CN105952953B - 一种响应时间可调的先导电磁阀结构 - Google Patents

Abstract

一种响应时间可调的先导电磁阀结构，包括先导部分和主阀部分，先导部分包括先导阀体(1)、先导阀弹簧(2)、线圈(3)、外导磁体(4)、先导阀衔铁(5)、先导阀口密封件(6)、先导阀阀座(7)，主阀部分包括调节阻尼(8)、O型密封圈(9)、活塞(10)、主阀弹簧(11)、主阀阀体(12)、主阀口密封件(13)、主阀阀芯(15)、端盖(16)。本发明结构简单、紧凑、质量较轻，先导阀开启所需功耗较低，响应时间可以通过先导阀阀座(7)中心孔直径、先导阀阀座(7)与活塞(10)之间的气容、调节阻尼(8)的直径三个参数来进行调节。通过精确计算兼顾开启和关闭时间，合理设置上述三个参数，可以兼顾质量、功耗和响应时间三个指标。

Description

一种响应时间可调的先导电磁阀结构

技术领域

本发明属于机械领域，涉及一种先导电磁阀结构，适用于低功耗、大流量的流体控制系统。

背景技术

先导电磁阀通常可以分为先导阀和主阀两部分。先导级阀具有响应速度快、结构紧凑、重复性好、工作耐久可靠、抗污染能力强以及价格便宜等诸多优点。但是，由于先导级阀工作频率极高，决定了它的流量偏小，不足以直接驱动大功率的流体系统。通过研究改进，采用快速响应电磁阀作为先导级阀的方式既可以避免其输出流量偏小的缺点，同时又能保留其响应快、结构紧凑等优点。

先导电磁阀的主要应用领域为低功耗、大负载力的流体控制系统。一般情况下，缩短开启时间会延长释放时间，缩短释放时间会延长开启时间，因此要求电磁阀具有调节功能，使开启时间与释放时间均满足技术要求。如ABS液压系统电磁阀，喷油器电磁阀均对开启和释放时间具有明确的要求，在产品研制过程中需要加以调节。

公开号为CN105333205A的中国专利公开了一种压缩天然气汽车用高压先导电磁阀，其包括阀体、阀芯组件、密封螺栓、过滤嘴以及球阀组件。其中阀体上设有进气口、出气口、加气口和介质通道，且加气口和出气口连通，进气口和出气口通过介质通道连接。阀芯组件安装于阀体上，能位于介质通道内而控制进气口和出气口的通断。密封螺栓安装于加气口上，过滤嘴和球阀组件也分别安装于进气口上。该先导电磁阀的不足之处就在于其无法实现响应时间的主动调节。

2013年第06期《液压气动与密封》上，文章《一种新型控制模式的常开电磁阀的设计改进及技术分析》介绍了一种先导电磁阀结构，由壳体、主活门、主弹簧、调整垫片、先导阀座、密封圈、电磁阀组件、电连接器、动铁心、垫片、电磁弹簧、密封圈、先导活门、先导弹簧、螺塞组成。在产品进出口无流量或流量较小时，主活门处于关闭位置，介质经先导阀由进口流至出口；当流量增加并足以在进、出口形成一定压差时，主活门打开。该先导电磁阀结构较复杂，重量较重，并且不能实现响应时间的主动调节。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种体积小、重量轻、响应时间可以调节的先导电磁阀结构。

