CN116066438A - 一种无泄漏耐冲击型高速数字阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无泄漏耐冲击型高速数字阀，包括阀座、浮动阀芯组件、电磁铁组件、阀套、紧固螺盖以及密封组件；本发明采用浮动阀芯结构，使悬浮支承于阀芯环座中心的阀芯具有更多的自由度，能够在压紧力的作用下自适应地与阀座上的锥形坡口对中并紧密贴合，所述浮动阀芯结构给阀芯提供一个反作用于阀芯闭合方向的推力，可以有效缓冲高速数字液压阀高频启闭工况下阀芯对阀座的冲击；本发明密封性好、可靠性高，有效解决了高速数字液压阀阀芯不对中造成的泄露及阀芯高频启闭导致的冲击磨损问题。

Description

一种无泄漏耐冲击型高速数字阀
技术领域
本发明涉及数字液压领域，具体涉及一种无泄漏耐冲击型高速数字阀。
背景技术
高速数字液压阀是数字液压技术的核心元件，具有工作原理简单、抗污染能力强等优点，已广泛应用于汽车、机床、工程机械、航空航天等行业领域。目前，高速数字液压阀正朝着微型化、高速化的方向发展。微型化对高速数字液压阀毫米级甚至更小尺度的阀芯、阀孔同轴度提出了更高的要求，一旦加工精度达不到要求，便会导致阀芯与阀孔无法精准对中、造成泄露；而高速化则要求数字液压阀在更短的响应时间内实现高速开关，这种高频的启闭往往导致阀芯与阀孔长期遭受高速而猛烈的冲击与碰撞，极易出现磨损磨蚀。不对中或高频冲击，均会造成阀的泄露与失效，进而影响单阀乃至整个液压系统的性能。
中国发明专利CN104913099B公开了一种锥面密封型液压大流量高速数字液压阀，其阀芯与阀体的结合处设有倾角不等的锥状面来避免密封面不均匀磨损造成的泄漏，但该方法在阀芯阀体不对中的情况下密封面不能完全贴合、造成泄露。中国专利申请CN108302242A公开了一种微型高速数字液压阀，该微型高速数字液压阀阀芯与出油通道采用锥密封，加工精度与安装精度达要求高，极易出现阀芯无法对中的情况；此外，该专利仅考虑改变阀芯材料来缓解接触面的磨蚀，并未有效缓解阀芯与阀孔的高频冲击。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种无泄漏耐冲击型高速数字阀，其能够自适应消除阀芯对中误差、减少内泄漏，并辅助缓冲阀芯高频冲击，确保高速数字液压阀安全可靠运行、提高使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种无泄漏耐冲击型高速数字阀，包括阀座、浮动阀芯组件、电磁铁组件，所述阀座上端固定阀套，所述阀座底面和侧面分别开有轴向进油通孔和若干径向出油通孔,所述进油通孔连通阀座腔体的一端设有锥形坡口；
所述浮动阀芯组件包括阀芯，所述阀芯的下端设有能够与锥形坡口相匹配形成密封的球头；所述阀座腔体内部固定有阀芯环座，所述阀芯环座中部开有供阀芯穿过的导向通孔和若干均布在导向通孔周围的油液通道；
所述导向通孔上端设有倒锥形凹坑，所述倒锥形凹坑的锥面上均匀嵌套有若干内嵌永磁体，所述阀芯的上端与锥形永磁体固接，所述锥形永磁体上端顶住阀芯推杆，所述锥形永磁体与内嵌永磁体相斥使得阀芯和锥形永磁体处于悬浮状态。
优选地，所述电磁铁组件包括固定在阀套上端的静铁芯和能够上下滑动的动铁芯，所述静铁芯底面与动铁芯上端连接有压紧弹簧，压紧弹簧推动阀芯推杆与锥形永磁体贴合，使阀芯的球头紧密压紧在锥形坡口内；
