CN107300038B - 一种柔性远距离传动电磁阀门 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性远距离传动电磁阀门，包括包括设有芯线的拉索、设有电磁铁的电磁执行机构、设有开闭阀杆和阀体的阀门组件，所述阀体设有阀门通道，所述芯线第第一端头连接电磁铁，第二端头连接开闭阀杆，所述电磁执行机构通电通过电磁铁被电磁力吸引移动而拉动芯线，所述芯线传递拉动距离和电磁力拉动所述阀门组件的开闭阀杆实现阀门通道的开启。本发明通过增加拉索，将传统电磁阀门的电磁执行机构与阀体分开，通过拉索这一柔性传动机构实现电磁执行机构与阀体同步动作，一方面使电磁铁等温度敏感设备远离实际工作环境，提高电磁铁工作可靠性；令一方面柔性连接使电磁执行机构的安装位置不限于局部小空间，有利于进一步提高性能。

Description

一种柔性远距离传动电磁阀门

技术领域

本发明属于固体姿控动力系统的电磁阀门技术领域，具体涉及一种柔性远距离传动电磁阀门。

背景技术

固体姿控动力系统的电磁阀门包括设有电磁铁的电磁执行机构和设有开闭阀杆和阀体的阀门组件，阀体设有阀门通道，电磁执行机构通电通过电磁铁被电磁力吸引移动而拉动开闭阀杆位移开闭阀门通道，实现电磁阀门开闭的功能。电磁执行机构和阀体紧密结合为一体，通常在高温高压环境下工作，由于姿控系统重量和结构尺寸要求严格，不能采用主动冷却设计，虽然现有材料可以满足一定的高温高压条件环境的阀体结构强度和密封要求，但由于结构限制，电磁执行机构一般与阀体紧凑设计，在长时间工作条件下，电磁执行结构温度升高、性能下降，不能满足要求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题提供一种柔性远距离传动电磁阀门，包括设有芯线的拉索、设有电磁铁的电磁执行机构、设有开闭阀杆和阀体的阀门组件，所述阀体设有阀门通道，所述芯线第第一端头连接电磁铁，第二端头连接开闭阀杆，所述电磁执行机构通电通过电磁铁被电磁力吸引移动而拉动芯线，所述芯线传递拉动距离和电磁力拉动所述阀门组件的开闭阀杆实现阀门通道的开启。

具体地，所述电磁执行机构还包括直动杆、位移放大杆、电磁支架，所述直动杆一端与电磁铁固定连接，另一端与所述电磁支架固定连接，中间部位与位移放大杆活动连接，所述位移放大杆一端与所述电磁支架活动连接，另一端与所述芯线第一端头活动连接，中间部位与直动杆活动连接，所述阀门组件还包括传力放大杆、复位结构和阀门支架，所述开闭阀杆一端设有阀门通道相配合的阀芯，另一端与所述阀门支架固定连接，中间部位与传力放大杆活动连接，所述传力放大杆一端与所述阀门支架活动连接，另一端与所述芯线第二端头活动连接，中间部位与开闭阀杆活动连接，所述复位结构设置于芯线第二端头与阀门支架间。

优选地，所述复位结构为弹簧，所述芯线套入弹簧内，所述弹簧呈自然状态放置在芯线第二端头与阀门支架之间，并与芯线第二端头和阀门支架接触。

具体地，所述拉索还包括扩管，所述扩管套于芯线外，芯线一端和另一端相对于扩管露出长度互补，即一端受拉力伸出一定长度距离，另一端将缩进相等的一定长度距离。

具体地，所述传力放大杆一端与所述阀门支架活动连接处设置有让传力放大杆一端活动的空间，所述位移放大杆一端与所述电磁支架活动连接处设置有让位移放大杆一端活动的空间。

优选地，所述传力放大杆一端与所述阀门支架活动连接处设置有让传力放大杆一端活动的空间为腰孔，所述位移放大杆一端与所述电磁支架活动连接处设置有让位移放大杆一端活动的空间为腰孔。

