RU160070U1

RU160070U1 - CONTROLLED MAGNETIC VALVE

Info

Publication number: RU160070U1
Application number: RU2015128075/06U
Authority: RU
Inventors: Василий Николаевич Белобородов; Андрей Константинович Ткачук
Priority date: 2015-07-10
Filing date: 2015-07-10
Publication date: 2016-02-27

Abstract

Управляемый магнитный клапан, содержащий катушку управления, охватывающую корпус, который имеет каналы подачи и отвода рабочей среды, и в полости которого размещены неподвижный полюс с якорем и постоянный магнит, отличающийся тем, что он снабжен плоской импульсной катушкой и блоком управления, электрически соединенным одним концом с катушкой управления, вторым - с упомянутой плоской импульсной катушкой и третьим - с датчиком давления, размещенным на канале подачи рабочей среды, при этом неподвижный полюс выполнен в виде магнитопровода с отверстиями для рабочей среды, жестко соединенного с постоянным магнитом, установленным с возможностью взаимодействия с катушкой управления и через плоскую импульсную катушку - с якорем для запирания или открытия указанных отверстий магнитопровода, причем плоская импульсная катушка закреплена на магнитопроводе под якорем и выполнена с отверстием для рабочей среды, а якорь содержит размещенный по его периметру короткозамкнутый виток из материала с низким электрическим сопротивлением.A controllable magnetic valve comprising a control coil enclosing a housing that has channels for supplying and discharging a working medium, and in the cavity of which there is a fixed pole with an armature and a permanent magnet, characterized in that it is equipped with a flat pulse coil and a control unit electrically connected at one end with a control coil, the second with the aforementioned flat pulse coil and the third with a pressure sensor located on the working medium supply channel, while the fixed pole is made in the form of a magnetic circuit with openings for a working medium rigidly connected to a permanent magnet, which is arranged to interact with the control coil and through a flat pulse coil with an armature for locking or opening the indicated openings of the magnetic circuit, and a flat pulse coil mounted on the magnetic circuit under the armature and made with a hole for the working medium and the anchor contains a short-circuited coil of material with a low electrical resistance placed around its perimeter.

Description

Техническое решение относится к средствам автоматизации производственных процессов в различных отраслях промышленности и может найти применение в горном деле и строительстве при создании распределительных устройств для управления потоком рабочей среды между участками и агрегатами ударных машин.The technical solution relates to means of automating production processes in various industries and can be used in mining and construction when creating switchgears to control the flow of a working medium between sections and assemblies of percussion machines.

Известен электромагнитный клапан по а.с. СССР №257243, F16k, опубл. в БИ №35, 1969 г., содержащий корпус, запорный орган, электромагнит, постоянные магниты, укрепленные соосно в запорном органе и вне его, например в стопе, при этом постоянные магниты установлены в зоне воздействия магнитного поля электромагнита, усиливающего или ослабляющего магнитные поля постоянных магнитов, а между стопой и якорем введено подпружинивающее устройство.Known solenoid valve as. USSR No. 257243, F16k, publ. in BI No. 35, 1969, containing a housing, a locking member, an electromagnet, permanent magnets coaxially mounted in and out of the locking member, for example, in the foot, while the permanent magnets are installed in the area of the magnetic field of an electromagnet that enhances or weakens magnetic fields permanent magnets, and between the foot and the anchor introduced spring-loaded device.

Недостатком данного электромагнитного клапана является сложность изготовления и эксплуатации. Для открытия и закрытия клапана необходимо введение либо дополнительной катушки, либо устройства переключения полярности подаваемого напряжения. Неизбежный механический износ подпружинивающего устройства ведет к повышению эксплуатационных затрат и снижает его надежность. Использование помимо постоянных магнитов электромагнита с изменяющейся полярностью напряжения или дополнительной катушкой значительно усложняет конструкцию и снижает надежность работы клапана. Изменение полярности напряжения на катушке электромагнита или включение дополнительной катушки приводит к уменьшению скорости срабатывания клапана, и как следствие, к снижению эффективности его работы. Введение запорного органа клапана также усложняет конструкцию и ведет к снижению надежности клапана.The disadvantage of this solenoid valve is the complexity of manufacture and operation. To open and close the valve, it is necessary to introduce either an additional coil or a device for switching the polarity of the supplied voltage. The inevitable mechanical wear of the spring-loaded device leads to increased operating costs and reduces its reliability. The use of in addition to permanent magnets an electromagnet with a changing voltage polarity or an additional coil significantly complicates the design and reduces the reliability of the valve. A change in the polarity of the voltage across the coil of the electromagnet or the inclusion of an additional coil leads to a decrease in the speed of the valve and, as a result, to a decrease in its efficiency. The introduction of a valve closure also complicates the design and leads to a decrease in valve reliability.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является аварийный электромагнитный клапан по патенту РФ №2092738, F16K 31/08, опубл. 10.10.1997, содержащий обмотку электромагнита, охватывающую полый корпус, в полости которого размещены неподвижный полюс и якорь, соединенный с запорным органом, возвратную пружину, постоянный магнит, соединенный с аксиально перемещаемым устройством ручного управления. Постоянный магнит размещен в контакте с концом корпуса электромагнита, расположенным у торца якоря, удаленного от запорного органа, и имеет одинаковую полярность с магнитным потоком, создаваемым при включении электромагнита.The closest in technical essence and the set of essential features is an emergency solenoid valve according to the patent of the Russian Federation No. 2092738, F16K 31/08, publ. 10.10.1997, containing an electromagnet winding, covering a hollow body, in the cavity of which there is a fixed pole and an armature connected to a locking member, a return spring, a permanent magnet connected to an axially movable manual control device. The permanent magnet is placed in contact with the end of the electromagnet housing located at the end of the armature remote from the locking member and has the same polarity with the magnetic flux generated when the electromagnet is turned on.

