燃油加油枪主、副阀系统的分析与设计

摘 要：介绍了燃油加油枪主、副阀系统的分析与设计，包括主要机械系统结构、工作原理、理论计算、试验等内容，实践证明具有开启、关闭轻松，稳定性好，无水锤现象等特点。

关键词：燃油加油枪；主、副阀；单簧预紧密封

前言

目前，国内的燃油加油枪的开启、关闭系统通常采用两种形式：其一，单阀门闭合、开启，单弹簧预紧密封；其二，主副阀门开启、闭合，双弹簧预紧密封。第一种适用于小口径燃油加油枪，对于较大口径的燃油加油枪不合适，当工作压力较大时，会出现开启困难或无法开启；第二种适合较大口径的燃油加油枪，但工作可靠性差，且开启、关闭系统结构过于分散。

1 燃油加油枪主要机械系统设计

根据技术参数要求，采用由主、副阀和一个预紧弹簧所组成的控制阀系统，主、副阀受压沿中心座轴向作定向的工作运动，完成开启或闭合，整个机构高压工作稳定性好，从副阀泄压到主阀开启轻松完成，解决了水锤现象，提高了稳定性、可靠性。整体结构如图1所示。

1.1 主要部件结构

燃油加油枪主要由枪管部分、枪体、手柄开启（关闭）系统、阀门密封系统及进口法兰系统五个部分组成，主要介绍该燃油加油枪的核心部件，即主、副阀设计及手柄开启（关闭）系统。

1.2 主阀部分

主阀由封口垫压紧螺母16、封口密封垫17、作用筒18组成，封口密封垫平方作用同的上端平面上，封口垫压紧螺母与作用筒上端螺纹部分联结，并对封口密封垫实施限位、压紧。结构见图2 。封口垫压紧螺母为一中空碟型结构，其上部锥面分布有三个与作用筒轴心通孔连通的用于副阀泄压的孔，封口垫压紧螺母轴向上端轴心小孔为顶杆下端穿入孔，封口垫压紧螺母轴向下端是一与作用筒上端圆台端头配合的内螺纹。封口垫是一个环状平垫，外圆上端带锥度。作用筒为一轴向结构体，下端为筒体，上端为一外螺纹结构，作用筒轴心通孔，与下端筒体端面间有一过渡锥面。

1.3 副阀部分

副阀由阀杆20、密封圈21、预紧弹簧22、限位销23、中心筒24及中心座25等组成，副阀部件见图3。

阀杆上端为用于泄压通道的三棱柱结构；中部为轴颈、轴肩结构，是装配密封圈的位置；下部为一小径圆柱结构，小径端部附近有一径向贯穿孔，用于装配限位销22，阀杆密封圈整体结构见图4。中心座上端是一筒体，与主阀装配时插入主阀作用筒内，中心座与作用筒间隙配合，对主、副阀的轴向运动起导向作用；中心座下部为一个四脚支撑结构，整枪装配时支撑于枪体配合的法兰端面；中心座底部有用作泄压通道的4个贯穿孔；底部中心是一内螺纹盲孔，用于副阀装配时与中心筒23联结。中心筒上端有一个过中心轴线的一字槽28，贯穿中心筒上端的小内孔26、大内孔27，阀杆及装入其小径端部的限位销通过中心筒的一字槽、中心筒上端小孔被装入中心筒，中心筒见图5。

1.4 手柄开启系统结构简介及工作原理

手柄开启系统主要由手柄10、顶杆9、填料座6、填料压盖7及O型密封圈8等组成，顶杆下端穿过封口垫压紧螺母上的小孔与阀杆上端相顶，顶杆上端与开关柄相连接，手柄与阀门之间的同步运动，通过顶杆9传递，顶杆9的小径部分穿过主阀12，并与阀杆20端面接触；顶杆9的大径被限制于主阀12的封口垫压紧螺母17之外，非工作状态时，与主阀12保持一定距离。与填料压盖进行螺纹连接的是填料座，它们中间均有一贯穿孔，顶料杆从中穿过，填料座的上端有鱼眼沉孔，对顶杆进行密封的2个O型密封圈置于该处。

