CN109654252B - 一种高压两位三通脉宽调制数字快速电磁阀 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电液转换装置技术领域，涉及一种快速卸压高压两位三通脉宽调制数字快速电磁阀。所述的电磁阀包括阀芯壳(2)、油嘴(7)、分离销(10)、钢球(24)、顶杆(22)和电磁铁单元，阀芯壳(2)内安装有两个油嘴(7)，两个油嘴(7)之间形成工作腔，所述的阀芯壳(2)内还包括回油腔和高压腔，两个油嘴的外端分别与高压腔和回油腔连通，两个油嘴(7)的中心孔一端分别设置有与钢球(24)配合的型面，两个钢球(24)分别位于所述型面内形成硬密封，钢球(24)之间通过分离销(10)连接；位于靠近回油腔油嘴型面内的钢球(24)与顶杆(22)连接，顶杆(22)与电磁铁单元内的铁芯(21)连接，电磁铁单元固定在阀芯壳(2)一端。

Description

一种高压两位三通脉宽调制数字快速电磁阀
技术领域
本发明属于电液转换装置技术领域，涉及一种高压两位三通脉宽调制数字快速电磁阀。
背景技术
现有的脉宽数字快速电磁阀为两位两通阀，在断电情况下，铁芯组件在铁芯弹簧力的作用下顶开钢珠打开油嘴，电磁阀的进口和出口处于接通状态；在通电时，线圈将包括铁芯在内的磁路磁化产生电磁吸力，电磁吸力克服铁芯弹簧力使铁芯组件运动，钢珠在油压力的作用下封闭油嘴，电磁阀的进口和出口处于断开状态。在电液比例控制系统中，现有的两位两通脉宽数字快速电磁阀无法满足需要大压力大流量驱动的使用环境(如液压挖掘机系统)，为了实现液压缸的快速驱动，脉宽数字快速电磁阀需提供高压力，连续可控的流量输出，且现有的两位两通脉宽数字快速电磁阀无法将工作腔的压力快速卸载。
发明内容
本发明的目的：提出一种两位三通脉宽数字快速电磁阀，具有启闭快、结构简单、快速卸压、抗污染能力强、工作稳定、结构紧凑且质量轻等一系列优点，采用PWM数字信号直驱，抗干扰能力极强。
本发明的技术方案：一种高压两位三通脉宽调制数字快速电磁阀，其特征为：所述的电磁阀包括阀芯壳2、油嘴7、分离销10、钢球24、顶杆22和电磁铁单元，阀芯壳2内安装有两个油嘴7，两个油嘴7之间形成工作腔，所述的阀芯壳2内还包括回油腔和高压腔，两个油嘴的外端分别与高压腔和回油腔连通，两个油嘴7的中心孔一端分别设置有与钢球24配合的型面，两个钢球24分别位于所述型面内形成硬密封，钢球24之间通过分离销10连接；
位于靠近回油腔油嘴型面内的钢球24与顶杆22连接，顶杆22与电磁铁单元内的铁芯21连接，电磁铁单元固定在阀芯壳2一端。
优选地，所述电磁铁单元通过PWM快速驱动信号控制。
优选地，所述的油嘴7在钢球24容置段的外壁上均匀开有沿轴向的凹槽。
优选地，油嘴7与阀芯壳2内腔之间、阀芯壳2外圆周面上分别设置有环形槽，环形槽内安装有密封胶圈和保护圈，参照高压油流动方向，保护圈位于密封胶圈后端。
优选地，在工作腔内两个油嘴7之间设置有分离销座9，分离销座9上开有通孔，分离销10位于该通孔内，间隙配合，分离销座9的外型面与油嘴7端面形成钢珠24的活动空腔。优选地，在油嘴7和分离销座9之间设置有调整垫片8。
