韓興連　周光明　張?jiān)獭「呙鬏x　謝艷

摘要：電磁四通閥由于在實(shí)際使用中經(jīng)常發(fā)生堵塞故障，運(yùn)行成本較高。文章提出一種電動(dòng)四通閥的設(shè)計(jì)，并闡述了實(shí)現(xiàn)該產(chǎn)品的過(guò)程，較好地解決了使用電磁閥時(shí)出現(xiàn)的故障率高及成本高的弊端。關(guān)鍵詞：電磁四通閥；電動(dòng)閥；自動(dòng)控制

1.研究背景

近年來(lái)，隨著機(jī)電一體化的發(fā)展，電動(dòng)閥門(mén)這一重要的機(jī)械產(chǎn)品迎來(lái)了前所未有的市場(chǎng)。巨大的市場(chǎng)需求對(duì)于電動(dòng)閥門(mén)的要求也越來(lái)越高。

在運(yùn)作效率及節(jié)省能源消耗方面，自動(dòng)控制閥的運(yùn)用是不可缺少的一環(huán)，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)界常用的手動(dòng)閥、氣動(dòng)閥，在安裝成本及效率上均不及電動(dòng)閥。有媒體稱電動(dòng)閥產(chǎn)品將成為閥門(mén)業(yè)界的主流產(chǎn)品。電動(dòng)閘閥隨著市場(chǎng)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，正向著高技術(shù)含量、高參數(shù)、耐強(qiáng)腐蝕、高壽命方向發(fā)展。

當(dāng)前的四通閥產(chǎn)品大多采用的是電磁線圈技術(shù)控制閥門(mén)的開(kāi)關(guān)換向，此類電磁四通閥產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于空調(diào)制冷或制熱領(lǐng)域，具有以下優(yōu)點(diǎn)：外漏杜絕、內(nèi)漏易控、使用安全、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、開(kāi)關(guān)信號(hào)控制、動(dòng)作迅速、功率微小、外形輕巧，但其還存在調(diào)節(jié)精度受限、適用介質(zhì)受限等缺點(diǎn)。電磁閥對(duì)介質(zhì)潔凈度有較高要求，含顆粒狀的介質(zhì)不能適用。電磁閥一般流通系數(shù)很小，而且工作壓力差很小，主要用在小流量和小壓力方面。

文章提出一種電動(dòng)四通閥設(shè)計(jì)方案，通過(guò)反饋信號(hào)對(duì)閥門(mén)進(jìn)行有效的閥位控制，可滿足自動(dòng)化生產(chǎn)的需要；還可實(shí)現(xiàn)減少設(shè)備維護(hù)量、用于管網(wǎng)閥門(mén)微功耗調(diào)節(jié)控制等。

2.技術(shù)特點(diǎn)

該電動(dòng)四通閥設(shè)計(jì)可以選擇手動(dòng)或電動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)其開(kāi)關(guān)的控制；當(dāng)采用電動(dòng)方式控制時(shí)可通過(guò)結(jié)合可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）的DI，DO模塊實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制與狀態(tài)采集。同時(shí)主要是通過(guò)改變電動(dòng)四通閥1，2出口的開(kāi)關(guān)切換實(shí)現(xiàn)外部閥的左缸腔和右缸腔的流量控制，從而實(shí)現(xiàn)控制外部閥的開(kāi)關(guān)量。與外部設(shè)備的連接示意如圖1所示。

設(shè)計(jì)性能參數(shù)：采用全銅陶瓷快開(kāi)閥芯，耐磨性好，對(duì)水質(zhì)雜質(zhì)質(zhì)量要求不高，適用于管網(wǎng)各種水質(zhì)。最高使用溫度90°C，使用壽命50萬(wàn)次，閥體采用鋁合金。工作時(shí)設(shè)備功耗5W，工作電流0.2-0.4A，堵轉(zhuǎn)電流1A。支持4-60℃寬溫操作。自帶閥門(mén)限位開(kāi)關(guān)并可調(diào)整。電源有直流24v供電和交流220v供電小兩種可選；可實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的三線換向控制；同時(shí)可使電機(jī)在堵轉(zhuǎn)時(shí)得到保護(hù)，以避免電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)電流過(guò)大燒壞元器件。開(kāi)到位、關(guān)到位信號(hào)反饋，便于其得到更好的控制。閥門(mén)開(kāi)關(guān)換向控制可通過(guò)手動(dòng)和自動(dòng)兩種操作方式實(shí)現(xiàn)。整個(gè)閥體體積小，便于集中安裝。

3.產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)