工作时，轻轻向外抠压开关柄，开关柄压缩顶杆并带动阀杆（含密封圈）向下运动，液体开始以较小的流量穿过主阀进入枪体，从而轻松泄压，当顶杆大径接触主阀并继续向下运动时，主阀带动封口垫轻松开启，液体开始较大流量通过枪体，当开关柄末端挂入枪体第三档位时，液体通过的流量为最大；工作结束时，再次抠压开关柄，然后慢慢放松，受中心座内的预紧弹簧弹力作用，副阀开始推动顶杆和主阀向上运动，当顶杆大径离开主阀表面时，主阀带动封口垫开始对枪体进行密封，等到开关柄完全放松时，副阀完成对主阀的密封，此时各阀门关闭，液体不再通过枪体。

1.5 燃油加油枪各部位通径横截面积

1.5.1 泄压通道各部位横截面积计算

泄压通道有三处，一处在中心座底部，有4孔直径为？4，四孔横截面积为S8=4？仔R2=4？仔×22=67.4（mm2）；第二处在阀杆大径三棱结构，S11=3×（？仔R2×109°/360°-1/2×9.75×3.5）=51.5（mm2）；第三处位于封口垫压紧螺母的锥面上，有三孔，直径为 5，其整体通道的横截面积S12=3？仔R2=3？仔×2.52=58.87（mm2），进、出口横截面积均大于阀杆泄压的横截面积，可以满足泄压需要。

1.5.2 法兰快速接头通径？46（S=529？仔）

1.5.3 法兰联接部位液体通过有效截面积：

Sa=S1-S2

S1=？仔R2=？仔×232=529（mm2）枪体进口通径截面积

S2=4G（7×8）=224（mm2）中心座支腿局部截面积

Sa=529（mm2）-224（mm2）=1437.06（mm2）

1.5.4 法兰联接部位（靠枪体大径入口）液体通过有效截面面积：

Sb=S3-S4-S5

S3=？仔R2=？仔×262=676（mm2）枪体大径截面积

S4=？仔R2=？仔×102=100（mm2）中心座锥形底部局部截面积

S5=4×（7×12.5）=350（mm2）中心座支腿局部截面积

Sb=S3-S4-S5=676 -100 -350=1458.64（mm2）

1.5.5 液体通过枪体大径与作用筒之间有效截面面积

Sc=S6-S7+S8

S6=？仔R2=？仔×33.32=1108.89 （mm2）枪体内径（大）截面积

S7=？仔R2=？仔×252=625 （mm2）作用筒截面积

S8=4？仔R2=4？仔×22=16 （mm2）泄压孔截面积

Sc=S6-S7+S8=1108.89？仔-625？仔+16？仔=1538.2546（mm2）。

1.5.6 通过计算，在开关柄处于最高档位时，液体通过枪体内径时的截面积正好处于最大状态，此时的截面积如下：

Smax=S9-S10=？仔R2-？仔r2=？仔×222-？仔×3.752=1475.6（mm2）

从上述数据来看，Sa、Sb、Sc及Smax四处液体通道截面积基本一致。

1.5.7 颈部最小通径：此处局部方向的最大径向尺寸为43，因该部位形状不规则，采用Pro/E进行剖切，然后对剖切后的通径实施面积计算，得出的最小截面积S=1209.99（mm2）。

1.5.8 燃油加油枪枪管进口部位通径与滤网座通径相同，其通径为&48，其横截面积Sd=？仔R2=？仔×242=3.14×242=1808.64（mm2），大于颈部通径，有利于减小液体出枪的压力。

2 试验

密封试验：按0.3MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.9MPa分别保持压力3min，检查阀门与枪体、阀杆与作用筒、枪体与法兰接头之间的密封处是否渗漏，密封试验均未见渗漏。流量试验：分别测出压力在0.3MPa、0.4Mpa、0.5Mpa、0.6Mpa时燃油加油枪在1、2、3档位的流量。在0.6Mpa压力燃油加油枪处于3档时，测定的流量为681L/min，符合要求的

3 结束语

3.1 活门式主、副阀加油系统解决了大口径燃油加油枪高压环境下的泄压、开启问题。

3.2 泄压通道巧妙，单弹簧预紧使主、副阀结构紧凑有效、独特。

参考文献

[1]机械设计手册编委会编著.机械设计手册（第三版）[M].北京：机械工业出版社，2004.

[2]哈尔滨工业大学理论力学教研室编.理论力学（第四版）[M].北京：高等教育出版社，1981.

[3]唐念钊，古莹庵，莫雨松.互换性与技术测量（第三版）[M].北京：中国计量出版社，1991.