本发明的技术解决方案是：一种响应时间可调的先导电磁阀结构，包括先导部分和主阀部分，先导部分包括先导阀体、先导阀弹簧、线圈、外导磁体、先导阀衔铁、先导阀口密封件、先导阀阀座，主阀部分包括调节阻尼、活塞、主阀弹簧、主阀阀体、主阀口密封件、主阀阀芯、端盖，主阀阀体的侧壁上设有介质入口，端盖上设有介质出口；先导阀体套接在外导磁体内部，线圈缠绕在先导阀体的外侧，先导阀体的内部设有空腔，先导阀衔铁将先导阀弹簧密封在先导阀体内部空腔中，先导阀衔铁的不与先导阀弹簧接触的一端固定有先导阀口密封件，先导阀阀座位于主阀阀体内部并与主阀阀体内璧之间留有与介质入口连通的间隙，先导阀阀座为桶状结构，所述桶状结构的底部设有第一通孔，先导阀口密封件与第一通孔构成先导密封副；活塞的粗端位于所述桶状结构内部，主阀弹簧套接在活塞的细端上，主阀弹簧的两端分别通过活塞的粗端以及主阀阀体内壁的凸起限位，主阀阀芯固定在活塞的细端端部，主阀口密封件安装在主阀阀芯上，主阀阀芯将主阀口密封件挤压在主阀阀体内壁的凸起上构成主密封副，且主密封副的有效直径小于活塞粗端的直径；主阀阀体的左侧与先导阀体固定连接，主阀阀体的右侧与端盖固定连接，主密封副决定介质入口与介质出口的连通状态；活塞的中心沿轴线设有连通孔，连通孔靠近第一通孔的一侧安装有调节阻尼，调节阻尼上设有第二通孔，第二通孔的孔径小于第一通孔的孔径；通过改变第一通孔的孔径、第二通孔的孔径以及桶状结构底部与活塞的粗端共同构成的腔体的容积共同调节先导电磁阀的响应时间。

所述的活塞的粗端的外侧壁上设有凹槽，凹槽内设有活塞密封圈与所述桶状结构构成密封。所述的主阀口密封件与活塞的细端之间设有端口密封圈。

所述的先导阀口密封件、主阀口密封件均为橡胶材料。所述的先导阀体、先导阀阀座、调节阻尼、活塞、主阀阀体、主阀阀芯、端盖均为金属材料。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明的先导阀阀座中心孔直径较小，先导阀衔铁的行程较小(即先导阀在关闭状态下，先导阀衔铁与先导阀体之间的间隙较小)，因而先导阀开启所需功耗较低，响应速度较快；

(2)本发明主阀的响应时间可以通过先导阀阀座中心孔直径、先导阀阀座与活塞之间的气容、调节阻尼的直径三个参数来进行调节。通过精确计算兼顾开启和关闭时间，合理设置上述三个参数，可以兼顾质量、功耗和响应时间三个指标；

(3)本发明结构简单、紧凑、质量较轻。

附图说明

图1为本发明先导电磁阀结构示意图；

图2为本发明先导阀阀座结构示意图；

图3为本发明主阀阀芯结构示意图。

具体实施方式

本发明将先导电磁阀结构分为先导部分和主阀部分，先导部分为吸入式电磁阀，主阀部分为气控阀门。先导部分与主阀部分密封副均采用了金属对非金属的硬软密封结构，金属材料为不锈钢，非金属材料为橡胶。先导部分内腔和主阀部分内腔连通。不加电时，由于主阀部分的活塞与阀芯的面积差，主阀部分腔内气压将活塞压到先导部分一侧，主阀部分的阀口处于关闭状态；当加电以后，先导部分打开，高压气体进入活塞左侧，将活塞压到右侧，使得主阀部分的阀口处于打开状态。

如图1所示，为本发明先导电磁阀的结构示意图，先导部分主要包括先导阀体1、先导阀弹簧2、线圈3、外导磁体4、先导阀衔铁5、先导阀口密封件6、先导阀阀座7，主阀部分主要包括调节阻尼8、O型密封圈9、活塞10、主阀弹簧11、主阀阀体12、主阀口密封件13、端口密封圈14、主阀阀芯15、端盖16。其中先导阀口密封件6、O型密封圈9、主阀口密封件13、端口密封圈14均为橡胶材料，其它零件均为金属材料。先导阀口密封件6通过硫化、热压或其它机械连接方式固定在先导阀衔铁5上。

主阀部分安装时，O型密封圈9装入活塞10的两个环槽中，同时调节阻尼8旋入活塞10端面的螺纹孔中。将活塞10装入先导阀阀座7中。先导阀阀座7外径攻有螺纹，通过螺纹副与主阀阀体12固定在一起。

如图2所示，先导阀阀座7上开有沟槽，将先导部分的内腔与主阀部分的内腔连通。将主阀弹簧11装入主阀阀体12的孔中，随后将装有密封圈9和调节阻尼8的活塞10旋入主阀阀体12中。将主阀口密封件13和端口密封圈14装入主阀阀芯15中，随后将主阀阀芯15旋入活塞10右侧螺纹中。最后安装端盖16。主阀阀芯15的结构如图3所示。安装时注意保证活塞10左侧与先导阀阀座7之间的间隙，即控制活塞10左侧的容腔。容腔体积增大，则先导电磁阀开启和释放的时间均会延长。

