CN105387218B - 一种气控先导式电磁阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种气控先导式电磁阀，包括主弹簧、盖板、卸荷环、密封圈、主阀芯、主阀体、排气嘴、胶套、副弹簧、线圈组件、副阀芯与副阀座，副阀与主阀体固连，线圈组件通电，控制气体进入主阀芯安装腔，电磁阀打开；线圈组件断电，控制气体排出，电磁阀关闭。本发明用于控制某动力系统气源的启闭。本发明采用副阀控制主阀的先导式结构方案，实现小型化设计；将气源通过副阀引入主阀芯安装腔作为控制气体，控制方式简单。本发明具有体积小、重量轻、控制方式简单、长寿命、防水等优点，可作为流体机械设备中的介质控制元件。

Description

一种气控先导式电磁阀
技术领域
本发明涉及一种气控先导式电磁阀，特别涉及一种气动控制、长寿命、防水卸荷型先导式电磁阀。
背景技术
在传统的高压气源控制系统中，为满足小型化、大流量等要求，普遍采用先导式电磁阀方案。《液体火箭发动机设计(下)》(北京：中国宇航出版社，2009，P226～230)讲述了电磁阀的工作原理及典型结构，其中先导式电磁阀可分为分体式及气体操纵式结构形式。分体式电磁阀将电磁铁部分与阀门分开，具有轴向结构尺寸大、响应时间长等问题；气体操纵式电磁阀借助气体作用力驱动阀芯运动，具有结构紧凑等优点，现有结构需系统提供外置控制气源，控制系统复杂。
发明内容
本发明针对传统气控先导式结构一般需系统提供外置控制气源问题，为了满足某动力系统控制组件结构小、质量轻、控制方式简单等工作要求，提出了一种直接引压先导式电磁阀结构。
本发明所提供的气控先导式电磁阀，包括气控主阀及电磁副阀，所述气控主阀包括主阀体5、主气体流道51、主阀芯4、主弹簧1，
其特殊之处在于：
所述主气体流道51包括水平流道511和垂直流道512，所述水平流道511沿主阀体5入口轴向设置，主气体流道的入口位于主阀体5的左端，垂直流道512的上端与水平流道511的末端垂直相通，垂直流道512的出口作为主气体流道的出口，所述垂直流道512的出口设置在主阀体5的底部，
所述水平流道511和垂直流道512相交处的上方的主阀体5内设置有主阀芯安装腔52，所述主阀芯安装腔分为腔体上部522和腔体下部523，所述腔体上部522和腔体下部523之间设置有腔体配合面524，
所述主阀芯4设置在主阀芯安装腔52内，所述主阀芯4分为阀芯大端41和阀芯小端42，阀芯大端41和阀芯小端42之间形成主阀芯配合面43；所述阀芯小端42位于腔体下部523，所述阀芯大端位于腔体上部522，
所述主弹簧1设置在主阀芯4与主阀芯安装腔52顶部盖板2之间，用于主阀芯4与主阀体5在关闭状态下的密封；
当主阀芯配合面43与腔体配合面524之间无控制气体时，所述阀芯小端42的头部位于水平流道511和垂直流道512相交处且密封垂直流道512，
所述电磁副阀包括线圈骨架10A、副阀座12、副阀芯11、线圈10、副弹簧9及控制气通道，
所述线圈骨架10A设置在主阀体5的上部且线圈骨架10A轴线与主阀芯安装腔52轴线平行，所述副弹簧9设置在线圈骨架10A的上部，所述副阀座12设置在线圈骨架10A的下部，所述副阀芯11设置在副弹簧9与副阀座12之间，所述副弹簧9的一端依靠线圈骨架10A定位，所述副弹簧9的另一端抵在副阀芯11的顶部，所述线圈骨架10A与副阀芯11之间具有弹簧伸缩空间，
所述控制气通道包括副阀引压孔15、副阀座引压孔28、副阀芯铣槽16、控制腔引压孔13及骨架排气孔29，所述副阀引压孔15设置在副阀座12的底部且入口与水平流道511的末端相通；所述副阀座引压孔28沿副阀座12高度方向设置且与副阀引压孔15相通，所述控制腔引压孔13设置在副阀芯11与副阀座12密封面的下方且通向主阀芯配合面43，所述副阀芯铣槽16设置在副阀芯11上用于排气，所述骨架排气孔29的入口设置在副阀芯11的顶部，所述骨架排气孔29的出口位于线圈骨架10A顶部。
