CN113446429A - 一种电磁弹簧控制式先导溢流阀 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电磁弹簧控制式先导溢流阀，属于液压传动技术领域。本发明包括六角堵头、导阀前腔、导阀阀体、阻尼流道、主阀上腔流道、导阀后腔、导阀阀芯、永磁体Ⅰ、永磁体Ⅱ、导磁套、电磁线圈、磁力线、端盖、导磁螺杆、线圈架、回油流道、阻尼器、进油流道、主阀阀体、六角堵头、主阀套、主阀阀芯、永磁环。本发明导阀采用电磁弹簧通过磁场传力，主阀采用引力永磁弹簧复位，避免了机械弹簧因振动、摩擦等导致疲劳失效的问题，提升了元件的安全性和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种电磁弹簧控制式先导溢流阀，属于液压传动技术领域。
背景技术
在液压系统中，溢流阀为压力调节控制元件，起溢流稳压、压力卸荷和安全保护等作用。 现有溢流阀多采用机械螺旋弹簧调节控制压力，或采用机械螺旋弹簧实现阀芯复位：(1)机 械螺旋弹簧长期使用，易发生塑性变形、应力松弛、疲劳断裂等失效。弹簧发生塑性变形或 应力松弛，弹性系数也发生改变，会导致阀芯振动，系统压力调节不稳定，严重影响液压系 统的控制精度。弹簧发生疲劳断裂失效，会导致溢流阀无法正常工作。(2)机械螺旋弹簧， 安装占用空间大，使阀体尺寸和重量增加。(3)阀芯通过机械螺旋弹簧与阀体或调节螺杆等 接触，易传导振动，引起噪声，严重影响溢流阀的工作性能。(4)机械螺旋弹簧，力传递路 线较长，弹簧灵敏度较低，能量损失较大，使溢流阀动态响应慢，超调量增大，也对液压控 制系统的动态性能产生较大的影响。(5)现有电比例溢流阀采用比例电磁铁推力控制，比例 电磁铁通过机械螺旋弹簧、衔铁等中间传动机构控制阀芯，控制环节多，结构复杂，导致控 制滞后，响应速度慢，不适于对动态性能要求严苛的液压系统。
现有技术，“一种先导式电比例高压溢流阀”，公告号CN112096682A，溢流阀由主阀、 先导阀和比例电磁铁组件组成，其压力调节原理是利用先导阀芯两端的受压面积不同，通过 设定其两端受压面积的差值，实现以较小的电磁线圈输出推力完成对高压溢流压力的调节。
现有技术，“电液比例溢流阀”，公告号CN101149068A，其压力调节原理是利用π桥液阻网络结构作为先导回路，实现比例溢流压力调节，其调压偏差接近于零。
现有技术，“一种快速响应的先导式溢流阀”，公告号CN107940051A，采用两级弹簧控制，先导级由调节螺杆、机械螺旋弹簧、弹簧座和钢珠组成，主级由上盖、机械螺旋弹簧、柱塞和阀芯组成，控制环节多，控制响应滞后。
现有技术，“一种永磁弹簧式溢流阀先导阀”，授权号CN211343538U，基于斥力原理， 利用两永磁体作为先导阀调压弹簧，通过调节螺杆控制两永磁体的距离来调节弹簧力，但无 法实现远程和自动智能控制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电磁弹簧控制式先导溢流阀，解决现有先导式溢流 阀因弹簧疲劳失效导致异常工作的问题和现有电比例溢流阀响应速度低的问题，减小溢流阀 压力损失，降低溢流阀振动与噪声，提高溢流阀安全性和使用寿命。
本发明的技术方案是：一种电磁弹簧控制式先导溢流阀，包括六角堵头、导阀前腔、导 阀阀体、阻尼流道、主阀上腔流道、导阀后腔、导阀阀芯、永磁体Ⅰ、永磁体Ⅱ、导磁套、电磁线圈、磁力线、端盖、导磁螺杆、线圈架、回油流道、阻尼器、进油流道、主阀阀体、 六角堵头、主阀套、主阀阀芯、永磁环；
六角堵头插入导阀前腔内并与导阀阀体连接，导阀前腔与导阀后腔通过阻尼流道连通， 导阀阀芯前端插入导阀后腔内，导阀阀芯后端与永磁体Ⅰ连接，导磁螺杆插入线圈架内并与 永磁体Ⅱ连接，导磁螺杆与永磁体Ⅱ之间不存在缝隙，永磁体Ⅱ与线圈架粘接，二者过盈配 合，电磁线圈缠绕在线圈架上，线圈架装配在导磁套内，导磁套装配在端盖上，端盖安装在 导阀阀体上，电磁线圈和永磁体Ⅱ叠加产生磁力线，磁力线位于导磁套内，阻尼器一端与导 阀前腔连接、另一端与进油流道连接，导阀阀体通过进油流道与主阀阀体连通，导阀阀体与 主阀阀体连接，六角堵头与主阀阀体连接，主阀套与主阀阀体紧密配合，主阀阀芯与主阀套 间隙配合，永磁环被主阀套压紧并与主阀阀体紧密配合，回油流道一端和导阀阀体的腔体连 通，另一端和主阀阀体连通。
