CN208859061U - 一种混合流动多级盘式磁流变阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种混合流动多级盘式磁流变阀，主要由端盖、阀体、定位盘、阻尼圆盘、励磁线圈及绕线架等组成。绕线架与定位盘之间的间隙构成圆环流动式液流通道，可形成两段轴向阻尼间隙。阻尼圆盘和定位盘之间的间隙构成径向流动式液流通道，可形成4段径向阻尼间隙。在不增加阀外形尺寸前提下，绕线架、定位盘以及阻尼圆盘之间的液流通道构成同时具有圆环流和径向流的混合流动式阻尼通道，在励磁线圈中电流作用下形成6段串联的有效阻尼间隙，有效增大了液流阻尼长度，提高了磁力线的利用率，使得阀进出口压降调节范围宽、压降大。该磁流变阀阻尼间隙定位准确、结构紧凑、体积小、装配方便，特别适用于多级压力可调的液压控制系统。

Description

一种混合流动多级盘式磁流变阀

技术领域

本实用新型涉及一种磁流变阀，尤其涉及一种混合流动多级盘式磁流变阀。

背景技术

液压控制系统中，液压阀是液压控制系统的核心控制单元之一，液压阀的性能直接影响到液压系统的静态特性、动态特性及工作可靠性。随着高新技术的发展，液压传动的工程应用对液压元件的要求越来越高，传统的液压控制阀结构复杂、体积大、加工要求高、容易磨损、成本高，还存在不易控制、响应慢、工作噪声大、工作可靠性低等问题。

磁流变阀是以磁流变液为工作介质的一种新型液压控制阀。磁流变液是一种智能流体，在磁场作用下，能从自由流动的牛顿流体瞬间转变为具有一定剪切屈服强度的粘塑性体；撤去磁场后又能恢复为自由流动的牛顿流体。磁流变阀的压降和流量可通过控制外加电流大小进行控制，与传统液压控制阀相比，其结构简单、加工成本低、响应速度快、噪声小、能耗小、工作稳定可靠，且利于智能控制的实现，具有良好的应用前景。

在进行磁流变阀结构设计时，首先应使磁流变液在磁流变阀阻尼间隙内的流动方向与磁场方向相互垂直；其次是尽可能使磁流变液在磁流变阀内部的液流通道加长。目前所设计的磁流变阀大多采用的是单一的圆环流动式或径向流动式的液流阻尼通道，并且是通过以下两种方法来提高磁流变阀进出口压力差的可调范围。一是在相同输入电流下，尽可能在磁流变液饱和范围内提高阻尼间隙内的磁感应强度。常用的方法是减小磁流变阀的阻尼间隙宽度，但由于磁流变液久置未用再次启用时，容易出现颗粒沉淀从而堵塞阻尼间隙，导致磁流变阀失效。第二就是提高阻尼间隙的长度，但这样会显著增加磁流变阀的体积，占用更多的安装空间，制造成本也相应增加。

