CN206092556U - 一种弹簧复位的微小型2d电磁开关阀 - Google Patents

Abstract

一种弹簧复位的微小型2D电磁开关阀，进油腔与进油口连通，出油口位于第二台肩的运动轨迹上；通道的一端与低压腔连通，另一端与第一台肩上的低压孔连通；敏感腔可通过直槽、高压槽与进油腔连通；敏感腔可通过直槽、低压孔、通道、低压腔与回油口连通；矩形框的左端固定套设在阀芯上，矩形框右端的中心轴依次贯穿支架和连接板，阀芯的右端气密穿过矩形框，阀芯和弹簧座之间压缩有复位弹簧；弹簧座的右端面抵紧在支撑块上的钢珠上，支撑块的两侧穿过矩形框并固定在支架上，机械传动机构包括位于正上方的上拨杆和位于正下方的下拨叉，且水平杆的一端套设有上拨杆复位弹簧。

Description

一种弹簧复位的微小型2D电磁开关阀

技术领域

本实用新型涉及一种开关阀，尤其涉及一种弹簧复位的微小型2D电磁开关阀。

背景技术

近年来，利用伺服螺旋机构原理工作的二维电液开关阀具有阀芯径向转动和轴向移动的双自由度、控制灵活、精度高、频响快、低滞环、泄漏量小、结构简单等优点，目前主要运用在航空航天，导弹等军事领域且多为极端恶劣环境下。

但是，现有的二维(2D)液压阀均采用两级同心的结构来保证阀芯受到足够的驱动力，这也导致这种结构的二维(2D)液压阀很难实现小型化。

为了满足机载设备对其质量轻和体积小的要求，液压元件在小型化的过程中尚有如下问题未能解决：1、电液开关阀的小型化势必会缩小电-机械转换器的尺寸，从而导致驱动力/力矩不足的问题；2、电液开关阀的小型化势必会导致阀芯复位弹簧变小，从而导致回复力不足的问题；3、原2d阀中阀芯、阀体、同心环安装时有两级同心的要求，导致对其加工精度要求高，难以加工实现的问题。

发明内容

为了克服液压阀小型化会引起电-机械转换器驱动力不足、复位弹簧恢复力小的问题，且能满足机载设备对液压元器件抗干扰能力强、质量轻、体积小、响应快的需求，本实用新型提供一种弹簧复位的机载微小型二维电液开关阀。

本实用新型的技术方案是：

一种弹簧复位的微小型2D电磁开关阀，包括位于左侧的阀体和位于右侧的连接板，驱动阀芯转动的机械传动机构设置在连接板上；阀体和连接板通过支架同轴连接，支架的一端固定在阀体内的凹槽内，另一端固定在连接板内；

阀芯可转动地设置在阀体内，阀芯从左向右依次设有第一台肩和第二台肩，阀体的左端盖和第一台肩将阀体内腔气密围隔成敏感腔，第一台肩和第二台肩将阀体内腔气密围隔成环绕阀芯的环形进油腔，进油腔与进油口连通；所述阀体上设有出油口，出油口位于第二台肩的运动轨迹上；所述阀体右端的凹槽和支架的内腔贯通并构成低压腔；

阀芯的第一台肩上分别开有一对轴对称的高压槽和一对轴对称的低压孔，且高压槽和低压孔交替设置，阀芯内沿轴向设有通道，通道的一端与低压腔连通，另一端与第一台肩上的低压孔连通；阀体的内壁上沿轴向设有一对轴对称的直槽，直槽的出口端与敏感腔连通，直槽的入口端位于高压槽出口端的运动轨迹和低压孔出口端的运动轨迹上，且直槽的槽宽与高压槽和低压孔之间的距离相等；敏感腔可通过直槽、高压槽与进油腔连通，以向敏感腔内输入高压油；敏感腔可通过直槽、低压孔、通道、低压腔与回油口连通，以向敏感腔内输入低压油；

低压腔内可转动地设有矩形框，所述矩形框的左端固定套设在阀芯上，所述矩形框右端的中心轴依次贯穿支架和连接板；所述矩形框内可滑动地设有弹簧座，阀芯的右端气密穿过矩形框，阀芯的右端面和弹簧座相对，且阀芯和弹簧座之间压缩有复位弹簧；复位弹簧的一端套设在阀芯上，另一端套设在弹簧座左端的凸柱上，所述弹簧座的右端面抵紧在支撑块上的钢珠上，所述支撑块的两侧穿过矩形框并固定在支架上。

