气动马达换向阀结构设计
气动马达是把压缩气体的压力能转换成回转机械能输出的动力装置。气动马达以压缩气体为工作介质,工作过程安全无污染,可带载启动并可长时间的满载工作,具有防火防爆防尘等优点,在工业生产中得到了广泛应用。
根据气动马达的工作特性,首先对现有马达的基本结构和工作过程进行研究分析,研究马达工作原理以及压缩气体压力能的释放特点,根据缸内气体在马达内的膨胀特性,探索提高气动马达工作效率的基本途径;其次研究分析气动马达热力学和动力学过程,分别建立相应的数学模型,并用MATLAB对该数学模型进行求解仿真计算,得出马达气缸内气体的状态变化规律;分析马达转速、配气相位、进气压力以及气缸容积等基本参数对气动马达性能的影响规律,优化马达的配气系统和配气结构参数;最后根据上述分析结果,提出新型马达配气控制的集成阀,并对新型配气阀的配气原理、配气阀结构、制动控制系统和润滑结构进行详细设计,从而满足气动马达高效率、大扭矩和速度稳定性好的工作要求。通过对马达工作过程的研究分析,得出缸内压缩气体的瞬时状态变化规律和输出的动力特性规律,为后续研发改进各种类型的活塞式气动马达提供重要参考依据。新型集成式配气系统能够改善马达的配气过程,提高气体的利用率,优化气动马达的控制结构,具有重要的工程应用价值。
气动马达换向阀主要由手柄、滑套、连接杆、扭簧、铜套、阀芯和端盖组成，通过旋转阀芯切换主气流在阀体内气道的流动次序，实现马达正反转控制。如图1所示，马达未转动即操作手柄在中间位置时，滑套上的销钉嵌在端盖的沟槽内，锁定手柄位置停止转动。
握住手柄并向上提滑套使销钉脱离端盖沟槽，通时向左或向右转动手柄带动换向阀芯转动，钢球向上移动并触动启动阀开启，主气源经由供气阀至换向阀上侧空腔内，手柄的转动范围是90°。当马达停止工作时，松开手柄和滑套，滑套上的销钉在扭簧的作用下，自动复位至端盖沟槽内。
当马达满载下降的时候，换向阀还可起到排气节流的作用。由图2可以看出，
马达在余气压缩和二次排气阶段，缸内剩余气体压力作用在活塞上，与活塞运动方向相反做负功。
图 5-7 中的阀芯设有两个排气口（A1和A2），气动绞车的使用过程中，在提重物
上升时，气动马达输出扭矩与负载扭矩方向相反，要降低残余气体压力，增大阀芯排气口截面积（A1≈1116mm2），使缸内压缩气体的压力能充分地转化为曲轴的机械能输出，提高气动马达工作效率；当马达反转提重物下降时，马达输出扭矩与负载扭矩方向相同，在供气量不变的条件下增大气体残余压力，通过残余气体的反向扭矩来降低重物的下降速度，这时需减小排气口的截面积（A2≈229mm2），如图5-8所示。
换向阀的另外一个重要作用是取得一支经过换向阀后的主气源和一支二次排气排出的气体，并经过或门梭阀选择一高压气体控制气动马达的气缸刹车制动。如图5-8、5-9（a）所示，当换向阀芯在中位时，阀芯上侧空腔无压缩气体，两个取气口（A、B）均与阀芯的排气孔相连，由气口（A、B）取得的气体压力均等于大气压力，刹车气缸抱死，马达不旋转。如图5-9（b）所示，转动操作手柄，换向阀芯逆时针转动，启动阀和供气阀均开启，阀芯上侧空腔的主气源经过阀芯与铜套的气道由B 取气口流出至梭阀，二次排气的气流由A 取气口流出至梭阀，两者之间的高压气体经由梭阀使刹车气缸松开，马达开始旋转。
