CN101651005B - 电磁铁及使用该电磁铁的开关阀 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电磁铁及使用该电磁铁的开关阀，其中电磁铁由导磁轭铁片与带引出线孔导磁轭铁片沿电磁铁壳体底部圆周叠装形成，导磁轭铁片为5°～10°的楔形片，带引出线孔导磁轭铁片为15°～25°的楔形片，由于采用楔形式，减小了涡流损耗，提高了电磁铁的响应速度，减小了发热量；开关发包括电磁铁、衔铁、先导级控制锥阀和液压主阀，其中电磁铁为两个，对称分布在先导阀芯两端，电磁铁的衔铁与先导阀芯相连，带动先导阀芯运动控制先导级油路的开关，从而控制主阀的开关；主阀芯安装在主阀套内，主阀芯在蝶形弹簧和先导阀芯打开时的液压力相互作用下实现主阀芯的快速开关，从而控制通过阀的流量。
Description
技术领域
本发明涉及机电液一体化领域，特别是涉及电磁铁及使用该电磁铁的开关阀。
背景技术
传统电磁铁由线圈、磁轭、衔铁组成，若线圈为浇注形式，还要有绝缘脂等填充，目前电磁铁的结构设计具有涡流损耗大、响应速度慢、发热量高的缺点。
常规数字阀以提高响应频率来实现微量控制，尽管减小阀芯质量和液动力可以提高响应频率，但是开关阀响应频率的提高主要依靠增加驱动器作用力及缩小响应时间。高速开关阀的驱动器主要是强力电磁铁，一般响应时间为几个毫秒；高电磁力需要较多的安匝数，导致电磁阀发热，而且结构复杂、体积较大。由于受安装空间、电磁力、运动惯性等因素影响，进一步提高电磁阀的响应能力遇到了限制，此外，由于开关阀受开关时间的限制，阀芯行程不能太大，因此数字阀的额定流量受到限制，在相同驱动力下，增加阀的额定流量，将降低开关阀的响应速度。
传统开关阀设计为一个电磁铁加复位弹簧的开关阀结构，在阀芯安装复位弹簧，开关时需要克服弹簧力，使得阀芯保持在开(或关)位置时，需要较大的保持电流，从而增加了电磁铁的能量消耗和发热量。
同时随着高速阀工作压力的增加，导致阀芯液动力的增加，也将降低开关阀的响应速度。因此，高速开关阀存在高速响应与高压、大流量之间的矛盾。目前国内外研制的高速电磁开关阀很难同时达到响应时间小于4ms、工作压力大于20Mpa、流量高于10L/Min；而使用先导阀控制的数字阀，尽管能够实现高压、大流量，其频率响应却又大大降低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种电磁铁及使用该电磁铁的开关阀，通过对电磁铁结构及其阀结构设计的改进，提高了电磁铁的响应速度，减小了电磁铁的能量消耗和发热量，进而提高了开关阀的响应速度。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种电磁铁，安装在电磁铁壳体内，包括导磁轭铁片、带引出线孔导磁轭铁片、引出导线、线圈和铁芯，其中导磁轭铁片为5°～10°的楔形片，为若干片，带引出线孔导磁轭铁片为15°～25°的楔形片，为2片，线圈为两个，分别与两个引出导线连接，引出导线则分别从带引出线孔导磁轭铁片的孔中穿出，电磁铁壳体底部为圆形，若干片导磁轭铁片与2片带引出线孔导磁轭铁片沿电磁铁壳体底部圆周叠装在电磁铁壳体内，其中若干片导磁轭铁片的角度度数之和与2片带引出线孔导磁轭铁片(25)的角度度数之和为360°。
在上述电磁铁中，导磁轭铁片为10°的楔形片，带引出线孔导磁轭铁片为20°的楔形片，32片导磁轭铁片与2片带引出线孔导磁轭铁片沿电磁壳体底部圆周叠装在电磁铁壳体内。
在上述电磁铁中，导磁轭铁片与带引出线孔导磁轭铁片均为U形结构。
在上述电磁铁中，导磁轭铁片与带引出线孔导磁轭铁片通过每片表面浸有的绝缘漆叠装在电磁铁壳体内粘结为一个整体。
在上述电磁铁中，导磁轭铁片与带引出线孔导磁轭铁片采用高饱和磁感应强度软磁合金，为1J22。
在上述电磁铁中，电磁铁壳体采用黄铜材料，为H62。
