由Gary Baumgardner，Parker Hannifin公司北美气动部门总工程师。
组件在宽温度范围内运行火车，建筑车辆，农业设备和工具以及半卡车。
气动阀在各种应用中控制执行机构的操作，包括气缸、离合器、旋转执行机构和气囊。然而，从制造商和原始设备制造商的角度来看，将阀门用于低温环境（如运输应用中的应用）可能会带来特殊的挑战。为了了解原因，我们将研究阀门制造商在设计标准阀门时的思维过程。这将有助于进一步了解阀门设计在标准产品“不够好”的应用场合
标准气动方向控制阀
基本阀通常由金属或塑料阀体制成，阀体内装有滑动滑阀或阀盘。由电磁阀、空气先导或手动操作器驱动，滑阀移动以提供从一个或多个通信端口到其他端口的气流。标准阀门具有一般设计特点，以满足工厂自动化和重工业应用中普遍存在的标准性能要求的显著变化。
压力保护阀安装在半挂车等车辆上，以确保从主油箱供应的空气制动器始终有足够的压力正常工作。
在很大程度上，气动阀门制造商制造的阀门具有满足或超过客户对性能和质量期望的共同特性。在性能方面，制造商考虑阀门包装尺寸的尺寸和流量期望。它们还考虑了响应时间、循环寿命和泄漏。响应时间实际上是阀门移动位置所需的时间。响应时间通常在5到40毫秒之间变化。循环寿命等于阀门在其使用寿命内可运行的循环次数，循环次数通常在2000万到4000万之间。这假设使用适当的过滤，例如5至40µm，以便阀门和致动器接收干净的空气。以前，设计师基本上依赖制造商的线轴技术作为确定性能和循环寿命的一般规则。今天，来自主要供应商的阀门在非润滑系统中运行数千万次；但是，大多数应用程序通常不需要2000万个周期的周期寿命。事实上，从原始设备制造商的角度来看，阀门的使用寿命通常超过制造商的保修期。
对于标准阀，基本温度规格通常被认为是-14°至122°F的范围，压力范围从真空到145 psi。阀门制造商从包含密封件，线轴，润滑，电磁部件和基于这些温度范围的连接的内部设计的组合中选择。一旦基础设计和测试，制造商精细调整设计特性以限制阀门的整体泄漏系数。除非阀门专门设计为泡泡密封 - 也就是说，没有可测量的加压空气泄漏 - 阀门通常会展示一定量的泄漏。
阀门有不同的阀芯设计，包括使用O形密封圈密封的阀芯、使用橡胶密封件模压的阀芯、使用模压或卷曲密封件的提升阀，以及金属对金属阀芯和套管结构。密封面和一般结构通常可以改变，以改善泄漏系数。标准阀门泄漏可能因制造商而异，但通常低于10 cc/min。在工厂组装期间，在环境温度下对阀门进行泄漏测试。一些标准阀门可用于“关键”应用，如半挂车的悬架控制。这些阀门还可以配备一个独特的电磁阀，用于在本质“安全”应用中运行。
运输应用阀门
“极端”运输应用中使用的气动值的设计需要制造商和设计工程师的不同思维方式。这些阀门可能以不同的方式设计，或者它们可能需要不同的卷轴设计，低温密封材料或不同类型的润滑。这些阀门的两个主要考虑因素是压力和温度。
温度在铁路车上的应用中很重要，因为它们会遇到低至-40°F的环境温度。标准阀含有润滑剂，随着温度降低而变得较低的粘度。因此，它们可以变得缓慢或无法正确换档位置。因此，这些阀门需要使用特殊的润滑剂。
用于货物的阀门正在进行耐用性测试，以确保它可以承受极端条件。
另外，在较低的温度下，密封材料变得越来越坚硬且脆弱。影响密封表面和O形环上表面光洁度的正常制造缺陷具有更大的效果，并可能导致阀门泄漏或过早磨损。通过在典型压力和温度下操作的标准阀，硬度因子保持相当恒定。在较低的温度下，密封材料变得更加困难，更难 - 这意味着阀门最终可能会泄漏。不同的密封具有它们自己的膨胀和物理性质系数，可以让密封件操作或使其保持静态并保持可接受的密封水平。许多阀门使用特殊化合物，例如，其中，低温腈或乙烯丙烯橡胶。
