CN102797721B - 直动式大流量高速开关电磁阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液压控制系统所使用的液流控制类阀，旨在提供一种直动式大流量高速开关电磁阀。包括阀体和电磁铁；阀体包括左阀体、右阀体、内阀芯和外阀套，所述电磁铁包括静铁芯、衔铁、线圈及骨架；在开关阀体内装有可轴向移动的外阀套，固定内阀芯以滑阀形式套于外阀芯内，外阀套的内锥面外径与内阀芯锥面形成开关阀口，电磁铁衔铁类似盘式并带有凸起状极靴，衔铁左右各置静铁芯和线圈，为两个电磁铁共用一个衔铁的形式。本发明采用占空比可调的电信号控制两个电磁铁协调动作驱动阀套运动，形成阀口开关变化，具有响应速度快，切换时间短，通流流量大的特点。

Description

直动式大流量高速开关电磁阀

技术领域

本发明涉及一种液压控制系统所使用的液流控制类阀，主要提出一种通过改变占空比的电信号、由电磁铁驱动的大流量高速开关电磁阀。

背景技术

高速开关阀是集成机械、电磁、液压于一体的液压元件，通过机、电、液三者相互作用实现其功能。传统的开关阀由于开、关时间长，控制精度低等原因，已无法满足当今高速度高精度的控制需求。高速开关阀在具有普通电磁阀的开关数字特性的同时，还有着普通电磁阀无法达到的相当高的频响，使得控制精度大大提高。另外，还具有结构简单、价格低廉、抗污染能力强等一系列优点。

为达到较大的通流流量，开关阀必须要加大阀体尺寸结构、增大开关行程，这就造成了开关阀的运动部件质量变大，电磁铁吸合路程加长，同时由于大流量的通流，使得开关阀在工作时会受到很大的液动力影响，影响高速开关阀的频响提升；同样，为达到较高的开关频响，不得不牺牲高速开关阀的通流能力，因此，高频响和大流量是高速开关阀研究中一直存在的矛盾，现有的高速开关阀受电磁铁的驱动能力、运动部件质量和液动力的影响，很难在保证结构简单和可靠性的基础上兼顾高响应速度和大通流能力，或是开关时间较长(5～10ms)，或是控制流量低(通常低于20L/min)，无法满足高速大流量的要求。

发明內容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种高速开关电磁阀。通过阀体结构和电磁铁的创新设计，解决现有的高速开关阀动态响应低、控制精度差、结构复杂、通流能力弱并且可靠性差的问题，达到较大的通流流量和高频响的统一。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种直动式大流量高速开关电磁阀，包括阀体和电磁铁；所述阀体包括左阀体、右阀体、内阀芯和外阀套，所述电磁铁包括静铁芯、衔铁、线圈及骨架；

所述外阀套能够轴向移动，外阀套的两端分别以间隙配合套在左阀体和右阀体内；内阀芯一端固定在左阀体上，另一端以间隙配合套在外阀套内；所述电磁铁呈环形结构且分成左右两个部分，每个部分各有一个静铁芯分别固定在左阀体和右阀体之上；左阀体、右阀体、外阀套、内阀芯、衔铁和静铁芯的中心线重合；

所述左阀体侧壁上开有进油口和出油口，外阀套上钻有与进油口和进油腔相通的进油孔，外阀套左侧端面为锥面，与内阀芯的锥面构成开关阀口，进油口通过进油孔(7-a)和开关阀口与出油口形成油路连通。

本发明中，所述左阀体的左端面和右端面分别开有螺纹孔，内阀芯和右阀体分别通过螺钉联接固定在左阀体的左端面和右端面上；左阀体的右端面和右阀体的左端面间填充毛毡片；左阀体的右端面和右阀体的左端面对应开有定位销孔，通过两只定位销保证左右阀体联接的位置精度。

本发明中，所述内阀芯有一段锥面和一个凸肩，凸肩上开有轴向的小通孔，凸肩两侧的油液相通，外阀套以滑阀形式套在内阀芯的凸肩外侧。

本发明中，所述左阀体的右端面设有一个凸台，凸台上开有环槽，一个静铁芯安放于该环槽中，并通过螺钉固定在左阀体上；所述右阀体的左端面开有环槽，一个静铁芯安放于该环槽中，并通过螺钉固定在右阀体上。

