CN103591363B - 磁流变压力控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压力控制阀，特别是一种通过控制阀开启时所需的力来实现液压系统压力控制的磁流变压力控制阀，该压力控制阀包括内阀体、阀芯、堵盖、主阀体、装有磁流变液的工作腔、由线圈和隔磁外套构成的线圈组件、外阀体、上阀体、推力轴、弹簧座、复位弹簧、端盖、行程开关传感器及多个橡胶密封圈。本发明结构简单、制造方便、能量效率高、压力响应快，且可实现系统压力无级化、智能控制。

Description

磁流变压力控制阀

技术领域

本发明涉及一种压力控制阀，特别是一种通过控制阀开启时所需的力来实现液压系统压力控制的磁流变压力控制阀。

背景技术

常见压力控制阀常通过控制阀芯弹簧的预紧力的方式来控制系统压力。传统的压力控制阀通过改变电磁线圈的磁场来控制控制阀芯弹簧的预紧力，从而改变阀芯开启时所需的力，进而控制系统的压力。在传统的设计中，对机械加工精度要求高，产品一致性差；对阀芯弹簧的要求很高，且不易实现压力的快速、无级变化；阀芯移动量一般都较小；消耗的功率很大，能量效率不高。随着现代科学技术的不断发展、实际应用要求的不断提高，也对压力控制阀提出了小型化、智能化、经济化和节能等更高的要求。这就需要对压力控制阀的工作原理、结构进行创新设计。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、制造方便、能量效率高、压力响应快，且可实现系统压力无级化、智能控制的磁流变压力控制阀。

实现本发明的目的所采取的技术方案是：该压力控制阀包括内阀体、阀芯、堵盖、主阀体、装有磁流变液的工作腔、由线圈和隔磁外套构成的线圈组件、外阀体、上阀体、推力轴、弹簧座、复位弹簧、端盖、行程开关传感器及多个橡胶密封圈。所述行程开关传感器与端盖螺纹连接于端盖上端，端盖为绝缘材料；端盖与外阀体螺纹连接于外阀体的上外侧，外阀体与上阀体螺纹连接于上阀体的上外侧，上阀体设置于主阀体上内侧，外阀体和上阀体均为导磁材料；端盖内下方设有压缩状态的复位弹簧，复位弹簧的下方压在弹簧座的上方，弹簧座与推力轴螺纹连接于推力轴的上方，推力轴设置于上阀体之内，推力轴为隔磁材料；推力轴下方压在阀芯的上侧圆盘上端，阀芯设置于内阀体之内，阀芯下方压在堵盖的上侧，堵盖与主阀体在主阀体下方过盈配合，内阀体设置于主阀体之内，主阀体、内阀体与上阀体之间形成工作腔，工作腔内装有磁流变液，阀芯、内阀体、堵盖均为导磁材料；主阀体与外阀体螺纹连接于外阀体的内下侧，主阀体为隔磁材料；线圈组件设置于主阀体之外，线圈组件内侧与主阀体的外侧接触，线圈组件上端面与外阀体内下端面接触，线圈组件内侧与外阀体的内侧接触。

按照上述方案制成的磁流变压力控制阀具有如下优点：

1.本发明通过控制作用在主阀体、内阀体与上阀体之间形成的工作腔中磁流变液的磁场强度，控制磁流变液屈服强度从而控制磁流变液对阀芯的作用力的技术方式，实现对油液的压力控制。

2.本发明通过优化设置各部件的导磁性，合理的设计了磁路走向，最大程度的利用了磁场能量来控制系统压力。与其他磁流变控制阀相比，电磁线圈布置于主阀体的外侧，安装更加方便、散热更好，且电磁线圈距磁流变液工作腔较远，电磁线圈发热对磁流变液的影响很小。

3.本发明利用磁流变挤压模式的工作原理，与普通的电磁阀相比，本发明的磁流变压力控制阀，能量利用效率更高，相同压力控制范围的情况下，所需的电磁线圈的匝数更少。

4.本发明利用磁流变挤压模式的工作原理，可实现阀芯在较大位移的情况下，磁流变液对阀芯的作用力变化较小。与普通的电磁阀相比，本发明的磁流变压力控制阀，可保证在较大流量变化范围内，预控系统压力数值变化较小，保证系统预期性能。

5.本发明采用的磁流变液屈服强度变化响应快，变化范围广，使得本发明具有压力响应快、可调压力范围大的优点。

6.本发明结构简单，制造方便，能够接入电控单元实现智能化控制，且能够实现对压力的无级化控制。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图。

