CN104500787A - 一种混合流动式磁流变阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合流动式磁流变阀，由左端盖、阀芯、阀体、导流盘、导磁圆盘、定位盘、垫圈、线圈、密封圈、螺钉及右端盖组成。导磁圆盘和阀体之间的液流通道形成轴向阻尼间隙；导磁圆盘、阀体及阀芯之间的液流通道形成径向阻尼间隙。当向线圈中输入电流时，磁力线垂直穿过轴向及径向阻尼间隙，在磁场的作用下产生磁感应强度。通过调节电流大小，可控制轴向及径向阻尼间隙内的压差。该结构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、结构紧凑、体积小、装配方便，特别适合作为阻尼器旁通阀，应用于铁路、交通等行业减振系统。

Description

一种混合流动式磁流变阀
技术领域
本发明涉及一种磁流变阀，尤其涉及一种混合流动式磁流变阀。
背景技术
在液压控制系统中，控制阀主要用来控制执行元件中液流的压力、流量及流动方向，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、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。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，实现磁流变阀的智能控制。由于磁流变阀没有可移动的机械部件，阀进出口压力可由外加电流控制，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，首先应使磁流变液在磁流变阀阻尼间隙内的流动方向与磁场方向相互垂直；其次是尽可能使磁流变液在磁流变阀内部的液流通道加长。目前所设计的磁流变阀大多采用的是单一的圆环式液流阻尼通道，并且是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，尽可能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。第二就是提高阻尼间隙的长度，但这样会显著增加磁流变阀的体积，占用更多的安装及使用空间，制造成本也相应增加。
基于此，在实际设计过程中，想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，本发明提出一种混合流动式磁流变阀。该磁流变阀采用轴向流动及径向流动组成的混合流动式阻尼间隙，导磁圆盘与阀体之间的液流通道是轴向流动的，导磁圆盘、阀体及阀芯之间的液流通道是径向流动的。这种结构设计充分地利用了磁力线的走向，在不减小阻尼间隙宽度的前提下，增大了剪切面积。既保证了该混合流动式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。另外，相比于单一液流通道的磁流变阀，在产生相同压差的前提下，磁流变阀所需体积更小、结构更紧凑。同时具有可控范围大、能耗低、成本低、响应速度快的特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括：左端盖(1)、导流盘(2)、密封圈Ⅰ(3)、螺钉Ⅰ(4)、密封圈Ⅱ(5)、密封圈Ⅲ(6)、导磁圆盘(7)、垫圈(8)、沉孔螺钉(9)、密封圈Ⅳ(10)、定位盘(11)、阀体(12)、密封圈Ⅴ(13)、右端盖(14)、密封圈Ⅵ(15)、线圈(16)、阀芯(17)及螺钉Ⅱ(18)；左端盖(1)右端内表面和导流盘(2)左侧端面接触，左端盖(1)右端径向内表面和导流盘(2)圆周端面间隙配合，左端盖(1)与导流盘(2)之间分别配有密封圈Ⅰ(3)及密封圈Ⅱ(5)；导流盘(2)右端面和阀体(12)左端面接触，导流盘(2)与阀体(12)之间配有密封圈Ⅲ(6)；左端盖(1)、导流盘(2)和阀体(12)通过螺钉Ⅰ(4)固定连接；导磁圆盘(7)与定位盘(11)之间配有垫圈(8)，垫圈(8)厚度为1.5mm；导磁圆盘(7)、垫圈(8)以及定位盘(11)通过沉孔螺钉(9)固定连接；定位盘(11)设有内