一种大流量高频电磁阀的制作方法

本发明涉及的是一种电磁阀，具体地说是电液驱动系统、电液伺服系统的电磁阀。

背景技术：

随着机电一体化液压系统的发展，电磁阀在液压系统中的作用越来越重要。衡量电磁阀的两个很重要的指标即是流量与响应频率。目前普遍存在的电磁换向阀，不管阀芯是圆柱型滑阀或者是锥阀以及球阀，当需要大流量电磁阀时，采用的技术手段往往是增加阀芯面积或增大阀芯开口量。增大阀芯面积意味着阀芯直径需要增加，阀芯的质量因此也会增加；增大阀芯开口量意味着阀芯位移需要增加；不管是增大阀芯面积还是增大阀芯开口量都将会造成阀芯的响应频率降低。而且，增大阀芯质量将会造成阀在工作过程中的稳态液动力与瞬态液动力的增加，这也会造成阀芯的响应频率的降低。因此，电磁阀的快速响应与大流量是矛盾的。此外，传统的电磁阀中一般都有复位弹簧，这个弹簧是在电磁铁断电后，驱动阀芯复位，显然，电磁铁通电，使电磁阀的阀芯开启时，这个弹簧压缩会产生一个阻力，这也会降低电磁阀响应频率。

国内研究电磁换向阀的厂家中，华德液压的we4型电磁换向阀是目前响应频率最高的电磁阀，其开启时间为20-30ms，断开时间为10-20ms。在压力损失为1mpa的情况下，能达到的最大流量为25l/min。贵州红林车用电控技术有限公司生产的hsv系列高速开关阀的动态响应速度为6ms左右，其流量为2-9l/min。

国际上研究电磁换向阀的厂家中，parker公司的d1fp系列比例换向阀的响应时间为3.5ms左右，在阀口压差为35bar，流量最大可达40l/min。atos公司的dlhzo系列比例换向阀响应时间为10ms左右，最大流量可达40l/min。力士乐公司生产的4wrpeh系列比例换向阀的响应时间为10ms，最大流量可到40l/min。moog公司生产的d633与d634系列伺服控制阀的响应时间<＝12ms，在35bar压差下，流量最大可达40l/min。普通的电磁换向阀与比例阀和溢流阀相比，其开启时间与关闭时间更长，一般都大于10ms。atos公司生产的dhi系列电磁换向阀在压差为7bar的时候，最大流量为55l/min，电磁阀开启时间为30ms，关闭时间为20ms。力士乐公司的we系列电磁阀开在压差为10bar的情况下，最大流量为70l/min，电磁阀开启与关闭时间为10-25ms。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供能够保持高频响应频率的同时满足大流量需求的一种大流量高频电磁阀。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种大流量高频电磁阀，其特征是：包括阀体、阀芯，阀芯安装在阀体里，阀体和阀芯的左端安装左阀体端盖，阀体和阀芯的右端安装右阀体端盖，阀体左侧缠绕左位线圈，阀体右侧缠绕右位线圈，左阀体端盖上与阀芯相对的位置设置左口杯状盆底止口结构，右阀体端盖上与阀芯相对的位置设置右口杯状盆底止口结构，阀体内壁设置主沉割槽、左沉割槽、右沉割槽，左沉割槽与主沉割槽之间为左阀体凸肩，右沉割槽与主沉割槽之间为右阀体凸肩，阀芯外壁设置阀芯左沉割槽、阀芯右沉割槽，阀芯左沉割槽和阀芯右沉割槽之间为阀芯凸肩，阀体上开设与主沉割槽相通的进油口，进油口的两侧分别开设左出油口、右出油口，左出油口连通左沉割槽，右出油口连通右沉割槽。

本发明还可以包括：

1、右位线圈的控制信号为高电压信号后，阀芯向右移动到极限位置，左沉割槽、阀芯左沉割槽、主沉割槽、阀芯右沉割槽以及右沉割槽依次相通。

2、右位线圈的控制信号为高电压信号后，阀芯向右移动到极限位置，阀芯的左端面处于左口杯状盆底止口结构的内部，阀芯的右端面与右口杯状盆底止口结构的内凹面存在缝隙。

3、左位线圈的控制信号为高电压信号后，阀芯向左移动到极限位置，阀芯凸肩与左阀体凸肩配合将主沉割槽和阀芯左沉割槽隔开，右阀体凸肩与阀芯外壁配合将右沉割槽和阀芯右沉割槽隔开。