基于此，在实际设计过程中，要同时实现增加阻尼间隙内的磁感应强度和提高有效阻尼间隙的长度比较困难。

发明内容

为了克服背景技术中存在的问题及满足磁流变阀在工程应用中的要求，本实用新型提出一种混合流动多级盘式磁流变阀。该磁流变阀的绕线架与定位盘之间的间隙构成两段圆环流动式液流通道，液流通道处磁场方向垂直于磁流变液流向，可形成两段轴向有效阻尼间隙。阻尼圆盘与阻尼圆盘之间及阻尼圆盘与定位盘之间的间隙构成4段径向流动式液流通道，液流通道处磁场方向垂直于磁流变液流向，可形成4段径向有效阻尼间隙。在不增加阀外形尺寸前提下，这种结构设计使绕线架、定位盘以及阻尼圆盘之间的液流通道构成同时具有圆环流和径向流的混合流动式液流通道，在励磁线圈中电流的作用下可形成6段串联的有效阻尼间隙，有效增大了液流阻尼长度，提高了磁力线的利用率，使得阀进出口压降调节范围宽、压降大。该磁流变阀阻尼间隙定位准确、结构紧凑、体积小、装配方便，特别适用于多级压力可调的液压控制系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案包括：左端盖(1)、左定位盘(2)、绕线架 (3)、左阻尼圆盘(4)、阀体(5)、励磁线圈(6)、中阻尼圆盘(7)、右阻尼圆盘(8)、右定位盘(9)及右端盖(10)；左端盖(1)与阀体(5)内表面过渡配合，并通过密封圈进行密封；左端盖(1)与阀体 (5)通过螺钉固定连接；左端盖(1)的右端面紧贴左定位盘(2)及绕线架(3)左端面，对左定位盘(2) 及绕线架(3)左侧起轴向定位作用；左端盖(1)中心加工有内螺纹通孔，形成A口，通过与之相连通的液压管道，磁流变液可从A口流入或流出磁流变阀内腔；左定位盘(2)径向圆周表面加工有4个周向均匀布置的阶梯形凸起，与绕线架(3)左端面加工的4个阶梯形凹槽过渡配合，可防止左定位盘(2)径向转动；左定位盘(2)右端面加工有4个轴向均匀布置的圆柱小凸台，与左阻尼圆盘(4)左端面加工的4个圆形凹槽过渡配合；左阻尼圆盘(4)外表面与绕线架(3)内表面过渡配合；左阻尼圆盘(4)中间加工有圆形通孔，起导流作用；绕线架(3)与阀体(5)间隙配合，并通过密封圈进行密封；绕线架(3)中部设计有圆形凸台，形成第一阶梯面(301)和第二阶梯面 (303)；绕线架(3)第一阶梯面(301)与左阻尼圆盘(4)右侧加工的第三阶梯面(401)贴合，绕线架 (3)通过第一阶梯面(301)对左阻尼圆盘(4)右侧进行轴向定位；绕线架(3)第二阶梯面(303)与右阻尼圆盘(8)左侧加工的阶梯面贴合，绕线架(3)通过第二阶梯面(303)对右阻尼圆盘(8)左侧进行轴向定位；励磁线圈(6)缠绕于绕线架(3)的绕线槽(302)中，其引线从阀体(5)的引线孔中引出；中阻尼圆盘(7)径向圆周表面加工有4个周向均匀布置的圆形凸起，4个圆形凸起与绕线架(3)中部的圆周内表面过渡配合；中阻尼圆盘(7)左端面加工有4个轴向均匀布置的圆柱小凸台，与左阻尼圆盘(4)右端面加工的4个圆形凹槽过渡配合；中阻尼圆盘(7)右端面加工有4个轴向均匀布置的圆柱小凸台，与右阻尼圆盘(8)左端面加工的4个圆形凹槽过渡配合；右阻尼圆盘(8)外表面与绕线架(3)内表面过渡配合；右阻尼圆盘(8)中间加工有圆形通孔，起导流作用；右定位盘(9)左端面加工有4个轴向均匀布置的圆柱小凸台，与右阻尼圆盘(8)右端面加工的4 个圆形凹槽过渡配合；右定位盘(9)径向圆周表面加工有4个周向均匀布置的阶梯形凸起，与绕线架(3)右端面加工的4个阶梯形凹槽过渡配合，可防止右定位盘(9)径向转动；右端盖(10) 与阀体(5)内表面过渡配合，并通过密封圈进行密封；右端盖(10)与阀体(5)通过螺钉固定连接；右端盖(10)的左端面紧贴右定位盘(9)及绕线架(3)右端面，对右定位盘(9)及绕线架(3)右侧起轴向定位作用；右端盖(10)中心加工有内螺纹通孔，形成B口，通过与之相连通的液压管道，磁流变液可从B口流入或流出磁流变阀内腔；左定位盘(2)与绕线架(3)之间的圆环形轴向间隙形成第Ⅰ段有效阻尼间隙；左定位盘(2)与左阻尼圆盘(4)之间的圆盘形径向间隙形成第Ⅱ段有效阻尼间隙；左阻尼圆盘(4)与中阻尼圆盘(7)之间的圆盘形径向间隙形成第Ⅲ段有效阻尼间隙；中阻尼圆盘(7)与右阻尼圆盘(8)之间的圆盘形径向间隙形成第Ⅳ段有效阻尼间隙；右阻尼圆盘(8)与右定位盘(9)之间的圆盘形径向间隙形成第Ⅴ段有效阻尼间隙；右定位盘(9)与绕线架 (3)之间圆环形轴向间隙形成第Ⅵ段阻尼间隙；第I段、第Ⅱ段、第Ⅲ段、第Ⅳ段、第Ⅴ段和第Ⅵ段有效阻尼间隙依次相连，构成串联式液流通道结构；左定位盘(2)右端面的圆柱小凸台伸出高度比左阻尼圆盘(4)左端面的圆形凹槽深度大1.0mm，使得左定位盘(2)与左阻尼圆盘(4) 之间的第Ⅱ段有效阻尼间隙厚度为1.0mm；中阻尼圆盘(7)左端面的圆柱小凸台伸出高度比左阻尼圆盘(4)右端面的圆形凹槽深度大1.0mm，使得中阻尼圆盘(7)与左阻尼圆盘(4)之间的第Ⅲ段有效阻尼间隙厚度为1.0mm；中阻尼圆盘(7)右端面的圆柱小凸台伸出高度比右阻尼圆盘(8) 左端面的圆形凹槽深度大1.0mm，使得中阻尼圆盘(7)与右阻尼圆盘(8)之间的第Ⅳ段有效阻尼间隙厚度为1.0mm；右定位盘(9)左端面的圆柱小凸台伸出高度比右阻尼圆盘(8)右端面的圆形凹槽深度大1.0mm，使得右定位盘(9)与右阻尼圆盘(8)之间的第Ⅴ段有效阻尼间隙厚度为1.0mm；左定位盘(2)、绕线架(3)、左阻尼圆盘(4)、阀体(5)、中阻尼圆盘(7)、右阻尼圆盘(8) 及右定位盘(9)分别由低碳钢导磁材料制成；其余零件均由不导磁材料制成。

