本發(fā)明涉及高壓氣動(dòng)比例減壓閥，尤其涉及一種波紋管密封的高壓氣動(dòng)比例減壓閥。

背景技術(shù)：

高壓氣動(dòng)比例減壓閥的閥芯和閥體之間既有相對運(yùn)動(dòng)又需要密封，較小的摩擦力和良好的密封性能相互矛盾。相對運(yùn)動(dòng)摩擦力和密封性能直接影響比例閥的輸出壓力響應(yīng)和精度。

為了減小摩擦力，一種周知的方法是通過提高閥體和閥芯的加工精度，使閥體和閥芯相對運(yùn)動(dòng)并且需要密封的位置保留一個(gè)較小的間隙。這種方法是通過間隙密封來降低摩擦力，在一定程度上減小了閥芯與閥體之間相對運(yùn)動(dòng)的摩擦力，但是間隙密封會(huì)導(dǎo)致泄漏增加，特別是對于高壓氣體，很高的氣體壓力和極低的氣體粘性導(dǎo)致很小的間隙就會(huì)產(chǎn)生很大的泄漏，影響比例閥的性能。高精度的加工還存在加工困難、成本高、維護(hù)困難切壽命短的缺陷。

為了提高密封性能，另外一種周知的方法是在間隙配合的閥體和閥芯之間增加橡膠密封圈進(jìn)行密封。這種方法采用橡膠密封圈可以得到較好的密封性能，但是橡膠密封圈會(huì)使閥芯和閥體相對運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力增大，并且高壓氣體環(huán)境中潤滑油膜不容易保持，更加劇了摩擦力。

還有一種周知的方法是采用橡膠膜片進(jìn)行閥體和閥芯之間一些位置的密封，同時(shí)橡膠膜片的變形可以滿足閥芯和閥體之間的相對運(yùn)動(dòng)。這種方法在膜片位置具有良好的密封性能，同時(shí)又基本沒有摩擦力，但是橡膠膜片能承受的壓力比較小，目前橡膠膜片的結(jié)構(gòu)只適用于常規(guī)的低壓氣動(dòng)元件，不能用于額定壓力達(dá)到12MPa的高壓比例壓力閥。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有的高壓氣動(dòng)比例減壓閥存在的問題，本發(fā)明提供一種波紋管密封的高壓氣動(dòng)比例減壓閥，利用金屬波紋管進(jìn)行密封，又滿足閥芯與閥體相對運(yùn)動(dòng)，該比例減壓閥能解決現(xiàn)有高壓氣動(dòng)比例減壓閥存在的密封和摩擦力矛盾的問題，閥芯與閥體之間具有較小的摩擦力和良好的密封性能。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種波紋管密封的高壓氣動(dòng)比例減壓閥，包括閥體、安裝在閥體內(nèi)的上閥芯組件和下閥芯組件、進(jìn)氣開關(guān)閥、排氣開關(guān)閥、控制器；

所述上閥芯組件由第一安裝螺母、第一波紋管、第一導(dǎo)向軸、第二波紋管、第二導(dǎo)向軸從上至下依次焊接而成；所述第二波紋管和第二導(dǎo)向軸中穿設(shè)有閥芯，閥芯的一端固定在第一導(dǎo)向軸上，閥芯的外壁從上至下具有第一凸臺(tái)和第二凸臺(tái)，第一凸臺(tái)位于第二導(dǎo)向軸的下端部；閥芯中沿軸線開有第一通氣孔，閥芯的側(cè)壁開有第二通氣孔和第三通氣孔，第二通氣孔和第三通氣孔分別與第一通氣孔相通；第二通氣孔與第二波紋管相通；

所述下閥芯組件包括法蘭端蓋、第四波紋管、第三導(dǎo)向軸、第三波紋管、第二安裝螺母，所述法蘭端蓋、第四波紋管、第三導(dǎo)向軸依次焊接，所述第三波紋管和第二安裝螺母均套在第三導(dǎo)向軸上，第三波紋管的一端與第三導(dǎo)向軸焊接，第三波紋管的另一端與第二安裝螺母焊接，第二安裝螺母旋接在閥體內(nèi)；