以上为本发明的基本结构，基于该基本结构，本发明还可以做出以下优化限定：
在保证介质排放流通面积的同时避免浪费磁极面积，本发明的副阀芯铣槽16的数量为多个，多个副阀芯铣槽16圆周均布，起到限制涡流及介质流通的作用。
进一步的，为减少主阀芯的运动阻力，本发明的气控主阀还包括卸荷结构，所述卸荷结构包括水平设置在阀芯小端且与水平流道511和副阀引压孔15相通的卸荷孔6。
再进一步的，本发明的卸荷结构还包括开设在主阀芯外壁上主阀芯铣槽17及沿主阀芯轴向由阀芯大端顶部向阀芯小端卸荷孔处开设的直径由大变小的台阶孔，所述卸荷结构还包括卸荷环，所述卸荷环的一端与盖板2连接，所述卸荷环3的另一端与台阶孔中的大孔内壁配合，所述主弹簧1设置在台阶孔中，且一端抵住卸荷环。
再进一步的，本发明的卸荷环3的纵切面呈工字型，且卸荷环上开设有卸荷环引压孔18。
再进一步的，处于防水防尘的目的，本发明的气控先导式电磁阀还包括排气嘴7，所述排气嘴7设置在骨架排气孔29出口处，且与骨架排气孔29相通，所述排气嘴的排气孔出口位于排气嘴的侧面,所述排气孔处还设置有胶套8。
再进一步的，为了精确的控制排气速率，本发明的排气嘴可采用单向阀20，所述单向阀20包括阀体25、阀芯24、弹簧23及外套螺母21，所述阀体25的一端设置有与骨架排气孔29相配合的入口段，所述入口段设置有排气通道，所述排气通道与骨架排气孔29相通；所述阀体25的另一端设置有外螺纹，所述外套螺母21与阀体25螺纹连接，所述外套螺母与阀体之间形成有空腔，所述阀芯24安装在空腔内密封或打开排气通道；
所述弹簧23设置在外套螺母21与阀芯24之间；
所述排气嘴的排气孔位于外套螺母21的侧壁。再进一步的，本发明的阀体25与阀芯24之间为球面密封，该结构限定的优点是：密封结构简单可靠，阀芯具有自动找正功能，阀芯与阀体之间摩擦力小，阀芯打开压力恒定，实现排气气通道的精确排气。
再进一步的，本发明的外套螺母21设置弹簧安装槽，弹簧22一端固定于外套螺母21顶端，一端固定于阀芯。该结构限定的优点是：单向阀结构紧凑，体积小，重量轻且运动可靠。
再进一步的，本发明的主阀芯4与副阀芯11密封面采用燕尾槽结构，主阀芯4与副阀芯11密封材料均采用密封性良好的非金属材料制成，非金属材料与阀芯基体贴合面设有密封齿。该结构限定的优点是：燕尾槽密封结构适用于大通径、长寿命等工作要求，且产品经过多次动作后能够保持良好的密封性；非金属材料与阀芯基体贴合面设有密封齿，保证多次动作后非金属与阀芯基体之间仍紧密贴合，进而保证产品的工作可靠性。
本发明与现有技术相比的优点在于：
1)本发明直接将入口高压气源引入作为控制气体，无需单独设置控制气源，控制方式简单。
2)通过采用副阀控制主阀的气动控制先导式结构方案，实现了电磁阀优化设计。
3)本发明排气嘴的排气孔处设置胶套进行保护，实现了可靠防水防尘，阻止了水分及多余物通过排气孔进入线圈组件内，保证产品工作可靠性。
4)本发明主阀芯设有卸荷孔，减少主阀芯运动阻力。
5)本发明主阀芯设有铣槽，卸荷环设有引压孔，形成主阀芯上腔容积，保证主阀芯运动灵活。
6)本发明主阀芯密封结构采用带有密封齿的燕尾槽结构，主阀芯与副阀芯密封材料均采用非金属材料制成，非金属材料与阀芯基体贴合面设有密封齿。
7)本发明副阀芯设置沿副阀芯轴线圆周均布的涡流槽，保证介质排放流通面积，并起到限制涡流的作用。
附图说明
图1是本发明的直接引压先导式电磁阀关闭状态结构示意图；
图2是本发明的直接引压先导式电磁阀打开状态结构示意图；
图3-1至3-4是本发明的副阀芯铣槽的几种不同的结构形式；
图4是本发明采用单向阀作为排气嘴的结构示意图；
图5是本发明的排气嘴单向阀结构示意图。