4、左位线圈的控制信号为高电压信号后，阀芯向左移动到极限位置，阀芯的右端面处于右口杯状盆底止口结构的内部，阀芯的左端面与左口杯状盆底止口结构的内凹面存在缝隙。

5、左口杯状盆底止口结构和阀芯的左端面始终处于左位线圈内部，右口杯状盆底止口结构和阀芯的右端面始终处于右位线圈内部。

6、阀芯位于右侧极限位置时，左阀体凸肩的左端面与阀芯左沉割槽左端面的轴向距离为x1，右阀体凸肩的右端面与阀芯右沉割槽右端面的轴向距离为x2，x1＝x2。

7、阀芯位于左侧极限位置时，阀芯凸肩与左阀体凸肩的轴向重叠距离为l1，右阀体凸肩与阀芯外壁的轴向重叠距离为l2，l1＝l2。

本发明的优势在于：

1、本发明所述的开关电磁阀在保证阀芯位移保持不变的前提下，利用两组出油口增大了开关阀的流量。

2、本发明所述的开关电磁阀在阀芯运动到极限位置以后，由于没有复位弹簧，同时阀芯受到的稳态液动力在轴向方向的分量大小相等，方向相反，线圈不需要持续通电，可使用残余电磁力使阀芯保持在极限位置。这样可以节约能源，同时大大提高电磁阀的可靠性和寿命。

3、本发明所述的开关电磁阀的阀体端盖上包含有口杯状盆底止口结构，其凹坑底面对阀芯限位，盆边和阀芯始终保持一定轴向距离的耦合，在电磁铁起始通电激磁时，可以增加电磁铁的初始电磁力，提高开关阀的响应速度。

4、本发明所述的开关电磁阀阀芯两端均在线圈内部，在线圈通电的时候，除了阀芯端面和端盖口杯状盆底止口结构凹坑底面之间的电磁吸力，阀芯与线圈骨架之间的漏磁与线圈之间的电流会产生螺线管力，这可以增大阀芯受到的电磁吸力，提高开关阀的响应速度。

附图说明

图1a为本发明开启状态时装配体主视剖面图，图1b为局部图ⅰ，图1c为局部图ⅲ；

图2为局部图ⅱ；

图3a为本发明关闭状态时装配体主视剖面图，图3b为局部图ⅳ，图3c为局部图ⅵ；

图4为局部图ⅴ；

图5为控制信号与阀芯位移关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1a-5，本发明的目的在于提出一种大流量高频电磁阀，包含左右对称的两个电磁铁，两个包含口杯状盆底止口结构的阀体端盖，一个空心圆柱形滑阀阀芯，且没有复位弹簧，开关阀圆柱滑阀阀芯的运动依赖于开关电磁铁对阀芯的作用力。

如附图1所示为高频响应的大流量两位两通开关电磁阀装配体主视剖面图，图中所示为电磁阀处于开启状态时的阀芯位置图。本开关电磁阀包括左阀体端盖1、阀体2、左位线圈3、阀芯4、线圈骨架5、右位线圈6、右阀体端盖7、端盖螺钉8、右出油口9、进油口10、左出油口11。

如附图1与3所示，开关电磁阀包含一个进油口10，一个左出油口11，一个右出油口9。进油口10和阀体的主沉割槽p连通，左出油口11和阀体的沉割槽t1连通,右出油口9和阀体的沉割槽t2连通。

如附图2所示为附图1中阀芯4与阀体相对位置的局部放大图，此时，开关阀处于开启状态时，阀芯4处于右极限位置，右阀体端盖口杯状凹坑断面与阀芯右端面接触，通过右阀体端盖对阀芯限位；左侧出油口的开口量与右侧出油口的开口量相等，即x1＝x2。这个时候高压油液进入阀体主沉割槽p后，经过阀体沉割槽和阀芯凸肩形成的两个对称的圆环状流通截面的流道进入阀芯的沉割槽，然后再经过阀芯沉割槽t1、t2和阀体的凸肩形成的两个对称的圆环状流通截面的流道x1、x2流出阀体。

