CN103047215B - 一种径向流动两级盘式磁流变阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种径向流动两级盘式磁流变阀，由端盖、阀芯、阀体、定位盘、阻尼圆盘、线圈及密封圈组成。当向线圈Ⅰ和线圈Ⅱ分别输入一定方向及大小的电流时，阻尼间隙内的磁流变液在磁场的作用下产生磁感应强度。通过调节两个线圈中电流大小，可实现四个阻尼间隙内的压差控制。该磁流变阀径向流动两级圆盘式阻尼间隙结构充分利用了磁力线的走向，有效增加了阀的阻尼间隙长度，同时提高了阻尼间隙中的磁感应强度。既保证了磁流变阀具有足够大的压力差，又没有造成阀的堵塞。使得阀的性能更稳定，压差可调范围更宽。该磁流变阀阻尼间隙定位准确、内部结构紧凑、体积小、装配方便，特别适合应用于多级压力可调的低压小流量液压控制系统。

Description

一种径向流动两级盘式磁流变阀

技术领域

本发明涉及一种磁流变阀，尤其涉及一种径向流动两级盘式磁流变阀。

背景技术

液压控制系统中，液压控制阀主要用来控制液压执行元件中液流的压力、流量及流动方向，从而控制液压执行元件的启动、停止，改变运动的速度、方向、力以及动作顺序等，以满足各类液压设备对运动、速度、力和转矩等负载工况的要求。因此液压控制阀的性能直接影响到液压系统的静态特性、动态特性及工作可靠性，是液压控制系统中的核心控制单元之一。随着高新技术的发展，液压传动的工程应用对液压元件的要求越来越高，传统的液压控制阀由于存在活动的机械部件，不仅结构复杂、体积大、加工要求高、容易磨损、成本高，而且还存在不易控制、响应慢、工作噪声大、工作可靠性低等问题。

磁流变阀是以磁流变液的磁流变效应为控制原理设计的一种新型智能液压控制元件。通过改变外加磁场强度的大小来调节磁流变阀的控制压力、流量及液流的流动方向，实现磁流变阀的智能控制。磁流变阀由于没有可移动的机械部件，阀进出口的压力、流量可由外加电流控制，因此响应速度快、噪声低、能耗小、工作稳定可靠，具有良好的工业应用前景。

在进行磁流变阀结构设计时，首先要考虑的是磁流变液在磁流变阀阻尼间隙内的流动方向必须与磁场方向垂直；其次是尽可能增大磁流变液在磁流变阀内部的液流通道。一般情况下，可通过以下两种方法来提高磁流变阀进出口压力差的可调范围。一是在相同输入电流下，尽量在磁流变液饱和范围内提高阻尼间隙内的磁感应强度。常用的方法是减小磁流变阀的阻尼间隙宽度，但由于磁流变液久置未用再次启用时，容易出现颗粒沉淀从而堵塞阻尼间隙，导致磁流变阀失效。目前常用的轴向流动式磁流变阀由于阻尼间隙设计过小很容易出现这种堵塞情况。第二就是提高阻尼间隙的长度，这种情况受安装空间以及阀本身的结构尺寸等条件限制很难实现。目前也有在较小空间内增加阻尼间隙的结构设计，如中国专利ZL 200810065763.9提出了一种非直线液流通道的磁流变阀，通过在磁流变阀定位盘和导磁盘的对应端面上设置非直线形液流通道来加长磁流变液流动的路径长度。但这种磁流变阀的有效阻尼间隙在励磁线圈的两侧，没有很好的利用磁力线的分布及走向，实际上并没有有效地提高阀进出口压差的可调范围。

基于此，在实际设计过程中，要同时增加阻尼间隙内的磁感应强度和提高有效阻尼间隙的长度比较困难。因此，设计一种性能稳定且结构相对紧凑的磁流变阀，使磁流变阀的进出口压差更大、压力控制范围更宽，是本行业亟需解决的问题，也是进一步拓宽磁流变阀工业应用的前提。