所述动铁芯下端与阀芯推杆固定连接，所述静铁芯顶面与侧面油路连通阀座内腔；所述静铁芯外嵌套的线圈骨架与阀座之间压紧有导磁环，所述动铁芯、静铁芯、导磁环与阀套均采用软磁材料电工纯铁，在线圈骨架上线圈激励下形成封闭的磁通回路,在电磁力与弹力的共同作用下，动铁芯能够上下自由移动。
优选地，所述阀芯开启状态下，所述电磁铁组件提供的电磁力大于阀芯液压力、液动力、压紧弹簧压紧力与锥形永磁体永磁推力的合力。
优选地，所述阀芯关闭状态下，所述压紧弹簧的压紧力应大于阀口液压力与锥形永磁体永磁推力的合力。
优选地，所述阀座、阀芯、阀芯环座以及阀芯推杆均采用非导磁、高硬度材料。
优选地，所述阀芯的阀杆与导向通孔之间的间隙小于锥形永磁体与倒锥形凹坑之间的间隙。
优选地，所述阀芯推杆与动铁芯内部设有相互贯通的油路通道，该油路通道贯通动铁芯与线圈骨架之间的间隙以及动铁芯上下两端。
优选地，所述阀座的外壁设有用于紧固连接阀套的外螺纹和用于紧固螺纹的六角凸台。
优选地，所述静铁芯与阀套上端的台阶面相配合并通过紧固螺盖压紧固定，所述紧固螺盖与阀套之间设有密封圈I，所述线圈骨架上端面与阀套之间、所述线圈骨架下端面与导磁环之间，所述导磁环下端面与阀座之间均设有密封圈II，所述阀座的侧面在出油通孔上下方分别设有密封圈III，所述阀座底面在进油通孔外围设有密封圈IV。
优选地，所述阀座上端面、线圈骨架的上下端面上开设用于安装密封圈II的密封槽。
本发明的有益效果在于：
1本发明采用浮动阀芯结构，阀芯在磁力的相互作用下悬浮支承于阀芯环座中心，与传统阀芯结构相比，阀芯由二自由度拓展为多自由度，其在阀芯推杆压紧力作用下自适应地与进油通孔的锥形坡口对中并紧密贴合，具有更好的密封性能；
2本发明中阀座、阀芯采用高硬度材料，同时浮动阀芯结构给阀芯提供一个反作用于阀芯闭合方向的推力，能够有效缓冲高频启闭下阀芯对阀座的冲击，减缓阀芯、阀座的磨损磨蚀，从而提升高速数字液压阀的可靠性与使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种无泄漏耐冲击型高速数字阀的结构示意图；
图2为图1中A-A断面剖视图；
图3为本发明提供的阀芯关闭状态下的局部三维剖视图；
图4为本发明提供的阀芯开启状态下的局部三维剖视图；
图5为本发明提供的一种无泄漏耐冲击型高速数字阀的外形示意图。
图中：1-阀座、1a-进油通孔、1b-出油通孔、1c-锥形坡口、1d-六角凸台、2-阀芯、2a-球头、2b-阀杆、3-阀芯环座、3a-倒锥形凹坑、3b-导向通孔、3c-油液通道、4-内嵌永磁体、5-锥形永磁体、6-阀芯推杆、7-导磁环、8-线圈骨架、9-动铁芯、10-线圈、11-压紧弹簧、12-静铁芯、13-阀套、14-紧固螺盖、15-密封圈I、16-密封圈II、17-密封圈III、18-密封圈IV。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图5所示，一种无泄漏耐冲击型高速数字阀，包括一体成型的阀座1，所述阀座1的下端设有贯通内部腔体的一个轴向进油通孔1a和若干径向出油通孔1b，所述进油通孔1a与阀座1内部腔体的连接处设有锥形坡口1c；所述阀座1中部设有用于固定连接高速数字阀的外螺纹，阀座1上端设有与阀套13紧固连接的外螺纹，上述两处外螺纹件之间设有用于紧固螺纹的六角凸台1d。
所述阀座1内部腔体安装有浮动阀芯组件，包括阀芯2、阀芯环座3、内嵌永磁体4、锥形永磁体5及阀芯推杆6，所述阀芯2、阀芯环座3、阀芯推杆6与阀座1均采用非导磁、高硬度材料冷作模具钢Cr12MoV；所述阀芯环座3过盈嵌装于阀座1的腔体内，其上端面中心开设有倒锥形凹坑3a，所述内嵌永磁体4周向均匀嵌装在倒锥形凹坑3a锥面上设置的六个凹槽内，且内嵌永磁体4的内弧面与倒锥形凹坑3a锥面相平齐，阀芯环座3中心还设有导向通孔3b，所述导向通孔3b位于倒锥形凹坑3a下端；