图2是本发明工作腔中磁流变液工作原理示意图。

图3是本发明磁路中磁力线走向的示意图。

具体实施方式

由附图1所示：该磁流变压力控制阀包括：内阀体4、阀芯5、堵盖7、主阀体8、工作腔9（内装有磁流变液）、线圈组件10（包括线圈和隔磁外套）、外阀体13、上阀体14、推力轴15、弹簧座16、复位弹簧17、端盖18、行程开关传感器19及多个橡胶密封圈（1、2、3、6、11、12）。所述行程开关传感器19与端盖18螺纹连接于端盖18上端，端盖18为绝缘材料；端盖18与外阀体13螺纹连接于外阀体13的上外侧，外阀体13与上阀体14螺纹连接于上阀体14的上外侧，上阀体14设置于主阀体8上内侧且与主阀体8之间设有橡胶密封圈11，外阀体13和上阀体14均为导磁材料；端盖18内下方设有压缩状态的复位弹簧17，复位弹簧17的下方压在弹簧座16的上方，弹簧座16与推力轴15螺纹连接于推力轴15的上方，推力轴15设置于上阀体14之内，推力轴15与上阀体14之间设有橡胶密封圈12，推力轴15为隔磁材料；推力轴15下方压在阀芯5的上侧圆盘上端，阀芯5设置于内阀体4之内，阀芯5与内阀体4之间设有橡胶密封圈2，阀芯5下方压在堵盖7的上侧，堵盖7与主阀体8在主阀体8下方过盈配合，内阀体4设置于主阀体8之内，内阀体4与主阀体8之间设有橡胶密封圈1，主阀体8、内阀体4与上阀体14之间形成工作腔9，工作腔9内装有磁流变液，阀芯5、内阀体4、堵盖7均为导磁材料；主阀体8与外阀体13螺纹连接于外阀体13的内下侧，主阀体8为隔磁材料；线圈组件10设置于主阀体8之外，线圈组件10内侧与主阀体8的外侧接触，线圈组件10上端面与外阀体13内下端面接触，线圈组件10外侧与外阀体13的内侧接触。所述主阀体8上设有油道8-1，堵盖7上设有油道7-1。

在安装磁流变压力控制阀时，主阀体8下外侧的外螺纹与安装载体上阀口内侧的内螺纹连接，橡胶密封圈6、橡胶密封圈3起到密封油液的作用，线圈组件10的下端面与安装载体上外侧的端面接触，外阀体13的下端面与安装载体上外侧的端面接触。

如附图1所示，按照上述方案制成的磁流变压力控制阀工作腔9中注满磁流变液体。磁流变液在磁场作用下，由普通的牛顿流体变化为类似固体的特殊物质，呈现类似固体的力学性质，在几十毫秒的时间内其屈服强度由0增加到某一数值。这一过程称为磁流变液的固化，固化后的屈服强度数值与磁场强度和磁流变液的性质有关。磁流变液固化的过程是可逆的，当去掉磁场时磁流变液又变回普通的牛顿流体。磁流变效应可逆、迅速及易于控制的特点使得磁流变压力控制阀能够成为电气控制与机械系统中结构简单及响应快速的装置。

本发明利用磁流变挤压模式的工作原理，如附图2所示（图2中a表示磁流变液流向，b表示磁力线走向），当阀芯5受到油道7-1内高压油的作用开始向上移动时，工作腔9上侧的磁流变液开始沿着径向向外流动，这与所设计的磁力线走向垂直，磁流变液开始固化，阻碍磁流变液继续流动。本发明通过优化设置各部件的导磁性（堵盖7、阀芯5、内阀体4、上阀体14、外阀体13均为导磁材料；主阀体8、推力轴15均为隔磁材料），合理的设计了磁路：如附图3所示（图3中c表示磁力线走向），磁场中的磁力线最大程度的通过磁流变液并与磁流变液的流动方向垂直，使得磁流变液正常工作。本发明所设计的磁路使得线圈组件可以布置在主阀体的外侧，散热效果良好，不会因为线圈发热对内部的磁流变液产生影响。

