一種大口徑先導卸荷式電磁閥的製作方法

2023-10-26 11:19:36 4

本發明涉及一種電磁閥，特別涉及一種大口徑先導卸荷式電磁閥，適於用作低壓大口徑氣體管路的控制閥。本發明所說的大口徑電磁閥是指口徑≥50mm的電磁閥。

背景技術：

某空間站環控生保系統需要配套一種用於應急洩壓的大口徑電磁閥，提出了口徑不小於50mm，工作壓力0～0.15MPa、密封可靠、重量不大於2kg、工作壽命不小於3000次的設計要求。

現有常用的電磁閥有先導式電磁閥和直動式電磁閥，這兩種閥門的缺點是：

先導式電磁閥結構，其打開需要有最小的系統介質壓差驅動主閥芯，在空載或低工作壓力下閥門不能工作。

直動式電磁閥能夠在空載或低工作壓力下工作，但如果要滿足大口徑的設計要求，其結構尺寸和質量就會很大，遠遠超出了空間站環控生保系統所能夠承受的範圍。

因此，現有電磁閥無法滿足該空間站環控生保系統的上述設計要求。

技術實現要素：

基於上述背景技術，本發明所要解決的技術問題是提供一種能在空載或有載下工作、尺寸小、重量輕的大口徑先導卸荷式電磁閥。

本發明的技術解決方案為：

一種大口徑先導卸荷式電磁閥，包括閥體、閥蓋、閥芯組件以及電磁驅動控制組件；閥體內設置有閥座；閥蓋安裝在閥體上端；閥蓋上設置有閥芯組件安裝孔；

其特殊之處在於：

閥芯組件包括主閥芯和導閥芯；主閥芯設置在閥芯組件安裝孔處，下部為圓盤形並與閥座密封接觸；主閥芯上部為圓筒結構，圓筒結構底部開設有洩壓孔；主閥芯上還設置有節流孔和連通孔；節流孔位於閥體的介質入口側；連通孔一端與主閥芯上腔連通，另一端與所述洩壓孔連通；

導閥芯的軸向截面為「⊥」形，其「I」部外套裝有導向環，其「-」部位於導向環下方；導閥芯的「-」部直徑大於導向環內徑小於圓筒結構內徑；

導閥芯和導向環均位於主閥芯的圓筒結構內，導向環與筒狀結構固定連接，導閥芯的「I」部上端伸出筒狀結構外與電磁驅動控制組件相連；

所述電磁閥還包括膜片；所述膜片的內沿部分與主閥芯固連，膜片的外沿部分與閥體固連；

所述電磁閥的口徑≥50mm，閥座口徑≥80mm，銜鐵上移/下移的行程≥6mm。

閥芯組件在電磁驅動控制組件的作用下上移/下移從而與閥座分離或接合，實現介質入口和介質出口之間的連通狀態的切換。

本發明採用圓盤與圓筒相結合的主閥芯，切用膜片來連接主閥芯與閥體，因此既可以增大閥座通徑，有能將閥門重量和體積降至最低。

基於上述基本技術方案，本發明還作出如下優化和/或限定：

為了滿足主閥芯的大行程要求，上述膜片採用碟形結構。膜片的內沿部分通過螺母固定壓緊在主閥芯上，膜片的外沿部分通過閥蓋固定壓緊在閥體上。

為了減小膜片的剛度，以防止大行程工作模式下電磁閥多次動作後引起膜片疲勞撕裂，保證電磁閥的動作壽命，上述膜片採用兩邊為橡膠中間夾布的結構。

上述電磁驅動控制組件主要包括線圈骨架、線圈、彈簧和銜鐵；線圈骨架固定安裝在閥蓋上，線圈骨架的下部套裝在導閥芯的圓筒結構外；線圈繞制在線圈骨架外；銜鐵安裝在線圈骨架內並能沿線圈骨架軸向滑動；線圈骨架的上部為電磁鐵，電磁鐵的磁極面正對銜鐵的上端面並留有一定間距；彈簧安裝在線圈骨架的磁極面和銜鐵的上端面之間；銜鐵的下端與導閥芯的上端固連。