螺纹孔，阀芯(17)左端设有外螺纹；定位盘(11)和阀芯(17)通过螺纹固定连接，两者之间围成的凹槽形成绕线槽；定位盘(11)与阀体(12)径向间隙配合，定位盘(11)与阀体(12)之间配有密封圈Ⅳ(10)；导磁圆盘(7)和阀体(12)之间的液流通道形成轴向阻尼间隙，该轴向阻尼间隙宽度为1mm，有效阻尼长度为6mm；导磁圆盘(7)、阀体(12)及阀芯(17)之间的液流通道形成径向阻尼间隙，通过垫圈(8)保证径向阻尼间隙宽度为1.5mm，其有效阻尼长度为20mm；右端盖(14)左端内表面和阀芯(17)右侧端面接触，右端盖(14)左端径向内表面和阀芯(17)右端圆周端面间隙配合，右端盖(14)与阀芯(17)之间分别配有密封圈Ⅴ(13)及密封圈Ⅵ(15)；右端盖(14)、阀芯(17)以及阀体(12)通过螺钉Ⅱ(18)固定连接；线圈(16)缠绕于阀芯(17)和定位盘(11)围成的绕线槽中，其引线由阀芯(17)中的引线孔及与右端盖(14)相对应的引线孔中引出。导磁圆盘(7)、阀体(12)以及阀芯(17)由低碳钢导磁材料组成，其余零件均由不导磁材料组成。左端盖(1)左端进口处设有内螺纹孔，可与液压管道直接螺纹连接；右端盖(14)右端出口处设有内螺纹孔，可与液压管道直接螺纹连接。整个阀结构外形尺寸长度为83mm，直径为74mm。
本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：
(1) 该混合流动式磁流变阀采用的是轴向流动及径向流动组成的混合流动式阻尼间隙，导磁圆盘与阀体之间的液流通道是轴向流动的，导磁圆盘、阀体及阀芯之间的液流通道是径向流动的。这种结构设计充分利用了磁力线的走向，在不减小阻尼间隙宽度的前提下，有效增大了剪切面积。既保证了该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磁流变阀堵塞。
(2) 与传统单一液流通道的磁流变阀相比，在产生相同压差的前提下，该混合流动式磁流变阀所需体积更小、结构更紧凑；同时具有可控范围大、能耗低、响应速度快等优点。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明导磁圆盘俯视图。
图3是本发明磁力线分布示意图。
图4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)、导流盘(2)、密封圈Ⅰ(3)、螺钉Ⅰ(4)、密封圈Ⅱ(5)、密封圈Ⅲ(6)、导磁圆盘(7)、垫圈(8)、沉孔螺钉(9)、密封圈Ⅳ(10)、定位盘(11)、阀体(12)、密封圈Ⅴ(13)、右端盖(14)、密封圈Ⅵ(15)、线圈(16)、阀芯(17)及螺钉Ⅱ(18)。
装配时，先将定位盘(11)装上密封圈Ⅳ(10)，再和阀芯(17)通过螺纹连接保证轴向距离；接着将线圈(16)绕于定位盘(11)和阀芯(17)形成的绕线槽中，最后将缠好的线圈的两根导线从阀芯(17)右端面上部的2mm圆孔中引出。导磁圆盘(7)与定位盘(11)通过四个沉孔螺钉(9)固定连接，垫圈(8)保证两者之间的轴向间隙为1.5mm。导磁圆盘(7)、定位盘(11)及阀芯(17)连接后的结构与阀体(12)相互配合，并保证导磁圆盘(7)与阀体(12)之间的径向间隙为1mm。右端盖(14)安装上密封圈Ⅴ(13)及密封圈Ⅵ(15)，将阀芯(17)右端面上部的2mm圆孔与右端盖(14)所设的2mm引线孔相对齐，使两根线圈导线从右端盖(14)穿出。接着将右端盖(14)、阀芯(17)及阀体(12)通过螺钉Ⅱ(18)固定连接。导流盘(2)安装上密封圈Ⅲ(6)，并与阀体(12)间隙配合。左端盖(1)分别安装密封圈Ⅰ(3)及密封圈Ⅱ(5)，左端盖(1)、导流盘(2)及阀体(12)通过螺钉Ⅰ(4)固定连接。
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(14)右端出口处攻有外螺纹，可与液压管道直接螺纹连接。
图2所示为导磁圆盘(7)俯视图。图3所示为本发明磁力线分布示意图，图中导磁圆盘(7)、阀体(12)及阀芯(17)为低碳钢导磁材料，其余零件均为不导磁材料，因此磁力线能够垂直穿过轴向和径向阻尼间隙。
图4所示为本发明磁流变液液流通道及阻尼间隙示意图。阻尼间隙分为两部分，第一部分是由导磁圆盘(7)与阀体(12)形成的轴向阻尼间隙，第二部分是由导磁圆盘(7)、阀体(12)及阀芯(13)围成的径向阻尼间隙。由于本发明是轴对称结构，该结构上半部分给出了磁流变液在混合流动式磁流变阀中的液流通道，下半部分则给出了混合流动式磁流变阀的阻尼间隙有效工作区域。
本发明工作原理如下：
如图1、图3和图4所示，当给线圈(16)通入一定大小的电流时，由于导磁圆盘(7)、阀体(12)及阀芯(17)为低碳钢导磁材料，并且其余零件均为不导磁材料，因电磁效应形成的磁力线穿过导磁圆盘(7)、阀体(12)及阀芯(17)形成闭合回路。磁力线既垂直于导磁圆盘(7)与阀体(12)形成的轴向阻尼间隙，又垂直于导磁圆盘(7)、阀体(12)与阀芯(17)围成的径向阻尼间隙。
当给线圈(16)通电时，由于磁场作用，轴向和径向阻尼间隙的磁流变液其粘度会增大，屈服应力增强。磁流变液流过这两个阻尼间隙，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，从而产生压力差。通过调节线圈中电流大小，可改变磁流变液的屈服应力，以达到所需的进出口压力差。

Claims (4)

1.一种混合流动式磁流变阀，其特征在于包括：左端盖(1)、导流盘(2)、密封圈Ⅰ(3)、螺钉Ⅰ(4)、密封圈Ⅱ(5)、密封圈Ⅲ(6)、导磁圆盘(7)、垫圈(8)、沉孔螺钉(9)、密封圈Ⅳ(10)、定位盘(11)、阀体(12)、密封圈Ⅴ(13)、右端盖(14)、密封圈Ⅵ(15)、线圈(16)、阀芯(17)及螺钉Ⅱ(18)；左端盖(1)右端内表面和导流盘(2)左侧端面接触，左端盖(1)右端径向内表面和导流盘(2)圆周端面间隙配合，左端盖(1)与导流盘(2)之间分别配有密封圈Ⅰ(3)及密封圈Ⅱ(5)；导流盘(2)右端面和阀体(12)左端面接触，导流盘(2)与阀体(12)之间配有密封圈Ⅲ(6)；左端盖(1)、导流盘(2)和阀体(12)通过螺钉Ⅰ(4)固定连接；导磁圆盘(7)与定位盘(11)之间配有垫圈(8)，垫圈(8)厚度为1.5mm；导磁圆盘(7)、垫圈(8)以及定位盘(11)通过沉孔螺钉(9)固定连接；定位盘(11)设有内螺纹孔，阀芯(17)左端设有外螺纹；定位盘(11)和阀芯(17)通过螺纹固定连接，两者之间围成的凹槽形成绕线槽；定位盘(11)与阀体(12)径向间隙配合，定位盘(11)与阀体(12)之间配有密封圈Ⅳ(10)；导磁圆盘(7)和阀体(12)之间的液流通道形成轴向阻尼间隙，该轴向阻尼间隙宽度为1mm，有效阻尼长度为6mm；导磁圆盘(7)、阀体(12)及阀芯(17)之间的液流通道形成径向阻尼间隙，通过垫圈(8)保证径向阻尼间隙宽度为1.5mm，其有效阻尼长度为20mm；右端盖(14)左端内表面和阀芯(17)右侧端面接触，右端盖(14)左端径向内表面和阀芯(17)右端圆周端面间隙配合，右端盖(14)与阀芯(17)之间分别配有密封圈Ⅴ(13)及密封圈Ⅵ(15)；右端盖(14)、阀芯(17)以及阀体(12)通过螺钉Ⅱ(18)固定连接；线圈(16)缠绕于阀芯(17)和定位盘(11)围成的绕线槽中，其引线由阀芯(17)中的引线孔及与右端盖(14)相对应的引线孔中引出。
2.根据权利要求1所述的一种混合流动式磁流变阀，其特征在于：导磁圆盘(7)、阀体(12)以及阀芯(17)由低碳钢导磁材料组成，其余零件均由不导磁材料组成。
3.根据权利要求1所述的一种混合流动式磁流变阀，其特征在于：左端盖(1)左端进口处设有内螺纹孔，可与液压管道直接螺纹连接；右端盖(14)右端出口处设有内螺纹孔，可与液压管道直接螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的一种混合流动式磁流变阀，其特征在于：整个阀结构外形尺寸长度为83mm，直径为74mm。
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