本发明中，所述的电磁铁的静铁芯呈环槽状，槽底部开有沉头孔，槽壁上开有一处沟槽，电磁铁的电磁线圈及骨架放入静铁芯的槽内，其配合面呈环带状。

本发明中，所述电磁铁具有相互独立的两个电磁线圈。

本发明中，所述的高速开关电磁阀的外阀套和衔铁为一体结构或分体结构。

本发明中，所述的静铁芯和衔铁为导磁材料，左阀体和右阀体为非导磁材料。

进一步说明如下：

高速开关电磁阀由阀体和电磁铁组成，所述的高速开关电磁阀的阀体由左阀体、右阀体、内阀芯和外阀套等组成，电磁铁由静铁芯、衔铁和线圈等组成，高速开关电磁阀的外阀套可轴向移动，可动的外阀套一端以间隙配合套在左阀体内，左阀体上，外阀套和左阀体配合位置处开有均压沟槽。外阀套另一端以间隙配合套在右阀体内；内阀芯有一段锥面和一个凸肩，凸肩上开有轴向的通孔，凸肩两侧的油液相通，凸肩的圆柱面上开有均压沟槽，外阀套以滑阀形式套在内阀芯凸肩外侧。内阀芯一端套在外阀套内，一端固定在左阀体上；高速开关电磁发有左、右两个电磁铁，分别固定在左、右阀体之上，两个电磁铁的电磁线圈相互独立；左阀体、右阀体、可动的外阀套、固定不动的内阀芯和电磁铁中心线重合。高速开关电磁阀的外阀套上钻有与进油口和进油腔相通的进油孔，外阀套左侧端面为内锥面，与内阀芯的锥面构成开关阀口，外阀套的锥面与内锥阀的锥面形成线密封。左阀体侧壁上开有进油口和出油口，油液从进油口进入，通过外阀套上的进油孔进入进油腔，然后通过开关阀口到达出油腔，并从出油口流出。

外阀套和衔铁为一体结构，也可为分体结构。当采用一体结构时，外阀套和静铁芯为导磁材料；当采用分体结构时，衔铁为导磁材料，外阀套采用铝制材料，外阀套和衔铁采用过盈配合联接在一起，减小运动部件质量。左阀体和右阀体均为非导磁材料。

高速开关电磁阀的左阀体左端面开有螺纹孔，内阀芯通过螺钉、垫片等和左端面的螺纹孔联接固定在左阀体上；左阀体右端面开有螺纹孔，右阀体通过螺钉、垫片等和右端面的螺纹孔联接固定在左阀体上；左阀体右端面设有一个凸台，凸台上开有环槽，电磁铁的静铁芯安放于该环槽中，并通过螺钉固定在左阀体上；左阀体与静铁芯接触部位开有O型圈槽；右阀体的左端面开有环槽，电磁铁的静铁芯安放于该环槽中，并通过螺钉固定在右阀体上；左阀体的右端面和右阀体的左端面件填充毛毡片；左阀体的右端面和右阀体的左端面对应开有定位销孔，通过两只定位销保证左右阀体联接的位置精度。