所述机械传动机构包括位于正上方的上拨杆和位于正下方的下拨叉，上拨杆下半部的拨头呈椭圆形，下拨叉的上半部是开口向上的U形叉，上拨杆的拨头插设在下拨叉的U形叉内，转动设备的转轴与上拨杆固定连接，以驱动上拨杆带动下拨叉转动，且下拨叉的底部与矩形框右端的中心轴固定连接，以带动阀芯同步转动；上拨杆的顶部可滑动的设置在水平杆上，且水平杆的一端套设有将上拨杆倾斜抵紧在下拨叉内的上拨杆复位弹簧，上拨杆复位弹簧将上拨杆倾斜抵紧在零位状态。

进一步，所述旋转电磁铁设置在阀体的上方，并配有保护罩。

进一步，所述上拨杆通过第一紧固螺钉夹紧在旋转电磁铁的输出轴上，所述下拨叉通过第二紧固螺钉夹紧在矩形框的中心轴上。

本实用新型的轴向指的是阀芯的中心轴所在的方向。

为了使本实用新型具有体积小、质量轻、响应快的特性，除了要保证电-机械转换器有足够的驱动力矩外，还要求传动机构有放大驱动力矩的作用。本实用新型的机械传动机构可使阀芯开始工作时获得无穷大的驱动力矩，随之，上拨杆和下拨叉之间的传动比由无穷大快速降低，与之对应的阀芯转速由无穷小快速增加，因此可以在阀芯刚开始转动时，为阀芯提供无穷大的驱动力矩以克服液压卡紧力，而后阀芯快速转动到目标位置。此机械传动机构同样可适用于三位四通2D电液高速开关阀。

1)对于电液开关阀的小型化势必会缩小电-机械转换器的尺寸，从而导致驱动力/力矩不足的问题；

本实用新型采用变传动比传动机构，使初始驱动力矩无穷大，以克服阀芯刚开始转动时存在的液压卡紧力。

2)对于电液开关阀的小型化势必会导致阀芯复位弹簧变小，从而导致回复力不足的问题；

本实用新型借助矩形框结构，使弹簧不直接作用在阀芯上，而是作用在矩形框上，再通过矩形框与阀芯固连以传递力与运动。矩形框结构大大增加了弹簧的安装空间，减小了对弹簧尺寸的限制，使得弹簧可以做大以增加弹簧力。

3)对于阀芯、阀体、同心环安装时出现的两级同心问题。

本实用新型没有使用同心环机构去构建低压腔，而是采用支架与阀芯配合构成成低压腔，支架只与阀芯配合，精度要求较低，制作安装更方便。

本实用新型的有益效果是：

1、体积小，质量轻，结构简单；

2、抗干扰能力强，适应航空航天等复杂工况；

3、采用变传动比的机械传动机构，有效放大阀芯的驱动力矩，以克服阀芯初始动作时的液压卡紧力，同时降低对电-机械转换器的输入力矩要求；

4、采用液压力驱动阀芯滑动，驱动力大，频率响应高；

5、不需要两级同心的结构，消除了以往2D阀中为满足两级同心要求而增加的加工难度；

6、抗污染能力强，对油液过滤精度要求低。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为机械传动机构结构示意图。

图3为阀体剖视图。

图4为本实用新型的局部剖视图。

图5为图4中A-A向剖视图。

图6为阀体上进油口、出油口和回油口位置示意图。

图7位阀芯横截面示意图

具体实施方式

如图所示，一种弹簧复位的微小型2D电磁开关阀，包括位于左侧的阀体20和位于右侧的连接板14，驱动阀芯转动的机械传动机构设置在连接板14上；阀体20和连接板14通过支架15同轴连接，支架15的一端固定在阀体20内的凹槽内，另一端固定在连接板14内；

阀芯21可转动地设置在阀体20内，阀芯21从左向右依次设有第一台肩211和第二台肩212，阀体20的左端盖22和第一台肩211将阀体内腔气密围隔成敏感腔g，第一台肩211和第二台肩212将阀体内腔气密围隔成环绕阀芯21的环形进油腔，进油腔c与进油口P连通；所述阀体上设有出油口A，出油口A位于第二台肩212的运动轨迹上；所述阀体右端的凹槽和支架15的内腔贯通并构成低压腔m；

阀芯的第一台肩211上分别开有一对轴对称的高压槽y和一对轴对称的低压孔a，且高压槽y和低压孔a交替设置，阀芯21内沿轴向设有通道b，通道b的一端与低压腔m连通，另一端与第一台肩211上的低压孔a连通；阀体20的内壁上沿轴向设有一对轴对称的直槽f，直槽f的出口端与敏感腔g连通，直槽f的入口端位于高压槽y出口端的运动轨迹和低压孔a出口端的运动轨迹上，且直槽f的槽宽与高压槽y和低压孔a之间的距离相等；敏感腔g可通过直槽f、高压槽y与进油腔c连通，以向敏感腔g内输入高压油；敏感腔g可通过直槽f、低压孔a、通道b、低压腔m与回油口T连通，以向敏感腔g内输入低压油；

低压腔内可转动地设有矩形框10，所述矩形框10的左端固定套设在阀芯21上，所述矩形框10右端的中心轴依次贯穿支架15和连接板14；所述矩形框10内可滑动地设有弹簧座18，阀芯21的右端气密穿过矩形框10，阀芯21的右端面和弹簧座18相对，且阀芯21和弹簧座18之间压缩有复位弹簧19；复位弹簧19的一端套设在阀芯21上，另一端套设在弹簧座18左端的凸柱上，所述弹簧座18的右端面抵紧在支撑块上的钢珠上，所述支撑块的两侧穿过矩形框10并固定在支架15上。

所述机械传动机构包括位于正上方的上拨杆7和位于正下方的下拨叉8，上拨杆7下半部的拨头呈椭圆形，下拨叉8的上半部是开口向上的U形叉，上拨杆7的拨头插设在下拨叉8的U形叉内，转动设备的转轴与上拨杆7固定连接，以驱动上拨杆7带动下拨叉8转动，且下拨叉8的底部与矩形框10右端的中心轴固定连接，以带动阀芯21同步转动；上拨杆7的顶部可滑动的设置在水平杆2上，且水平杆2的一端套设有将上拨杆7倾斜抵紧在下拨叉8内的上拨杆复位弹簧1，上拨杆复位弹簧1将上拨杆7倾斜抵紧在零位状态。

所述支撑块16上设有钢珠17，使得弹簧座18和支撑块16为点接触，减小了弹簧座18转动时与支撑块16之间的摩擦阻力，提高了响应速度。

所述旋转电磁铁设置在阀体20的上方，并配有保护罩。

所述上拨杆7通过第一紧固螺钉5夹紧在旋转电磁铁6的输出轴上，所述下拨叉8通过第二紧固螺钉9夹紧在矩形框10的中心轴上。

阀体20与连接板14通过螺钉11固连，传动机构通过矩形框15的中心轴和旋转电磁铁6的伸出轴安装在连接板14右侧；旋转电磁铁6通过螺钉13紧固在连接板上部。

阀体上开设有进油口P、出油口A、回油口T，阀体20通过进油口P与高压泵连通，高压泵为阀体20提供高压油；阀体20通过出油口A与液压缸连通，以给液压缸提供高液压；阀体20通过回油口T与油箱连通，回油箱为阀体20提供低压油。

所述转动设备为旋转电磁铁6，且旋转电磁铁6与控制器相连。控制器向旋转电磁铁6发送动作命令。旋转电磁铁6作为本实用新型的电-机械转换器，位于阀体20上方，并通过第一螺钉13与连接板14相连接，保护罩23通过第二螺钉12与连接板14相连，本实用新型配设的盒盖通过第三螺钉11固定在连接板14上，水平杆支架2通过第三螺钉4固定在连接板14上，左端盖22通过第四螺钉固定在阀体20上。

支架15与连接板14和阀体20固连，矩形框10焊接在阀芯21上，矩形框10与阀体之间通过第一密封圈密封，矩形框10的中心轴与连接板之间通过第二密封圈密封。支架15上开有安装槽用来安装和撑块16，并限制支撑块16向右移动，与弹簧座18接触的支撑块16将来自弹簧19的压力传递到支架15上，弹簧座18左侧安装有复位弹簧19，以防止在阀体未通油时矩形框10、支撑块16、弹簧座18以及阀芯21在阀体20内部攒动，并在通油而未通电时为阀芯21提供复位驱动力。