上述銜鐵的下端面沿軸向設置有與導閥芯相適配的凹槽，凹槽處沿銜鐵徑向設置有銷孔一；導閥芯上部相應位置處沿導閥芯徑向設置有銷孔二；銜鐵和導閥芯在銷孔一、二處通過連接銷固連。

上述銜鐵與線圈骨架相對的兩個面上均設置有90度錐角時，電磁鐵的工作氣隙最小，電磁鐵的質量最小，同時能夠保證導閥芯和/或主閥芯的行程。

為了防止出現卡滯及卡死現象發生，延長電磁閥的工作壽命，在上述銜鐵外安裝塑料減摩環，在導閥芯的圓筒結構外也安裝塑料減摩環。

為使電磁閥結構緊湊，上述主閥芯和導閥芯同軸安裝。

與現有技術相比，本發明的優點是：

(1)本發明結合了直動式電磁閥和先導式電磁閥的結構特點，適用於大通徑小流阻工作條件。為了滿足大口徑的設計要求，本發明通過增大閥座口徑、減小銜鐵的行程(該行程決定了主閥芯的開度)來保證閥門流通面積，同時主閥芯和閥體之間採用橡膠膜片連接密封，而其他組件的結構尺寸增大很小甚至無需增大，因此結構緊湊、體積小、重量輕；本發明由電磁驅動控制組件控制閥芯組件與閥座的接合/分離，因此在空載或低工作壓力下可以工作。

(2)本發明的膜片為碟形，採用橡膠-布-橡膠的結構，具有剛度小、行程大的特點，既可以保證閥芯組件的行程，又可防止大行程工作模式下多次動作後引起疲勞撕裂，有效保證了電磁閥的動作壽命。

(3)本發明的電磁鐵和銜鐵的相對面上均設置90°錐角結構，以保證銜鐵行程的前提下，減小電磁鐵工作氣隙，因此能夠以較小的電磁鐵質量和體積得到所需要的電磁吸力。

(4)本發明的主閥芯上設計了節流孔、洩壓孔和連通孔，結構設計中合理匹配節流孔和洩壓孔的大小，將洩壓孔流通面積設計為大於等於節流孔流通面積的3倍，從而將閥門打開和關閉響應時間控制在100ms以內以滿足設計要求。

(5)本發明在銜鐵外和主閥芯的圓筒結構外均安裝塑料減摩環，能夠減小銜鐵和主閥芯動作時的摩擦力，防止銜鐵和閥體、主閥芯和線圈骨架出現卡滯及卡死現象，延長電磁閥的動作壽命。

(6)本發明密封可靠性高。結構設計上閥芯-閥座密封副均採用非金屬-金屬複合密封結構，非金屬密封材料採用回彈性較好的橡膠材料，導閥芯的密封端和主閥芯的密封端均採用橡膠硫化技術保證橡膠塊和閥芯基體可靠連接，並嚴格控制作用在橡膠材料上的密封比壓，保證閥芯多次動作後的密封可靠性。

附圖說明

圖1為大口徑先導卸荷式電磁閥結構原理圖；

圖2為本發明的主閥芯和導閥芯連接結構圖；

圖3為本發明的銜鐵結構圖。

其中附圖標記為：

1-線圈骨架、2-線圈、3-彈簧、4-銜鐵、41-塑料減摩環、5-連接銷、6-導閥芯、61-連接孔、7-主閥芯、71-節流孔、72-洩壓孔、73-連通孔、8-導向環、9-膜片、10-閥體、11-調整墊片、12-墊片、13-O形橡膠密封圈、14-大螺母、15-小螺母、16-O形橡膠密封圈、17-閥蓋、18-閥座、19-錐角、20-主閥芯上腔。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的說明。

如圖1、圖2所示，本發明所提供的大口徑先導卸荷式電磁閥，包括閥體10、閥蓋、閥芯組件以及電磁驅動控制組件。

閥體10左端為介質入口，右端為介質出口，介質入口和介質出口之間為介質通道。閥體10內設置有閥座18；閥蓋17安裝在閥體10上端(接合處採用O形橡膠密封圈13密封)，閥蓋17上開設有閥芯組件安裝孔，閥芯組件位於閥芯組件安裝孔處，閥門關閉時，閥芯組件的底部與閥座密封接觸。

