1概述

随着自控阀门的广泛应用，液动、气动阀门的使用也更加常见，特殊工况用该类阀门也得到广泛的应用，如高压气源气动阀门，而作为其控制元件的电磁阀，特殊性就更加突出。本文介绍阀门控制用二位四通高压电磁阀设计的难点与方案。

2技术指标

公称尺寸8mm

公称压力15MPa

使用介质 氮气、压缩空气

电源电压DC 24V

工作要求 阀门整体密封性能好，切换灵活

3工作原理

二位四通电磁阀主要由阀体、钢套、密封圈、活塞、先导阀和电磁线圈组成( 图1)。电磁阀在不通电状态时，先导阀关闭，活塞在弹簧作用下，处于常规位置，压缩气体由口进入阀腔，通过A口进入阀门执行气缸内一侧，气缸内另一侧气体则由口进入阀腔，通过Ｒ口排空。当电磁阀通电时，先导阀打开，压缩气体进入先导阀阀腔，推动活塞移位，电磁阀因此换向，气源气体由口经口进入气缸，气缸气体则由A口经Ｒ口排空。1.阀体2.钢套3.密封圈4.活塞5.先导阀6.电磁线圈

图1 二位四通电磁阀

4分析

4.1主阀密封

液压控制用二位四通电磁阀使用压力完全能达到设计要求，采用非零泄漏金属密封结构。由于工作介质为液压油，在液压站的驱动下，压力可持续，但电磁阀存在一定的泄漏但不影响使用。常规气动控制用二位四通电磁阀，采用O形圈密封，实现了完全密封。由于活塞在沟槽两侧反复运行( 图2) ，常规气源压力时不影响使用，但在高压介质挤压下，密封圈容易刮伤并损坏，致主阀泄漏或切换失灵，阀门失效。

图2活塞运行状态

4.2先导阀密封

和主阀密封一样，液压用电磁阀先导部分是允许适当泄漏的，气压用电磁阀先导部分同样是采用非金属密封结构( 图3) ，不能承受15MPa的压力，从而导致先导介质外漏或主阀切换失灵，阀门失效。

图3先导阀非金属密封结构

4.3电磁线圈

液压用电磁阀通常允许存在一定的泄漏。气压用电磁阀因为压力不高，通常都采用结构简单的常闭型电磁线圈( 图4)。断电时，靠弹簧力关闭先导阀，主阀回位。通电时，电磁力克服弹簧力打开先导阀，驱动主阀活塞克服弹簧力，阀门换向。但在高压介质条件下，关闭先导阀，弹簧需要更大的力克服介质压力和密封比压力，从而致电磁线圈需要2倍以上的弹簧力，选用电磁线圈的体积会明显增大。

图4常闭型电磁线圈

5设计

5.1活塞和钢套

为尽最大可能减小高压介质对密封圈的影响，选用聚四氟乙烯组合密封圈，并将密封圈安装在活塞上的结构改为密封圈安装在钢套上，从而更好地保护密封圈，且保证密封性能。

5.2先导阀座与阀瓣

先导阀进口密封改为针型金属密封结构。密封面堆焊硬质合金( 图5) ，更好地保证密封并延长密封面寿命。先导阀出口密封改为浮动非金属密封结构，延长密封面寿命。金属与非金属结合的密封结构，降低了加工的难度。

图5先导阀金属密封结构

5.3电磁线圈

先导阀进口密封由靠弹簧力换为电磁力，出口靠介质压力密封，仅需弹簧辅助回位，弹簧力较小。选用中孚XQ － 30型常开型电磁线圈( 图6) ，电磁力只需要克服介质压力和密封比压力，因此电磁线圈的体积将大大减小，造价也大幅度降低。

图6常开型电磁线圈

5.4检验

为检验阀门的密封性与切换的灵活性，特别是密封圈能否承受高压介质，进行反复试验验证，为保证气源压力波动下阀门仍能正常工作，选取低压及中间压力进行反复测试。

6结语

二位四通高压电磁阀的测试结果表明，阀门结构设计合理，密封性稳定，切换动作灵活，满足工况要求，为不同压力、不同介质、不同通径的型号提供了设计依据。