在上閥芯組件和下閥芯組件連接處安裝有閥座，所述閥座為中空圓柱體，圓柱體側(cè)壁上開有貫通孔；所述第二導(dǎo)向軸和第三導(dǎo)向軸為空心軸；所述第一安裝螺母固定連接在閥體上端，所述法蘭端蓋固定連接在閥體下端，第一安裝螺母上開有相交的第一通道和第二通道；

所述閥體上開有進(jìn)氣口、出氣口和溢流口，所述進(jìn)氣口與第三波紋管相通，進(jìn)氣開關(guān)閥的進(jìn)氣端與進(jìn)氣口相連通，進(jìn)氣開關(guān)閥的出氣端和第一通道的一端相通，第一通道的另一端與排氣開關(guān)閥的進(jìn)氣口相通，第二通道的一端通過第一壓力傳感器封堵，第二通道的另一端與第一波紋管相通，所述出氣口處安裝有第二壓力傳感器；第三通氣孔與出氣口相通，第一通氣孔與第三導(dǎo)向軸相通；

所述第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、進(jìn)氣開關(guān)閥和排氣開關(guān)閥均與控制器相連。

進(jìn)一步的，所述第一導(dǎo)向軸穿設(shè)在第一直線滾珠軸承上，所述第二導(dǎo)向軸穿設(shè)在第二直線滾珠軸承上，所述第三導(dǎo)向軸穿設(shè)在第三直線滾珠軸承上，所述第一直線滾珠軸承、第二直線滾珠軸承和第三直線滾珠軸承均固定安裝在閥體內(nèi)。

進(jìn)一步的，所述閥座與閥體過盈配合，閥座的中空圓柱體外壁兩端附近具有兩個(gè)安裝橡膠密封圈的溝槽。

本發(fā)明的有益效果如下：在每個(gè)閥芯與閥體相對運(yùn)動(dòng)又需要密封的位置，閥芯兩端各焊接一段金屬波紋管，閥體內(nèi)部只有進(jìn)氣口、出氣口和溢流口的位置有高壓氣體流過，其余部分高壓氣體完全被限制在金屬波紋管密封的閥芯內(nèi)部，閥芯與閥體之間只有通過進(jìn)氣閥口和溢流閥口才有氣體流動(dòng)。在相對運(yùn)動(dòng)又需要密封的位置，閥芯與閥體之間高壓氣體完全被金屬波紋管隔絕，閥芯兩端的金屬波紋管一端收縮、另一端伸長，滿足閥芯閥體的相對運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在閥芯與閥體相對運(yùn)動(dòng)的位置安裝直線滾珠軸承進(jìn)行導(dǎo)向，這樣就極大的減小了摩擦力，同時(shí)獲得良好的密封性能。并且利用波紋管自身的彈性產(chǎn)生進(jìn)氣閥口和出氣閥口關(guān)閉時(shí)的預(yù)緊力，無需彈簧以及額外的潤滑和密封。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明的原理圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明制成的高壓氣動(dòng)比例減壓閥的剖視圖；

圖3是閥座部位的局部剖視圖。

圖4是上部波紋管密封閥芯組件的剖視圖；

圖5是下部波紋管密封閥芯組件的剖視圖；

圖中：第一波紋管1、第二波紋管2、第三波紋管3、第四波紋管4、第一導(dǎo)向軸5、第二導(dǎo)向軸6、第三導(dǎo)向軸7、第一直線滾珠軸承8、第二直線滾珠軸承9、第三直線滾珠軸承10、第一安裝螺母11、第二安裝螺母12、法蘭端蓋13、進(jìn)氣口14、出氣口15、進(jìn)氣開關(guān)閥16、排氣開關(guān)閥17、上閥體18、中閥體19、下閥體20、閥座21、溢流口22、第一通氣孔23、第二通氣孔24、第三通氣孔25、壓力傳感器26、控制器27、閥芯28、第一凸臺(tái)29、第二凸臺(tái)30、限位螺母31。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種利用金屬波紋管進(jìn)行密封的額定壓力達(dá)到12MPa的高壓氣動(dòng)比例減壓閥，包括閥體、安裝在閥體內(nèi)的上閥芯組件和下閥芯組件、進(jìn)氣開關(guān)閥16、排氣開關(guān)閥17、控制器；