本实用新型与背景技术相比，具有的有益效果是：

(1)本实用新型磁流变阀的阻尼间隙设计成同时具有径向流和圆环流阻尼间隙的混合流动多级盘式结构，由结构对称性将6段有效阻尼间隙均布在励磁线圈的中间位置，每一段阻尼间隙中磁流变液的流动方向都与磁场方向垂直，在径向和轴向方向充分利用了磁力线的走向，在增大阻尼间隙长度的同时并没有减小阻尼间隙中的磁感应强度，使得磁流变阀的压降可调范围更宽，性能更好。

(2)与常规单一液流通道的磁流变阀相比，本实用新型磁流变阀采用混合流动多级盘式结构，可形成6段串联的阻尼间隙，构成六级压降可控，使得与磁场有关的压降占总的阀进出口压降的比例更大，这样就使得阀的压降可调范围更宽。此外，在产生相同压降前提下，该磁流变阀所需体积更小、结构更紧凑。

(3)本实用新型磁流变阀的阻尼间隙是通过绕线架、定位盘和阻尼圆盘的自身结构形成的，分别在轴向和径向都设有精准定位，保证了一定的阻尼间隙厚度，防止了因阻尼间隙太窄而造成堵塞现象，使磁流变阀性能更稳定；同时，这种结构使磁流变阀的阻尼间隙定位更加方便和准确，装配更加便捷，阀的内部空间结构更紧凑，体积也更小。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图2是本实用新型绕线架剖视图。