其中，1-主弹簧、2-盖板、3-卸荷环、4-主阀芯、41-阀芯大端、42-阀芯小端、43-主阀芯配合面、5-主阀体、51-主气体流道、511-水平流道、512-垂直流道、52-主阀芯安装腔、522-腔体上部、523-腔体下部、524-腔体配合面、6-卸荷孔、7-排气嘴、8-胶套、9-副弹簧、10-线圈、10A-线圈骨架、11-副阀芯、12-副阀座、13-控制腔引压孔、15-副阀引压孔、28-副阀座引压孔、16-副阀芯铣槽、29-骨架排气孔、17-主阀芯铣槽、18-卸荷环引压孔、20-单向阀、21-外套螺母、22-胶套、23-弹簧、24-阀芯、25-阀体、26-入口段、27-单向阀排气孔。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的一个优选实施例进行说明。
如图1、图2所示，为本发明的直接引压气控先导式电磁阀，它包括主弹簧1、盖板2、卸荷环3、主阀芯4、主阀体5、卸荷孔6、排气嘴7、胶套8、副弹簧9、线圈10、副阀芯11、副阀座12、控制腔引压孔13、主阀芯安装腔52、副阀引压孔15。线圈骨架10A通过螺钉与主阀体5连接，副阀座12通过螺纹与线圈骨架10A连接，盖板2通过螺钉与主阀体5连接。
本发明的原理是：电磁阀不工作时，副阀芯11在副弹簧9产生的弹簧力作用下与副阀座12密封，主阀芯4在主弹簧1产生的弹簧力作用下与主阀体5密封；线圈10通电，产生电磁吸力克服副弹簧9产生的弹簧力，副阀芯11换向，控制气体通过控制腔引压孔13进入主阀芯安装腔52，主阀芯4开启，电磁阀打开；线圈10断电，电磁吸力消失，副阀芯11在副弹簧9产生的弹簧力作用下换向，控制气体通过控制腔引压孔13及副阀芯铣槽16排出，主阀芯4在主弹簧1的弹簧力作用下关闭，电磁阀关闭。
如图3-1至图3-4所示，为本发明的副阀芯铣槽16不同结构形式，副阀芯铣槽16沿副阀芯11圆周均布，在保证介质排放流通面积的同时避免浪费磁极面积，并抑制产生涡流。
如图4、图5所示，为本发明的排气嘴单向阀结构形式，当主阀芯安装腔52排气时，单向阀入口段26压力产生的介质力克服单向阀弹簧23产生的弹簧力，单向阀阀芯24打开，气体排出；当单向阀入口段26无介质压力时，单向阀阀芯24在单向阀弹簧23的弹簧力作用下再次关闭。
本领域技术人员可以根据不同的设计要求和设计参数在不偏离权利要求所界定的结构的情况下进行各种增补、改进和更换，因此，本发明是广泛的。

Claims (10)

1.气控先导式电磁阀，包括气控主阀及电磁副阀，所述气控主阀包括主阀体(5)、主气体流道(51)、主阀芯(4)及主弹簧(1)，
其特征在于：
所述主气体流道(51)包括水平流道(511)和垂直流道(512)，所述水平流道(511)沿主阀体(5)入口轴向设置，主气体流道的入口位于主阀体(5)的左端，垂直流道(512)的上端与水平流道(511)的末端连通，垂直流道(512)的出口作为主气体流道的出口，所述垂直流道(512)的出口设置在主阀体(5)的底部，
所述水平流道(511)和垂直流道(512)相交处的上方的主阀体(5)内设置有主阀芯安装腔(52)，所述主阀芯安装腔(52)分为腔体上部(522)和腔体下部(523)，所述腔体上部(522)和腔体下部(523)之间设置有腔体配合面(524)，
所述主阀芯(4)设置在主阀芯安装腔(52)内，所述主阀芯(4)分为阀芯大端(41)和阀芯小端(42)，阀芯大端(41)和阀芯小端(42)之间形成主阀芯配合面(43)；所述阀芯小端(42)位于腔体下部(523)，所述阀芯大端位于腔体上部(522)，
所述主弹簧(1)设置在主阀芯(4)与主阀芯安装腔(52)顶部的盖板(2)之间，用于主阀芯(4)与主阀体(5)在关闭状态下的密封；
当主阀芯配合面(43)与腔体配合面(524)之间无控制气体时，所述阀芯小端(42)的头部位于水平流道(511)和垂直流道(512)相交处且密封垂直流道(512)，
