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1、 第3 期 2 0 1 7 年 2 月 无线互联科技 Wi re1 ess I nto rnet TeChno1 0gY No 3 February，201 7 一 种电动四通阀的方案设计及实现 韩兴连， 周光明， 张元禾， 高明辉， 谢 艳 ( 重庆远通电子技术开发有限公司， 重庆4 0 0 0 7 4 ) 摘 要： 电磁四通阀由于在实际使用中经常发生堵塞故障， 运行成本较高。 文章提出一种电动四通阀的设计， 并阐述了实现该产 品的过程， 较好地解决了 使用电磁阀时出现的故障率高及成本高的弊端。 关键词 ： 电磁 四通阀； 电动阀； 自 动控制 1 研究背景 近年来 ， 随着机电一体化的发展
2、 ， 电动阀门这一重要的 机械 产品迎来了前所未有的市场 。 巨大 的市场需求对于电动 阀门的要求也越来越 高。 在运 作效率及节省 能源消耗 方面，自动 控制 阀的运 用 是不 可缺少的一环 ， 传统产业界常用的手动 阀、 气动 阀， 在 安 装成本及 效率上均不及电动 阀。 有媒体称 电动阀产品将 成 为 阀门业界的主流产 品。 电动 闸阀随着 市场科学技 术的 不断发展， 正向着高技术含量、 高参数、 耐强腐蚀、 高寿命 方 向发展 。 当前的四通 阀产 品大 多采 用的是 电磁线 圈技 术控制阀门 的开关换 向， 此类电磁四通 阀产品广泛应用于空调制冷或制 热领域， 具有以下优点： 外
3、漏杜绝、 内漏易控、 使用安全、 系 统简单、 价格低廉、 开关信号控制 、 动作迅速、 功率微小、 外 形轻巧， 但其还存在调节精度受限、 适用介质受限等缺点。 电磁 阀对介质洁净度有 较高要求 ， 含颗粒 状的介质不能适 用。 电磁 阀一般 流通 系数很小， 而且工作压力差很小， 主要 用在小流量和小压力方面。 文 章 提 出一种 电动 四通 阀设计 方 案 ， 通 过 反馈信 号 对 阀门进行有 效的阀位控制 ， 可满 足 自动化 生产 的需要 ； 还 可实现 减 少设备 维 护量 、 用于 管 网阀 门微 功耗 调节 控 制等 。 2 技术特点 该 电动 四通 阀设计可 以选择手动或
4、电动方式实现其开 关的控制； 当采用 电动方式控制时可通过结合可编程逻辑控 制器 ( P r o g r a mma b l e L o g i c C o n t r o l l e r ， P L C ) 的D I ， DO 模块 实现自动控制与状态采集。 同时主要是通过改变 电动 四通 阀 1 ， 2 出口的开关切换实现外部阀的左缸腔和右缸腔的流量控 制， 从而实现控制外部 阀的开关量。 与外部设备的连接示意 如图1 所示。 外部阀 图1与外部设备的连接示意 设计 性能参数 ： 采用全铜陶瓷快开 阀芯 ， 耐磨 性好， 对 水质杂质质量要求不高， 适用于管网各种水质。 最高使用温 度 9
5、 0 ， 使用寿命 5 0 万次 ， 阀体采用铝合金。 工作 时设备功 耗 5 w， 工作 电流0 2 0 4 A， 堵转电流1 A。 支持4 6 0宽温 操作 。 自带 阀门限位开关并可调整。 电源有直流2 4 V 供 电和 交流2 2 0 v 供 电小两种可选： 可实现 阀门的三线换 向控制； 同 时可使 电机在堵转时得到保 护， 以避 免电机堵转时电流过大 作 者简 介： 韩兴连 ( 1 9 7 9 一 ) ， 男， 四川南充 。 烧坏元器件 。 开到位、 关到位信号反馈， 便于其 得到更好 的 控制。 阀门开关换向控制可通过手动和 自动两种操作方式实 现。 整个 阀体体积小， 便于集
6、中安装。 3产品实现 该产品的系统架构主要有阀体、 电路板两部分组成 。 阀 体主要包括电机、 减速机、 传动机构、 限位开关、 手动操作 插 口 4 个 阀门、 电插口针 等部分， 其主要作用是实现 电动 四 一 8 3 弟 朋 2 0 1 7 年2 月 无线互联科技 设计分析 U 0 F ebruary，201 7 通 阀的机械作用与电动 四通 阀的手动操作工作模式。 电路板主要由三极管、 可控硅、 二极管、 电阻、 电容等电 子 元器件及P C B板组成 。 根 据阀体 内部剩余空 间及控制线 走线方便 美观等 因素综合考虑将 电路板安装 于阀体 的手动 操作插口旁的阀体左侧的内壁， 并
7、合理设计电路板的尺寸； 同时为了符合工业用电的规定及标准， 设计了直流DC 2 4 V 和 交流AC 2 2 0 V 两种供 电方式的电路板； 电路板的主要 作 用为： 电动四通阀在电动工作模式下实现阀门的换向控制 即开启、 关 闭控制， 其实现 方式主要是提供3 个端 子即开向 控制端、 关向控制端、 公共端。 在电机堵转 时， 电路板为其 提供保护 的功能 ， 其 实现方 式为通过导通可控硅 从而使 三 极管工作在截 止状态 以达到切断供 电源为 电机供电。 手动工作模式： 将手动操作插13 G按下， 使齿轮E ， F 分 离并旋转 使C 跟随F 动作， 同时4 个阀门V1 ， V2 ，