所述电磁线圈为铜线，安匝数大于1000。
所述阻尼流道的长径比为8。
六角堵头、导阀阀体、导阀阀芯、端盖、线圈架、主阀阀体、六角堵头、主阀套为不被永磁体吸引的铝合金或奥氏体不锈钢(304不锈钢)等低顺磁材料，其中主阀套也可为自润滑性能更好的金属石墨材料或陶瓷材料。
主阀阀芯为能够被永磁体吸引的马氏体不锈钢(Cr13不锈钢)等软磁材料。
主阀阀芯为能够被永磁体吸引的马氏体不锈钢(Cr13不锈钢)等软磁材料。
导磁套、导磁螺杆为坡莫合金材料或超坡莫合金材料，标号不低于1J50。
永磁体Ⅰ、永磁体Ⅱ和永磁环为钕铁硼永磁材料，标号不低于N42，永磁体Ⅰ和永磁体 Ⅱ同名磁极相对安装，安装距离范围在1-2mm。
所有密封圈为采用橡胶材料的O形密封圈。
导阀阀体3和主阀阀体19内的所有流道结构均采用车削加工。
本发明的有益效果是：
1、本发明导阀采用电磁弹簧通过磁场传力，主阀采用引力永磁弹簧复位，避免了机械弹 簧因振动、摩擦等导致疲劳失效的问题，提升了元件的安全性和使用寿命。
2、本发明电磁弹簧与永磁弹簧无直接接触，不传导振动，有利于溢流阀减振降噪。
3、本发明采用的电磁弹安装占用空间小，使导阀结构更加紧凑。
4、本发明采用的电磁弹簧和永磁弹簧，能量损失小、灵敏度高，能够提升溢流阀的稳压 精度，提高溢流阀动态响应速度，降低超调量。
5、本发明电磁弹簧通过控制电流大小来控制弹簧力，调节精度高，便于与计算机相连， 能够实现远程遥控和自动智能控制，有利于液压系统的智能化。
6、本发明电磁弹簧通过磁场直接控制阀芯，相对于电比例溢流阀，控制环节更少，结构 简单，响应速度快，适用于对响应速度要求严苛的液压系统。
7、本发明电磁弹簧控制式先导溢流阀响应速度快，经理论分析和实验验证，在相同技术 指标下，其响应速度较电液比例溢流阀快30％，超调量降低15％，调压偏差降低14％。
8、本发明主阀采用永磁环与主阀芯组成的引力弹簧，永磁环安装在主阀芯下方，对电磁 弹簧不造成磁场干扰。
9、本发明采用导磁材料和低顺磁材料相结合设计，引导磁力线方向，使磁场尽可能集中 于阀芯一侧，提高了磁场的利用效率，低顺磁材料降低磁场泄漏，减少了磁场对液压系统其 它元件的干扰。
附图说明
图1是本发明的剖视图；
图2是本发明电磁弹簧控制方案一示意图；
图3是本发明电磁弹簧控制方案二示意图；
图4是本发明机械弹簧和永磁弹簧力-位移特性曲线图。
图中：1-六角堵头，2-导阀前腔，3-导阀阀体，4-阻尼流道，5-主阀上腔流道，6-导阀 后腔，7-导阀阀芯，8-永磁体I，9-永磁体II，10-导磁套，11-电磁线圈，12-磁力线，13-端盖，14-导磁螺杆，15-线圈架，16-回油流道，17-阻尼器，18-进油流道，19-主阀阀体， 20-六角堵头，21-主阀套，22-主阀阀芯，23-永磁环。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1所示，一种电磁弹簧控制式先导溢流阀，包括六角堵头1、导阀前腔2、 导阀阀体3、阻尼流道4、主阀上腔流道5、导阀后腔6、导阀阀芯7、永磁体Ⅰ8、永磁体Ⅱ 9、导磁套10、电磁线圈11、磁力线12、端盖13、导磁螺杆14、线圈架15、回油流道16、 阻尼器17、进油流道18、主阀阀体19、六角堵头20、主阀套21、主阀阀芯22、永磁环23；