阀芯21、阀体20和左端盖22配合构成敏感腔g，高压槽y和低压孔a的横截面呈圆形，以降低加工工艺难度。高压槽y和低压孔a分别位于直槽f的两侧，且高压槽和低压孔a之间的距离与直槽f的宽度相等，直槽f的一端与敏感腔g相通，另一端与高压槽或低压孔a相连通，直槽f与高压槽连通或与低压孔a连通取决于阀芯的转动角度，并控制敏感腔g内的压力。阀芯21的一端在敏感腔g内，另一端在固连在矩形框10上，矩形框由复位弹簧19顶紧，敏感腔g和复位弹簧19是实现开关阀阀芯转角与轴向直线位移转换的导控机构。

当电信号未接入时，在阀芯21右侧的复位弹簧19受预压缩变形，为阀芯21提供一个向左的驱动力；在阀芯21左侧的敏感腔g内，与敏感腔g连通的直槽f仅与低压孔a连通，油箱内的低压油经回油口T、低压腔m、通道b、低压孔a和直槽f通入敏感腔g内，敏感腔g内为低压，阀芯21在右侧弹簧力的作用下向左移动，第二台肩212略微左移，第二台肩212密封住出油口A靠近进油腔的左侧，即出油口A与进油口P堵塞，同时出油口A与回油口T连通，本实用新型位于零位状态，即如图3所示的状态，此时，此时出油口A与回油口T连通，液压缸内的低压油经过出油口A、回油口T流回油箱。

通电时，旋转电磁铁6转动(旋转电磁铁6的转动幅度为21°)，并带动上拨杆7逆时针转动，则上拨杆7依此带动下拨叉8、矩形框10、阀芯21顺时针转动，导致直槽f与低压孔a错开，直槽f仅与高压槽连通，高压油经过进油口P、高压腔c、高压槽y、直槽f流入敏感腔g内，敏感腔g内充满高压油，此时此高压油对阀芯21的正压力大于复位弹簧19的弹力，阀芯21在此高压油正压力与复位弹簧19合力的作用下向右滑动，第二台肩212略微右移，出油口A的左侧失去堵塞并与进油腔连通，即进油口P与出油口A连通，出油口A与回油口T断开，进油腔内的高压油经过出油口A流入液压缸或其他子液压系统。

反之，当本实用新型由通电到断电时，以上变化过程恰好相反。

因此，本实用新型是阀芯具有双运动自由度的两级高速开关阀，本实用新型利用机械传动机构驱动阀芯作旋转运动，实现导阀功能，在油液压力和复位弹簧弹力的作用下推动阀芯轴向移动，实现阀口的高速启闭特性。

但摩擦力、液动力、油污和阀芯阀体加工精度等都会在阀芯转动的瞬间产生较大的阻力，容易出现液压“卡滞”现象，为了使本实用新型不出现液压“卡滞”现象，传动机构在启动瞬间必须具有较大的力矩。

本实用新型的传动机构可以实现变力矩，上拨杆7的下半部呈椭圆形，以实现变传动比，由于旋转电磁铁6的转动幅度为21°，为了方便装配，以及实现上拨杆7的对称设计，上拨杆7的初始安装位置(即零位状态)偏离上拨杆7与下拨叉8旋转中心连线10.5°，上拨杆7与下拨叉8之间为线接触配合，且上拨杆7与下拨叉8分别相交于上下两接触点。此时，上接触点的法线正好经过上拨杆7的旋转中心，根据“三心定理”，上拨杆7与下拨叉8的相对瞬心重合，传动机构的瞬时传动比为无穷大，下拨叉8对上拨杆7的响应相当于一个冲击响应，输出力矩很大，足以克服阀芯“卡滞”现象。

随着上拨杆7的继续运动，相对瞬心向下拨叉8的转动中心靠近。由瞬心定理可知，上拨杆7与下拨叉8的传动比为各自转动中心到瞬心距离的反比，因此传动比随之减小，但足以满足阀芯21启动后所需的转动力矩。