左阀体端盖与右阀体端盖具有盆底止口结构，即在端盖上有一个口杯状的凹坑，附图1中的局部放大图ⅰ中可以看到的左阀体端盖的部分即为部分盆底止口结构。附图3中的局部放大图ⅰ中可以看到的右阀体端盖的部分也为部分盆底止口结构。

如说明书附图1中的局部放大视图ⅲ与附图3中的局部放大视图ⅲ所示，利用盆底止口结构的止口端面对阀芯进行限位。此时不能使阀芯的左端面和左端盖的盆底止口的内凹面接触。如果完全接触，将使阀芯换向运动困难。

如附图1所示，阀芯处于右极限位置时，阀芯4的左端轴向有一定的长度处于左位线圈3内部。保证阀芯4的左端和左位线圈3在轴向有一定长度的重合。

如附图3所示，阀芯处于左极限位置时，阀芯4的右端有一定的长度处于右位线圈6内部。保证阀芯4的右端和右位线圈6在轴向有一定长度的重合。

如附图1所示，阀芯处于右极限位置，左阀体端盖的盆底止口结构处于左位线圈3内部。左阀体端盖的盆底止口结构与左位线圈3在轴向方向上有一定长度的重合。

如附图3所示，阀芯处于左极限位置，右阀体端盖的盆底止口结构处于右位线圈6内部。右阀体端盖的盆底止口结构与右位线圈6在轴向方向上有一定长度的重合。

如附图3所示为开关电磁阀关闭状态时装配体主视剖面图。此时，阀芯处于左极限位置，利用阀体的凸肩和阀芯的凸肩在轴向位置的重合，使左右两侧的出油口均处于遮盖密封状态，即关闭状态。如附图4所示为附图3中阀芯与阀体相对位置的局部放大图，阀芯左右两侧的遮盖量相等，即l1＝l2；开关阀处于关闭状态。

如附图1所示，阀芯处于右极限位置时，阀芯左端面与左阀体端盖端面的位置关系如附图1中的局部放大图ⅰ所示。此时，尽管阀芯左端面与左阀体端盖的口杯状盆底止口结构的凹坑内端面轴向距离最大，也就是电磁铁的主工作气隙最大，磁阻最大。但是阀芯左端面却仍然处于口杯状盆底止口结构的盆内部，即阀芯与盆底止口结构在轴向上有小距离的重合，这时当左位线圈3通电激磁的时候，虽然阀芯左端面与左阀体端盖的口杯状盆底止口结构的凹坑内端面轴向距离最大，也就是说，由于阀芯左端面与左阀体端盖的口杯状盆底止口结构的凹坑内端面轴向距离最大，因此主磁路上的磁阻很大，因此初始电磁吸力很小，但是由于左阀体端盖的口杯状盆底止口的盆边跟阀芯左端面在轴向上有小距离的重合，因此形成了一个磁阻很小的辅助磁路，这部分磁路可以在左端线圈通电激磁的初期，形成足够的初始电磁力使阀芯启动，开始运动，当阀芯运动逐渐进入盆形台座的内腔时，阀芯左端面与左阀体端盖的口杯状盆底止口结构的凹坑内端面轴向距离逐渐减小，也就是主磁路磁阻减小，主磁路产生的电磁力增大，加快阀芯的运动，同时阀芯向左运动时，阀芯与左阀体端盖的口杯状盆底止口在轴向的重合度增加，它们之间形成的环形辅助磁路的初始电磁吸力也会增大，开关阀向左运动速度会进一步提高，开关阀的响应速度提高。另外，由于阀芯左端与左位线圈在轴向上有一定长度的重合，当线圈通电激磁的时候，线圈激磁电流与漏磁通之间产生会使阀体受到向右的电动力，由于阀体无法运动，阀芯会受到向左的反向作用力，这个力就是螺管力，使阀芯在得电时受到向左的电磁力增大。因此，阀芯在左位线圈得电时，受到的向左的电磁力包括阀芯左端面与盆底止口端面之间的电磁吸力，由阀芯所受到的螺线管力和盆底止口结构产生的辅助电磁力三部分，这大大增大了阀芯受到的电磁力，增大阀芯向左运动速度，提高阀响应频率。