发明内容

为了克服背景技术中存在的问题，本发明提出一种径向流动两级盘式磁流变阀。该磁流变阀采用的是径向流动圆盘式阻尼间隙，阻尼间隙位于线圈的中间位置，并且磁流变液液流通道是径向流动的。这种结构设计很好的利用了磁力线的走向，使其在增加了阻尼间隙长度的同时并没有减小阻尼间隙中的磁感应强度，这样既保证了其具有足够大的压力差，也不会因阻尼间隙太窄而造成堵塞现象出现，阀的性能更稳定。另外，与常用的单线圈圆环式阻尼间隙磁流变阀相比，本发明采用的是双线圈两级圆盘式阻尼间隙，可形成四段有效阻尼间隙，构成四级压差可控，使得与磁场有关的压差占总的阀进出口压差的比例更大，阀比更小，这样就使阀的压差可调范围变得更宽。另外，本发明磁流变阀的阻尼间隙是通过阻尼圆盘的自身结构形成的，这样使阀的阻尼间隙定位更加方便和准确，装配也更加方便。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括：左端盖(1)、密封圈Ⅰ(2)、密封圈Ⅱ(3)、左阻尼圆盘(4)、阀体(5)、右阻尼圆盘(6)、密封圈Ⅲ(7)、密封圈Ⅳ(8)、右端盖(9)、右定位盘(10)、线圈Ⅱ(11)、阀芯(12)、线圈Ⅰ(13)及左定位盘(14)；左端盖(1)与阀体(5)通过螺纹固定连接，左端盖(1)与阀体(5)之间配有密封圈Ⅰ(2)；阀芯(12)与阀体(5)间隙配合，阀芯(12)与阀体(5)之间配有密封圈Ⅱ(3)和密封圈Ⅲ(7)；线圈Ⅰ(13)和线圈Ⅱ(11)分别缠绕在阀芯(12)的绕线槽Ⅰ和绕线槽Ⅱ中；右端盖(9)与阀体(5)通过螺纹固定连接，右端盖(9)与阀体(5)之间配有密封圈Ⅳ(8)；左定位盘(14)径向与阀芯(12)过渡配合，左定位盘(14)轴向左端紧贴左端盖(1)；左阻尼圆盘(4)轴向左端的四个小圆柱销插进左定位盘(14)右端的四个圆孔中，左阻尼圆盘(4)与左定位盘(14)固定连接，左阻尼圆盘(4)轴向右端的四个小圆柱销紧贴阀芯(12)，左阻尼圆盘(4)径向加工有四个小凸起，且与阀芯(12)过渡配合；右阻尼圆盘(6)轴向右端的四个小圆柱销插进右定位盘(10)的四个圆孔中，右阻尼圆盘(6)与右定位盘(10)固定连接，右阻尼圆盘(6)轴向左端的四个小圆柱销紧贴阀芯(12)，右阻尼圆盘(6)径向加工有四个小凸起，且与阀芯(12)过渡配合；右定位盘(10)径向与阀芯(12)过渡配合，右定位盘(10)轴向右端紧贴右端盖(9)；阀芯(12)通过左端盖(1)、右端盖(9)和阀体(5)之间的螺纹固定连接进行轴向定位；线圈Ⅰ(13)缠绕于阀芯(12)的绕线槽Ⅰ中，其引线由阀体(5)上与线圈Ⅰ(13)相对应的引线孔引出；线圈Ⅱ(11)缠绕于阀芯(12)的绕线槽Ⅱ中，其引线由阀体(5)上与线圈Ⅱ(11)相对应的引线孔引出；左阻尼圆盘(4)、左定位盘(14)和阀芯(12)之间的通道构成第Ⅰ段和第Ⅱ段阻尼间隙；右阻尼圆盘(6)、右定位盘(10)和阀芯(12)之间的通道构成第Ⅲ段和第Ⅳ段阻尼间隙；四段阻尼间隙的宽度均为3.5mm；左端盖(1)左端进口处攻有外螺纹，可与液压管道直接螺纹连接；右端盖(9)右端出口处攻有外螺纹，可与液压管道直接螺纹连接。

本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：

(1)本发明磁流变阀采用的是径向流动圆盘式阻尼间隙，阻尼间隙位于线圈的中间位置，并且磁流变液液流通道是径向流动的。这种结构设计很好的利用了磁力线的走向，使其在增加了阻尼间隙长度的同时并没有减小阻尼间隙中的磁感应强度，这样既保证了磁流变阀具有足够大的压力差，也不会因阻尼间隙太窄而造成堵塞现象出现，磁流变阀的性能更稳定。

(2)与常用的单线圈圆环式阻尼间隙磁流变阀相比，本发明磁流变阀采用的是双线圈两级圆盘式阻尼间隙，可形成四段有效阻尼间隙，构成四级压差可控，使得与磁场有关的压差占总的阀进出口压差的比例更大，这样就使阀的压差可调范围变得更宽。