Недостатком данного аварийного электромагнитного клапана является сложность его конструкции, что приводит к снижению надежности его работы, и низкая эффективность работы из-за невозможности регулирования срабатывания клапана в зависимости от давления подаваемой рабочей среды. Кроме того, увеличение или снижение числа витков обмотки электромагнита, силы тока, напряжения, подаваемых на обмотку, может привести лишь к аналоговому изменению его электромеханических параметров, что приводит к снижению скорости срабатывания клапана, а следовательно, и эффективности его работы. Ручное управление работой аварийного электромагнитного клапана подразумевает постоянное присутствие оператора, что также снижает эффективность его работы.The disadvantage of this emergency solenoid valve is the complexity of its design, which leads to a decrease in the reliability of its operation, and low efficiency due to the inability to control valve response depending on the pressure of the supplied working medium. In addition, an increase or decrease in the number of turns of the electromagnet winding, current strength, voltage supplied to the winding, can only lead to an analogous change in its electromechanical parameters, which leads to a decrease in the valve operating speed and, consequently, its efficiency. Manual control of the emergency solenoid valve implies the constant presence of the operator, which also reduces its efficiency.

Технические задачи - повышение надежности работы управляемого магнитного клапана за счет упрощения его конструкции, повышение эффективности работы клапана за счет автоматизации управления его рабочим циклом и расширения возможностей регулирования срабатывания клапана в зависимости от давления рабочей среды путем как аналогового, так и дискретного управления.Technical tasks - improving the reliability of the controlled magnetic valve by simplifying its design, increasing the efficiency of the valve by automating the control of its duty cycle and expanding the ability to control valve response depending on the pressure of the working medium through both analog and discrete control.

Решение технических задач достигается тем, что управляемый магнитный клапан, содержащий катушку управления, охватывающую корпус, который имеет каналы подачи и отвода рабочей среды и в полости которого размещены неподвижный полюс с якорем и постоянный магнит, согласно техническому решению снабжен плоской импульсной катушкой и блоком управления, электрически соединенным одним концом с катушкой управления, вторым - с упомянутой плоской импульсной катушкой и третьим - с датчиком давления, размещенным на канале подачи рабочей среды. Неподвижный полюс выполнен в виде магнитопровода с отверстиями для рабочей среды, жестко соединенного с постоянным магнитом, установленным с возможностью взаимодействия с катушкой управления и через плоскую импульсную катушку - с якорем для запирания или открытия указанных отверстий магнитопровода, причем плоская импульсная катушка закреплена на магнитопроводе под якорем и выполнена с отверстием для рабочей среды, а якорь содержит размещенный по его периметру короткозамкнутый виток из материала с низким электрическим сопротивлением.The solution of technical problems is achieved by the fact that a controllable magnetic valve containing a control coil covering the housing, which has channels for supplying and discharging the working medium and in the cavity of which there is a fixed pole with an armature and a permanent magnet, according to the technical solution, is equipped with a flat pulse coil and a control unit, electrically connected at one end to a control coil, the second to the aforementioned flat pulse coil, and the third to a pressure sensor located on the working medium supply channel. The fixed pole is made in the form of a magnetic circuit with openings for the working medium, rigidly connected to a permanent magnet, mounted to interact with the control coil and through a flat pulse coil with an armature for locking or opening these openings of the magnetic circuit, and a flat pulse coil mounted on the magnetic circuit under the armature and is made with a hole for the working medium, and the anchor contains a short-circuited coil of material with a low electrical resistance placed along its perimeter .

