漆弹游戏

去年，来自Smart Parts公司和Humphrey Products公司的工程师们就像橄榄球队员那样，挤在Loyalhanna，PA的一间会议室内，草拟出一份游戏计划，他们打算在一项非同寻常的运动中取得好成绩，那就是漆弹游戏设计大赛。
　　当会议结束的时候，工程师们准备开发新型螺线管阀门，他们感到，这将为那种将含有颜料的小球射到对手身上的漆弹枪设置全新的标准。
　　但这并不是否定常规阀门。新型阀门必须向下兼容，以能够和现有阀门的引脚相匹配。它应当易于维修保养。此外，它还应当具有比现有阀门更优秀的性能。要多优秀？很多。例如，对于阀门的一个关键参数工作压力而言，工程师的目标在于提升125%。

　　他们成功的达到了目标。新型阀门是Smart Parts公司、气动技术供应商Humphrey公司以及Humphrey的日本伙伴Koganei三方通力合作的结果，它的性能令市场大感惊奇。作为一个电压为7V的设备，它比竞争者的样品具有更高的额定压力（225 psig vs 100 psig），更快的发射频率（预计每秒28球 vs 对24球），以及比先前阀门更短的循环（即一开一关）时间。Humphrey的工程师说， 测试表明，尽管额定压力为225 psig，但在300 psig的条件下这种阀门仍能良好密封。相对Smart Parts之前采用的阀门，这种新阀门的零件数量更少，重量更轻。虽然Smart Parts不会透露阀门的实际重量，但该公司说，它要比之前的阀门轻1.1 gm。
　　Smart Parts公司会在11月发布的Nerve漆弹枪上采用这种新型阀门。
　　螺线管阀门在漆弹枪中扮演着非常重要的角色。它使进气流过节流孔，带动气压缸轴伸缩，点火气缸的伸张和收缩，使漆弹枪循环射击。这种阀门也允许前一个点火循环的压力气体从气缸的另一侧排出。

　　时停时进
　　这项为期十二个月的设计项目——据Humphrey公司说，比通常的类似的工程短了六个月——充满了常见的时停时进，但是多次的反复实验也带来了一些有趣的创新。
　　举例来说，当Humphrey的团队交付了第一份样品时，Smart Parts公司报告阀门不能正常点火。Humphrey的团队感到非常困惑，他们询问Smart Parts公司的项目工程师Ed Telford和他的团队，详细讨论了控制电路的细节。Humphrey公司的商业研发主管Rich McDonnell说，“当时我们研究了电路，重新划分了波形，以延长工作时间，即线圈达到能够推动活塞运动所需的时间。”
　　通过这种努力，加上对线圈绕组的改动，以及Humphrey 公司采用其他的方法优化弹簧、电枢以及导向柱塞，减少了整个循环的时间。最终，Humphrey公司预计，它的设计能够将整个循环时间从39 msec降低到36 msec。
　　在其他由合作努力而带来的设计决定中，Humphrey研发团队将密封圈从柱塞移至阀体，避免了渗漏和密封圈失效。在阀门设计工程中，Humphrey的工程师发现，当密封圈安装于柱塞上时，由阀门移动带来的高压会导致密封圈脱落。McDonnell说，“我们考虑了包括黏合在内的若干种替代方法，但是我们发现最佳的解决方法是将密封圈固定在阀体上，并让柱塞靠在密封圈上。”

　　装配是关键
　　进一步讲，他们采用了可以防止误操作的密封圈，用来防止用户拆开漆弹枪之后再重新组装，同时这样做也确保保修有效。
　　除了这些创新，Smart Parts公司要求Humphrey公司更改一个旧有设计中较为昂贵部分，这个部分为安装、维护和修理工作增加了不少难度，那就是阀门与印刷线路板之间的焊接连接。Smart Parts希望采用能够与他们指定的插入连接器相匹配的连接器代替这种连接方式，这样就不需要焊接操作了。Humphrey的工程师们满足了他们的要求，但接着，他们和Smart Parts的研发团队还得一起研究另一个问题——他们担心用户可能不小心将连接器拔出阀门组件。解决方法是在于，Humphrey将连接器整合于螺线  >>管机架中。该公司也开发出一种导向机架和阀体盖，用铝材料经加工而成，而非传统的注模塑料。这一点，据Telford说，被市场认为是一个很好的选择。

　　向下兼容
　　引脚是另一个设计要点。Smart Parts希望阀门节流孔的引脚能够与早先的阀门相匹配。为了达到这一点，Humphrey的工程师倒转了阀体上的所有的端口的位置，使用AutoCAD软件匹配分界面。Telford说，从这个项目中得到的最有收获的一课是，“应当寻找一个能够完全满足你的需要的供应商，而不是那种改变你想法的供应商。”

　　快速射击的诀窍
　　下侧的示意图表示了Smart Parts的漆弹枪阀门的基本操作原理，上部的图表示的是气缸收缩的状态，而下部的图表示的是气缸扩张的状态。在这种配置当中，SW1和SW2代表两个近程传感器，用于感知气缸的位置，而A和B代表气缸的两个口，EA和EB代表出气口，整个运动过程的示意图如右侧所示。
　　底部的表格表示了实际上针对不同的流动系数和两种不同型号，阀门的反应时间。（请注意反应时间是不对称的，这是由于磁流量衰减造成的滞后引起的。）为了加快新型漆弹枪的射击速度，设计工程师们寻求加快阀门的反应时间，即提高压力和流动速率，提高电压，优化线圈的设计。尽管工程师们不会透露他们到底是如何优化线圈的，其实一般来讲，常用的方法包括减小空气缝隙的距离（磁场的强度是缝隙距离平方的倒数），以及使用低自感系数/高功率的线圈，这样与传统的线圈相比，就可以更快地生成磁场。
　　结果呢？Smart Parts的漆弹枪阀门的反应时间只有区区的6～7msec，与普通阀门的10～11msec相比，这样就可以发射出更多的漆弹了！

　　联系 National Editor Paul E. Teague，
　　pteague@reedbusiness.com。


在开发漆弹枪的过程中，Smart Parts 公司以及 Humphrey公司所要面对的一些阀门设计挑战：
    ● 密封兼容性
    ● 高压操作
    ● 引脚
    ● 向下兼容性
    ● 快速响应时间
    ● 阀门封装
    ● 电子连接器的安装整合

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