本发明通过增加拉索，将传统电磁阀门的电磁执行机构与阀体分开，通过拉索这一柔性传动机构实现电磁执行机构与阀体同步动作，一方面使电磁铁等温度敏感设备远离实际工作环境，提高电磁铁工作可靠性；令一方面柔性连接使电磁执行机构的安装位置不限于局部小空间，有利于进一步提高性能。

其中，电磁执行机构为柔性远距离传动电磁阀门提供源动力，电磁铁与直动杆固定连接，直动杆与位移放大杆连接，保证直动杆沿着自己的轴线方向随电磁铁移动，并将力传递给位移放大杆，位移放大杆是一个杠杆结构，杠杆支点为活动(铰链)结构，直动杆位于位移放大杆的中间位置，拉索位于位移放大杆的活动端，位移放大杆将电磁铁的位移放大，并将位移和力传递给拉索机构。

阀门组件的阀体与传统电磁阀门阀体一致，材料采用耐高温材料，阀门组件通过开闭阀杆上下移动与阀体形成阀门通道或紧密配合实现阀门通道的开启和关闭，阀门组件中的传力放大杆也是一个杠杆结构，杠杆支点为活动(铰链)结构，开闭阀杆位于传力放大杆的中间部位，拉索及弹簧位于传力放大杆的活动端，拉索和弹簧的合力控制传力放大杆的上下移动，传力放大杆将拉索及弹簧的合力传递给开闭阀杆并放大，传力放大杆保证开闭阀杆沿开闭阀杆轴线向下移动，带动阀门开启和关闭。

拉索的芯线在扩管内沿着扩管构成的非规则通道往复运动，可以在一定范围内任意改变方向，通过芯线实现电磁力和电磁铁位移的传递。

总之，电磁铁通过位移放大杆将位移和力传递给拉索，实现位移和力的远距离柔性传递，拉索通过传力放大杆将力和位移传递给阀杆，实现阀门的开启和关闭。可应用于高温燃气控制、低温工质控制等领域。

附图说明

图1为本发明实施例的电磁阀门结构示意图；

图2为图1的A向视图；

图3为图2的电磁执行机构B-B剖面示意图；

图4为图2的阀门组件C-C剖面示意图。

图中：1-拉索；11-芯线；111-第一端头；112-第二端头；12-扩管；2-电磁执行机构；21-电磁铁；22-直动杆；221-直动杆限位孔；23-位移放大杆；D-位移放大杆另一端与芯线第一端头活动连接点，传力点；O1-位移放大杆一端与电磁支架活动连接点，杠杆支点；E-位移放大杆中间部位与直动杆中间部位活动连接点；24-电磁支架；3-阀门组件；31-开闭阀杆；311-开闭阀杆限位孔；312-阀芯；32-阀体；321-阀门通道；33-传力放大杆；A2-传力放大杆另一端与芯线第二端头活动连接点，力作用点；O2-传力放大杆一端与阀门支架活动连接点，杠杆支点；B2-传力放大杆中间部位与开闭阀杆中间部位活动连接点；34-弹簧；35-阀门支架

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。

如图1所示，本发明的一种柔性远距离传动电磁阀门，包括设有芯线的拉索、设有电磁铁的电磁执行机构、设有开关阀杆和阀体的阀门组件，阀体设有阀门通道，芯线第一端头连接电磁执行机构，第二端头连接阀门组件，电磁执行机构通电通过电磁铁被电磁力吸引移动而拉动芯线，芯线传递拉动距离和电磁力拉动阀门组件的开关阀杆实现阀门通道的开启。

本实施例中拉索还包括扩管，扩管套于芯线外，芯线第一端头和第二端头相对于扩管露出长度互补，即第一端头受拉力伸出一定长度距离L1，第二端头将缩进相等的一定长度距离L1。拉索芯线第一端头、第二端头分别连接电磁执行机构和阀门组件的D、A2两点。拉索是实现电磁阀门的柔性远距离传动的关键部件，拉索可以在一定范围内任意改变方向，通过芯线实现力和位移的传递。拉索通过扩管构成的非规则通道使芯线沿着扩管构成的通道往复运动，实现位移和力的传递，扩管和芯线之间采用石墨润滑，降低传动阻力。