优选地，两个钢球24都位于油嘴7靠近工作腔端。
优选地，两个钢球24一个位于油嘴7靠近回油腔端，另一个位于油嘴7靠近高压腔端。
本发明的有益效果：本发明提出的高压两位三通脉宽调制数字快速电磁阀具有启闭快、驱动压力大、快速卸压、抗污染能力强、工作稳定、可数字信号直驱、结构紧凑且质量轻等一系列优点，可实现大负载液压缸的快速智能驱动，可运用到液压挖掘机、导弹发射、飞机起落架刹车系统、车辆ABS防抱死系统、发动机电喷系统、航空液压系统。该阀只有“开”和“关”两个工作状态，而且通过PWM数字信号直驱，因此抗干扰能力极强。采用PWM数字控制策略，可以模拟流量的连续输出，在工作频率较高的情况下，可以在提升启闭特性的同时降低线圈温升，较比例阀长时间的模拟供电导致的巨大温升，数字驱动具有温升低、能耗小的特点，符合系统对于温升和能耗的要求。
附图说明
图1为常开型高压两位三通脉宽调制数字快速电磁阀结构示意图；
图2为常闭型高压两位三通脉宽调制数字快速电磁阀结构示意图；
图3为阀芯壳结构示意图；
图4为油嘴结构示意图。
具体实施方式
一种高压两位三通脉宽调制数字快速电磁阀，包括阀芯单元和电磁铁单元，其功能结构包括：螺塞组件1、阀芯壳2、密封胶圈(3、5、11、12、18)、保护圈(4、6)、油嘴7、调整垫片8、分离销座9、分离销10、前端磁路13、隔磁环14、后端磁路15、外壳16、铁芯堵头17、螺钉19、引出线20、铁芯21、顶杆22、电磁线圈23、钢球24组成；
阀芯壳2具有台阶轴外形，内部中心通孔分为6段，自左向右分别为第一螺纹孔段2a、第二圆柱孔段2b、第三圆柱孔段2c、第四圆柱孔段2d、第五圆柱孔段2e和第六圆柱孔段2f，第一螺纹孔段2a为内螺纹，第二圆柱孔段2b为第一螺纹孔段2a内螺纹的退刀槽，第三圆柱孔段2c孔径小于第一螺纹孔段2a孔径，第四圆柱孔段2d孔径最小且右端有倒角，第五圆柱孔段2e右端有内螺纹且螺纹直径与第一螺纹孔段2a螺纹直径相等，第六圆柱孔段2f孔径最大，其中第三圆柱孔段2c上有工作腔油孔，第四圆柱孔段2d上有回油腔油孔；阀芯壳2外表面两油腔之间均设置有胶圈密封槽，每个胶圈密封槽内均安装有密封胶圈5和保护圈6，参照高压油流动方向保护圈位于密封胶圈后端，该结构保证了两油腔间的油液不会发生泄漏，保护圈保证了密封胶圈在高压油下也可正常工作；
油嘴7具有台阶轴外形，内部中心通孔分为2段，分别为第一圆柱孔段7a、第七圆柱孔段7b，孔径自左向右依次增大，其中第一圆柱孔段7a的左端设置有倒角，第七圆柱孔段7b为钢球容置段，其左端为光洁锐边与钢球24接触形成硬密封，将第一圆柱孔段7a封闭，其外壁上均匀开有沿轴向的凹槽作为油液通道；外表面为一圆柱面7d，左段开有一胶圈密封槽7c，所述密封槽中安装有密封胶圈3和保护圈4，参照高压油流动方向保护圈位于密封胶圈后端，该结构保证了两油腔间的油液不会发生泄漏，保护圈保证了密封胶圈在高压油下也可正常工作，右段有第七圆柱孔段7b所述油液通道；
