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BURKERT電磁閥的結構設計與理論計算
BURKERT電磁閥設計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算確保電磁閥斷電時氣路被隔斷,在通電時電磁力能夠克服彈簧力和氣體壓力迅速打開氣路。同時合理設計密封結構,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致電磁閥在聯(lián)鎖發(fā)生時動作失敗,通常電磁閥都為常閉型(NC),即正常時帶電,聯(lián)鎖動作時失電;另外還有一種為通用型(可以連成常閉或常開的任意一種) 。
在實際應用中,應根據(jù)工藝過程的安全保護需要,確定哪種形式能夠滿足的條件選用NC(常閉)或通用。下面以該項目工程設計中電磁閥的應用實例進行說明。
1、BURKERT電磁閥在氣動切斷閥參與聯(lián)鎖時的應用
BURKERT電磁閥應用在單作用氣開式切斷閥聯(lián)鎖時關閉及單作用氣關式切斷閥聯(lián)鎖時打開的場合。聯(lián)鎖過程:正常狀態(tài)下,電磁閥得電,進氣口1 打開,排氣口2 關閉,氣路1 ,3 接通,切斷閥正常供氣,氣開式切斷閥打開,氣關式切斷閥則為關閉;聯(lián)鎖狀態(tài)下,電磁閥失電,進氣口1 關閉,排氣口2 打開,氣路2 ,3 接通,切斷閥供氣中斷,執(zhí)行機構的彈簧復位,氣開式切斷閥關閉,氣關式切斷閥則為打開。
1、BURKERT電磁閥結構設計
要實現(xiàn)電磁閥密封要求,首先要主要密封件的結構設計合理,加工容易。參考進口減壓閥的工作原理,進行了如下改進設計。
1.1、閥桿的設計
進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
在電磁閥的設計當中,通過改變閥桿結構形式,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度用普通數(shù)控機床可以在一次定位中加工出來,閥桿的設計精度就比較容易,同時降低了加工成本。圖3為閥桿改型設計簡圖。
電磁閥的閥桿改型設計圖
BURKERT電磁閥閥桿簡圖
1.2、密封力的設計
在電磁閥設計中,引進氣動密封力概念,即通過改變進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,作用在兩截面的氣體壓力分別是:
F′1 = P0 ·S1
F′2 = P0 ·S2
這樣,當電磁閥閉合時,由于兩截面均密封,在截面兩端形成壓力差F′1 - F′2 ,產(chǎn)生氣動密封 。此時電磁閥閉合時的密封力由氣體密封力和彈簧力共同提供,既了電磁閥閉合時所需要的密封力,同時可以降低了彈簧的設計強度,延長彈簧的使用壽命。
3.2、電磁閥理論計算
3.2.1、電磁力計算
電磁鐵設計形式為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:
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