一种开关阀，包括电磁铁、衔铁、先导级控制锥阀和液压主阀，先导级控制锥阀包括先导阀体、先导阀芯、密封端盖和密封环，密封环固定在密封端盖上，密封端盖固定在先导阀体上，先导阀芯与先导阀体密封连接，先导阀芯与衔铁连接；液压主阀包括主阀芯、主阀套和弹簧，主阀芯与主阀套连接，主阀芯的上腔设有弹簧，先导阀体的腔体与主阀芯的腔体连通，其特征在于：电磁铁为两个，分别在先导阀芯的两端对称分布，所述电磁铁安装在电磁铁壳体内，包括导磁轭铁片、带引出线孔导磁轭铁片、引出导线、线圈和铁芯，其中导磁轭铁片为5°～10°的楔形片，为若干片，带引出线孔导磁轭铁片为15°～25°的楔形片，为2片，线圈为两个，设置在电磁铁壳体的内部，并分别与两个引出导线连接，引出导线则分别从带引出线孔导磁轭铁片的孔中穿出，电磁铁壳体底部为圆形，若干片导磁轭铁片与2片带引出线孔导磁轭铁片沿电磁铁壳体底部圆周叠装在电磁铁壳体内，其中若干片导磁轭铁片的角度度数之和与2片带引出线孔导磁轭铁片的角度度数之和为360°，所述铁芯设置在电磁铁壳体顶端，与衔铁固定连接。
在上述开关阀中，导磁轭铁片为10°的楔形片，带引出线孔导磁轭铁片为20°的楔形片，32片导磁轭铁片与2片带引出线孔导磁轭铁片沿电磁壳体底部圆周叠装在电磁铁壳体内。
在上述开关阀中，先导级控制锥阀还包括压环和弹簧挡圈，压环将密封环固定在密封端盖上，密封环通过弹簧挡圈固定在密封端盖上。
在上述开关阀中，先导阀芯的轴分别穿过密封端盖和密封环上的孔与衔铁通过螺钉连接。
在上述开关阀中，弹簧为蝶形弹簧，蝶形弹簧为八片对合组合而成。
在上述开关阀中，铁芯与衔铁之间垫有气隙调整垫片，气隙调整垫片的数量由工作气隙的大小决定。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
1、电磁铁由若干片导磁轭铁片与2片带引出线孔导磁轭铁片沿电磁铁壳体底部圆周叠装在电磁铁壳体内形成，其中导磁轭铁片为5°～10°的楔形片，带引出线孔导磁轭铁片为15°～25°的楔形片，由于采用楔形式，减小了涡流损耗，提高了电磁铁的响应速度，减小了发热量；同时由于电磁铁采用1 J22高饱和软磁合金，材料具有电阻率高，磁导率高等特点，使得电磁铁的涡流损耗进一步下降；
2、电磁铁壳体采用黄铜H62材料，具有散热快，温升小的特点，进一步减小了发热量；
3、采用上述结构、对称布置的两个电磁铁来实现先导阀芯的运动，与传统开关阀相比，取消了阀芯的复位弹簧，从而开(或关)时不用克服弹簧力，提高了阀的响应速度；同时由于阀芯保持在开(或关)位置时，不需要较大的保持电流，从而减小了电磁铁的能量消耗和发热量；
4、蝶形弹簧为八片对合组合在一起，提供较大预压紧力，使得主阀芯能够快速打开和关断，使得通过主阀芯的流量能够达到40L/min；
5、先导级控制锥阀和液压主阀均采用锥阀形式，保证了阀在关闭时的零泄漏要求。
6、衔铁采用锥形结构，外圆处厚度为1.5mm，中心处厚度为3.5mm，使得衔铁的质量较小，并且这种锥形衔铁结构使得衔铁在加工与使用过程中不会由于厚度过薄而产生翘曲变形，从而能够保证衔铁与电磁铁之间的工作气隙稳定可靠。
附图说明
图1为本发明电磁铁的结构剖面图；
图2为本发明电磁铁的俯视图；
图3为本发明电磁铁导磁轭铁片的结构示意图；
图4为本发明电磁铁带引出线孔导磁轭铁片的结构示意图；
图5为本发明开关阀的结构剖面图；
图6为本发明衔铁的结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示为本发明电磁铁的结构剖面图，电磁铁安装在电磁铁壳体22内，包括导磁轭铁片23、带引出线孔导磁轭铁片25、引出导线24、线圈26和铁芯29，线圈26装在线圈骨架27中，并通过线圈固化胶28(黑色聚丙烯)进行固化，之后分别与两个引出导线24连接，引出导线24则分别从带引出线孔导磁轭铁片25的两个孔中穿出，穿过电磁壳体22底部的两个小孔引出导线，外接驱动控制电路，铁芯29则设置在电磁铁壳体22顶端。