调整垫片8、油嘴7、分离销座9、分离销10、调整垫片8、油嘴7依次从阀芯壳2的左端插入并止靠于阀芯壳2的第三圆柱孔段2c的右端面，油嘴7、调整垫片8、分离销座9安装在阀芯壳2的第三圆柱孔段2c内并保持间隙配合；分离销座9为一被两平行平面切去两边的圆柱体，其内部有一中心通孔，中心通孔两端为弧面；分离销10为一圆柱体，分离销10插入分离销座9的中心通孔内并保持间隙配合，分离销10两端与钢球24抵触，钢球24位于油嘴7的钢球容置段内；螺塞组件1具有中心通孔的圆柱体，该中心孔内安装有滤网，螺塞组件1外表面有外螺纹，该螺纹拧入阀芯壳2的第一螺纹孔段2a的内螺纹中将油嘴7、调整垫圈8、分离销座9和阀芯壳2互相压紧止靠；钢球24、分离销10在阀芯壳2内部可左右移动，当高压腔通入高压油后在液压力作用下，钢球24和分离销10向右运动至右止靠位置，当电磁铁单元通电后，钢球24和分离销10受到电磁铁单元方向向左的电磁推力将克服液压力向左运动至左止靠位置；调整垫圈8为一环形垫片，可通过选配两油嘴7之间的调整垫圈8的厚度来调整钢球24和分离销10的行程，通过选配右侧调整垫圈8的厚度实现钢球24与顶杆22的匹配；
当两个油嘴7的钢球容置段靠近工作腔安装时，所述钢球24和分离销10的右止靠位置为：右端钢球与右端油嘴形成硬密封封闭流道，左端钢球与左端油嘴未接触有一缝隙形成油液流道，此时高压腔与工作腔接通，工作腔与回油腔封闭；左止靠位置为：左端钢球与左端油嘴形成硬密封封闭流道，右端钢球与右端油嘴未接触有一缝隙行程油液流道，此时高压腔与工作腔封闭，工作腔与回油腔接通；上述结构电磁阀即为常开型脉宽调制数字快速电磁阀，如图1所示；
当两个油嘴7的钢球容置段分别靠近高压腔和回油腔安装时，所述钢球24和分离销10的右止靠位置为：左端钢球与左端油嘴形成硬密封封闭流道，右端钢球与右端油嘴未接触有一缝隙行程油液流道，此时高压腔与工作腔封闭，工作腔与回油腔接通；左止靠位置为：右端钢球与右端油嘴形成硬密封封闭流道，左端钢球与左端油嘴未接触有一缝隙形成油液流道，此时高压腔与工作腔接通，工作腔与回油腔封闭；上述结构电磁阀即为常闭型脉宽调制数字快速电磁阀，如图2所示；
所述的阀芯单元实现了在高压工作环境下高压腔与工作腔，工作腔与回油腔之间的油路切换；
隔磁环14是一个圆环，隔磁环14的内孔两端都为内锥面，左端锥面夹角为90°，右端锥面夹角为120°；前端磁路13具有台阶轴的外形，前端磁路13的外表面从左往右分为3段，分别是螺纹段，中部外圆柱段和右端外圆柱段，外径从大到小依次为中部外圆柱段、右端外圆柱段、螺纹段，螺纹段上与中部外圆柱段连接处有一密封槽，右端外圆柱段外径与隔磁环14外径相等，右端外圆柱段右端面外侧为一锥角，该锥角内径与隔磁环14内径相同且锥面夹角与隔磁环14左端内锥面夹角相等，前端磁路13的内孔为一中心通孔；后端磁路15具有台阶轴的外形，后端磁路15的外表面分为2段，分别是左端外圆柱段和右端外圆柱段，其中左端外圆柱段左端面为一外锥面，该外锥面内径与隔磁环14的内径相等，外径与隔磁环14的外径相等，锥面夹角与隔磁环14的右端面内锥面夹角相等，右端外圆柱段外径与前端磁路13的中部外圆柱段外径相等，后端磁路15内孔分为2段，分别是左端中心孔段和右端中心孔段，左端中心孔段内孔孔径与隔磁环14内径相等，右端中心孔段内孔孔径大于左端中心孔段内孔孔径，在后端磁路15的右端面直径上有2个螺钉盲孔；
