁閥的設(shè)計(jì)當(dāng)中,通過改變閥桿結(jié)構(gòu)形式,將原來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,閥桿的設(shè)計(jì)精度就比較容易,同時(shí)降低了加工成本。圖3為閥桿改型設(shè)計(jì)簡圖。

　　電磁閥的閥桿改型設(shè)計(jì)圖

　　BURKERT電磁閥閥桿簡圖

　　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,具體外形見圖4。

　　電磁閥的電磁鐵簡化圖

　　電磁鐵簡化圖

　　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,但相對于主磁通來說可以忽略,故由中電磁鐵對銜鐵的吸力F為: