CN104785396A - 射流装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射流装置，其特征在于：包括壳体(1)、线圈(2)、撞针(3)、弹性组件(4)、定子(6)和压力腔(7)；所述线圈(2)设在定子(6)上，所述弹性组件(4)一端与撞针(3)相抵，另一端与壳体相抵，所述壳体(1)与压力腔(7)连通，所述撞针(3)设在定子(6)内且一端与壳体(1)与压力腔(7)的连通处的孔径相同，所述撞针(3)与压力腔(7)同轴心。

Description

射流装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种射流装置及其控制方法。

背景技术

目前现有技术的射流装置都采用外部通入高压、通过高压喷头或射流装置内部结构进行相应调整从而为射流装置提供喷射效果。例如如下现有技术：

中国专利CN 202590658 U公开了一种混合射流装置，包括依序连接的吸入管、喉管和扩散管，所述的吸入管、喉管和扩散管的中轴线位于同一条直线上，其特征在于：所述的吸入管侧壁上设有第一入流管，在吸入管中心沿中轴线设有轴流喷嘴，所述的第一入流管和轴流喷嘴管路连接；在喉管与扩散管接触部的喉管外围形成环流喷嘴，环流喷嘴与扩散管相对，在喉管侧壁上设有与环流喷嘴相连接第二入流管。

中国专利CN 101837567 B公开了一种水射流装置，包括：混合室，磨料和内高压水在所述混合室中彼此混合以产生混合水，在所述混合室的下端设置内喷嘴以排放所述混合水；以及外喷嘴，具有和所述混合室相同的形状，设置在所述混合室的外部，并且在所述外喷嘴的下端具有射流喷嘴，在所述外喷嘴中限定有通道，从而外高压水流过所述通道，其中，所述外喷嘴与所述混合室隔开，从而在所述内喷嘴和所述射流喷嘴之间限定了内外连通空间，以防止所述混合水的回流。

与以上两种混合射流装置结构实质相同的有很多，以上结构是对射流装置的内部结构、喷射装置的喷嘴等进行改进或在其内部增设喷嘴，从而使射流装置在出口处形成高压喷射的效果。

这样的结构存在的缺点有三点：

第一是当介质(可为液体、固液混合态等)从射流装置的喷嘴处喷射出并在与之相接触面接触时会产生反弹力，而又由于射流装置喷射介质为连续性喷射，则假设从射流装置喷射出的压力为60MPa,则由于反弹力假设为20MPa的抵消作用，使得最终射流装置喷射出的介质最终与相接触面接触时只能提供40MPa的作用力，而这一问题是任何射流装置无法解决的。

第二是若射流装置是用于提供用于清洗等领域，则由于反弹力的抵消使得工作效率只能达到60-70％时，则需要采用长时间冲洗弥补这一问题，使得原则上可一小时一吨水清洗完成的清洗任务现需要一个半小时2吨水才能清洗完成。

第三是以上结构的射流装置只适用于液态或固液混合态介质，原因是其内部结构对气态高压形成一定的阻力，虽对射流装置的射流口处进行改进可以形成射流效应，但除非适用对象对射流口要求大于压力要求，例如车胎打气；否则相对于供压装置的利用率而言是不经济的。

然而中国专利CN 102242742 B公开了一种两级射流喷嘴串联式超磁致伸缩射流伺服阀及工作方法，包括上端盖、下端盖、超磁致伸缩棒、输出杆、线圈骨架、偏置磁场发生单元与驱动磁场发生单元。上述下端盖具有以输出杆轴线为对称轴的左阀芯安装腔和右阀芯安装腔，左阀芯安装腔和右阀芯安装腔内分别安装有一组阀芯组件，上述输出杆与左、右阀芯接触处均构成楔形放大机构。

以上结构是利用线圈磁效应通过通断电产生的磁场使超磁致伸缩棒进行伸长和缩短来控制阀体的导通与闭合，其解决的技术问题仅仅是导通和非射流。

综上所述，可以看出目前现有技术的射流装置存在的问题是利用率低、适用性差。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种利用率大且适用性强的射流装置及其控制方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种射流装置，包括壳体、线圈、撞针、弹性组件、定子和压力腔；所述线圈设在定子上，所述弹性组件一端与撞针相抵，另一端与壳体相抵，所述壳体与压力腔连通，所述撞针设在定子内且一端与壳体与压力腔的连通处的孔径相同，所述撞针与压力腔同轴心。

根据上述方案可以看出本发明的一种射流装置具有如下优点：

首先，对线圈通电后使撞针在定子内做高频往复运动，压力腔还与用于接入介质的管路连通，这里该管路可以为三通，通过对三通内通入液态、固液混合态或固态介质，后经撞针提供动量由三通8的出口射出，压力形成在压力腔和三通中，该结构的射流装置不再局限于介质的状态，采用液态、固液混合态和固态介质都可以。

其次，高压力的形成是在撞针往复运动将三通中的介质送入三通出口处时和压力腔中形成的，对于压力的提供可以通过调节三通的供压和三通出口处以及压力腔的管径大小，这样的调节非常便捷。

再次、撞针的冲击将介质高压射出为非连续性，这使得上一股介质在撞击外部接触面后的反弹力与撞针的冲击推出的下一股介质的高压不会产生抵消，使得射流装置的冲击效果明显、工作效率高。

作为优选，所述撞针包括第一动芯和第二动芯，所述弹性组件一端与第一动芯相抵，另一端与出相抵，所述第二动芯由导磁材料制成且设在线圈内。

将撞针分为第一动芯和第二动芯，第二动芯采用纯导磁材料制成，可以在线圈内进行较长来回运动从而可以为第一动芯提供较大动量。

作为优选，所述第二动芯为空心结构。

将第二动芯采用空心结构可以使电磁能为第二动芯提供较高动量。

作为改进，所述射流装置还包括用于调节撞针行程的调节装置，所述调节装置安装在壳体上且一端与撞针相抵。

通过增设调节撞针行程的调节装置来调节撞针的行程和第二动芯的切割磁力线的起点，通过调节撞针中第二动芯的行程，可以调节撞针在出口可以达到的最大速度，最终可以调节射流压力，同时调节装置可以调节第二动芯的切割磁力线的起点，从而使线圈通电时，第二动芯可以达到最大动量。

作为改进，所述可调节装置包括第二弹性部件、推杆、螺栓和挡块，所述第二弹性部件一端与壳体相抵，另一端与推杆相抵，所述推杆穿过壳体并通过挡块与螺栓螺接。

通过调节推杆位置从而调节挡块位置，又由于挡块可以阻挡撞针的行程和限定第二动芯的初始切割磁力线的位置，从而使得撞针的行程和初始动量根据推杆来调节，最终使得通过调节推杆可以直接调节介质在出口处形成的射流压力。

作为改进，所述壳体包括第一壳体部件、第二壳体部件，所述第一壳体部件、第二壳体部件为可拆式结构。

采用可拆式连接可以使得安装方便且维修也方便，便于根据压力需求对射流装置壳体的某一单独部件进行更换，不用更换产品使得实用性强。

本发明还提供了一种上述的射流装置的控制方法，它包括如下步骤：

步骤一、根据普遍需求设定参数如下：水出口压力需要1MPa；水出口孔直径0.2mm；活塞杆直径5mm；活塞杆质量为0.02Kg；脉冲频率20HZ；每个脉冲通断电时间相同；弹性部件K值2N/mm

步骤二、根据公式Q＝μA[2(P1-P2)/ρ]1/2计算出每秒出水量，

其中Q为每秒出水量，μ为效率系数,假设为0.7，A为出水口面积，P1-P2为出水压力差，ρ为水密度；

即：Q＝0.7*(0.2*10-3/2)2π[2(1*106-1*105)/103]1/2*106≈0.93ml；

一个脉冲，通电时间25ms的时间；

Q1＝0.93/40＝0.02325ml；

步骤三、根据公式L＝Q1/S计算出每个脉冲活塞行进距离；

其中Q为出水体积；S为活塞截面积；L为活塞行进距离；

即：L＝0.02325*103/(5/2)2π≈1.2mm；

随着活塞杆的不断前进，水压从供水压力1bar，快速上升到10bar；回复弹簧不断被压缩，阻力加大；

步骤三、根据公式Fz＝F1+F2计算最大阻力；

其中F1为水压阻力，F2为弹簧阻力；

即：Fz＝P1A+KL＝106*(5*10-3/2)2π+2*1.2≈22N；

计算最大推力L＝at2/2＝[(FT-Fz)/m]t2/2；

其中a为运动加速度，FT为活塞推力(最大值)，FT≈Fc；

步骤四、根据电磁力计算公式

Fc＝(IN)2/2RGl

RG＝l/μ0A0

$F=\frac{{\left(\mathrm{IN}\right)}^2}{2R_{G}l}$

$R_G=\frac{l}{{\mathrm{\μ}}_{0}A}$

其中F为电磁力、I为电流、N为线圈匝数、R_G为气隙磁阻、l为气隙长度、μ₀为真空磁导率、A为气隙部位垂直于磁力线的面积、F为电磁力、I为电流、N为线圈匝数、R_G为气隙磁阻、l为气隙长度、μ⁰为真空磁导率、A0为气隙部位垂直于磁力线的面积。

根据以上方法可以发现本射流装置可以根据任意介质需求和任意工况需求对各项参数进行设定，从而提供不同的压力和射流效果。

附图说明

附图1为本发明的射流装置的结构示意图。

附图2为本发明的射流装置的结构示意图。

附图3为本发明的射流装置的剖视图。

附图4为本发明的射流装置的剖视图。

附图5为本发明的射流装置的剖视图。

图中所示：1、壳体，1.1、第一壳体部件，1.2、第二壳体部件，2、线圈，3、撞针，3.1、第一动芯，3.2、第二动芯，4、弹性组件，5、调节装置，5.1、第二弹性部件，5.2、推杆，5.3、螺栓，5.4，挡块，6、定子，7、压力腔，8、三通。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

本发明的具体结构如附图1、2、3和4所示：

一种射流装置，包括壳体1、线圈2、撞针3、弹性组件4、定子6和压力腔7；所述线圈2设在定子6上，所述弹性组件4一端与撞针3相抵，另一端与壳体相抵，所述壳体1与压力腔7连通，所述撞针3设在定子6内且一端与壳体1与压力腔7的连通处的孔径相同，所述撞针3与压力腔7同轴心；所述撞针3包括第一动芯3.1和第二动芯3.2，所述弹性组件4一端与第一动芯3.1相抵，另一端与壳体1与压力腔7的连通处相抵，所述第二动芯3.2由导磁材料制成且设在线圈2内；所述第二动芯3.2为空心结构；所述射流装置还包括用于调节撞针3行程的调节装置5，所述调节装置5安装在壳体1上且一端与撞针3相抵；所述可调节装置5包括第二弹性部件5.1、推杆5.2、螺栓5.3和挡块5.4，所述第二弹性部件5.1一端与壳体1相抵，另一端与推杆5.2相抵，所述推杆5.2穿过壳体1并通过挡块5.4与螺栓5.3螺接；所述壳体1包括第一壳体部件1.1、第二壳体部件1.2，所述第一壳体部件1.1、第二壳体部件1.2为可拆式结构。

本发明的射流装置的工作状态：将线圈通电，撞针为导磁材料制成，由于受到线圈磁效应和弹性组件的弹力作用使得撞针开始在线圈内进行往复运动，同时撞针分为第一动芯和第二动芯，第二动芯为导磁材料制成且纯度较高，在线圈通电后第二动芯开始向第一动芯冲击，当第一动芯与第二动芯一同向出口处冲击后，由于第一弹性部件的弹力作用，使得第一动芯和第二动芯向壳体底部运动，之后通过线圈磁化继续第一动芯方向运动，依此做高频往复运动，所述壳体1与压力腔7连通，在压力腔7出口处接有三通8，三通8中通入射流介质，介质通过射流装置的撞针的冲击从三通8的另一个出口高压射出，从而形成高压射流，介质可以为干冰类固态介质或石英砂和水的固液混合态介质或水或其他液体介质。

同时通过对三通和压力腔的压力可以进一步的加快第一动芯和第二动芯回复到壳体底部，从而加速第一动芯和第二动芯的往复运动，通过调节三通内通入介质的压力，即可调节。

采用该射流装置可以有效解决以下问题：

形成冲击的地方在撞针或第一动芯，高压力的形成是在撞针往复运动将强力腔中的介质送入三通出口处时形成的，对于压力的提供可以通过调节压力腔管径、三通的供压和三通出口处的大小，这样的调节非常便捷。

撞针的冲击将介质高压射出为非连续性，这使得上一股介质在撞击外部接触面后的反弹力与撞针的冲击推出的下一股介质的高压不会产生抵消，使得射流装置的冲击效果明显、工作效率高。

在三通中通入液态、固液混合态或固态介质，后经撞针提供动量由壳体上的出口射出，该结构的射流装置不再局限于介质的状态，采用液态、固液混合态和固态介质都可以。

壳体采用可拆式连接可以使得安装方便且维修也方便，便于根据压力需求对射流装置壳体的某一单独部件进行更换，不用更换产品使得实用性强。

本发明还提供了一种上述的射流装置的控制方法，它包括如下步骤：

步骤一、根据普遍需求设定参数如下：水出口压力需要1MPa；水出口孔直径0.2mm；活塞杆直径5mm；活塞杆质量为0.02Kg；脉冲频率20HZ；每个脉冲通断电时间相同；弹性部件K值2N/mm

步骤二、根据公式Q＝μA[2(P1-P2)/ρ]1/2计算出每秒出水量，

其中Q为每秒出水量，μ为效率系数,假设为0.7，A为出水口面积，P1-P2为出水压力差，ρ为水密度；

即：Q＝0.7*(0.2*10-3/2)2π[2(1*106-1*105)/103]1/2*106≈0.93ml；

一个脉冲，通电时间25ms的时间；

Q1＝0.93/40＝0.02325ml；

步骤三、根据公式L＝Q1/S计算出每个脉冲活塞行进距离；

其中Q为出水体积；S为活塞截面积；L为活塞行进距离；

即：L＝0.02325*103/(5/2)2π≈1.2mm；

随着活塞杆的不断前进，水压从供水压力1bar，快速上升到10bar；回复弹簧不断被压缩，阻力加大；

步骤三、根据公式Fz＝F1+F2计算最大阻力；

其中F1为水压阻力，F2为弹簧阻力；

即：Fz＝P1A+KL＝106*(5*10-3/2)2π+2*1.2≈22N；

计算最大推力L＝at2/2＝[(FT-Fz)/m]t2/2；

其中a为运动加速度，FT为活塞推力(最大值)，FT≈Fc；

步骤四、根据电磁力计算公式

Fc＝(IN)2/2RGl

RG＝l/μ0A0

$F=\frac{{\left(\mathrm{IN}\right)}^2}{2R_{G}l}$

$R_G=\frac{l}{{\mathrm{\μ}}_{0}A}$

其中F为电磁力、I为电流、N为线圈匝数、R_G为气隙磁阻、l为气隙长度、μ₀为真空磁导率、A为气隙部位垂直于磁力线的面积、F为电磁力、I为电流、N为线圈匝数、R_G为气隙磁阻、l为气隙长度、μ⁰为真空磁导率、A0为气隙部位垂直于磁力线的面积。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种射流装置，其特征在于：包括壳体(1)、线圈(2)、撞针(3)、弹性组件(4)、定子(6)和压力腔(7)；所述线圈(2)设在定子(6)上，所述弹性组件(4)一端与撞针(3)相抵，另一端与壳体相抵，所述壳体(1)与压力腔(7)连通，所述撞针(3)设在定子(6)内且一端与壳体(1)与压力腔(7)的连通处的孔径相同，所述撞针(3)与压力腔(7)同轴心。

2.根据权利要求1所述的射流装置，其特征在于：所述撞针(3)包括第一动芯(3.1)和第二动芯(3.2)，所述弹性组件(4)一端与第一动芯(3.1)相抵，另一端与壳体(1)与压力腔(7)的连通处相抵，所述第二动芯(3.2)由导磁材料制成且设在线圈(2)内。

3.根据权利要求2所述的射流装置，其特征在于：所述第二动芯(3.2)为空心结构。

4.根据权利要求1所述的射流装置，其特征在于：所述射流装置还包括用于调节撞针(3)行程的调节装置(5)，所述调节装置(5)安装在壳体(1)上且一端与撞针(3)相抵。

5.根据权利要求5所述的射流装置，其特征在于：所述可调节装置(5)包括第二弹性部件(5.1)、推杆(5.2)、螺栓(5.3)和挡块(5.4)，所述第二弹性部件(5.1)一端与壳体(1)相抵，另一端与推杆(5.2)相抵，所述推杆(5.2)穿过壳体(1)并通过挡块(5.4)与螺栓(5.3)螺接。

6.根据权利要求1所述的射流装置，其特征在于：所述壳体(1)包括第一壳体部件(1.1)、第二壳体部件(1.2)，所述第一壳体部件(1.1)、第二壳体部件(1.2)为可拆式结构。

7.一种射流装置的控制方法，其特征在于：

步骤一、根据普遍需求设定参数如下：水出口压力需要1MPa；水出口孔直径0.2mm；活塞杆直径5mm；活塞杆质量为0.02Kg；脉冲频率20HZ；每个脉冲通断电时间相同；弹性部件K值2N/mm

步骤二、根据公式Q＝μA[2(P1-P2)/ρ]1/2计算出每秒出水量，

其中Q为每秒出水量，μ为效率系数,假设为0.7，A为出水口面积，P1-P2为出水压力差，ρ为水密度；

即：Q＝0.7*(0.2*10-3/2)2π[2(1*106-1*105)/103]1/2*106≈0.93ml；

一个脉冲，通电时间25ms的时间；

Q1＝0.93/40＝0.02325ml；

步骤三、根据公式L＝Q1/S计算出每个脉冲活塞行进距离；

其中Q为出水体积；S为活塞截面积；L为活塞行进距离；

即：L＝0.02325*103/(5/2)2π≈1.2mm；

随着活塞杆的不断前进，水压从供水压力1bar，快速上升到10bar；回复弹簧不断被压缩，阻力加大；

步骤三、根据公式Fz＝F1+F2计算最大阻力；

其中F1为水压阻力，F2为弹簧阻力；

即：Fz＝P1A+KL＝106*(5*10-3/2)2π+2*1.2≈22N；

计算最大推力L＝at2/2＝[(FT-Fz)/m]t2/2；

其中a为运动加速度，FT为活塞推力(最大值)，FT≈Fc；

步骤四、根据电磁力计算公式

Fc＝(IN)2/2RGl

RG＝l/μ0A0

$F=\frac{{\left(\mathrm{IN}\right)}^2}{{2R}_{G}l}$

$R_G=\frac{l}{{\mathrm{\μ}}_{0}A}$