磁路组件由前端磁路13、隔磁环14、后端磁路15依次焊接组成，前端磁路13的右端外圆柱段右端面外锥角与隔磁环14的左端内锥面焊接为整体，后端磁路15的左端外锥面与隔磁环14的右端内锥面焊接为整体；磁路组件内部为2段由小到大排列的中心贯通孔，分别形成顶杆腔和铁芯腔，外部为台阶轴外形，自左向右分别为螺纹段和圆柱段，其中圆柱段上有一环槽，电磁线圈23安装在所述环槽内；磁路组件左端与阀芯壳2右端螺纹连接并装有密封胶圈12，阀芯壳2右端面与磁路组件螺纹段右端面止靠；
铁芯21为左端有一中心盲孔的圆柱体，盲孔周围对称分布有两个泄压贯通孔，铁芯21与磁路组件右段中心孔滑动配合；铁芯堵头17是具有台阶轴外形的实心圆柱体，铁芯堵头17的外表面分为2段，分别是左端外圆柱段和右端外圆柱段，左端外圆柱段塞入后端磁路15的左端中心孔段内并保持间隙配合，其中在左端外圆柱段上与右端外圆柱段连接处有一密封槽，该密封槽内安装有密封胶圈18，右端外圆柱段塞入后端磁路15的右端中心孔段内并保持间隙配合，右端外圆柱段的左端面止靠于后端磁路15的左端中心孔段的右端面且右端外圆柱段的厚度略小于后端磁路15的右端中心孔段厚度，铁芯堵头17右端面与后端磁路15右端面两螺钉孔对应位置有2个直径略大于螺钉孔孔径的通孔；铁芯堵头17与磁路组件通过凸台限位，使铁芯21在磁路组件右段中心孔左端面与铁芯堵头17左端面之间具有活动间隙，该活动间隙即为铁芯行程，需略大于钢球行程；顶杆22为一圆柱长杆，在常开型脉宽调制数字快速电磁阀结构中其左端穿过油嘴与钢球抵触部分较细，顶杆22穿过磁路组件的左段中心孔并插入铁芯21左端中心盲孔内，顶杆22左端能够抵触到右端钢球24，右端与铁芯中心盲孔底面抵触；外壳16是一个左端敞开、右端封闭的圆通，在外壳16的右端面有4个通孔，分别是1个引线孔、1个注胶孔、2个螺钉孔，外壳16套入磁路组件中，并且两螺钉孔位置与铁芯堵头17、后端磁路15的螺钉孔重合，线圈引线从外壳16的引线孔中引出，将螺钉19穿过外壳16和铁芯堵头17对应的螺钉孔拧入后端磁路15右端面内的螺纹孔内锁死，从注胶孔注入灌注胶；电磁线圈23首尾端与两段引出线20焊接并由磁路组件及外壳16的出线孔引出，引出接点分为正极接点与负极接点；
前端磁路13、后端磁路15、外壳16、铁芯21均为软磁材料，构成磁通回路；
所述的电磁铁单元的工作方式为触发方式，即通电后，铁芯21在电磁线圈23的电磁激励下向左端吸合，顶杆22将受到铁芯21传递的电磁力传递给钢球24；断电后，当顶杆22接收到钢球24传递来的液压力时，由于没有电磁力作用，顶杆22和铁芯21将向右端移动；
所述的高压两位三通脉宽数字快速电磁阀通过PWM快速数字信号驱动控制，可实现铁芯21、顶杆22、钢球24、分离销10的快速往复运动，通过调整占空比实现单位时间内钢球等部件往复运动的次数，可实现工作腔占空比流量输出特性；
所述两型电磁阀可满足不同工况的需求，常开型脉宽调制数字快速电磁阀随占空比信号的增大工作腔流量输出减小，工作腔压力通过回油腔卸载；常闭型脉宽调制数字快速电磁阀随占空比信号的增大工作腔流量输出增大，工作腔压力建立。