所述阀芯2为球头-杆式结构，包括球头2a和阀杆2b，球头2a与进油通孔1a上的锥形坡口1c相匹配形成密封，阀杆2b穿过导向通孔3b与设置在倒锥形凹坑3a内的锥形永磁体5相固接，阀杆2b与导向通孔3b之间的间隙小于锥形永磁体5与倒锥形凹坑3a之间的间隙，所述锥形永磁体5与内嵌永磁体4相斥，使得阀芯2与锥形永磁体5在阀芯环座3处于悬浮状态。
所述阀座1通过其上端设置的外螺纹与阀套13紧固连接，阀套13内部设有电磁铁组件，包括动铁芯9、静铁芯12、导磁环7、线圈骨架8、线圈10及压紧弹簧11；所述静铁芯12与阀套13上端的台阶面相配合，由紧固螺盖14压紧固定，所述压紧弹簧11设置在静铁芯12与动铁芯9之间相互匹配的沉孔内并处于压紧状态，推动动铁芯9以及与动铁芯9固定连接的阀芯推杆6向下并贴合锥形永磁体5上端面，进而使阀芯2的球头2a紧密压紧在锥形坡口1c内；
所述动铁芯9、静铁芯12与阀套13内腔之间套设有线圈骨架8，所述线圈骨架8内缠绕有线圈10，线圈骨架8下端面与阀座1上端面之间还设置有导磁环7，所述动铁芯9、静铁芯12、导磁环7与阀套13均采用软磁材料电工纯铁DT4，在线圈10激励下能够形成封闭的磁通回路，在电磁力与弹力的共同作用下，动铁芯9能够在阀腔内上下自由移动。
所述阀芯环座3内周向均匀设置有四个上下贯通的油液通道3b，所述阀芯推杆6与动铁芯9内部设有相互贯通的径向十字交叉油液通道与轴向油液通道，油液通道3b与阀芯推杆6、动铁芯9内部的油液通道及动铁芯9与线圈骨架8之间的间隙一同贯通阀芯所在腔、阀芯推杆所在腔及动静铁芯间气隙腔，使动铁芯9处于相对静压平衡状态。
所述紧固螺盖14与阀套13之间端面之间设有密封圈I15，线圈骨架8与阀套13、导磁环7之间端面及导磁环7与阀座1之间端面分别设有密封圈II16，出油通孔1b柱面上下两侧设有一组密封圈III17，进油通孔1a外围设有密封圈IV18，所述密封圈I、II、III、IV共同构成密封组件，有效避免阀腔内油液泄漏。所述密封圈II16的密封槽设置在非导磁阀座的上端面及非导磁线圈骨架的上、下端面，降低密封槽对磁通回路的影响。
本实施例中数字阀的工作过程如下：
当线圈10得电时，动铁芯9往静铁芯12方向吸合，阀芯在液压力与永磁推力共同作用下向上运动，阀芯开启；此时电磁铁组件提供的电磁力大于阀芯液压力、液动力、压紧弹簧11压紧力与锥形永磁体5永磁推力的合力。
当线圈10失电时，动铁芯9与阀芯推杆6在压紧弹簧11压紧力的作用下推动阀芯2关闭，由于阀杆2b与导向通孔之间存在间隙，阀芯2具有更多的自由度，球头2a能够沿锥形破口1c自适应对中，形成密封；此时，压紧弹簧11的压紧力大于阀口液压力与锥形永磁体5永磁推力的合力。此外，锥形永磁体5始终给阀芯2提供一个反作用于阀芯闭合方向的推力，有效缓冲了阀芯2对阀座1的冲击。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种无泄漏耐冲击型高速数字阀，包括阀座(1)、浮动阀芯组件、电磁铁组件，其特征在于：所述阀座(1)上端固定阀套(13)，所述阀座(1)底面和侧面分别开有轴向进油通孔(1a)和若干径向出油通孔(1b),所述进油通孔(1a)连通阀座(1)腔体的一端设有锥形坡口(1c)；