本发明可应用于减振器，但是本发明应用不局限于此。此处以在减振器中的使用为一应用实例，说明其工作原理。如附图1所示：磁流变压力控制阀中的线圈组件10、行程开关传感器19与控制单元相连通，减振器中的高压油从堵盖7的油道7-1流入，主阀体8上油道8-1与减振器低压腔相连。控制单元控制线圈组件10中通过的电流来控制作用于工作腔9中磁流变液的磁场强度进而改变磁流液的屈服强度，并通过行程开关传感器19来判断阀芯5的移动量。按照上述方案制成的磁流变压力控制阀工作时按照如下方式进行：控制单元控制线圈组件10中通过的电流为设定值以获得要求的磁场，此时工作腔9中磁流变液屈服强度增大，阀芯5的移动受到工作腔9中磁流变液的控制；减振器压缩，减振器下腔压力增大，油道7-1中的油液压力升高，作用于阀芯5的上推力增大；推动阀芯5的作用力大于复位弹簧17推力与工作腔9中磁流变液对推力轴11作用力之和时，阀芯5上移与堵盖7之间形成缝隙，使得油道7-1中的高压油通过油道8-1与减振器低压腔联通，油道7-1中的油压下降，直到其推动阀芯5的作用力等于复位弹簧17推力与工作腔9中磁流变液对推力轴11作用力之和时，阀芯5受力平衡，减振器内液体压力达到稳定；当减振器停止运动，减振器下腔压力由高压恢复常压，油道油道7-1中的油压由高压变为常压，阀芯5开始向下移动，控制单元通过行程开关传感器测得阀芯5下移便使线圈组件10的电流变为0，工作腔9内的磁流变液重新变为普通的牛顿流体，这时磁流变液对阀芯运动的阻力很小可以忽略不计，处于压缩状态的复位弹簧17通过弹簧座16推动推力轴15，推力轴15推动阀芯5，使得阀芯5快速下移重新与堵盖7接触，油道7-1重新与油道8-1断开，磁流变压力控制阀恢复初始状态；阀芯5上移过程中，控制单元控制线圈组件10中通过的电流大小，获得不同的磁场强度，使得工作腔9中磁流变液的屈服强度变化，磁流变液作用于阀芯5上的作用力发生变化，从而实现对油液的压力控制。磁流变液的屈服强度变得极大时，本发明应用的承压范围可以很大。

Claims (6)

1.一种磁流变压力控制阀，其特征在于：该压力控制阀包括内阀体、阀芯、堵盖、主阀体、装有磁流变液的工作腔、由线圈和隔磁外套构成的线圈组件、外阀体、上阀体、推力轴、弹簧座、复位弹簧、端盖、行程开关传感器和多个橡胶密封圈，所述行程开关传感器与端盖连接于端盖上端，端盖与外阀体连接于外阀体的上外侧，外阀体与上阀体连接于上阀体的上外侧，上阀体设置于主阀体上内侧，端盖内下方设有压缩状态的复位弹簧，复位弹簧的下方压在弹簧座的上方，弹簧座与推力轴连接于推力轴的上方，推力轴设置于上阀体之内，推力轴下方压在阀芯的上侧圆盘上端，阀芯设置于内阀体之内，阀芯下方压在堵盖的上侧，堵盖与主阀体在主阀体下方过盈配合，内阀体设置于主阀体之内，主阀体、内阀体与上阀体之间形成工作腔，工作腔内装有磁流变液，主阀体与外阀体连接于外阀体的内下侧，线圈组件设置于主阀体之外，线圈组件内侧与主阀体的外侧接触，线圈组件上端面与外阀体内下端面接触，线圈组件外侧与外阀体的内侧接触。

2.根据权利要求1所述的一种磁流变压力控制阀，其特征在于：所述主阀体、内阀体及上阀体之间形成工作腔，工作腔中注满磁流变液。

3.根据权利要求1所述的一种磁流变压力控制阀，其特征在于：所述堵盖上设有油道，主阀体上设有油道。

4.根据权利要求1所述的一种磁流变压力控制阀，其特征在于：所述堵盖、阀芯、内阀体、上阀体和外阀体均为导磁材料；主阀体和推力轴均为隔磁材料；端盖为绝缘材料。

5.根据权利要求1所述的一种磁流变压力控制阀，其特征在于：所述线圈组件设置于主阀体与外阀体之间，远离工作腔内的磁流变液。

6.根据权利要求1所述的一种磁流变压力控制阀，其特征在于：上阀体与主阀体之间设有橡胶密封圈，内阀体与主阀体之间设有橡胶密封圈，阀芯与内阀体之间设有橡胶密封圈，推力轴与上阀体之间设有橡胶密封圈。