本發明涉及工程用超高壓電磁閥門技術領域，具體涉及爆炸荷載模擬發生器快速泄壓的一種快速打開的大口徑超高壓電磁閥門及方法。

背景技術：

為了研究炸藥爆炸的破壞效應，需要模擬有一定波形要求的爆炸荷載，爆炸荷載的波峰通常在幾ms到幾十ms，為了控制爆炸荷載波峰的長度，爆炸荷載發生器需要在精準的時間點快速開啟泄壓通道，該泄壓通道一般口徑在100mm左右，爆炸荷載波峰壓力可達40MPa，用于打開泄壓通道的閥門需要在幾ms的時間內完全打開，打開的時間精準度也在毫秒級。市場現有成熟電磁閥產品在幾個方面不能滿足以上要求：

1.目前市場的直動電磁球閥雖然開啟時間較短，開啟時間大致在25ms左右，最大口徑為10mm。

2.二級電磁閥（小口徑的直動電磁閥為先導閥）最大口徑為32mm左右，開啟時間在100ms左右。

3.多級電磁閥最大通經可以做到160mm通徑。但是開啟速度較為緩慢，在100mm通徑時，需要2-3秒完全開啟，可見完全不能滿足使用要求。

爆炸荷載發生器要求的電磁閥的要求與一般電磁閥的使用工況還有較大差別，爆炸荷載發生器泄壓用電磁閥使用頻率較低（可能幾天開啟一次），因此可以有較長的準備時間。用于爆炸荷載發生器的電磁閥平時處于常閉狀態，試驗時要求快速準確地開啟，不要求快速準確地關閉，因此在結構上可與常規電磁閥不同。由于爆炸荷載發生器內的超高壓力僅僅保持幾十毫秒的時間，因此泄壓孔即使有微泄漏也不影響該電磁閥的使用功能。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種快速打開的大口徑超高壓電磁閥門及方法。

在爆炸荷載發生器試驗裝置中，需要在5ms左右的時間內打開泄壓通道，泄壓通道的直徑約為100mm，壓力范圍為0-40MPa。在公開的論文及相關資料中未見類似報道，為此設計了一套準確快速開啟的大口徑超高壓電磁閥。

為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

一種快速打開的大口徑超高壓電磁閥門，該電磁閥門由閥體2、閥芯3、閥體外筒壁4、液壓腔頂蓋1組成，閥體外筒壁4頂部設置有連接螺栓5，連接螺栓5一側的閥體外筒壁4頂部設置有氣壓腔接口6，閥體外筒壁4的側壁設置有液壓腔接口7，所述閥體2內設置有高壓氣體腔8、液壓腔9，且閥體2上設置有閥體泄壓孔11，閥芯3上設置有閥芯泄壓孔10，閥體外筒壁4上設置有連接爆炸發生器螺絲孔12，閥體2內設置有連接爆炸發生器的泄壓通道13。

一種快速打開的大口徑超高壓電磁閥門，所述泄壓通道13為100mm直徑的通道。

一種快速打開的大口徑超高壓電磁閥門，所述閥體2和閥芯3環向上的三排方形孔位為泄壓閥口，泄壓閥口的截面尺寸與泄壓通道13的截面尺寸相當。

一種快速打開的大口徑超高壓電磁閥門，所述該電磁閥的閥口為環向三排開口。

一種快速打開的大口徑超高壓電磁閥門工作方法，其特征是：采用高壓氣體作為動力源，對閥芯持續加速，且加速時的推力大，3MPa氣體壓力下閥芯的平均加速度達1777m/s²，能夠滿足爆炸荷載發生器在5ms±1ms內開啟的速度要求；具體實施步驟如下：

將電磁閥下部為100mm直徑的泄壓通道13與爆炸荷載發生器相連接，通過電磁閥門環向的六個內六角螺絲固定連接于爆炸發生器螺絲孔12內；

在閥口打開的狀態時，當閥芯3向上17mm可關閉閥口；即閥芯3在5ms內移動12mm，對應的閥芯3速度為2.4m/s；

為讓閥芯3快速加速到預定速度，高壓氣體腔8內加入3MPa的高壓氣體，閥芯3在1.3ms速度從速度0加速到2.4m/s；

當電磁閥接受信號的是液壓腔管路接口上的電磁球閥，該電磁球閥能夠耐壓35MPa，且內泄漏量為零，一旦接受到信號在20ms±1ms內穩定可靠的開啟；

工作過程如下：實驗前將高壓氣體腔通入一定壓力的高壓空氣，高壓氣體腔關閉；液壓腔內通入液壓油使泄壓閥處于打開狀態，關閉液壓腔液壓接口的電磁閥，泄壓閥處于等待實驗狀態；