图3是本实用新型绕线架左视图。

图4是本实用新型左定位盘剖视图。

图5是本实用新型左定位盘右视图。

图6是本实用新型左阻尼圆盘剖视图。

图7是本实用新型左阻尼圆盘右视图。

图8是本实用新型中阻尼圆盘剖视图。

图9是本实用新型中阻尼圆盘左视图。

图10是本实用新型磁流变液从A口流向B口时液流通道示意图。

图11是本实用新型通电工作时磁力线分布图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1所示为本实用新型结构示意图。主要包括：左端盖1、左定位盘2、绕线架3、左阻尼圆盘4、阀体5、励磁线圈6、中阻尼圆盘7、右阻尼圆盘8、右定位盘9及右端盖10。

图2所示为本实用新型绕线架剖视图，图3所示为本实用新型绕线架左视图。绕线架 3上加工有绕线槽302，励磁线圈6缠绕于绕线架3的绕线槽302中，其引线穿过阀体5的引线孔，从磁流变阀中引出；绕线架3中部设计有圆形凸台，形成第一阶梯面301和第二阶梯面303；绕线架3左右两端面分别加工有4个轴向均匀布置的阶梯形凹槽。

图4所示为本实用新型左定位盘剖视图，图5所示为本实用新型左定位盘右视图。左定位盘2径向圆周表面加工有4个周向均匀布置的阶梯形凸起，与绕线架3左端面加工的4个阶梯形凹槽过渡配合，可防止左定位盘2径向转动；左定位盘2右端面加工有4个轴向均匀布置的圆柱小凸台，对应左阻尼圆盘4左端面加工的4个圆形凹槽。

图6所示为本实用新型左阻尼圆盘剖视图，图7所示为本实用新型左阻尼圆盘右视图。左阻尼圆盘4左右两端面分别加工有4个轴向均匀布置的圆形凹槽，其左端面的4个圆形凹槽可与左定位盘2右端面的圆柱小凸台过渡配合，其右端面的4个圆形凹槽可与中阻尼圆盘7左端面的圆柱小凸台过渡配合；左阻尼圆盘4中间加工有圆形通孔，起导流作用；左阻尼圆盘4右侧加工的外圆面形成第三阶梯面401。

图8所示为本实用新型中阻尼圆盘剖视图，图9所示为本实用新型中阻尼圆盘左视图。中阻尼圆盘7径向圆周表面加工有4个周向均匀布置的圆形凸起，其4个圆形凸起可与绕线架3中部的圆形凸台内表面过渡配合；中阻尼圆盘7左端面加工有4个轴向均匀布置的圆柱小凸台，可与左阻尼圆盘4右端面加工的4个圆形凹槽过渡配合；中阻尼圆盘7右端面加工有4个轴向均匀布置的圆柱小凸台，可与右阻尼圆盘8左端面加工的4个圆形凹槽过渡配合。

图10所示为本实用新型磁流变液从A口流向B口时液流通道示意图。当磁流变液从A口流向B口时，箭头所指方向为磁流变液在本实用新型磁流变阀内部的流动方向。

图11所示为本实用新型通电工作时磁力线分布图。左定位盘2与绕线架3之间的圆环形轴向间隙形成第Ⅰ段有效阻尼间隙；左定位盘2与左阻尼圆盘4之间的圆盘形径向间隙形成第Ⅱ段有效阻尼间隙；左阻尼圆盘4与中阻尼圆盘7之间的圆盘形径向间隙形成第Ⅲ段有效阻尼间隙；中阻尼圆盘7与右阻尼圆盘8之间的圆盘形径向间隙形成第Ⅳ段有效阻尼间隙；右阻尼圆盘8与右定位盘9之间的圆盘形径向间隙形成第Ⅴ段有效阻尼间隙；右定位盘9与绕线架3之间圆环形轴向间隙形成第Ⅵ段阻尼间隙；第I段、第Ⅱ段、第Ⅲ段、第Ⅳ段、第Ⅴ段和第Ⅵ段有效阻尼间隙依次相连，构成串联式液流通道结构；当向励磁线圈6中通入一定大小的励磁电流工作时，由于电磁感应产生的磁力线经阀体5、第Ⅰ段有效阻尼间隙、左定位盘2、第Ⅱ段有效阻尼间隙、左阻尼圆盘4、第Ⅲ段有效阻尼间隙到达中阻尼圆盘7，再经过第Ⅳ段有效阻尼间隙、右阻尼圆盘8、第Ⅴ段有效阻尼间隙、右定位盘9、第Ⅵ段阻尼间隙返回阀体5，形成闭合回路。