六角堵头1插入导阀前腔2内通过螺纹并与导阀阀体3连接，导阀前腔2与导阀后腔6 通过阻尼流道4连通，导阀阀芯7前端插入导阀后腔6内，导阀阀芯7后端与永磁体Ⅰ8连接，导磁螺杆14通过螺纹连接插入线圈架15内并与永磁体Ⅱ9连接，导磁螺杆14与永磁体Ⅱ9之间不存在缝隙，永磁体Ⅱ9与线圈架15粘接，二者过盈配合，电磁线圈11缠绕在线圈架15上，线圈架15装配在导磁套10内，导磁套10装配在端盖13上，端盖13安装在导阀 阀体3上，电磁线圈11和永磁体Ⅱ9叠加产生磁力线12，磁力线12位于导磁套10内，阻尼 器17一端与导阀前腔2连接、另一端与进油流道18连接，导阀阀体3通过进油流道18与主 阀阀体19连通，导阀阀体3通过螺栓与主阀阀体19连接，六角堵头20通过螺纹与主阀阀体 19连接，主阀套21与主阀阀体19紧密配合，主阀阀芯22与主阀套21间隙配合，永磁环23 被主阀套21压紧并与主阀阀体19紧密配合。回油流道16一端和导阀阀体3的腔体连通，另 一端和主阀阀体19连通
所述电磁线圈11为铜线，安匝数大于1000。
所述阻尼流道4的长径比为8。
本发明的工作原理是：
(1)电磁弹簧工作原理：电磁线圈11不通电时，永磁体Ⅰ8和永磁体Ⅱ9基于“同名磁极相斥”原理组成复位弹簧，防止永磁体Ⅰ8与导磁螺杆14吸引撞击而造成零件损坏。电磁线圈11通电后基于电磁感应原理产生电磁场，电磁场与永磁体II9产生的静磁场叠加，在导磁套10和导磁螺杆14的导磁作用下磁场如磁力线12分布，使磁场尽可能集中于阀芯一侧，永磁体Ⅰ8产生的静磁场与叠加磁场基于“同名磁极相斥”原理组成电磁弹簧，通过改变电磁线圈11通入的电流大小控制电磁线圈产生的磁场强度，调节永磁体I8受到的排斥力，从而起到控制电磁弹簧弹簧力的作用。
(2)电磁弹簧控制式先导溢流阀工作原理：压力油液经P口流入，作用在主阀阀芯22 下端面，压力油液流经油流道18、阻尼器17、导阀前腔2、阻尼流道4进入导阀后腔6，并最终作用于导阀阀芯7，当油液压力小于电磁弹簧预调压力时，先导阀阀芯7处于关闭状态，油液无法进入回油流道16，此时主阀阀芯,22在永磁环23的吸引力作用下复位而处于关闭状 态。当系统压力上升，油液压力大于电磁弹簧预调压力后，油液推开导阀阀芯7从回油流道 16流回油箱，此时主阀阀芯22上腔5和下腔产生压差，使主阀阀芯22上抬，原本密封的进油P口以及回油T口相通，压力油液实现溢流卸荷。X口为远程控制口，一般处于封堵状态。
磁弹簧性能特点：图4为斥力磁弹簧与30N/mm刚度的机械螺旋弹簧之间的弹簧力-压缩 量特性曲线，纵坐标为弹簧力，横坐标为弹簧压缩量。从图中可以看出，磁弹簧的刚度随压 缩量增加而逐渐增大，图中ODC和ABC围成的面积即为外力ΔF所做的功，由于WODC＞WABC，说明磁弹簧的能量损失更小，在调节范围内磁弹簧的响应时间小于机械螺旋弹簧。
本发明的电磁弹簧控制方法有两种方案。
方案一：为增强式电磁弹簧控制方法。图2a、b、c分别为不通电磁力线分布图、通电后 磁力线叠加图和通电后磁力线分布图。为达到磁场叠加增强的目的，选用体积较小的永磁体 Ⅱ9，电磁线圈11如图示符号的方向缠绕，根据右手螺旋定则，线圈产生的磁力线方向与图2中永磁体Ⅱ9磁力线方向一致，起到磁场叠加增强的目的。其特点是初始排斥力较小，通过 磁场的叠加增强来增大并调控排斥力。
如图2a所示，在电磁线圈11未通电时，永磁体Ⅰ8和永磁体II9N极相对安装，产生图示方向的静磁场，基于“同名磁极相斥”原理组成斥力弹簧，使导阀阀芯7受到较小弹簧力，起到复位作用。如图2b所示，根据“右手螺旋定则”，图示缠绕方向的电磁线圈在通电后， 产生的电磁场与永磁体Ⅱ9N产生的静磁场方向一致，利用磁场的叠加原理增强磁场强度形成图2c所示磁力线分布，从而增强与永磁体I8之间的排斥力，通过调节电流大小控制导阀阀芯7受到的弹簧力。
方案二：为削弱式电磁弹簧控制方法。图3d、e、f分别为不通电磁力线分布图、通电后磁力线叠加图和通电后磁力线分布图。为达到磁场抵消削弱的目的，选用体积较大的永磁体Ⅱ9，电磁线圈11如图示符号的方向缠绕，根据右手螺旋定则，线圈产生的磁力线方向与图3中永磁体Ⅱ9磁力线方向相反，起到磁场抵消削弱的目的。其特点是初始排斥力大，通过磁场的抵消削弱来减小并调控排斥力。