(3)本发明磁流变阀的阻尼间隙是通过阻尼圆盘的自身结构形成的，这样使阀的阻尼间隙定位更加方便和准确，装配也更加方便。另外，径向流动圆盘阻尼间隙结构使得阀的内部空间结构更紧凑，体积也更小。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明阀芯结构示意图。

图3是本发明阻尼圆盘结构示意图。

图4是图3俯视图。

图5是本发明磁力线分布示意图。

图6是本发明磁流变液液流通道及阻尼间隙示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示，本发明包括：左端盖1、密封圈Ⅰ2、密封圈Ⅱ3、左阻尼圆盘4、阀体5、右阻尼圆盘6、密封圈Ⅲ7、密封圈Ⅳ8、右端盖9、右定位盘10、线圈Ⅱ11、阀芯12、线圈Ⅰ13及左定位盘14。左端盖1与阀体5通过螺纹固定连接，左端盖1与阀体5之间配有密封圈Ⅰ2。阀芯12与阀体5间隙配合，阀芯12与阀体5之间配有密封圈Ⅱ3和密封圈Ⅲ7。线圈Ⅰ13缠绕于阀芯12的绕线槽Ⅰ中，线圈Ⅱ11缠绕于阀芯12的绕线槽Ⅱ中。装配时，先将线圈Ⅰ13和线圈Ⅱ11的引线分别插入阀体5上相对应的两个孔中；为了防止装配过程中由于引线的原因导致阀芯12和阀体5发生卡紧现象，还应将引线压入阀芯12上加工的2mm深的线槽中，再将阀芯12装入阀体5中。右端盖9与阀体5通过螺纹固定连接，右端盖9与阀体5之间配有密封圈Ⅳ8。左定位盘14径向与阀芯12过渡配合，左定位盘14轴向左端紧贴左端盖1。左阻尼圆盘4轴向左端的四个小圆柱销插进左定位盘14右端的四个圆孔中，两者固定连接，并与阀芯12一起形成如图6所示的第Ⅰ段阻尼间隙，宽度为3.5mm；左阻尼圆盘4轴向右端的四个小圆柱销紧贴阀芯12，形成如图6所示的第Ⅱ段阻尼间隙，宽度为3.5mm；左阻尼圆盘4径向加工有四个小凸起，形成径向固定，且与阀芯12过渡配合。右阻尼圆盘6轴向右端的四个小圆柱销插进右定位盘10的四个圆孔中，两者固定连接，并与阀芯12一起形成如图6所示的第Ⅳ段阻尼间隙，宽度为3.5mm；右阻尼圆盘6轴向左端的四个小圆柱销紧贴阀芯12，形成如图6所示的第Ⅲ段阻尼间隙，宽度为3.5mm；右阻尼圆盘6径向加工有四个小凸起，形成径向固定，且与阀芯12过渡配合。右定位盘10径向与阀芯12过渡配合，右定位盘10轴向右端紧贴右端盖9。阀芯12通过左端盖1、右端盖9和阀体5之间的螺纹固定连接进行轴向定位。左端盖1左端进口处攻有外螺纹，可与液压管道直接螺纹连接；右端盖9右端出口处攻有外螺纹，可与液压管道直接螺纹连接。

图2所示为本发明阀芯结构示意图，该阀芯上加工有绕线槽Ⅰ和绕线槽Ⅱ。

图3所示为本发明阻尼圆盘结构示意图，图4所示为该阻尼圆盘的俯视图。左阻尼圆盘4和右阻尼圆盘6上下表面均加工有4个小圆柱销，与左定位盘14、右定位盘10以及阀芯12一起构成磁流变液的液流通道，通过磁场变化形成如图6所示的四个阻尼间隙。为了保证四个阻尼间隙的宽度均为3.5mm，加工时，与定位盘上的圆孔过渡配合的阻尼圆盘上的小圆柱销高度要比另一侧的小圆柱销的高度高2mm。

图5所示为本发明磁力线分布示意图，四段阻尼间隙均在磁力线的覆盖范围之内。

图6所示为本发明磁流变液液流通道及阻尼间隙示意图。阻尼间隙是由阻尼圆盘自身结构形成的，且每一个阻尼圆盘形成两段阻尼间隙。由于本发明是轴对称结构，该结构上半部分给出了四段阻尼间隙的有效工作范围，下半部分则给出了磁流变液在这四段阻尼间隙中的液流通道。