本实用新型工作原理如下：

当向励磁线圈6中通入一定大小的励磁电流工作时，由于电磁感应，第I段、第Ⅱ段、第Ⅲ段、第Ⅳ段、第Ⅴ段和第Ⅵ段有效阻尼间隙内部会形成磁场，磁场方向与磁流变液的流动方向垂直，此时6段阻尼间隙中的磁流变液在外磁场作用下粘度增大，迅速由牛顿流体状态转变为半固态或固态，其剪切屈服强度迅速增加且随着外加磁场的增大而增加，磁流变液流经这6段阻尼间隙时就必须克服本身链状阻力，从而导致磁流变液流经阀的阻力增大，达到减缓或阻止液流流通的作用，产生六级压降。通过调节励磁线圈6中电流大小，可控制阻尼间隙处的磁场强度进而控制磁流变液的剪切应力，从而实现对磁流变阀压降及流量调节。

Claims (4)

1.一种混合流动多级盘式磁流变阀，其特征在于包括：左端盖(1)、左定位盘(2)、绕线架(3)、左阻尼圆盘(4)、阀体(5)、励磁线圈(6)、中阻尼圆盘(7)、右阻尼圆盘(8)、右定位盘(9)及右端盖(10)；左端盖(1)与阀体(5)内表面过渡配合，并通过密封圈进行密封；左端盖(1)与阀体(5)通过螺钉固定连接；左端盖(1)的右端面紧贴左定位盘(2)及绕线架(3)左端面，对左定位盘(2)及绕线架(3)左侧起轴向定位作用；左端盖(1)中心加工有内螺纹通孔，形成A口；左定位盘(2)径向圆周表面加工有4个周向均匀布置的阶梯形凸起，与绕线架(3)左端面加工的4个阶梯形凹槽过渡配合，可防止左定位盘(2)径向转动；左定位盘(2)右端面加工有4个轴向均匀布置的圆柱小凸台，与左阻尼圆盘(4)左端面加工的4个圆形凹槽过渡配合；左阻尼圆盘(4)外表面与绕线架(3)内表面过渡配合；左阻尼圆盘(4)中间加工有圆形通孔；绕线架(3)与阀体(5)间隙配合，并通过密封圈进行密封；绕线架(3)中部设计有圆形凸台，形成第一阶梯面(301)和第二阶梯面(303)；绕线架(3)第一阶梯面(301)与左阻尼圆盘(4)右侧加工的第三阶梯面(401)贴合，绕线架(3)通过第一阶梯面(301)对左阻尼圆盘(4)右侧进行轴向定位；绕线架(3)第二阶梯面(303)与右阻尼圆盘(8)左侧加工的阶梯面贴合，绕线架(3)通过第二阶梯面(303)对右阻尼圆盘(8)左侧进行轴向定位；励磁线圈(6)缠绕于绕线架(3)的绕线槽(302)中，其引线从阀体(5)的引线孔中引出；中阻尼圆盘(7)径向圆周表面加工有4个周向均匀布置的圆形凸起，4个圆形凸起与绕线架(3)中部的圆周内表面过渡配合；中阻尼圆盘(7)左端面加工有4个轴向均匀布置的圆柱小凸台，与左阻尼圆盘(4)右端面加工的4个圆形凹槽过渡配合；中阻尼圆盘(7)右端面加工有4个轴向均匀布置的圆柱小凸台，与右阻尼圆盘(8)左端面加工的4个圆形凹槽过渡配合；右阻尼圆盘(8)外表面与绕线架(3)内表面过渡配合；右阻尼圆盘(8)中间加工有圆形通孔；右定位盘(9)左端面加工有4个轴向均匀布置的圆柱小凸台，与右阻尼圆盘(8)右端面加工的4个圆形凹槽过渡配合；右定位盘(9)径向圆周表面加工有4个周向均匀布置的阶梯形凸起，与绕线架(3)右端面加工的4个阶梯形凹槽过渡配合，可防止右定位盘(9)径向转动；右端盖(10)与阀体(5)内表面过渡配合，并通过密封圈进行密封；右端盖(10)与阀体(5)通过螺钉固定连接；右端盖(10)的左端面紧贴右定位盘(9)及绕线架(3)右端面，对右定位盘(9)及绕线架(3)右侧起轴向定位作用；右端盖(10)中心加工有内螺纹通孔，形成B口。