所述电磁副阀包括线圈骨架(10A)、副阀座(12)、副阀芯(11)、线圈(10)、副弹簧(9)及控制气通道，
所述线圈骨架(10A)设置在主阀体(5)的上部，所述线圈骨架(10A)轴线与主阀芯安装腔(52)轴线平行，所述副弹簧(9)设置在线圈骨架(10A)的内部，所述副阀座(12)设置在线圈骨架(10A)的下部，所述副阀芯(11)设置在副弹簧(9)与副阀座(12)之间，所述副弹簧(9)的一端依靠线圈骨架(10A)定位，所述副弹簧(9)的另一端抵在副阀芯(11)的顶部，所述线圈骨架(10A)与副阀芯(11)之间具有弹簧伸缩空间，
所述控制气通道包括副阀引压孔(15)、副阀座引压孔(28)、副阀芯铣槽(16)、控制腔引压孔(13)及骨架排气孔(29)，所述副阀引压孔(15)设置在副阀座(12)的底部且副阀引压孔(15)入口与水平流道(511)的末端相通；所述副阀座引压孔(28)沿副阀座(12)轴线方向设置且与副阀引压孔(15)相通，所述控制腔引压孔(13)设置在副阀芯(11)与副阀座(12)密封面的下方且通向主阀芯配合面(43)，所述副阀芯铣槽(16)设置在副阀芯(11)上用于排气，所述骨架排气孔(29)的入口设置在副阀芯(11)的顶部，所述骨架排气孔(29)的出口位于线圈骨架(10A)顶部。
2.根据权利要求1所述的气控先导式电磁阀，其特征在于：所述副阀芯铣槽(16)的数量为多个，多个副阀芯铣槽(16)圆周均匀分布，起到限制涡流及介质流通的作用。
3.根据权利要求2所述的气控先导式电磁阀，其特征在于：所述气控主阀还包括卸荷结构，所述卸荷结构包括水平设置在阀芯小端且与水平流道(511)相通的卸荷孔(6)。
4.根据权利要求3所述的气控先导式电磁阀，其特征在于：
所述卸荷结构还包括开设在主阀芯外壁上的主阀芯铣槽(17)及沿主阀芯轴向由阀芯大端顶部向阀芯小端卸荷孔处开设的直径由大变小的台阶孔，
所述卸荷结构还包括卸荷环(3)，所述卸荷环(3)的一端与盖板(2)连接，所述卸荷环(3)的另一端与台阶孔中的大孔内壁配合，所述主弹簧(1)设置在台阶孔中，且一端抵住卸荷环(3)。
5.根据权利要求4所述的气控先导式电磁阀，其特征在于：所述卸荷环(3)的纵切面呈工字型，且卸荷环上开设有卸荷环引压孔(18)。
6.根据权利要求1至5之任一权利要求所述的气控先导式电磁阀，其特征在于：所述气控先导式电磁阀还包括排气嘴(7)，所述排气嘴(7)设置在骨架排气孔(29)出口处，且与骨架排气孔(29)相通，所述排气嘴的排气孔出口位于排气嘴的侧面,所述排气孔处还设置有胶套(8)。
7.根据权利要求6所述的气控先导式电磁阀，其特征在于：
所述排气嘴为单向阀(20)，所述单向阀(20)包括阀体(25)、阀芯(24)、弹簧(23)及外套螺母(21)，
所述阀体(25)的一端设置有与骨架排气孔(29)相配合的入口段，所述入口段设置有排气通道，所述排气通道与骨架排气孔(29)相通；
所述阀体(25)的另一端设置有外螺纹，所述外套螺母(21)与阀体(25)螺纹连接，所述外套螺母与阀体之间形成有空腔，所述阀芯(24)安装在空腔内密封或打开排气通道；
所述弹簧(23)设置在外套螺母(21)与阀芯(24)之间；
所述排气嘴的排气孔位于外套螺母(21)的侧壁。
8.根据权利要求7所述的气控先导式电磁阀，其特征在于：所述阀体(25)与阀芯(24)之间为球面密封。
9.根据权利要求8所述的气控先导式电磁阀，其特征在于：所述外套螺母(21)设置有弹簧安装槽，所述弹簧(23)位于弹簧安装槽内。
10.根据权利要求9所述的气控先导式电磁阀，其特征在于：所述主阀芯(4)与副阀芯(11)采用燕尾槽结构，主阀芯(4)与副阀芯(11)密封材料均采用密封性良好的非金属材料制成，非金属材料与阀芯基体贴合面设有密封齿。
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