电磁铁的静铁芯呈环槽状，槽底部开有沉头孔，通过沉头螺钉与相应的左、右阀体固定在一起，槽壁上开有一处沟槽，电磁铁的线圈绕在骨架上后放入静铁芯的沟槽。

电磁铁的两个静铁芯共用一个衔铁，电磁铁衔铁和静铁芯吸合时的配合面呈环带状，衔铁上开有均布的圆孔，减轻衔铁质量。

本发明的高速开关阀在通过改变占空比的电信号的控制下，实现外阀套的高频运动，达到控制油路通断，实现对输出流量的连续可调。

本发明具有以下有益效果：

本发明具有阀体结构简单、设计合理、动态响应快(2ms左右)、流量控制精度高、通流流量大(1Mpa压差下60L/min)、结构紧凑等优点。本发明采用了新型的环式单槽电磁铁，衔铁质量轻且电磁吸力大，结构简单，不需要很大的吸合面积，易于小型化；采用了滑阀式结构、锥阀式开关阀口，内阀芯固定不动，外阀套轴向运动，液流以外流的方式通过开关阀口，有效地减小了液动力的影响，减轻了运动部件质量；采用外阀套外径密封，有效地消除了静压不平衡力影响；本发明可以提高整个电液控制系统的响应速度和控制精度。本发明完全适用于高响应和大流量的液压工况。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图中，1左阀体、2回油口、3进油口、4毛毡片、5定位销、6衔铁、7外阀套、7-a进油孔、8平垫、9弹簧垫、10螺钉、11右阀体、11-a环槽、12静铁芯、12-a静铁芯、13电磁线圈及骨架、14左阀块、14-a凸台、14-b环槽、14-c均压沟槽、15沉头螺钉、15-a沉头螺钉、16 O型圈、17平垫、18弹簧垫、19螺钉、20内阀芯、20-a沟槽、20-b小通孔、20-c均压沟槽、20-d凸肩、21阀体、22电磁铁

图2是外阀套和衔铁为分体结构的示意图。

图中，6衔铁、7外阀套

图3是衔铁示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种液压系统用的高速开关电磁阀，如图1所示，它由阀体21和电磁铁22组成，阀体21由左阀体1、右阀体11、内阀芯20、外阀套7以及相应的紧固件和密封件组成，电磁铁22由静铁芯12、12-a、衔铁6、线圈及骨架13以及相应的紧固件组成，高速开关电磁阀的外阀套7可轴向移动，可动的外阀套7一端以间隙配合的方式套在左阀体1内，一端以间隙配合的方式套在右阀体11内，在左阀体1上，外阀套7和左阀体1配合位置处开有均压沟槽14-c。

内阀芯20有一段锥面和一个凸肩20-d，凸肩20-d以间隙配合的形式套在外阀套7内，凸肩20-d的圆柱面上开有均压沟槽20-c，凸肩20-d上开有轴向的小通孔20-b，保证凸肩20-d两侧的油液相通；内阀芯20以间隙配合的方式套入左阀体1，内阀芯20与左阀体1的配合段的上开有沟槽20-a，沟槽安装有O型圈16保证油液密封；内阀芯20的左端通过螺钉19、弹簧垫18、平垫17固定在左阀体1的左端面上；高速开关电磁阀有左、右两个电磁铁22控制阀口的开关，分别固定在左、右阀体1、11之上，两个电磁铁22的电磁线圈及骨架13相互独立；左阀体1、右阀体11、可动的外阀套7、固定不动的内阀芯20、衔铁6和静铁芯12、12-a中心线重合。高速开关电磁阀的外阀套7上钻有与进油口3和进油腔相通的进油孔7-a，外阀套7左侧端面为内锥面，与内阀芯20的锥面共同构成开关阀口；外阀套7的外径与内锥阀20的锥面形成线密封。，油液从左阀体1的进油口3进入，通过外阀套7上的进油孔7-a进入进油腔，然后通过开关阀口到达出油腔，并从出油口2流出。

外阀套7和衔铁6为一体结构，外阀套和静铁芯为导磁材料；另外，如图2所示，外阀套7和衔铁6可分开制造，采用过盈配合联接在一起，此时，外阀套7采用铝制，衔铁为导磁材料，可以有效地减轻运动部件质量，相应的配合端需开出倒角。所述的静铁芯12、12-a为导磁材料，左阀体和右阀体均为非导磁材料。

左阀体1右端面开有螺纹孔，右阀体11通过螺钉10、弹簧垫9、平垫8和左阀体1右端面上的螺纹孔联接固定在一起；左阀体1右端面设有一个凸台14-a，凸台14-a上开有环槽14-b，电磁铁22的静铁芯12-a安放于该环槽14-b中，并通过沉头螺钉15固定在左阀体1上；右阀体11的左端面开有环槽11-a，电磁铁22的静铁芯12安放于该环槽11-a中，并通过沉头螺钉15-a固定在右阀体11上；左阀体1的右端面和右阀体11的左端面间填充有毛毡片4保证密封；左阀体1的右端面和右阀体11的左端面对应开有定位销孔，通过两只定位销5保证左右阀体联接的位置精度；左阀体1侧壁上开有进油口3和出油口2；右阀体11上与外阀套7相配合的孔的深度要保证外阀套7的右端面在工作中无法触到右阀体11。

