隨著氣動技術(shù)的普遍使用，一臺機器上往往需要大量的電磁閥，由于每個閥都需要單獨的連接電纜和管路，因此如何減少連接電纜與管路就成為了一個不容忽視的問題,通常采用的集成氣路板安裝方式已不能滿足要求了。由此，F(xiàn)esto公司率先發(fā)明了新一代的電氣一體化智能控制元件—閥島，它從根本上簡化了氣動系統(tǒng)接口的硬件結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的可靠性，并完善了系統(tǒng)的功能^{[1] [2]}。

雖然**代閥島的問世距今已有二十年的時間，但是國內(nèi)對于閥島的研究卻非常有限，國內(nèi)的氣動廠家?guī)缀踹€沒有推出過成熟的閥島產(chǎn)品，比起國外產(chǎn)品的電氣一體化設(shè)計或是模塊化設(shè)計還有很大的距離。而與此同時，閥島產(chǎn)品也越來越得到廣大用戶的認可，得到越來越大的市場份額，早在91年Festo推出02型閥島時，它的銷量就已達到數(shù)十萬套。而國內(nèi)的市場卻一直依賴于進口的閥島產(chǎn)品，同時由于其高昂的售價，許多中小企業(yè)用戶對閥島都敬而遠之，使閥島的銷售在國內(nèi)氣動市場所占的份額非常的小，與國外閥島銷售占主體的情況截然相反，這樣的局面亟待改變。因此，閥島技術(shù)的研究有著積極的意義和廣闊的市場前景^[3]。

傳統(tǒng)的氣動滑閥所采用的過盈密封結(jié)構(gòu)如圖1所示，其密封圈安裝在閥芯上，隨之帶來的問題是對閥體加工精度的要求較高，尤其是閥體臺階的圓角部分。因為它與密封圈是過盈配合，如果加工達不到要求就會切掉密封圈，大大縮短閥的使用壽命。而在內(nèi)孔壁上加工這樣高要求的圓角是很有難度的，工藝也比較復(fù)雜^[4]。

在研究了幾種國外的緊湊型閥島之后，我發(fā)現(xiàn)了幾種全新的過盈密封結(jié)構(gòu)，它們的密封圈不再安裝于閥芯上，而是通過不同的緊固件安裝在閥體上。采用這樣的結(jié)構(gòu)就可以避免閥體臺階圓角的加工，只需要對閥芯臺階圓角的加工提出要求。而閥芯上圓角的加工要遠遠簡單于閥體上圓角的加工，這樣既可以簡化加工的工藝，又可以大大提高閥的使用壽命，可謂一舉兩得。

*終在綜合考慮了加工和裝配的難易程度以及**保護之后，選擇并簡化設(shè)計出了如圖2所示的閥芯密封結(jié)構(gòu)。它采用前后兩個閥套來固定和保護密封圈，而且閥套和密封圈的安裝與更換也十分方便，因為它們并非是通過過盈配合來固定的，所以與閥體之間幾乎沒有摩擦力，只需要把閥套和密封圈按次序放入或取出閥體即可。

比較Festo-CPV型閥島和Norgren-VM型閥島的閥體結(jié)構(gòu)，如圖4所示。雖然Norgren的閥體結(jié)構(gòu)便于加工，而且更適合于通用型螺線管閥，但它所采用的是彈簧復(fù)位，而Festo-CPV型閥島所采用的是氣復(fù)位。雖然Norgren的使用壽命也在兩千萬次左右，但距離Festo數(shù)千萬次的使用壽命還是有一定的差距，我想其中的原因彈簧的使用壽命必定是一個重要的因素。而且，多一個零件始終會多一個可能損壞的環(huán)節(jié)?？v觀整個閥島的運動部件，就只有閥芯和彈簧，而閥芯與密封圈的過盈量是非常小的，通常在0.1mm以內(nèi)，如果潤滑充分的話，磨損是非常有限的，所以說彈簧就很可能成為整個運動系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，彈簧的使用壽命就間接決定了整個閥島的使用壽命。而且緊湊型閥島由于結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸較小，其復(fù)位彈簧在工作時多處于壓縮的極限狀態(tài)，其疲勞斷裂的可能性也會大大增加，如果再遇上某些供應(yīng)商提供的彈簧質(zhì)量不穩(wěn)定的話，就會對閥島整體的可靠性產(chǎn)生很大的影響^{[5] [6]}。

雖然并非所有機能的閥都需要使用到彈簧復(fù)位或是氣復(fù)位，而且實現(xiàn)氣復(fù)位在閥體結(jié)構(gòu)和氣路布局上也遠比彈簧復(fù)位來的復(fù)雜，但是從整個閥島的使用壽命和可靠性來說，避免使用彈簧而實現(xiàn)氣復(fù)位是至關(guān)重要的，而且閥體的設(shè)計必須從整體上考慮，滿足所有機能的需要，所以說本文所設(shè)計的閥體必須是可以實現(xiàn)氣復(fù)位，并能滿足其他機能需要的通用型閥體。

*終，經(jīng)過一段時間的思考，終于設(shè)計出一種比較理想的閥體結(jié)構(gòu)，如圖5所示，它的主體結(jié)構(gòu)類似于Norgren-VM型閥島的閥體結(jié)構(gòu)，但同時實現(xiàn)了所有機能的氣復(fù)位，在理論上有了很高的使用壽命和可靠性，而且經(jīng)過巧妙的布局，它的結(jié)構(gòu)并沒有因為增加了氣復(fù)位功能而變的比Norgren-VM型閥島的閥體結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，而與Festo-CPV型閥島的閥體結(jié)構(gòu)相比也可以說是不相上下。下面通過兩位五通單電控閥來簡單說明氣復(fù)位的工作原理。

開始工作時，電磁鐵得電，閥芯便會運動到如圖8剖面圖B所示的位置。電磁鐵得電后P1腔通過閥體內(nèi)的流道同時連通P8與P6腔。由于P9腔是永遠連通P1腔的，它的壓力一直與供氣壓力相同，所以P8腔活塞的面積設(shè)計為P9腔活塞面積的2倍，這樣先導(dǎo)級閥芯在向左或是向右運動時所受的力都是一樣的。此時P8與P9腔同時受到壓力，由于面積差的關(guān)系，推動先導(dǎo)級閥芯向右運動，形成一個差動回路。先導(dǎo)級閥芯移動到右邊以后，便斷開了P5腔與P7腔的氣路，使P7腔與P3腔相連通。這樣在P6腔接通壓縮空氣以后主閥芯便向右運動，此時P7腔的受壓縮空氣便通過T2腔排出閥體外。閥芯向右移動以后主氣路便開始工作，此時P與A通，B與T通，這時整個閥芯開啟的過程便已完成。

以上便是兩位五通單電控閥的工作原理，可以用圖9來簡單的表示，由于實現(xiàn)了氣復(fù)位，取消了彈簧，在理論上大大提高了閥的使用壽命和可靠性。