电磁阀入口位于主阀阀体12上，电磁阀出口位于端盖16上。

先导部分安装时首先将先导阀体1套入外导磁体4。然后将先导阀弹簧2装入先导阀衔铁5中，再将先导阀衔铁5装入先导阀体1中。

随后将先导部分与主阀部分采用焊接或螺纹连接方式组成完整的阀门。

在非工作状态下，线圈3内没有电流，先导部分与主阀部分均处于关闭状态。先导部分，弹簧2和介质压力将先导阀口密封件6压在先导阀阀座7的阀口上，构成先导密封副。主阀部分，主阀阀芯15将主阀口密封件13挤压在主阀阀体12上，构成主密封副。且主密封副的有效直径小于活塞10左端直径，即在介质压力作用下，活塞10所受合力向左，有利于主密封副的关闭。

零件先导阀阀座7具有三个作用：1)作为先导阀的阀座，与先导阀口密封件6组成密封副；2)与O型密封圈9、活塞10组成动密封副；3)外径开槽，连通入口、主阀内腔与先导阀内腔中的介质。

工作状态下，当线圈3加电开启后，衔铁5受到的电磁力克服弹簧2的弹簧力和介质的压力之和，先导阀口密封件6与先导阀阀座7的阀口分离，介质进入先导阀阀座7和活塞10之间的容腔，建立起压力，使主阀部分开启；当线圈3失电后，衔铁5受到的电磁力逐渐减小，当弹簧2的弹簧力大于电磁力时，衔铁5向先导阀阀座7运动，先导阀口密封件6与先导阀阀座7的阀口贴合，构成先导密封副。此时，先导密封副受到的力为弹簧2的弹簧力与介质压力之和。先导阀阀座7和活塞10之间的容腔内的介质通过调节阻尼8和活塞10的中心孔逐渐泄压，主阀部分在弹簧力和介质压力作用下关闭。

调节阻尼8的小孔具有一个尺寸系列，通过调节小孔的尺寸，可以调节先导阀阀座7和活塞10之间的容腔建压的速度，进而调节主阀部分的开启速度。如果调节阻尼8的小孔变小，当先导电磁阀加电开启后，活塞10左侧的建压速度会加快，从而主阀部分的开启速度也会加快。然而，调节阻尼8的小孔变小后，当先导电磁阀关闭后，活塞10左侧容腔的泄压速度也会变慢，从而主阀部分的关闭速度也会变慢。即当调节阻尼8的小孔变小时，主阀部分开启速度变快，关闭速度变慢；反之，当调节阻尼8的小孔变大时，主阀部分开启速度变慢，关闭速度变快。

联合控制调节阻尼8的小孔和活塞10左侧容腔的体积就可以调节阀门的响应时间。

本发明的工作过程如下：

先导电磁阀不加电的状态：

先导密封副保持密封，先导阀阀座7与活塞10之间的腔体与主阀部分出口连通，不存在介质压力。

主阀阀芯15通过螺纹与活塞10连接。活塞10(图1所示)的左端直径大于主阀阀芯15的直径，即介质力作用在活塞10、主阀阀芯15两个零件上的合力F1方向向左，且主阀弹簧11处于压缩状态，具有弹簧力f1。因而在先导部分不加电的时刻，主阀密封副保持关闭状态。

先导电磁阀开启过程：

由于先导阀阀座7上开有沟槽，将先导内腔与主阀内腔连通。当先导部分加电时，先导阀口密封件6与先导阀阀座7分离，介质由入口流入主阀内腔，然后经由先导阀阀座7外壁的沟槽，流入先导内腔，进而由先导阀阀座7的中心孔，流入先导阀阀座7与活塞10之间的腔体。由于先导阀阀座7的孔径大于调节阻尼8的孔径，活塞10左侧腔体会建立压力，压力的数值由先导阀阀座7、调节阻尼8两个零件的孔径关系决定。先导阀阀座7与调节阻尼8的孔径比值越大，活塞10左侧腔体的压力越高，越接近入口压力。活塞10左侧腔体的介质压力F2向右，且大于主阀关闭状态指向左侧的合力F1+f1，使主阀密封副打开。介质从入口流入，经由主阀密封副开口处流出。且在活塞10向右运动过程中，始终具有F2’>F1’+f1’F2’，F1’，f1’分别为活塞10向右运动过程中的介质力和弹簧力。端盖16对活塞10的运动限位，当活塞10向右运动，主阀阀芯15与端盖16接触时，活塞10运动到极限位置。主阀阀芯15靠近端盖16的一侧，开有4个扇形槽，作为流体通道。