Указанная совокупность признаков позволяет повысить надежность работы управляемого магнитного клапана за счет упрощения его конструкции, т.е. сокращения изнашиваемых и ломающихся в процессе работы элементов конструкции путем выполнения неподвижного полюса в виде магнитопровода с отверстиями для рабочей среды, жестко соединенного с постоянным магнитом, установленным с возможностью взаимодействия с катушкой управления и через плоскую импульсную катушку - с якорем для запирания и открытия этих отверстий. Также повышается эффективность работы управляемого магнитного клапана за счет автоматизации процесса управления путем введения блока управления. С его помощью регулируется работа клапана при разных давлениях рабочей среды. Оснащение управляемого магнитного клапана плоской импульсной катушкой в сочетании с короткозамкнутым витком из материала с низким электрическим сопротивлением на якоре, размещенным по его периметру, на которую подается дискретный сигнал в заданный момент времени, также повышает эффективность его работы. Коммутативное сочетание аналогового и дискретного сигнала позволяет повысить скорость открытия управляемого магнитного клапана и, как следствие, расширить возможности регулирования его срабатывания. Как известно, сила отрыва якоря с короткозамкнутым витком из материала с высоким электрическим сопротивлением может быть недостаточна для открытия управляемого магнитного клапана, либо может существенно снизить скорость его открытия. Оснащение управляемого магнитного клапана плоской импульсной катушкой, на которую подается мощный токовый импульс, в сочетании с размещенным по периметру якоря короткозамкнутым витком из материала с низким электрическим сопротивлением позволяет создать между якорем и плоской импульсной катушкой наибольший дискретный разряд электрического тока, что соответственно увеличит силу отрыва якоря и повысит скорость открытия управляемого магнитного клапана и, как следствие, повысит эффективность его работы.The specified set of features allows to increase the reliability of the controlled magnetic valve by simplifying its design, i.e. reduction of structural elements that are wearing out and breaking during operation by making a fixed pole in the form of a magnetic circuit with openings for the working medium, rigidly connected to a permanent magnet installed with the possibility of interaction with the control coil and through a flat pulse coil with an armature for locking and opening these openings. The efficiency of the controlled solenoid valve is also increased by automating the control process by introducing a control unit. With its help, the valve is controlled at different pressures of the working medium. Equipping a controllable magnetic valve with a flat pulse coil in combination with a short-circuited loop of material with low electrical resistance at the armature located along its perimeter, to which a discrete signal is supplied at a given point in time, also increases its efficiency. The commutative combination of analog and discrete signal allows you to increase the speed of opening of a controlled magnetic valve and, as a result, expand the ability to control its operation. As you know, the force of separation of the armature with a short-circuited coil from a material with high electrical resistance may be insufficient to open a controlled magnetic valve, or may significantly reduce the speed of its opening. Equipping a controllable magnetic valve with a flat pulse coil, to which a powerful current pulse is supplied, in combination with a short-circuited coil of material with low electrical resistance placed around the armature of the armature, it creates the greatest discrete discharge of electric current between the armature and the flat pulse coil, which will accordingly increase the arm separation and will increase the opening speed of the controlled magnetic valve and, as a result, increase its efficiency.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется примером конструктивного исполнения управляемого магнитного клапана и чертежом, где показан общий вид клапана в статическом состоянии, стрелки показывают движение рабочей среды.The essence of the proposed technical solution is illustrated by an example of a design of a controlled magnetic valve and a drawing, which shows a General view of the valve in a static state, arrows show the movement of the working medium.

Управляемый магнитный клапан (далее - клапан) содержит катушку 1 управления, охватывающую корпус 2, имеющий канал 3 подачи и канал 4 отвода рабочей среды. В полости корпуса 2 размещены неподвижный полюс 5 с якорем 6 и постоянный магнит 7. Клапан снабжен плоской импульсной катушкой 8 и блоком 9 управления, электрически соединенным одним концом с катушкой 1 управления, вторым - с плоской импульсной катушкой 8 и третьим - с датчиком 10 давления, размещенным на канале 3 подачи рабочей среды. Неподвижный полюс 5 выполнен в виде магнитопровода с отверстиями 11 для рабочей среды, жестко соединенного с постоянным магнитом 7, установленным с возможностью взаимодействия с катушкой 1 управления и через плоскую импульсную катушку 8 - с якорем 6 для запирания и открытия отверстий 11 магнитопровода. Плоская импульсная катушка 8 закреплена на неподвижном полюсе 5 под якорем 6 и выполнена с отверстием 12 для рабочей среды. Якорь 6 содержит размещенный по его периметру короткозамкнутый виток 13 из материала с низким электрическим сопротивлением.The controlled magnetic valve (hereinafter referred to as the valve) comprises a control coil 1 spanning a housing 2 having a supply channel 3 and a working medium outlet channel 4. In the cavity of the housing 2 there is a fixed pole 5 with an armature 6 and a permanent magnet 7. The valve is equipped with a flat pulse coil 8 and a control unit 9, electrically connected at one end to a control coil 1, the second with a flat pulse coil 8 and the third with a pressure sensor 10 located on the channel 3 supply of the working medium. The fixed pole 5 is made in the form of a magnetic circuit with holes 11 for the working medium rigidly connected to a permanent magnet 7, which is installed with the possibility of interaction with the control coil 1 and through a flat pulse coil 8 with an armature 6 for locking and opening the holes 11 of the magnetic circuit. A flat pulse coil 8 is mounted on a fixed pole 5 under the armature 6 and is made with a hole 12 for the working medium. Anchor 6 contains a short-circuited coil 13 made of a material with low electrical resistance placed around its perimeter.