閥芯組件為組合式閥芯，由設置在閥芯組件安裝孔處的主閥芯7和嵌套在主閥芯內的導閥芯6構成。主閥芯7的下部為圓盤形並與閥座18的上端面密封接觸，主閥芯7部為圓筒結構，圓筒結構底部開設有洩壓孔72；主閥芯7靠近介質入口處開設有節流孔71，圓筒結構上開設有用於連通主閥芯上腔和洩壓孔的連通孔73。節流孔的流通面積＜連通孔的流通面積＜洩壓孔的流通面積。

導閥芯6整體為杆狀，下端直徑變大作為密封頭部；導閥芯6的杆部和主閥芯7的圓筒結構之間安裝有導向環8，導向環8與主閥芯7以螺紋連接的方式固連，導向環8與導閥芯6之間存在間隙。導閥芯6上端杆部伸出筒狀結構外與電磁驅動控制組件的銜鐵4通過連接銷5固連，下端頭部與洩壓孔72密封接觸，圓筒結構的底部作為導閥芯閥座。

為了在滿足大口徑的設計要求時儘可能的減小閥門的尺寸，本發明的閥座口徑為≥80mm，並採用膜片9連接主閥芯和閥體，具體連接方式為膜片9的內沿部分通過大螺母14和墊片12固定在主閥芯的上端面處，膜片9的外沿部分通過調整墊片11固定在閥體和閥蓋之間。為了保證閥芯組件的行程和防止大行程下多次動作引起疲勞撕裂，保證電磁閥的動作壽命，膜片9採用兩邊為橡膠中間夾布結構的碟形膜片。

電磁驅動控制組件主要由線圈2、線圈骨架1和銜鐵4組成。線圈骨架1固定安裝在閥蓋17上(與閥蓋接合處採用O形橡膠密封圈16密封)，線圈骨架1的下部為圓筒套裝在導閥芯的圓筒結構外並通過小螺母15固定，線圈骨架的中部預留有銜鐵4的安裝空間，線圈骨架的上部為電磁鐵；線圈2繞制在線圈骨架1外；銜鐵4安裝在線圈骨架1內並能沿線圈骨架軸向移動(為提高閥門壽命，在銜鐵4外安裝塑料減摩環41)，銜鐵4的上端面正對電磁鐵的磁極面並預留有一定行程距離；電磁鐵的磁極面和銜鐵的上端面之間安裝有彈簧3；銜鐵的下端與導閥芯的上端通過連接銷固連。

為進一步減小電磁閥尺寸，本發明電磁鐵和銜鐵的相對面上均設置90度錐角19結構，以在相同大小電磁吸力的前提下最大限度地減小電磁鐵的質量和體積。

本發明的工作原理：

本發明的工作方式為通電打開、斷電關閉。閥門不工作時，介質通過主閥芯7上的節流孔71進入主閥芯上腔20，與彈簧3一起為主閥芯7提供密封力，保證主閥芯的可靠密封；彈簧3為導閥芯6提供密封力，保證導閥芯的可靠密封。

空載條件下，線圈2通電後，電磁吸力克服彈簧力把導閥芯6和主閥芯7依次向上提起，閥門打開。

當介質入口與介質出口存在壓差時，線圈2通電後，導閥芯6先被吸起一小段距離，主閥芯7上的洩壓孔72先被打開將主閥上腔和閥門的介質出口連通，由於洩壓孔72流通面積比節流孔71大，主閥芯上腔壓力迅速下降，當主閥芯上的介質作用力小於電磁鐵吸力時，主閥芯7在電磁吸力和介質力的作用下打開。

閥門需要關閉時，給線圈2斷電，導閥芯6在彈簧的作用力下先關閉，主閥芯上腔壓力迅速上升，導閥芯6和主閥芯7在彈簧力和介質力共同作用下向下運動，閥門關閉。