电磁铁的静铁芯12、12-a呈环槽状，槽底部开有沉头孔，槽壁上开有一处沟槽，用于电磁铁导线的引出，电磁铁的线圈及骨架13放入静铁芯的沟槽。静铁芯12、12-a共用一个衔铁6，衔铁6和静铁芯12吸合时的配合面呈环带状，衔铁6上开有均布的圆孔(如图3所示)，用于减轻衔铁6质量。工作时，静铁芯12和衔铁6构成闭合磁路，结构简单可靠，在电磁力作用下，衔铁6和外阀套7(图1一体结构)直接运动，或是由衔铁6直接驱动外阀套7(图2分体结构)，不需要外加传动装置。

工作原理：

高速开关阀包含左右两个电磁铁，当左边电磁铁通电，右边电磁铁断电时，衔铁在电磁力作用下向左运动，推动活动的阀套压合在阀芯上，进油口到出油口之间的开关阀口关闭。当左边电磁铁断电，右边通电后，电磁力作用下衔铁向右运动，促使开关阀口打开，进油口与出油口相联通，可采用PWM(脉宽调制)的工作方式，通过改变输入信号占空比，控制油液的流量和控制精度。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还能够有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种直动式大流量高速开关电磁阀，包括阀体(21)和电磁铁(22)；其特征在于，所述阀体(21)包括左阀体(1)、右阀体(11)、内阀芯(20)和外阀套(7)，所述电磁铁(22)包括静铁芯(12、12-a)、衔铁(6)、电磁线圈及骨架(13)；

所述外阀套(7)能够轴向移动，外阀套(7)的两端分别以间隙配合套在左阀体(1)和右阀体(11)内；内阀芯(20)一端固定在左阀体(1)上，另一端以间隙配合套在外阀套(7)内；所述电磁铁(22)呈环形结构且分成左右两个部分，每个部分各有一个静铁芯(12、12-a)分别固定在左阀体(1)和右阀体(11)之上；左阀体(1)、右阀体(11)、外阀套(7)、内阀芯(20)、衔铁(6)和静铁芯(12、12-a)的中心线重合；

所述左阀体(1)侧壁上开有进油口(3)和出油口(2)，外阀套(7)上钻有与进油口(3)和进油腔相通的进油孔(7-a)，外阀套(7)左侧端面为锥面，与内阀芯(20)的锥面构成开关阀口，进油口(3)通过进油孔(7-a)和开关阀口与出油口(2)形成油路连通；

所述左阀体(1)的左端面和右端面分别开有螺纹孔，内阀芯(20)和右阀体(11)分别通过螺钉(19、10)联接固定在左阀体(1)的左端面和右端面上；左阀体(1)的右端面和右阀体(11)的左端面间填充毛毡片(4)；左阀体(1)的右端面和右阀体(11)的左端面对应开有定位销孔，通过两只定位销(5)保证左右阀体联接的位置精度；

所述内阀芯(20)有一段锥面和一个凸肩(20-d)，凸肩(20-d)上开有轴向的小通孔(20-b)，凸肩(20-d)两侧的油液相通，外阀套(7)以滑阀形式套在内阀芯(20)的凸肩(20-d)外侧。

2.根据权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，所述左阀体(1)的右端面设有一个凸台(14-a)，凸台(14-a)上开有环槽(14-b)，一个静铁芯(12-a)安放于该环槽(14-b)中，并通过螺钉(15)固定在左阀体(1)上；所述右阀体(11)的左端面开有环槽(11-a)，一个静铁芯(12)安放于该环槽(11-a)中，并通过螺钉(15-a)固定在右阀体(11)上。

3.根据权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，所述的电磁铁(22)的静铁芯(12、12-a)呈环槽状，槽底部开有沉头孔，槽壁上开有一处沟槽，电磁铁的电磁线圈及骨架(13)放入静铁芯的槽内，其配合面呈环带状。

4.根据权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，所述电磁铁(22)具有相互独立的两个电磁线圈。

5.根据权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，所述外阀套(7)和衔铁(6)为一体结构或分体结构。

6.根据权利要求1所述的电磁阀，其特征在于：所述的静铁芯(12、12-a)和衔铁(6)是导磁材料的静铁芯(12、12-a)和衔铁(6)；所述左阀体(1)和右阀体(11)是非导磁材料的左阀体(1)和右阀体(11)。