8、V3 ， V 4 随之 动作。 电动 工作模 式 ： 当将手 动操作 插 口G松开后 ， 齿轮F 使 复位轴套 与弹簧H 发挥作用， 恢复原位使 E ， F 接触 ， 此时可 通过 电动方式控制阀门V1 ， V 2 ， V 3 ， V 4 动作 。 若当电机通 电 动作时， 则F 随E 动作， V1 ， V 2 ， V 3 ， V 4 随之 F 动作 。 同时由于 V1 ， V2 ， V3 ， V 4 传动传 递性决定了V1 ， V3 与V2 ， V 4 反 向动 作， 即当V1 与V 3 开 阀， V2 与V 4 关阀； V1 与V 3 关 阀， V2 与V 4 进 出 开阀； 从而控制出1
9、： 3 1 ， 2 以达到实现流体控制的目的。 自动工作模式 ： 主要是通过P L C 实现对 电动四通阀的开 关控制并采集电动四通阀的开到位， 关到位反馈信号； 同时 也可结合反馈信号实现对 阀门的精确控制。 主要实现方式通 过D I 模块 ， D O模块 ， 继电器并结合程序实现阀门的开关换 向控制。 该产品的 “ 四阀” 主要由V1 ， V 2 ， V 3 ， V 4 等4 个 阀门互相 两两啮合组合而成， 主要是通过阀门的开关实现本产品的出 口1 ， 2 的通断； 从而实现对外部设备的流体控制 。 其 具体工 作流程为： 当阀门V1 ， V 3 都处于开启状态时， 则v 2 ， V 4
10、 处 于关闭状态， 此 时流体从“ 进”口进入后通过 阀门Vl 并经过 出口l 流入外部设备的左腔从而 改变外部设备左腔 的流量进 而推动外部设备的活塞后， 使得 外部设备的右腔的流量改变 同时腔 内的流体从 出口2 并经过阀门V3 最后从 “ 出” 口流 出， 其流体流向如图2 所示的实线箭头部分。 当阀门v 2 ， V 4 都 处于开启状态时， 则V1 ， V 3 处于关闭状态， 此时流体从 “ 进” 口进入后通过阀门V 2 并经过出口2 流入外部设备的右腔从而 改变外部设备右腔 的流量进而推动外部设备 的活塞后， 使得 外部设备的左腔的流量改变同时腔内的流体从出口1 并经过 阀f V 4
11、 最后从 “ 出” 口流 出， 其流体流向为图2 的虚线箭头部 分。 通过以上两个流程， 可实现阀门V 5 的开关控制。 图2控制流程示意 参考文献 1 阀协电动阀成为阀类市场主流产品 N 中国工业报， 2 0 0 4 0 7 1 5 ( 0 4 ) 2 罗刚 电动阀门的使用和维护 C 重庆： 重庆市电机工程学会学术会议 ， 2 0 1 0 De s i g n a n d i mp l e me n t a t i o n o f a k i n d o f e l e c t r i c f o u r - wa y v a l v e Ha n Xi n g l i a n， Z h o
12、 u Gu a n g m i n g ， Z h a n g Y u a n h e ， Ga o M i n g h ui ， Xi e Ya n ( C h o n g q i n g Y u a mo n g E l e c t r o n i c T e c h n o l o g y De v e l o p me n t Co ， L t d ， C h o n g q i n g 4 0 0 0 7 4 ， C h i n a ) Abs t r a ct ： Du e t o t h e b l o c k a g e f a u l t o fte n o c c u r
13、r e d t o t h e e l e c t r o ma g n e t i c f o u r - wa y v a l v e i n t h e a c t u a l u s e ， wh i c h c a u s e d h i g h e r o p e r a t i o n c o s t s Th i s p a p e r p r e s e n t s t h e d e s i g n o f a k i n d o f t h e e l e c t r i c f o u r - wa y v a l v e ， a n d e x p o u n d s
14、 t h e i mp l e m e n t a t i o n p r o c e s s o f t h i s p r o d u c t ， wh i c h b e t t e r s l o v e s t h e p r o b l e ms o f h i g h f a i l u r e r a t e a n d h i g h c o s t wh e n t h e e l e c t r o ma g n e t i c v a l v e i s u s e d Ke y wor ds ： e l e c t r o ma g n e t i c f o u r wa y v a l v e ； e l e c t r i c v a l v e ； a u t o ma t i c c o n t r o l 一 84