如图2所示的电磁执行机构，为柔性远距离传动阀门提供源动力。电磁执行机构还包括直动杆、位移放大杆、电磁支架，直动杆一端与电磁铁固定连接，另一端与所述电磁支架固定连接，中间部位(图中E点)与位移放大杆活动连接，起杠杆作用的位移放大杆一端与所述电磁支架(图中O1点，杠杆支点)活动连接，另一端(图中D点)与所述芯线第一端头(图中D点)活动连接，中间部位(图中E点)与直动杆活动连接，

电磁铁组件与正常电磁铁的电磁执行机构相似，只是由原来的电磁直动转变为杠杆传动，电磁铁驱动直动杆往复运动实现位移和力的传递，电磁铁的位移一般不会太大，通过位移放大杆进一步放大电磁铁的位移。

电磁执行机构的电磁铁与常规电磁阀门的电磁铁结构一致，直动杆与位移放大杆连接，保证直动杆沿着自己的轴线方向随电磁铁移动，并将力传递给位移放大杆，位移放大杆是一个杠杆结构，杠杆支点(图中O1点)为铰链结构，直动杆位于位移放大杆的中间位置(图中E点)，拉索位于位移放大杆的活动端(图中D点)，位移放大杆将电磁铁的位移放大，并将位移和力传递给拉索。

电磁铁是远距离柔性电磁阀门的源动力，电磁铁通过位移放大杆将位移和力传递给拉索，实现位移和力的远距离柔性传递，拉索通过传力放大杆将力和位移传递给开闭阀杆，实现阀门的开启和关闭。

其作用原理：电磁铁通电产生收缩力，作用在位移放大杆E点力记为F_E和位移记为L_E，位移放大杆O1点为支点，D点为传力点，力记为F_D和位移记为L_D，其F_D×O1D＝F_E×O1E，L_D/O1D＝L_E/O1E，由图可知O1E<O1D，则F_D<F_E＝,L_D>L_E，故拉索1端的位移和受力与D点一致，通过位移放大杆将拉索的位移放大、受力减小。

O1点处设计为一个腰孔型，位移放大杆可以在一定空间内移动，直动杆设计了上下两个位置的直动杆限位孔，保证直动杆只能在规定的轴向位置移动，位移放大杆通过O1腰孔自适应调整。

如图3所示的阀门组件，本实施例中还包括传力放大杆、复位结构和阀门支架，开关阀杆一端设有阀门通道相配合的阀芯，另一端与阀门支架固定连接，中间部位(图中B2点)与传力放大杆活动连接，起杠杆作用的传力放大杆一端与所述阀门支架(图中O2点，杠杆支点)活动连接，另一端(图中A2点)与所述芯线第二端头(图中A2点)活动连接，中间部位(图中B2点)与开关阀杆活动连接，复位结构设置于芯线第二端头与阀门支架间，本实施例中复位结构为，芯线套入弹簧内，弹簧呈自然状态放置在芯线第二端头与阀门支架之间，并与芯线第二端头和阀门支架接触。当电磁执行机构断电而电磁力消失时，弹簧的弹簧力使芯线另一端反方向位移一段距离L1，带动传力放大杆反方向位移一段距离，带动开闭阀杆沿轴线方向往下位移一段距离，使阀芯堵住阀门通道，实现阀门通道的关闭。

阀门组件是实现柔性远距离传动转换为阀门启闭的关键部件。其阀体与正常电磁阀阀体结构相似，只是由原来的电磁直动转变为杠杆传动，阀体和开闭阀杆的相对运动实现阀门通道的启闭。

阀门组件的阀体与正常电磁阀门阀体一致，材料采用耐高温材料，阀门组件通过开闭阀杆上下移动与阀体形成通道或紧密配合实现阀门通道的开启和关闭，阀门组件中的传力放大杆是一个杠杆结构，杠杆支点(图中O2点)为铰链结构，开闭阀杆位于传力放大杆的中间部位(图中B2点)，拉索及弹簧位于传力放大杆的活动端(图中A2点)。拉索和起复位作用的弹簧的合力控制传力放大杆的上下移动，传力放大杆将拉索及弹簧的合力传递给开闭阀杆并放大，传力放大杆保证开闭阀杆沿开闭阀杆轴线向下移动，带动阀门开启和关闭。