导磁轭铁片23为10°的楔形片，带引出线孔导磁轭铁片25为20°的楔形片，导磁轭铁片23与带引出线孔导磁轭铁片25均采用1 J22高饱和磁感应强度软磁合金制成，电磁铁壳体22采用H62材料制成。每片导磁轭铁片23和带引出线孔导磁轭铁片25表面浸有绝缘漆，电磁铁壳体22底部为圆形，整个电磁铁的1由32片导磁轭铁片23与两片带引出线孔导磁轭铁片25沿电磁铁壳体22底部圆周叠装在电磁铁壳体22内，并粘结形成，其中32片导磁轭铁片23的角度度数之和与两片带引出线孔导磁轭铁片25的角度度数之和为360°。如图2所示为本发明电磁铁的俯视图，图3、图4分别为本发明电磁铁导磁轭铁片与带引出线孔导磁轭铁片的结构示意图，导磁轭铁片23与带引出线孔导磁轭铁片25均为U型结构，导磁轭铁片23为10°的楔形片，带引出线孔导磁轭铁片25为20°的楔形片，轭铁片的形状及角度变化也可以由图清楚的看出。
如图5所示为本发明开关阀的结构剖面图，包括具有上述结构的电磁铁1、衔铁8、先导级控制锥阀和液压主阀，其中先导级控制锥阀包括先导阀体13、先导阀芯14、密封端盖11、密封环10、弹簧挡圈9和压环12，压环12将密封端盖11固定在先导阀体13上，弹簧挡圈9把密封环10固定在密封端盖11上，先导阀芯14与先导阀体13的锥面配合密封，先导阀芯14的轴分别穿过密封端盖11和密封环10上的孔与衔铁8通过螺钉16连接；液压主阀包括主阀芯4、主阀套3、蝶形弹簧5及弹簧调整垫片6，主阀芯4与主阀套3的锥面配合实现油液关断时的密封，主阀芯4的上腔设有蝶形弹簧5，蝶形弹簧5为八片对合组合在一起，提供的预压力较大，为额定压力作用在主阀芯4上液压力的1/2左右，并且使得主阀芯4能够快速关断和打开，使得通过主阀芯4的流量能够达到40L/min，蝶形弹簧5的一端为弹簧调整垫片6，通过调整弹簧调整垫片6的数量可以灵活调节蝶形弹簧5的预压力，先导阀体13环形腔的侧壁上开有孔21，主阀芯4腔体的侧壁上也开有孔(孔的位置被弹簧挡住，在图1中未示出)，通过两个孔，将先导阀体13环形腔与主阀芯4的腔体连通，主阀芯4的腔体通过主阀芯4上的阻尼孔18与油压进口19相连通。
电磁铁1为两个，对称分布在先导阀芯14的两端，两端电磁铁1分别单独通电实现先导阀芯14的左右(或上下)运动，摈弃了传统的一个电磁铁加复位弹簧的开关阀的结构，使得阀芯保持在开(或关)位置时，不需要较大的保持电流，从而减小了电磁铁的能量消耗和发热量。衔铁8与设置在电磁铁壳体22顶端的铁芯29固定连接，衔铁8与铁芯29之间垫有气隙调整垫片15，通过调整气隙调整垫片15的数量来调整工作气隙的大小，从而控制先导阀芯14的行程。
如图6所示为本发明衔铁的结构示意图，由图可知衔铁8采用锥形结构，锥形衔铁8的外圆处厚度为1.5mm，中心处厚度为3.5mm，使得衔铁8的质量小，大约为0.021Kg，这种锥形衔铁8结构使得衔铁8在加工与使用过程中不会由于衔铁8厚度过薄而产生翘曲变形，从而能够保证衔铁8与电磁铁之间的工作气隙稳定可靠。
本发明大流量高速开关阀的工作原理如下：
当下端高速强力电磁铁线圈26得电时，产生激励磁场，衔铁8在激励磁场作用下，向下运动，带动先导阀芯14运动，使先导阀口20打开，主阀芯4的腔体与油压进口(高压进口)19接通，主阀芯4腔体的压力下降，主阀芯4在液压力的作用下向左运动，主阀芯4打开；当上端高速强力电磁铁线圈25得电时，产生激励磁场，衔铁8在激励磁场作用下，向上运动，带动先导阀芯14运动，使先导阀口20关闭，将主阀芯4腔体与油压进口(高压进口)19断开，主阀芯4腔体压力通过主阀芯4上的阻尼孔18与油压压力沟通，腔体压力很快上升到油压进口压力，主阀芯4在蝶形弹簧5的预压力的作用下向右运动，主阀芯4关闭；这样上下线圈依次得电、断电就实现了阀的快速开关作用。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知技术。
Claims (10)