如圖4所示，所述上閥芯組件由第一安裝螺母11、第一波紋管1、第一導(dǎo)向軸5、第二波紋管2、第二導(dǎo)向軸6從上至下依次焊接而成；所述第二波紋管2和第二導(dǎo)向軸6中穿設(shè)有閥芯28，閥芯28的一端固定在第一導(dǎo)向軸5上，閥芯28的外壁從上至下具有第一凸臺(tái)29和第二凸臺(tái)30，第一凸臺(tái)29位于第二導(dǎo)向軸6的下端部，用于限制第二導(dǎo)向軸6的軸向移動(dòng)；閥芯28中沿軸線開有第一通氣孔23，閥芯28的側(cè)壁開有第二通氣孔24和第三通氣孔25，第二通氣孔24和第三通氣孔25分別與第一通氣孔23相通；第二通氣孔24與第二波紋管2相通；

如圖5所示，所述下閥芯組件包括法蘭端蓋13、第四波紋管4、第三導(dǎo)向軸7、第三波紋管3、第二安裝螺母12，所述法蘭端蓋13、第四波紋管4、第三導(dǎo)向軸7依次焊接，所述第三波紋管3和第二安裝螺母12均套在第三導(dǎo)向軸7上，第三波紋管3的一端與第三導(dǎo)向軸7焊接，第三波紋管3的另一端與第二安裝螺母12焊接，第二安裝螺母12旋接在閥體內(nèi)；

如圖3所示，在上閥芯組件和下閥芯組件連接處安裝有閥座21，所述閥座21與閥體過盈配合，所述閥座21為中空圓柱體，圓柱體側(cè)壁上開有貫通孔，所述第二導(dǎo)向軸6和第三導(dǎo)向軸7為空心軸；所述第一安裝螺母11固定連接在閥體上端，所述法蘭端蓋13固定連接在閥體下端，第一安裝螺母11上開有相交的第一通道和第二通道；所述閥座21的中空圓柱體外壁兩端附近具有兩個(gè)安裝橡膠密封圈的溝槽。

如圖2所示，所述閥體上開有進(jìn)氣口14、出氣口15和溢流口22，所述進(jìn)氣口14與第三波紋管3相通，進(jìn)氣開關(guān)閥16的進(jìn)氣端與進(jìn)氣口14相連通，進(jìn)氣開關(guān)閥16的出氣端和第一通道的一端相通，第一通道的另一端與排氣開關(guān)閥17的進(jìn)氣口相通，第二通道的一端通過第一壓力傳感器封堵，第二通道的另一端與第一波紋管1相通，所述出氣口15處安裝有第二壓力傳感器；第三通氣孔25與出氣口15相通，第一通氣孔23與第三導(dǎo)向軸7相通，所述第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、進(jìn)氣開關(guān)閥16和排氣開關(guān)閥17均與控制器相連。

如圖2所示，為了方便安裝，所述閥體由上閥體18、中閥體19、下閥體20依次固定連接而成，第一導(dǎo)向軸5穿設(shè)在第一直線滾珠軸承8上，所述第二導(dǎo)向軸6穿設(shè)在第二直線滾珠軸承9上，所述第三導(dǎo)向軸7穿設(shè)在第三直線滾珠軸承10上，所述第一直線滾珠軸承8安裝在上閥體18內(nèi)，第二直線滾珠軸承9安裝在中閥體19內(nèi)，第三直線滾珠軸承10安裝在下閥體20內(nèi)。

本實(shí)施例中進(jìn)氣開關(guān)閥16和排氣開關(guān)閥17采用常閉的兩位一通電磁閥，但不限于此；所述控制器采用意法半導(dǎo)體公司的STM32F103VCT6微控制器，但不限于此。