2.根据权利要求1所述的一种混合流动多级盘式磁流变阀，其特征在于：左定位盘(2)与绕线架(3)之间的圆环形轴向间隙形成第Ⅰ段有效阻尼间隙；左定位盘(2)与左阻尼圆盘(4)之间的圆盘形径向间隙形成第Ⅱ段有效阻尼间隙；左阻尼圆盘(4)与中阻尼圆盘(7)之间的圆盘形径向间隙形成第Ⅲ段有效阻尼间隙；中阻尼圆盘(7)与右阻尼圆盘(8)之间的圆盘形径向间隙形成第Ⅳ段有效阻尼间隙；右阻尼圆盘(8)与右定位盘(9)之间的圆盘形径向间隙形成第Ⅴ段有效阻尼间隙；右定位盘(9)与绕线架(3)之间圆环形轴向间隙形成第Ⅵ段阻尼间隙；第I段、第Ⅱ段、第Ⅲ段、第Ⅳ段、第Ⅴ段和第Ⅵ段有效阻尼间隙依次相连，构成串联式液流通道结构。

3.根据权利要求1所述的一种混合流动多级盘式磁流变阀，其特征在于：左定位盘(2)右端面的圆柱小凸台伸出高度比左阻尼圆盘(4)左端面的圆形凹槽深度大1.0mm，使得左定位盘(2)与左阻尼圆盘(4)之间的第Ⅱ段有效阻尼间隙厚度为1.0mm；中阻尼圆盘(7)左端面的圆柱小凸台伸出高度比左阻尼圆盘(4)右端面的圆形凹槽深度大1.0mm，使得中阻尼圆盘(7)与左阻尼圆盘(4)之间的第Ⅲ段有效阻尼间隙厚度为1.0mm；中阻尼圆盘(7)右端面的圆柱小凸台伸出高度比右阻尼圆盘(8)左端面的圆形凹槽深度大1.0mm，使得中阻尼圆盘(7)与右阻尼圆盘(8)之间的第Ⅳ段有效阻尼间隙厚度为1.0mm；右定位盘(9)左端面的圆柱小凸台伸出高度比右阻尼圆盘(8)右端面的圆形凹槽深度大1.0mm，使得右定位盘(9)与右阻尼圆盘(8)之间的第Ⅴ段有效阻尼间隙厚度为1.0mm。

4.根据权利要求1所述的一种混合流动多级盘式磁流变阀，其特征在于：左定位盘(2)、绕线架(3)、左阻尼圆盘(4)、阀体(5)、中阻尼圆盘(7)、右阻尼圆盘(8)及右定位盘(9)分别由低碳钢导磁材料制成；其余零件均由不导磁材料制成。