實驗時爆炸荷載發生器的控制系統發出打開閥門的電信號指令，液壓腔電磁球閥快速打開，高壓氣體推動閥芯向下運動；閥芯運動，將液壓油通過液壓腔接口排出液壓腔。

采用的電磁閥的閥口為環向三排開口，能夠保證閥芯在12mm小位移的情況下，開啟等同于100mm直徑圓形截面的泄壓通達，減小了閥的移動距離，提高了閥的效率和可靠性。

與現有技術相比，本發明取得的優越性是：

（1）該電磁閥采用高壓氣體作為動力源，可對閥芯持續加速，且加速時的推力大，3MPa氣體壓力下閥芯的平均加速度可達1777m/s²，可滿足爆炸荷載發生器在5ms±1ms內開啟的速度要求。

（2）該電磁閥接受信號的是液壓腔管路接口上的電磁球閥，該電磁球閥可耐壓35MPa，且內泄漏量為零，一旦接受到信號可在20ms±1ms內穩定可靠的開啟。

（3）該電磁閥的閥口采用環向三排開口，保證閥芯在12mm小位移的情況下可開啟等同于100mm直徑圓形截面的泄壓通達，減小了閥的移動距離，提高了閥的效率和可靠性。

（4）該電磁閥的的開啟采用閥芯的直線運動來實現，只需要普通密封形式即可實現，可靠性和性價比都比較高。

附圖說明

圖1為快速打開的大口徑超高壓電磁閥門整體結構示意圖；

圖2為電磁閥的硬件結構組成結構示意圖；

圖3為電磁閥結構的部件位置示意圖；

圖中：液壓腔頂蓋1、閥體2、閥芯3、閥體外筒壁4、連接螺栓5、氣壓腔接口6、液壓腔接口7，高壓氣體腔8、液壓腔9、閥芯泄壓孔10、閥體泄壓孔11，連接爆炸發生器螺絲孔12、泄壓通道13。

具體實施方式

下面結合附圖和實施案例對本發明作進一步的描述，當然下述實施例不應理解為對本發明的限制。

一種快速打開的大口徑超高壓電磁閥門，由閥體、閥芯、閥體外筒壁、液壓腔頂蓋、連接螺栓、導向圈和密封圈組成。泄壓電磁閥的外觀整體圖見圖1，閥的硬件結構組成見附圖2，閥的功能性結構示意圖見附圖3。

圖3中下部為100mm直徑的泄壓通道與爆炸荷載發生器相連接，連接方法為環向的六個內六角螺絲；閥體和閥芯環向上的三排方形孔位為泄壓閥口，閥口的截面尺寸和泄壓通道的截面尺寸相當，圖中狀態為閥口打開的狀態，當圖中藍色閥芯向上17mm可關閉閥口。實際工作中如果要求閥芯在5ms內移動12mm，對應的閥芯速度應該為2.4m/s，為讓閥芯快速加速到預定速度，在圖中的高壓氣體腔內加入3MPa的高壓氣體，閥芯可在1.3ms左右從0加速到2.4m/s。

（1）該電磁閥采用高壓氣體作為動力源，可對閥芯持續加速，且加速時的推力大，3MPa氣體壓力下閥芯的平均加速度可達1777m/s²，可滿足爆炸荷載發生器在5ms±1ms內開啟的速度要求。

（2）該電磁閥接受信號的是液壓腔管路接口上的電磁球閥，該電磁球閥可耐壓35MPa，且內泄漏量為零，一旦接受到信號可在20ms±1ms內穩定可靠的開啟。

（3）該電磁閥的閥口采用環向三排開口，保證閥芯在12mm小位移的情況下可開啟等同于100mm直徑圓形截面的泄壓通達，減小了閥的移動距離，提高了閥的效率和可靠性。

（4）該電磁閥的的開啟采用閥芯的直線運動來實現，只需要普通密封形式即可實現，可靠性和性價比都比較高。

工作過程如下：實驗前將高壓氣體腔通入一定壓力的高壓空氣，高壓氣體腔關閉；液壓腔內通入液壓油使泄壓閥處于打開狀態，關閉液壓腔液壓接口的電磁閥，泄壓閥處于等待實驗狀態；

實驗時爆炸荷載發生器的控制系統發出打開閥門的電信號指令，液壓腔電磁球閥快速打開，高壓氣體推動閥芯向下運動；閥芯運動，將液壓油通過液壓腔接口排出液壓腔。