該高壓氣動(dòng)比例減壓閥的工作過程為：

初始狀態(tài)時(shí)，第三導(dǎo)向軸7的上端抵住閥座21的下端，將進(jìn)氣口14和出氣口15隔斷，第一凸臺(tái)29抵住第二導(dǎo)向軸6的下端部，出氣口15和溢流口22相通。

當(dāng)進(jìn)氣口14進(jìn)氣后，同時(shí)出氣口15的氣體壓力通過壓力傳感器26檢測，壓力傳感器26將檢測到的壓力信號傳遞給控制器27，控制器27將該壓力信號與輸入的參考信號進(jìn)行比較，當(dāng)出氣口15的氣體壓力低于參考壓力時(shí)，進(jìn)氣開關(guān)閥16打開，排氣開關(guān)閥17關(guān)閉，進(jìn)氣口14的氣體通入到第一波紋管1內(nèi)，使得第一波紋管1內(nèi)的氣體壓力升高，從而推動(dòng)第一導(dǎo)向軸5向下運(yùn)動(dòng)，第二導(dǎo)向軸6和閥芯28跟隨第一導(dǎo)向軸5一起向下運(yùn)動(dòng)，接著第二導(dǎo)向軸6的下端抵住閥座21的上端，使出氣口15和溢流口22斷開，閥芯28繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，其下端的第二凸臺(tái)30抵住第三導(dǎo)向軸7的上端，并使第三導(dǎo)向軸7向下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，進(jìn)氣口14和出氣口15連通，從而使得出氣口15的氣體壓力開始升高；同時(shí)，出氣口15的氣體部分依次進(jìn)入第三通氣孔25、第一通氣孔23、第二通氣孔24、第二波紋管2，和第三通氣孔25、第一通氣孔23、第三導(dǎo)向軸7、第四波紋管4兩條氣路，使得第二波紋管2和第四波紋管4內(nèi)均具有高壓氣體，該高壓氣體作用在第一導(dǎo)向軸5的下端，另外第一波紋管1內(nèi)的高壓氣體作用在第一導(dǎo)向軸5的上端，當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)向軸5的上、下端氣體作用力平衡時(shí)，第一導(dǎo)向軸5停止軸向移動(dòng)，從而使得出氣口15的壓力穩(wěn)定，此時(shí)出氣口15的壓力和參考壓力相同。

當(dāng)出氣口15的氣體壓力高于參考壓力時(shí)，進(jìn)氣開關(guān)閥16關(guān)閉，排氣開關(guān)閥17打開，使得第一波紋管1內(nèi)的氣體壓力降低，第一導(dǎo)向軸5向上運(yùn)動(dòng)，第二導(dǎo)向軸6和閥芯28跟隨第一導(dǎo)向軸5一起向上運(yùn)動(dòng)，第二凸臺(tái)30與第三導(dǎo)向軸7的上端分離，第三導(dǎo)向軸7的上端抵住閥座21的下端，進(jìn)氣口14和出氣口15斷開，第一導(dǎo)向軸5繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，第一凸臺(tái)29帶動(dòng)第二導(dǎo)向軸6向上運(yùn)動(dòng)，使出氣口15和溢流口22連通，此時(shí)，出氣口15的壓力開始下降，同時(shí)，出氣口15的氣體部分依次進(jìn)入第三通氣孔25、第一通氣孔23、第二通氣孔24、第二波紋管2，和第三通氣孔25、第一通氣孔23、第三導(dǎo)向軸7、第四波紋管4兩條氣路，使得第二波紋管2和第四波紋管4內(nèi)均具有高壓氣體，該高壓氣體作用在第一導(dǎo)向軸5的下端，另外第一波紋管1內(nèi)的高壓氣體作用在第一導(dǎo)向軸5的上端，當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)向軸5的上、下端氣體作用力平衡時(shí)，第一導(dǎo)向軸5停止軸向移動(dòng)，從而使得出氣口15的壓力穩(wěn)定，此時(shí)出氣口15的壓力和參考壓力相同。