如图3d所示，在电磁线圈11未通电时，永磁体Ⅰ8和较大体积的永磁体Ⅱ9N极相对安装，产生图示方向的较强静磁场，基于“同名磁极相斥”原理组成强斥力弹簧，使导阀阀芯7受到较大弹簧力，起到复位作用。如图3e所示，根据“右手螺旋定则”，图示缠绕方向的电磁线圈在通电后，产生的电磁场与永磁体Ⅱ9N产生的静磁场方向相反，将抵消永磁体Ⅱ9产生的静磁场，形成图3f所示磁力线分布，从而削弱与永磁体Ⅰ8之间的排斥力，通过调节电流大小控制导阀阀芯7受到的弹簧力。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方 式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出 各种变化。
Claims (3)
1.一种电磁弹簧控制式先导溢流阀，其特征在于：包括六角堵头(1)、导阀前腔(2)、导阀阀体(3)、阻尼流道(4)、主阀上腔流道(5)、导阀后腔(6)、导阀阀芯(7)、永磁体Ⅰ(8)、永磁体Ⅱ(9)、导磁套(10)、电磁线圈(11)、磁力线(12)、端盖(13)、导磁螺杆(14)、线圈架(15)、阻尼器(17)、进油流道(18)、主阀阀体(19)、六角堵头(20)、主阀套(21)、主阀阀芯(22)、永磁环(23)；
六角堵头(1)插入导阀前腔(2)内并与导阀阀体(3)连接，导阀前腔(2)与导阀后腔(6)通过阻尼流道(4)连通，导阀阀芯(7)前端插入导阀后腔(6)内，导阀阀芯(7)后端与永磁体Ⅰ(8)连接，导磁螺杆(14)插入线圈架(15)内并与永磁体Ⅱ(9)连接，导磁螺杆(14)与永磁体Ⅱ(9)之间不存在缝隙，永磁体Ⅱ(9)与线圈架(15)粘接，二者过盈配合，电磁线圈(11)缠绕在线圈架(15)上，线圈架(15)装配在导磁套(10)内，导磁套(10)装配在端盖(13)上，端盖(13)安装在导阀阀体(3)上，电磁线圈(11)和永磁体Ⅱ(9)叠加产生磁力线(12)，磁力线(12)位于导磁套(10)内，阻尼器(17)一端与导阀前腔(2)连接、另一端与进油流道(18)连接，导阀阀体(3)通过进油流道(18)与主阀阀体(19)连通，导阀阀体(3)与主阀阀体(19)连接，六角堵头(20)与主阀阀体(19)连接，主阀套(21)与主阀阀体(19)紧密配合，主阀阀芯(22)与主阀套(21)间隙配合，永磁环(23)被主阀套(21)压紧并与主阀阀体(19)紧密配合。
2.根据权利要求1所述的电磁弹簧控制式先导溢流阀，其特征在于：所述电磁线圈(11)为铜线，安匝数大于1000。
3.根据权利要求1所述的电磁弹簧控制式先导溢流阀，其特征在于：所述阻尼流道(4)的长径比为8。
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| CN202110597892.8A CN113446429B (zh) | 2021-05-31 | 2021-05-31 | 一种电磁弹簧控制式先导溢流阀 |
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Citations (6)
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| CN101631979A (zh) * | 2007-06-21 | 2010-01-20 | 佛克有限及两合公司 | 阀，特别是胶料阀 |
| CN201461578U (zh) * | 2009-07-02 | 2010-05-12 | 昆明理工大学 | 一种数字式纯水溢流阀 |
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2021
- 2021-05-31 CN CN202110597892.8A patent/CN113446429B/zh active Active
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