先导电磁阀关闭过程：

当先导部分失电后，先导密封副关闭。入口的介质无法继续进入先导阀阀座7与活塞10之间的腔体，此腔体内的介质通过调节阻尼8的小孔逐渐流向出口，因而先导阀阀座7与活塞10之间的腔体内的压力逐渐降低。当腔体内压力作用在活塞10上向右的合力F2’小于主阀关闭状态时向左的合力F1’+f1’时，主阀密封副关闭，介质无法从主阀密封副处继续流出。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种响应时间可调的先导电磁阀结构，其特征在于包括：先导部分和主阀部分，先导部分包括先导阀体(1)、先导阀弹簧(2)、线圈(3)、外导磁体(4)、先导阀衔铁(5)、先导阀口密封件(6)、先导阀阀座(7)，主阀部分包括调节阻尼(8)、活塞(10)、主阀弹簧(11)、主阀阀体(12)、主阀口密封件(13)、主阀阀芯(15)、端盖(16)，主阀阀体(12)的侧壁上设有介质入口，端盖(16)上设有介质出口；先导阀体(1)套接在外导磁体(4)内部，线圈(3)缠绕在先导阀体(1)的外侧，先导阀体(1)的内部设有空腔，先导阀衔铁(5)将先导阀弹簧(2)密封在先导阀体(1)内部空腔中，先导阀衔铁(5)的不与先导阀弹簧(2)接触的一端固定有先导阀口密封件(6)，先导阀阀座(7)位于主阀阀体(12)内部并与主阀阀体(12)内璧之间留有与介质入口连通的间隙，先导阀阀座(7)为桶状结构，所述桶状结构的底部设有第一通孔，先导阀口密封件(6)与第一通孔构成先导密封副；活塞(10)的粗端位于所述桶状结构内部，主阀弹簧(11)套接在活塞(10)的细端上，主阀弹簧(11)的两端分别通过活塞(10)的粗端以及主阀阀体(12)内壁的凸起限位，主阀阀芯(15)固定在活塞(10)的细端端部，主阀口密封件(13)安装在主阀阀芯(15)上，主阀阀芯(15)将主阀口密封件(13)挤压在主阀阀体(12)内壁的凸起上构成主密封副，且主密封副的有效直径小于活塞(10)粗端的直径；主阀阀体(12)的左侧与先导阀体(1)固定连接，主阀阀体(12)的右侧与端盖(16)固定连接，主密封副决定介质入口与介质出口的连通状态；活塞(10)的中心沿轴线设有连通孔，连通孔靠近第一通孔的一侧安装有调节阻尼(8)，调节阻尼(8)上设有第二通孔，第二通孔的孔径小于第一通孔的孔径；通过改变第一通孔的孔径、第二通孔的孔径以及桶状结构底部与活塞(10)的粗端共同构成的腔体的容积共同调节先导电磁阀的响应时间。

2.根据权利要求1所述的一种响应时间可调的先导电磁阀结构，其特征在于：所述的活塞(10)的粗端的外侧壁上设有凹槽，凹槽内设有O型密封圈(9)与所述桶状结构构成密封。

3.根据权利要求1或2所述的一种响应时间可调的先导电磁阀结构，其特征在于：所述的主阀口密封件(13)与活塞(10)的细端之间设有端口密封圈(14)。

4.根据权利要求3所述的一种响应时间可调的先导电磁阀结构，其特征在于：所述的先导阀口密封件(6)、主阀口密封件(13)均为橡胶材料。

5.根据权利要求3所述的一种响应时间可调的先导电磁阀结构，其特征在于：所述的先导阀体(1)、先导阀阀座(7)、调节阻尼(8)、活塞(10)、主阀阀体(12)、主阀阀芯(15)、端盖(16)均为金属材料。