Claims (6)

1.一种高压两位三通脉宽调制数字快速电磁阀,其特征为：所述的电磁阀包括阀芯壳(2)、油嘴(7)、分离销(10)、钢球(24)、顶杆(22)和电磁铁单元，阀芯壳(2)内安装有两个油嘴(7)，两个油嘴(7)之间形成工作腔，所述的阀芯壳(2)内还包括回油腔和高压腔，两个油嘴的外端分别与高压腔和回油腔连通，两个油嘴(7)的中心孔一端分别设置有与钢球(24)配合的型面，两个钢球(24)分别位于所述型面内形成硬密封，钢球(24)之间通过分离销(10)连接；
阀芯壳(2)具有台阶轴外形，内部中心通孔分为6段，自左向右分别为第一螺纹孔段(2a)、第二圆柱孔段(2b)、第三圆柱孔段(2c)、第四圆柱孔段(2d)、第五圆柱孔段(2e)和第六圆柱孔段(2f)，第一螺纹孔段(2a)为内螺纹，第二圆柱孔段(2b)为第一螺纹孔段(2a)内螺纹的退刀槽，第三圆柱孔段(2c)孔径小于第一螺纹孔段(2a)孔径，第四圆柱孔段(2d)孔径最小且右端有倒角，第五圆柱孔段(2e)右端有内螺纹且螺纹直径与第一螺纹孔段(2a)螺纹直径相等，第六圆柱孔段(2f)孔径最大，其中第三圆柱孔段(2c)上有工作腔油孔，第四圆柱孔段(2d)上有回油腔油孔；
油嘴(7)具有台阶轴外形，内部中心通孔分为2段，分别为第一圆柱孔段(7a)、第七圆柱孔段(7b)，孔径自左向右依次增大，其中第一圆柱孔段(7a)的左端设置有倒角，第七圆柱孔段(7b)为钢球容置段，其左端为光洁锐边与钢球(24)接触形成硬密封，将第一圆柱孔段(7a)封闭，其外壁上均匀开有沿轴向的凹槽作为油液通道；外表面为一圆柱面(7d)，左段开有一胶圈密封槽(7c)，所述密封槽中安装有密封胶圈(3)和保护圈(4)，参照高压油流动方向保护圈位于密封胶圈(3)后端，该结构保证了高压腔和工作腔之间的油液不会发生泄漏，保护圈保证了密封胶圈在高压油下也可正常工作；
位于靠近回油腔油嘴型面内的钢球(24)与顶杆(22)连接，顶杆(22)与电磁铁单元内的铁芯(21)连接，电磁铁单元固定在阀芯壳(2)一端。
2.根据权利要求1所述的一种高压两位三通脉宽调制数字快速电磁阀,其特征为：所述电磁铁单元通过PWM快速驱动信号控制。
3.根据权利要求1所述的一种高压两位三通脉宽调制数字快速电磁阀,其特征为：在工作腔内两个油嘴(7)之间设置有分离销座(9),分离销座(9)上开有通孔，分离销(10)位于该通孔内，间隙配合，分离销座(9)的外型面与油嘴(7)端面形成钢珠(24)的活动空腔。
4.根据权利要求3所述的一种高压两位三通脉宽调制数字快速电磁阀,其特征为：在油嘴(7)和分离销座(9)之间设置有调整垫片(8)。
5.根据权利要求1所述的一种高压两位三通脉宽调制数字快速电磁阀,其特征为：两个钢球(24)都位于油嘴(7)靠近工作腔端。
6.根据权利要求1所述的一种高压两位三通脉宽调制数字快速电磁阀,其特征为：两个钢球(24)一个位于油嘴(7)靠近回油腔端，另一个位于油嘴(7)靠近高压腔端。
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