Клапан работает следующим образом. В исходном состоянии (см. чертеж) клапан закрыт: постоянный магнит 7 притянул якорь 6 к неподвижному полюсу 5 и рабочая среда не имеет возможности попасть через канал 3 подачи рабочей среды, отверстия 11 неподвижного полюса 5, отверстие 12 плоской импульсной катушки 8 в канал 4 отвода рабочей среды. С помощью блока 9 управления на катушку 1 управления подается аналоговый сигнал для ослабления притяжения якоря 6 постоянным магнитом 7 к неподвижному полюсу 5. После подачи аналогового сигнала на катушку 1 управления в заданный момент времени блок 9 управления подает на плоскую импульсную катушку 8 мощный токовый импульс, создающий электромагнитное поле между неподвижным полюсом 5 и якорем 6. Якорь 6, оснащенный короткозамкнутым витком 13 из материала с низким электрическим сопротивлением, резко (дискретно) перемещается вверх. Происходит перепуск рабочей среды в канал 4 отвода рабочей среды. Датчик 10 давления, размещенный на канале 3 подачи рабочей среды, подавая сигнал на блок 9 управления, позволяет четко регулировать давление рабочей среды для срабатывания клапана.The valve operates as follows. In the initial state (see drawing), the valve is closed: a permanent magnet 7 pulled the armature 6 to the fixed pole 5 and the working medium is not able to get through the channel 3 of the supply of the working medium, holes 11 of the fixed pole 5, hole 12 of the flat pulse coil 8 into channel 4 removal of the working environment. Using the control unit 9, an analog signal is supplied to the control coil 1 to weaken the attraction of the armature 6 with a permanent magnet 7 to the fixed pole 5. After applying the analog signal to the control coil 1 at a given point in time, the control unit 9 delivers a powerful current pulse to the flat pulse coil 8, creating an electromagnetic field between the fixed pole 5 and the armature 6. The armature 6, equipped with a short-circuited turn 13 of material with low electrical resistance, abruptly (discretely) moves up. There is a transfer of the working medium in the channel 4 of the removal of the working environment. The pressure sensor 10, located on the channel 3 of the supply of the working medium, by applying a signal to the control unit 9, allows you to clearly control the pressure of the working medium for the valve to operate.

Возможность плавного, аналогового, регулирования блоком 9 управления величиной подаваемого напряжения на катушку 1 управления позволяет изменять силу притяжения якоря 6 к неподвижному полюсу 5 постоянным магнитом 7 и тем самым регулировать работу клапана в самом широком диапазоне давления рабочей среды. Открытие якоря 6 посредством дискретного сигнала от блока 9 управления повышает скорость срабатывания клапана. Таким образом, коммутативное взаимодействие аналогового и дискретного управления клапаном повышает эффективность его работы.The possibility of smooth, analog, regulation by the control unit 9 of the magnitude of the supplied voltage to the control coil 1 allows you to change the force of attraction of the armature 6 to the fixed pole 5 with a permanent magnet 7 and thereby control the valve operation in the widest range of working medium pressure. The opening of the armature 6 by means of a discrete signal from the control unit 9 increases the valve operating speed. Thus, the commutative interaction of analog and discrete valve control increases its efficiency.

Claims

A controllable magnetic valve comprising a control coil enclosing a housing that has channels for supplying and discharging a working medium, and in the cavity of which there is a fixed pole with an armature and a permanent magnet, characterized in that it is equipped with a flat pulse coil and a control unit electrically connected at one end with a control coil, the second with the aforementioned flat pulse coil and the third with a pressure sensor located on the working medium supply channel, while the fixed pole is made in the form of a magnetic circuit with openings for a working medium rigidly connected to a permanent magnet, which is arranged to interact with the control coil and through a flat pulse coil with an armature for locking or opening the indicated openings of the magnetic circuit, and a flat pulse coil mounted on the magnetic circuit under the armature and made with a hole for the working medium and the anchor contains a short-circuited coil of material with a low electrical resistance placed around its perimeter.