聚氨酯浇注机电磁截止阀的设计与研究

吴 超， 孙 杰

（辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 113001）

在聚氨酯注机中，电磁截止阀是一个非常重要的部件。 它的工作性能,密封性能，都直接影响到到浇注机的真空度及计量配比的精度。然而计量配比精度又直接影响浇注机所浇注的产品质量。计量截止阀历经从单向阀、气动阀再到电磁阀的发展过程。单向阀具有结构简单、无运动密封要求、体积小、装配灵活的特点；但其工作完全依靠弹簧的弹力，而弹簧的刚度却不容易确定，若取较小刚度很难保证计量回程时快速关闭和关闭密封性（尤其是在工作一段时间后阀座已有磨损）；若取较大刚度，虽然保证单向阀的可靠性，但增加了计量泵工作压力，导致阀座和钢球在物料中迅速磨损。稍后出现的气动截止阀， 虽然克服了以上缺点但其存在运动部件密封问题，其密封性相对较差，并且存在浇注料对密封圈的腐蚀及石英砂沉积等问题[1]，急需进行改进。

1 电磁截止阀的结构设计

针对现有截止阀存在的优缺点，以及在使用过程中常见的问题，我们对其进行了改进。在截止阀结构进行设计的过程中主要考虑以下几点因素：（1）解决因弹簧刚度而引起性能差的问题。（2）采用电磁结构，且提高电磁结构散热性，防止线圈过热烧坏。（3）解决截止阀密封性能差的问题。

通过对以上几点因素的分析，以及对不同方案进行比较和实验后，选择了如图1所示的结构设计。

图1 电磁截止阀的结构图Fig.1 Diagram of the electromagnetic shut-off valve

2 电磁截止阀密封性的研究

2.1 实验装置

密封性能的研究是研究截止量阀的主要任务之一，即可靠的、耐久的密封。因为截止阀的主要失效形式就是密封的损坏，其可以引起整个系统出现故障，影响产品的质量，因此，对密封性能研究是至关重要的。

电磁截止阀阀口通常采用接触式密封，要具有良好的密封效果，密封面必须存在足够大的密封比压力，所需密封比压力与密封材料、宽度、表面粗糙度及介质压力有关[2]。本文通过如图 2所示的实验装置对密封性能展开研究。通过减压阀和压力表调节浇注物料的物料的压力，密封面的压力由砝码、推杆及球形阀的重量确定，量杯用于测试截止时的泄漏量。

图2 电磁截止阀静密封实验装置Fig.2 Electromagnetic shut-off valve static sealing testing device

2.2 密封材料与密封面泄漏量的关系

由于浇注的物料一般具有腐蚀性，因此本文对不锈钢钢球与黄铜及聚四氟乙烯配对构成的常见耐腐蚀密封面进行测试[3-5]。不同密封比压力下，分别测试钢球--黄铜、钢球--聚四氟乙烯密封面的泄漏量ΔV，单位密封长度泄漏流量qL=(ΔV/2)πrt，式中r为密封面的平均半径，试验结果如图3所示。

图3 密封材料与密封面泄漏量的关系Fig.3 The relationship between amount of leakage and sealing materials

通过图3可以得出，不同的密封材料在同一环境条件下泄漏量不同，其他因素不变，在同一密封比压力下，通过钢球--聚四氟乙密封面的泄漏流量比钢球--黄铜密封面的泄漏量小，泄漏量随着密封比压力的不断增大而逐渐减小，当无泄漏时即泄漏量为零，钢球--聚四氟乙烯密封面的密封比压力比钢球--黄铜密封面小很多。

2.3 密封宽度及接触表面粗糙度与密封性的关系

2.3.1 密封宽度与密封性的关系

分别选用3种不同密封宽度的的密封面进行试验，以此研究密封宽度与密封性的关系，实验结果如图4所示

图4 密封宽度与密封性的关系Fig.4 The relationship between seal width and sealing function

结果表明，增加密封宽度，密封比压力减小，在同样工作环境条件下阀口密封面的密封压力降低，有助于有利于电磁截止阀的开启。随着浇注物料压力逐渐增大所需密封比压力也开始增大，但增大幅度逐渐降低.

2.3.2 密封接触表面粗糙度与密封性的关系

分别选用 3种表面粗糙度不同的钢球进行试验，实验结果如图5所示。

图5 接触表面粗糙度对密封性的影响Fig.5 The relationship between contact face roughness and sealing function

结果表明，不同的密封材料其表面粗糙度对密封性能的影响不同，但相对同一种材料而言，其表面粗糙度越高密封性能越差，表面粗糙度越低密封性能越好。

2.4 截止时密封力最优值的确定

电磁截止阀的密封力最优值是在保证截止阀在一定时间内无泄漏并能够实现可靠密封的最小压力。不同的密封材料，密封力最佳值也不一样。我们利用以上装置对聚四氟乙烯进行试验来确定其封口压力的最优值，浇注原料的工作压力可以通过调节气压泵的压力来实现，在规定时间内，观察封口处物料泄漏情况，不断调节密封压力直至在规定时间内无泄漏。反复试验，统计数据并根据截止阀上的祛码,推杆和球形阀重量得出密封面的接触压力，从而得出密封力的最优值。密封比压力最优值为

式中：G —密封面的接触压力；

b —密封面的径向宽度；

r —密封面的平均半径。

在实际生产中密封比压力取1.2倍的最佳值以保证密封的可靠性，但密封比压力应小于密封材料的许用比压力。

3 结束语

通过对浇注机电磁截止阀的设计与研制，使截止阀的结构得到简化，使截止阀的密封性能与可靠性都得到了很大的提高，基本上解决了截止阀在生产中常见的问题，从而提高了浇注机的整体性能，浇注产品的质量得到改善。为实际生产中电磁阀设计提供了理论依据。

［1］关勇. 新型灌注机电磁强制阀的设计与研制[J]. 机械研究与应用,2004, 17(3): 68-69.

［2］刘后桂. 密封技术[M].长沙：湖南科技出版社，1983.

［3］林峥. 实用密封手册[M]. 上海：上海科学技术出版社，2008.

［4］蒋庆华. 阀孔密封[J].自动化仪表，1993(6)：11-I3.

［5］水压电磁阀阀口密封性能试验研究[J]. 郑州大学学报（工学版）,2003, 24(2):70-72.