所述浮动阀芯组件包括阀芯(2)，所述阀芯(2)的下端设有能够与锥形坡口(1c)相匹配形成密封的球头(2a)；所述阀座(1)腔体内部固定有阀芯环座(3)，所述阀芯环座(3)中部开有供阀芯(2)穿过的导向通孔(3b)和若干均布在导向通孔(3b)周围的油液通道(3c)；
所述导向通孔(3b)上端设有倒锥形凹坑(3a)，所述倒锥形凹坑(3a)的锥面上均匀嵌套有若干内嵌永磁体(4)，所述阀芯(2)的上端与锥形永磁体(5)固接，所述锥形永磁体(5)上端顶住阀芯推杆(6)，所述锥形永磁体(5)与内嵌永磁体(4)相斥使得阀芯(2)和锥形永磁体(5)处于悬浮状态。
2.如权利要求1所述的一种无泄漏耐冲击型高速数字阀，其特征在于：所述电磁铁组件包括固定在阀套(13)上端的静铁芯(12)和能够上下滑动的动铁芯(9)，所述静铁芯(12)底面与动铁芯(9)上端连接有压紧弹簧(11)，压紧弹簧(11)推动阀芯推杆(6)与锥形永磁体(5)贴合，使阀芯(2)的球头(2a)紧密压紧在锥形坡口(1c)内；
所述动铁芯(9)下端与阀芯推杆(6)固定连接，所述静铁芯(12)顶面与侧面油路连通阀座(1)内腔；所述静铁芯(12)外嵌套的线圈骨架(8)与阀座(1)之间压紧有导磁环(7)，所述动铁芯(9)、静铁芯(12)、导磁环(7)与阀套(13)均采用软磁材料电工纯铁，在线圈骨架(8)上线圈(10)激励下形成封闭的磁通回路，在电磁力与弹力的共同作用下，动铁芯(9)能够上下自由移动。
3.如权利要求2所述的一种无泄漏耐冲击型高速数字阀，其特征在于：所述阀芯(2)开启状态下，所述电磁铁组件提供的电磁力大于阀芯液压力、液动力、压紧弹簧(11)压紧力与锥形永磁体(5)永磁推力的合力。
4.如权利要求2所述的一种无泄漏耐冲击型高速数字阀，其特征在于：所述阀芯(2)关闭状态下，所述压紧弹簧(11)的压紧力应大于阀口液压力与锥形永磁体(5)永磁推力的合力。
5.如权利要求2所述的一种无泄漏耐冲击型高速数字阀，其特征在于：所述阀座(1)、阀芯(2)、阀芯环座(3)以及阀芯推杆(6)均采用非导磁、高硬度材料。
6.如权利要求2所述的一种无泄漏耐冲击型高速数字阀，其特征在于：所述阀芯(2)的阀杆(2b)与导向通孔(3b)之间的间隙小于锥形永磁体(5)与倒锥形凹坑(3a)之间的间隙。
7.如权利要求2所述的一种无泄漏耐冲击型高速数字阀，其特征在于：所述阀芯推杆(6)与动铁芯(9)内部设有相互贯通的油路通道，该油路通道贯通动铁芯(9)与线圈骨架(8)之间的间隙以及动铁芯(9)上下两端。
8.如权利要求2所述的一种无泄漏耐冲击型高速数字阀，其特征在于：所述阀座(1)的外壁设有用于紧固连接阀套的外螺纹和用于紧固螺纹的六角凸台(1d)。
9.如权利要求2所述的一种无泄漏耐冲击型高速数字阀，其特征在于：所述静铁芯(12)与阀套(13)上端的台阶面相配合并通过紧固螺盖(14)压紧固定，所述紧固螺盖(14)与阀套(13)之间设有密封圈I(15)，所述线圈骨架(8)上端面与阀套(13)之间、所述线圈骨架(8)下端面与导磁环(7)之间，所述导磁环(7)下端面与阀座(1)之间均设有密封圈II(16)，所述阀座(1)的侧面在出油通孔(1b)上下方分别设有密封圈III(17)，所述阀座(1)底面在进油通孔(1a)外围设有密封圈IV(18)。
10.如权利要求9所述的一种无泄漏耐冲击型高速数字阀，其特征在于：所述阀座(1)上端面、线圈骨架(8)的上下端面上开设用于安装密封圈II(16)的密封槽。
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