1.一种电磁铁，安装在电磁铁壳体(22)内，其特征在于：包括导磁轭铁片(23)、带引出线孔导磁轭铁片(25)、引出导线(24)、线圈(26)和铁芯(29)，其中导磁轭铁片(23)为5°～10°的楔形片，为若干片，带引出线孔导磁轭铁片(25)为15°～25°的楔形片，为2片，线圈(26)为两个，分别与两个引出导线(24)连接，引出导线(24)则分别从带引出线孔导磁轭铁片(25)的孔中穿出，电磁铁壳体(22)底部为圆形，若干片导磁轭铁片(23)与2片带引出线孔导磁轭铁片(25)沿电磁铁壳体(22)底部圆周叠装在电磁铁壳体(22)内，其中若干片导磁轭铁片(23)的角度度数之和与2片带引出线孔导磁轭铁片(25)的角度度数之和为360°。
2.根据权利要求1所述的一种电磁铁，其特征在于：所述导磁轭铁片(23)为10°的楔形片，带引出线孔导磁轭铁片(25)为20°的楔形片，32片导磁轭铁片(23)与2片带引出线孔导磁轭铁片(25)沿电磁铁壳体(22)底部圆周叠装在电磁铁壳体(22)内。
3.根据权利要求1或2所述的一种电磁铁，其特征在于：所述导磁轭铁片(23)与带引出线孔导磁轭铁片(25)均为U形结构。
4.根据权利要求1或2所述的一种电磁铁，其特征在于：所述导磁轭铁片(23)与带引出线孔导磁轭铁片(25)通过每片表面浸有的绝缘漆叠装在电磁铁壳体(22)内粘结为一个整体。
5.根据权利要求1或2所述的一种电磁铁，其特征在于：所述导磁轭铁片(23)与带引出线孔导磁轭铁片(25)采用高饱和磁感应强度软磁合金，为1J22。
6.根据权利要求1或2所述的一种电磁铁，其特征在于：所述电磁铁壳体(22)采用黄铜材料，为H62。
7.一种开关阀，包括电磁铁(1)、衔铁(8)、先导级控制锥阀和液压主阀，先导级控制锥阀包括先导阀体(13)、先导阀芯(14)、密封端盖(11)和密封环(10)，密封环(10)固定在密封端盖(11)上，密封端盖(11)固定在先导阀体(13)上，先导阀芯(14)与先导阀体(13)密封连接，先导阀芯(14)与衔铁(8)连接；液压主阀包括主阀芯(4)、主阀套(3)和弹簧(5)，主阀芯(4)与主阀套(3)连接，主阀芯(4)的上腔设有弹簧(5)，先导阀体(13)的腔体与主阀芯(4)的腔体连通，其特征在于：电磁铁(1)为两个，分别在先导阀芯(14)的两端对称分布，所述电磁铁(1)安装在电磁铁壳体(22)内，包括导磁轭铁片(23)、带引出线孔导磁轭铁片(25)、引出导线(24)、线圈(26)和铁芯(29)，其中导磁轭铁片(23)为5°～10°的楔形片，为若干片，带引出线孔导磁轭铁片(25)为15°～25°的楔形片，为2片，线圈(26)为两个，设置在电磁铁壳体(22)的内部，并分别与两个引出导线(24)连接，引出导线(24)则分别从带引出线孔导磁轭铁片(25)的孔中穿出，电磁铁壳体(22)底部为圆形，若干片导磁轭铁片(23)与2片带引出线孔导磁轭铁片(25)沿电磁铁壳体(22)底部圆周叠装在电磁铁壳体(22)内，其中若干片导磁轭铁片(23)的角度度数之和与2片带引出线孔导磁轭铁片(25)的角度度数之和为360°，所述铁芯(29)设置在电磁铁壳体(22)顶端，与衔铁(8)固定连接。
8.根据权利要求7所述的一种开关阀，其特征在于：所述导磁轭铁片(23)为10°的楔形片，带引出线孔导磁轭铁片(25)为20°的楔形片，32片导磁轭铁片(23)与2片带引出线孔导磁轭铁片(25)沿电磁铁壳体(22)底部圆周叠装在电磁铁壳体(22)内。
9.根据权利要求7所述的一种开关阀，其特征在于：所述先导级控制锥阀还包括压环(12)和弹簧挡圈(9)，压环(12)将密封环(10)固定在密封端盖(11)上，密封环(10)通过弹簧挡圈(9)固定在密封端盖(11)上。
10.根据权利要求7所述的一种开关阀，其特征在于：所述先导阀芯(14)的轴分别穿过密封端盖(11)和密封环(10)上的孔与衔铁(8)通过螺钉(16)连接。
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