阀芯在向左运动过程中，受到的力包括液压卡紧力，液动力，电磁力。在阀芯上开有均压槽用来减小液压卡紧力。阀芯在向左运动到设计的左极限位置后，左位线圈即可断电。这个时候，由于电磁阀没有复位弹簧，因此电磁阀的阀芯不会返回起始位置，此时阀芯受到的轴向力主要是各个阀口油液流动产生的稳态液动力，以及电磁铁的残余电磁吸力，而经过阀芯外圆和阀体内孔的配合间隙泄漏到阀芯两端的油液，由于左右两个端盖上都有泄油口，泄露到这里的油液会排走，因此不会产生轴向的阻力。由于此时阀口开口量不变，且左右两个出油口的开口量相等，关键是这两个出油口结构上和进油口左右完全对称，因此在两个出油口上产生的液动力在轴向方向的分量大小相等，方向相反，即附图2中，fr1与fr2在轴向的分量大小相等，方向相反,fr3与fr4在轴向的分量大小相等，方向相反。因此，电磁阀不通电时，只剩电磁铁的残余电磁吸力，而这个残余电磁吸力可以保证将阀芯可靠地吸合在左极限位置，以保证即便是油液流动的扰动或其他因素也不能使阀芯偏离左极限位置。

如附图3所示，阀芯处于左极限位置时，阀芯右端面与右阀体端盖端面的位置关系如附图3中的局部放大图ⅰ所示。此时，尽管阀芯右端面与右阀体端盖的口杯状盆底止口结构的凹坑内端面轴向距离最大，也就是电磁铁的主工作气隙最大，磁阻最大。但是阀芯右端面却仍然处于口杯状盆底止口结构的盆内部，即阀芯与盆底止口结构在轴向上有小距离的重合，这时当右位线圈通电激磁的时候，虽然阀芯右端面与右阀体端盖的口杯状盆底止口结构的凹坑内端面轴向距离最大，也就是说，由于阀芯右端面与右阀体端盖的口杯状盆底止口结构的凹坑内端面轴向距离最大，因此主磁路上的磁阻很大，因此初始电磁吸力很小，但是由于右阀体端盖的口杯状盆底止口的盆边跟阀芯右端面在轴向上有小距离的重合，因此形成了一个磁阻很小的辅助磁路，这部分磁路可以在右端线圈通电激磁的初期，形成足够的初始电磁力使阀芯启动，开始运动，当阀芯运动逐渐进入盆形台座的内腔时，阀芯右端面与右阀体端盖的口杯状盆底止口结构的凹坑内端面轴向距离逐渐减小，也就是主磁路磁阻减小，主磁路产生的电磁力增大，加快阀芯的运动，同时阀芯向右运动时，阀芯与右阀体端盖的口杯状盆底止口在轴向的重合度增加，它们之间形成的环形辅助磁路的初始电磁吸力也会增大，开关阀向右运动速度会进一步提高，开关阀的响应速度提高。另外，由于阀芯右端与右位线圈在轴向上有一定长度的重合，当线圈通电激磁的时候，线圈激磁电流与漏磁通之间产生会使阀体受到向左的电动力，由于阀体无法运动，阀芯会受到向右的反向作用力，这个力就是螺管力，使阀芯在得电时受到向右的电磁力增大。因此，阀芯在右位线圈得电时，受到的向右的电磁力包括阀芯右端面与盆底止口端面之间的电磁吸力，由阀芯所受到的螺线管力和盆底止口结构产生的辅助电磁力三部分，这大大增大了阀芯受到的电磁力，增大阀芯向右运动速度，提高阀响应频率。

阀芯在向右运动过程中，受到的力包括液压卡紧力，液动力，电磁力。在阀芯上开有均压槽用来减小液压卡紧力。阀芯在向右运动到设计的左极限位置后，右位线圈即可断电。这个时候，由于电磁阀没有复位弹簧，因此电磁阀的阀芯不会向左运动，此时阀芯受到的轴向力主要是各个阀口油液流动产生的稳态液动力，以及电磁铁的残余电磁吸力，而经过阀芯外圆和阀体内孔的配合间隙泄漏到阀芯两端的油液，由于左右两个端盖上都有泄油口，泄露到这里的油液会排走，因此不会产生轴向的阻力。由于此时阀口开口量不变，且左右两个出油口均处于关闭状态，此时阀芯受到的液动力为0，阀芯受到液压力的作用，如附图4所示，但由于阀芯左右受力端面大小相等，因此，在开关阀处于关闭状态时，阀芯受到的液压力大小相等，方向相反。因此，电磁阀不通电时，只剩电磁铁的残余电磁吸力，而这个残余电磁吸力可以保证将阀芯可靠地吸合在右极限位置，以保证即便是油液流动的扰动或其他因素也不能使阀芯偏离右极限位置。