該產(chǎn)品的系統(tǒng)架構(gòu)主要有閥體、電路板兩部分組成。閥體主要包括電機(jī)、減速機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、限位開(kāi)關(guān)、手動(dòng)操作插口、4個(gè)閥門(mén)、電插口針等部分，其主要作用是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)四通閥的機(jī)械作用與電動(dòng)四通閥的的手動(dòng)操作工作模式。

電路板主要由三極管、可控硅、二極管、電阻、電容等電子元器件及PCB板組成。根據(jù)閥體內(nèi)部剩余空間及控制線走線方便美觀等因素綜合考慮將電路板安裝于閥體的手動(dòng)操作插口旁的閥體左側(cè)的內(nèi)壁，并合理設(shè)計(jì)電路板的尺寸；同時(shí)為了符合工業(yè)用電的規(guī)定及標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了直流DC24v和交流AC220v兩種供電方式的電路板；電路板的主要作用為：①電動(dòng)四通閥在電動(dòng)工作模式下實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的換向控制即開(kāi)啟、關(guān)閉控制，其實(shí)現(xiàn)方式主要是提供3個(gè)端子即開(kāi)向控制端、關(guān)向控制端、公共端。②在電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)，電路板為其提供保護(hù)的功能，其實(shí)現(xiàn)方式為通過(guò)導(dǎo)通可控硅從而使三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)以達(dá)到切斷供電源為電機(jī)供電。

手動(dòng)工作模式：將手動(dòng)操作插口G按下，使齒輪E，F(xiàn)分離并旋轉(zhuǎn)使c跟隨F動(dòng)作，同時(shí)4個(gè)閥門(mén)Vl，V2，V3，V4隨之動(dòng)作。

電動(dòng)工作模式：當(dāng)將手動(dòng)操作插口G松開(kāi)后，齒輪F使復(fù)位軸套與彈簧H發(fā)揮作用，恢復(fù)原位使E，F(xiàn)接觸，此時(shí)可通過(guò)電動(dòng)方式控制閥門(mén)Vl，V2，V3，V4動(dòng)作。若當(dāng)電機(jī)通電動(dòng)作時(shí)，則F隨E動(dòng)作，Vl，V2，V3，V4隨之F動(dòng)作。同時(shí)由于Vl，V2，V3，V4傳動(dòng)傳遞性決定了V1，V3與V2，V4反向動(dòng)作，即當(dāng)Vl與V3開(kāi)閥，V2與V4關(guān)閥；Vl與V3關(guān)閥，V2與V4開(kāi)閥；從而控制出1：31，2以達(dá)到實(shí)現(xiàn)流體控制的目的。

自動(dòng)工作模式：主要是通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)四通閥的開(kāi)關(guān)控制并采集電動(dòng)四通閥的開(kāi)到位，關(guān)到位反饋信號(hào)；同時(shí)也可結(jié)合反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門(mén)的精確控制。主要實(shí)現(xiàn)方式通過(guò)DI模塊，DO模塊，繼電器并結(jié)合程序?qū)崿F(xiàn)閥門(mén)的開(kāi)關(guān)換向控制。

該產(chǎn)品的“四閥”主要由V1，V2，V3，v4等4個(gè)閥門(mén)互相兩兩嚙合組合而成，主要是通過(guò)閥門(mén)的開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)本產(chǎn)品的出口1，2的通斷；從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的流體控制。其具體工作流程為：①當(dāng)閥門(mén)V1，V3都處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，則V2，V4處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)流體從“進(jìn)”口進(jìn)入后通過(guò)閥門(mén)Vl并經(jīng)過(guò)出口1流入外部設(shè)備的左腔從而改變外部設(shè)備左腔的流量進(jìn)而推動(dòng)外部設(shè)備的活塞后，使得外部設(shè)備的右腔的流量改變同時(shí)腔內(nèi)的流體從出口2并經(jīng)過(guò)閥門(mén)V3最后從“出”口流出，其流體流向如圖2所示的實(shí)線箭頭部分。②當(dāng)閥門(mén)V2，V4都處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，則V1，V3處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)流體從“進(jìn)”口進(jìn)入后通過(guò)閥門(mén)V2并經(jīng)過(guò)出1212流入外部設(shè)備的右腔從而改變外部設(shè)備右腔的流量進(jìn)而推動(dòng)外部設(shè)備的活塞后，使得外部設(shè)備的左腔的流量改變同時(shí)腔內(nèi)的流體從出口1并經(jīng)過(guò)閥門(mén)V4最后從“出”口流出，其流體流向?yàn)閳D2的虛線箭頭部分。通過(guò)以上①②兩個(gè)流程，可實(shí)現(xiàn)閥門(mén)V5的開(kāi)關(guān)控制。