本发明工作原理如下：

如图4和图5所示，线圈Ⅰ13的引线A和线圈Ⅱ11的引线B分别由阀体5上与线圈相对应的孔中引出。当给线圈A和线圈B分别通入一定的大小和方向的电流时，阀体5、阀芯12、左定位盘14、左阻尼圆盘4和阻尼间隙因电磁效应形成第一个闭合磁场回路，第Ⅰ段阻尼间隙和第Ⅱ段阻尼间隙位于线圈Ⅰ13形成的闭合回路中。阀体5、阀芯12、右阻尼圆盘6、右定位盘10和阻尼间隙因电磁效应形成第二个闭合磁场回路，第Ⅲ段和第Ⅳ段阻尼间隙位于线圈Ⅱ形成的回路中。

当给线圈Ⅰ和线圈Ⅱ通电时，流经四段阻尼间隙的磁流变液由于磁场作用其粘度会增大，屈服应力增强。磁流变液流过这四个阻尼间隙，就必须克服这种链状排列的分子间的力，从而导致磁流变液流经阀的阻力增大，可减慢或阻止液体的流动，产生四级压力差。通过调节线圈中电流大小，可改变磁流变液的屈服应力，控制磁流变阀流经四段阻尼间隙的关断力，当磁流变阀的关断力达到一定值后，磁流变液被阻止通过，此时流经磁流变阀的流量为零。

Claims (4)

1.一种径向流动两级盘式磁流变阀，其特征在于包括：左端盖(1)、密封圈Ⅰ(2)、密封圈Ⅱ(3)、左阻尼圆盘(4)、阀体(5)、右阻尼圆盘(6)、密封圈Ⅲ(7)、密封圈Ⅳ(8)、右端盖(9)、右定位盘(10)、线圈Ⅱ(11)、阀芯(12)、线圈Ⅰ(13)及左定位盘(14)；左端盖(1)与阀体(5)通过螺纹固定连接，左端盖(1)与阀体(5)之间配有密封圈Ⅰ(2)；阀芯(12)与阀体(5)间隙配合，阀芯(12)与阀体(5)之间配有密封圈Ⅱ(3)和密封圈Ⅲ(7)；线圈Ⅰ(13)和线圈Ⅱ(11)分别缠绕在阀芯(12)的绕线槽Ⅰ和绕线槽Ⅱ中；右端盖(9)与阀体(5)通过螺纹固定连接，右端盖(9)与阀体(5)之间配有密封圈Ⅳ(8)；左定位盘(14)径向与阀芯(12)过渡配合，左定位盘(14)轴向左端紧贴左端盖(1)；左阻尼圆盘(4)轴向左端的四个小圆柱销插进左定位盘(14)右端的四个圆孔中，左阻尼圆盘(4)与左定位盘(14)固定连接，左阻尼圆盘(4)轴向右端的四个小圆柱销紧贴阀芯(12)，左阻尼圆盘(4)径向加工有四个小凸起，且与阀芯(12)过渡配合；右阻尼圆盘(6)轴向右端的四个小圆柱销插进右定位盘(10)的四个圆孔中，右阻尼圆盘(6)与右定位盘(10)固定连接，右阻尼圆盘(6)轴向左端的四个小圆柱销紧贴阀芯(12)，右阻尼圆盘(6)径向加工有四个小凸起，且与阀芯(12)过渡配合；右定位盘(10)径向与阀芯(12)过渡配合，右定位盘(10)轴向右端紧贴右端盖(9)；阀芯(12)通过左端盖(1)、右端盖(9)和阀体(5)之间的螺纹固定连接进行轴向定位。

2.根据权利要求1所述的一种径向流动两级盘式磁流变阀，其特征在于：线圈Ⅰ(13)缠绕于阀芯(12)的绕线槽Ⅰ中，其引线由阀体(5)上与线圈Ⅰ(13)相对应的引线孔引出；线圈Ⅱ(11)缠绕于阀芯(12)的绕线槽Ⅱ中，其引线由阀体(5)上与线圈Ⅱ(11)相对应的引线孔引出。

3.根据权利要求1所述的一种径向流动两级盘式磁流变阀，其特征在于：左阻尼圆盘(4)、左定位盘(14)和阀芯(12)之间的通道构成第Ⅰ段和第Ⅱ段阻尼间隙；右阻尼圆盘(6)、右定位盘(10)和阀芯(12)之间的通道构成第Ⅲ段和第Ⅳ段阻尼间隙；四段阻尼间隙的宽度均为3.5mm。

4.根据权利要求1所述的一种径向流动两级盘式磁流变阀，其特征在于：左端盖(1)左端进口处攻有外螺纹，可与液压管道直接螺纹连接；右端盖(9)右端出口处攻有外螺纹，可与液压管道直接螺纹连接。