为了理解压力为什么是重要的，考虑一个顾客在45°F测试阀门并注意到在这个温度下会发生适当变化的情况。对于客户来说，了解阀门在该温度下的泄漏情况以及阀门移动时的进口压力非常重要。阀门的最小工作压力通常约为40 psi，以确保在极端环境下正常工作。大多数车辆将有足够的压缩空气储备，以克服这种情况下的任何泄漏和摩擦。但车辆可能需要较高的进口压力，在某些情况下为80或90 psi，因此通过阀门的泄漏不会影响阀门的可靠性。
极端应用中的另一个因素是阀门在不同时间用于多种功能的情况，这可能使泄漏成为主要考虑因素。例如，带有大型旋转刷的街道清扫车在车辆行驶时旋转，必须根据地形上下调整旋转刷。当车辆正在清扫时，阀会持续工作。但是，当操作员将清扫车停放数天时，供气罐保持加压，控制阀长时间保持静止。重要的是阀门不泄漏，因为任何泄漏都可能导致系统排水。通常，启动时需要压力才能立即运行。
其他例子包括重型公共交通巴士，它有跪模块，其中包括气动提升阀充气和排气安全气囊连接到车轴。这会导致公交车“下跪”或降低，以便乘客更容易上下车。这些气动元件在温度季节性变化期间在北部和南部地区遇到剧烈的温度波动。气动系统必须可靠，响应时间可重复，泄漏量尽可能小，以便在车辆首次启动时，驾驶员不必等待几分钟系统达到工作压力。
一些质量运输总线具有跪区模块，包括气动提升阀，以使连接到车轴的排气袋，这使得总线“跪”或更低，因此乘客可以更容易地进关闭。
极限阀的设计
阀门制造商可以采用两种基本方法来设计可以承受极端温度和压力的阀门。当成本是一个重大考虑时，公司必须进一步开发它已经创建的东西，甚至可以修改标准阀以承受苛刻的环境。极端应用程序通常不会携带与更常见应用相关的生产卷。因此，工程师可能需要一个阀门，该阀门将在农用工具或林业设备上的一次性原型上运行。
更好的方法通常可以从零开始。这样就不需要在成本、设计或其他方面做出妥协。当然，这种方法可能需要使用特殊的工具和零件。
“极端”阀门的两个主要设计考虑因素，如这种压力和温度。
在标准阀和定制阀或极限阀之间画一条线取决于客户的规格。如果工程师需要在-60°F下工作的阀门，可以使用标准阀门，并简单地对其进行修改，以便在该温度下使用。但如果他/她有空间限制，不允许使用标准阀体呢？每一个性能标准都将引导制造商走上一条更窄的道路，选择它可以适应的有用技术，或者项目是否必须从一张干净的纸上开始。
为低温指定气动阀也不是一个简单或明显的过程。俄罗斯铁路公司使用的指导方针定义了世界各地的气候区域，并给出了一个统计方法来衡量一个地区在这么多年内的寒冷程度。例如，指南可能指出，在遥远的北方气候条件下，每15年中有一天的温度可以达到-70°F。然后，铁路车辆原始设备制造商可能会根据这些信息进行风险分析，以确定设计规范，回答诸如“阀门是否必须在该温度下成功工作？”之类的问题，或者，提出的问题可能是，“阀门是否必须承受该温度，因为当其升温时，然后阀门会再次工作吗？“
总体而言，很少有OEM-偶数铁路公司 - 可以正确指定气动阀如何在低温下工作。相反，设计师通常依赖于阀门制造商了解哪些阀门在-40°F或下方的设置。此外，当阀门泄漏在-40°时，它是否真的是空气压力的临界损失？或者，主要涉及阀门是否继续转移？因此，一般而言，火车制造商可能会指定极端气动装置，以确保在所有条件下可接受的性能水平。此外，OEM不应通过简单地使用常规操作参数的目录规范来跳转结论，并假设在极端环境中保持相同的规范，例如在-40°F中发现的那些结论是一个常见的错误。
帕克汉尼芬公司。
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