如附图5所示为开关电磁阀控制信号与阀芯位移关系图，开关阀的开启与关闭由左右两个电磁铁控制，当开关阀在从开启状态运动到关闭状态时，或者相反，如图所示，电磁阀的电磁铁线圈仅仅在阀芯运动的时候通电，一旦电磁阀的阀芯运动到左、右两个极限位置，不再运动时，电磁铁线圈即可断电。这个时候，由于这个电磁阀没有复位弹簧，因此电磁阀的阀芯不会返回起始位置，此时阀芯受到的轴向力主要是各个阀口油液流动产生的稳态液动力，以及电磁铁的残余电磁吸力，而经过阀芯外圆和阀体内孔的配合间隙泄漏到阀芯两端的油液，由于左右两个端盖上都有泄油口，泄露到这里的油液会排走，因此不会产生轴向的阻力。由于此时阀口开口量不变，且左右两个出油口的开口量相等，关键是这两个出油口结构上和进油口左右完全对称，因此在两个出油口上产生的液动力在轴向方向的分量大小相等，方向相反，即附图2fr1与fr2在轴向的分量大小相等，方向相反,fr3与fr4在轴向的分量大小相等，方向相反。因此，电磁阀不通电时，只剩电磁铁的残余电磁吸力，而这个残余电磁吸力可以保证将阀芯可靠地吸合在所在的位置(极限位置)，以保证即便是油液流动的扰动或其他因素也不能使阀芯偏离所在的位置(极限位置)。

为了实现电磁阀的高速响应，除了提高电磁力外，还要减小阀芯的运动阻力，阀芯在运动过程中，受到的阻力主要包括液压卡紧力，液动力，残余电磁力。在阀芯上开有均压槽用来减小液压卡紧力。液动力通过阀芯、阀体对称结构的设计，双出油口的设计可以明显的减小，而残余电磁力是阀芯运动到一端后，已经吸合的电磁铁断电，残余的电磁吸力，这个残余的电磁力对于另一端的电磁铁来说就是阻力。这个未吸合的电磁铁启动时需要克服另一端的电磁铁的残余电磁力，才能运动。因此残余电磁吸力的控制也是需要注意的，这个力不能太小，否则不能保证吸合电磁铁的可靠吸合，但是又不能太大，否则要求另一端的电磁铁的起始电磁吸力足够大时，阀芯才能运动。

为了实现电磁阀的高速响应还要减少阀芯轴向运动的位移量，但是阀芯的位移太小，则阀口的开度太小，这会影响阀口的流通截面，使油液流过阀口时产生很大的压力损失，严重时使电磁阀的流量饱和，不能满足设计指标。此外，阀芯位移太小，还不能确保阀芯和阀体的凸肩的重合度，即遮盖量或密封段，从而不能确保相应阀口的密封。为此优化选择阀芯的位移量，确保阀芯的油液流通阀口的开口量，同时保证密封阀口的密封段的长度，关键的是本发明采用对称结构双出油口的设计，在确定的阀芯位移量下，使油液流通阀口的开口量增加了一倍，即阀口的流通截面增加一倍，而阀芯的位移并没有增加，这样实现了电磁阀的高速运动和大流量的要求。

综上，开关电磁阀的控制方法如图5所示。当阀芯运动到右极限位置，开关阀打开后，即可使右位线圈断电，阀芯依靠剩磁保持在右极限位置，开关阀处于开启状态；当阀芯运动到左极限位置，开关阀关闭后，即可使左位线圈断电，阀芯依靠剩磁保持在左极限位置，开关阀处于关闭状态；

本发明所设计的开关阀的响应时间<＝1ms，在压差为1mpa的情况下，流量可达50l/min以上。