其作用原理：拉索2端缩进L1距离后，带动传力放大杆A2点运动L1距离，记为L_A2，并将合力F1传递至A2点F_A2＝F1，弹簧压缩；传力放大杆O2点为支点，B2点为开闭阀杆传力点，B2点力为F_B2，位移记为L_B2，A2点为主动力作用点，其F_A2×O2 A2＝F_B2×O2 B2，L_A2/O2 A2＝L_B2/O2 B2，由图可知O2B2<O 2A2，则F_B2>F_A2＝F1,L_B2<L_A2＝L1，故拉索的位移L1和F1通过传力放大杆使B2点的力变大、位移变小。

O2点处设计为一个腰孔型，传力放大杆可以在一定空间内移动，开闭阀杆设计了上下两个位置的开闭阀杆限位孔，保证开闭阀杆只能在规定的轴向位置移动，传力杆通过O2的腰孔自适应调整。

传力放大杆用于放大拉索对开闭阀杆的作用力，减小拉索的载荷，也可以减小弹簧的刚度要求，有利于进一步减小结构尺寸，另外通过杠杆缩小位移的功能减小拉索空行程对阀门的影响。

本实施例中电磁阀门，还包括长条形的固体支架，电磁执行机构、阀门组件分别固定在所述固体支架的两端部，所述拉索布置在所述固体支架的中间。

本发明的柔性远距离传动阀门通过位移放大杆放大电磁铁控制拉索的位移，通过传力放大杆放大了拉索控制开闭阀杆的控制力，位移放大杆和传力放大杆的组合实现了力和位移的转换，减小拉索所受的拉力载荷，放大了拉索位移，减小拉索空行程对阀门性能的影响。

Claims (5)

1.一种柔性远距离传动电磁阀门，其特征在于，包括设有芯线的拉索、设有电磁铁的电磁执行机构、设有开关阀杆和阀体的阀门组件，所述阀体设有阀门通道，所述芯线第一端头连接电磁铁，第二端头连接开关阀杆，所述电磁执行机构通电通过电磁铁被电磁力吸引移动而拉动芯线，所述芯线传递拉动距离和电磁力拉动所述阀门组件的开关阀杆实现阀门通道的开启；

所述电磁执行机构还包括直动杆、位移放大杆、电磁支架，所述直动杆一端与电磁铁固定连接，另一端与所述电磁支架固定连接，中间部位与位移放大杆活动连接，所述位移放大杆一端与所述电磁支架活动连接，另一端与所述芯线第一端头活动连接，中间部位与直动杆活动连接，所述阀门组件还包括传力放大杆、复位结构和阀门支架，所述开关阀杆一端设有阀门通道相配合的阀芯，另一端与所述阀门支架固定连接，中间部位与传力放大杆活动连接，所述传力放大杆一端与所述阀门支架活动连接，另一端与所述芯线第二端头活动连接，中间部位与开关阀杆活动连接，所述复位结构设置于芯线第二端头与阀门支架间。

2.如权利要求1所述的电磁阀门，其特征在于所述复位结构为弹簧，所述芯线套入弹簧内，所述弹簧呈自然状态放置在芯线第二端头与阀门支架之间，并与芯线第二端头和阀门支架接触。

3.如权利要求1或2所述的电磁阀门，其特征在于所述拉索还包括扩管，所述扩管套于芯线外，芯线一端和另一端相对于扩管露出长度互补，即一端受拉力伸出一定长度距离，另一端将缩进相等的一定长度距离。

4.如权利要求1或2所述的电磁阀门，其特征在于所述传力放大杆一端与所述阀门支架活动连接处设置有让传力放大杆一端活动的空间，所述位移放大杆一端与所述电磁支架活动连接处设置有让位移放大杆一端活动的空间。

5.如权利要求4所述的电磁阀门，其特征在于所述传力放大杆一端与所述阀门支架活动连接处设置有让传力放大杆一端活动的空间为腰孔，所述位移放大杆一端与所述电磁支架活动连接处设置有让位移放大杆一端活动的空间为腰孔。