与已有的定传动比传动机构相比，本实用新型的传动机构在运动初始便会产生无穷大的力矩，以克服2D电液高速开关阀易受摩擦力、液动力、油污和阀芯阀体加工精度等问题对阀芯产生的液压“卡滞”现象。

为保证在开关阀的控制器未通电或失效的情况下使得阀芯21仍能处于零位，在水平杆2上安装上拨叉复位弹簧1，上拨叉复位弹簧1、水平杆2构成上拨叉的限位机构。上拨叉在启动后会逆时针转动，并压迫上拨叉复位弹簧1，当上拨叉转动到最大位置并停止转动后，上拨叉和复位弹簧1均处于静止状态，当控制器断电时，上拨叉复位弹簧1驱动上拨叉7复位。

为了提高本实用新型工作的稳定性，平衡惯性力，需将上拨杆7和第一紧固螺钉5的重心与旋转电磁铁6的转轴的中心重合、矩形框10的中心轴与下拨叉8和第二紧固螺钉9的重心重合。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也包括本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (3)

1.一种弹簧复位的微小型2D电磁开关阀，包括位于左侧的阀体和位于右侧的连接板，驱动阀芯转动的机械传动机构设置在连接板上；阀体和连接板通过支架同轴连接，支架的一端固定在阀体内的凹槽内，另一端固定在连接板内；其特征在于：

阀芯可转动地设置在阀体内，阀芯从左向右依次设有第一台肩和第二台肩，阀体的左端盖和第一台肩将阀体内腔气密围隔成敏感腔，第一台肩和第二台肩将阀体内腔气密围隔成环绕阀芯的环形进油腔，进油腔与进油口连通；所述阀体上设有出油口，出油口位于第二台肩的运动轨迹上；所述阀体右端的凹槽和支架的内腔贯通并构成低压腔；

阀芯的第一台肩上分别开有一对轴对称的高压槽和一对轴对称的低压孔，且高压槽和低压孔交替设置，阀芯内沿轴向设有通道，通道的一端与低压腔连通，另一端与第一台肩上的低压孔连通；阀体的内壁上沿轴向设有一对轴对称的直槽，直槽的出口端与敏感腔连通，直槽的入口端位于高压槽出口端的运动轨迹和低压孔出口端的运动轨迹上，且直槽的槽宽与高压槽和低压孔之间的距离相等；敏感腔可通过直槽、高压槽与进油腔连通，以向敏感腔内输入高压油；敏感腔可通过直槽、低压孔、通道、低压腔与回油口连通，以向敏感腔内输入低压油；

低压腔内可转动地设有矩形框，所述矩形框的左端固定套设在阀芯上，所述矩形框右端的中心轴依次贯穿支架和连接板；所述矩形框内可滑动地设有弹簧座，阀芯的右端气密穿过矩形框，阀芯的右端面和弹簧座相对，且阀芯和弹簧座之间压缩有复位弹簧；复位弹簧的一端套设在阀芯上，另一端套设在弹簧座左端的凸柱上，所述弹簧座的右端面抵紧在支撑块上的钢珠上，所述支撑块的两侧穿过矩形框并固定在支架上；

所述机械传动机构包括位于正上方的上拨杆和位于正下方的下拨叉，上拨杆下半部的拨头呈椭圆形，下拨叉的上半部是开口向上的U形叉，上拨杆的拨头插设在下拨叉的U形叉内，转动设备的转轴与上拨杆固定连接，以驱动上拨杆带动下拨叉转动，且下拨叉的底部与矩形框右端的中心轴固定连接，以带动阀芯同步转动；上拨杆的顶部可滑动的设置在水平杆上，且水平杆的一端套设有将上拨杆倾斜抵紧在下拨叉内的上拨杆复位弹簧，上拨杆复位弹簧将上拨杆倾斜抵紧在零位状态。

2.如权利要求1所述的一种弹簧复位的微小型2D电磁开关阀，其特征在于：旋转电磁铁设置在阀体的上方，并配有保护罩。

3.如权利要求2所述的一种弹簧复位的微小型2D电磁开关阀，其特征在于：所述上拨杆通过第一紧固螺钉夹紧在旋转电磁铁的输出轴上，所述下拨叉通过第二紧固螺钉夹紧在矩形框的中心轴上。