自平衡的比例流量阀的制作方法

1.本实用新型涉及流量阀技术领域，尤其是一种自平衡的比例流量阀。


背景技术：

2.电气比例流量阀作为高度集成的机电一体化产品，是电气比例控制技术的核心，代表了流体控制技术的发展方向，其广泛应用于工厂自动化及车辆控制上。
3.现有的电气比例流量阀分为直动式电气比例流量阀和先导式电气比例流量阀，然而无论是直动式电气比例流量阀，还是先导式电气比例流量阀在使用过程中，均存在流体介质会对阀芯或阀杆造成大幅度的冲击，导致控制精度不佳，容易发生泄漏的问题。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是：为了解决现有技术中比例流量阀其内部的流体介质会对阀芯或阀杆造成大幅度的冲击，导致控制精度不佳，容易发生泄漏的问题，现提供一种自平衡的比例流量阀。
5.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自平衡的比例流量阀，包括：
6.阀体，具有阀腔、p1口及p2口；
7.套筒，固定安装在阀腔内；
8.阀杆，滑动安装在套筒内，所述阀杆的底端具有外周面内凹的内凹部，内凹部的上端与阀杆外周面之间形成上受力面，阀杆的内凹部与套筒的内周面之间的形成第一腔，p1口与第一腔连通，所述套筒及其内部的阀杆将阀腔分隔为位于下方的第二腔及位于上方的第三腔，第二腔和第三腔通过流道连通，p2口与第二腔连通；
9.阀芯，设置于阀杆的底端，阀芯外周面的顶端与阀杆的外周面之间形成下受力面；
10.以及执行机构，所述执行机构用于驱动阀杆连同其上的阀芯相对套筒的底端开口靠拢或远离，当阀芯靠拢至下受力面抵住套筒的底端端部，将套筒的底端开口封堵时，第一腔和第二腔隔绝；当阀芯远离套筒的底端端部时，第一腔和第二腔连通。
11.本方案中利用阀杆与套筒将阀腔分隔为第一腔、第二腔及第三腔，并使第二腔和第三腔连通，流量阀关闭状态时，第一腔内的流体介质分别会对上受力面和下受力面产生相反的作用力，使流体介质作用到阀杆上使其产生位移的力趋近于平衡，形成流量阀关闭状态下的自平衡；流量阀开启时，第二腔和第三腔内的流体介质分别会对阀杆的两端产生相反的作用力，使流体介质作用到阀杆上使其产生位移的力趋近于平衡，形成流量阀开启状态下的自平衡；从而实现降低或避免在关闭或开启状态下流体介质对阀芯的开度大小的干扰，确保阀芯的开度完全由执行机构来控制，流量控制精度稳定。
12.进一步地，所述流道开设在阀杆的内部，流道的底端开口与第二腔连通，流道的顶端开口与第三腔连通。
13.进一步地，当阀芯封堵住套筒的底端开口时，第一腔内的流体介质对上受力面产
生向上的推力f1，第一腔内的流体介质对下受力面产生向下的推力为f2，其中，f1＝f2；以此可实现在流量阀关闭状态下的完全自平衡。
14.进一步地，当阀芯远离套筒的底端端部，使第一腔和第二腔连通时，第一腔内的流体介质对上受力面产生向上的推力f3，第一腔内的流体介质对下受力面产生向下的推力f4，第二腔内的流体介质对阀芯的底端及阀杆的底端产生向上的推力f5，第三腔内的流体介质对阀芯的顶端产生向下的推力f6,其中， f3+f5＝f4+f6；以此可实现在流量阀开启状态下的完全自平衡。
15.进一步地，所述执行机构为比例电磁铁，所述比例电磁铁的推杆固定在阀杆上，所述阀杆与套筒之间设有弹性元件，所述弹性元件的一端抵住阀芯，另一端抵住套筒，所述比例电磁铁固定在阀体的上端，所述比例电磁铁、阀杆及套筒之间形成所述第三腔；通过将比例电磁体的推杆与阀杆直接相连，实现直动型控制，相应速度快。
16.进一步地，所述套筒的外周面与阀腔的内周面之间设有进气腔，所述进气腔和p1口连通，所述套筒上开设有连通孔，所述进气腔通过连通孔与第一腔连通；利用进气腔的设置，使p1口中通入的气体进入进气腔后，再从连通孔进入第一腔，起到一定的稳流作用。
17.进一步地，所述套筒的外周面与阀腔的内周面之间设有第一密封圈和第二密封圈，所述进气腔位于第一密封圈和第二密封圈之间；从而可防止进气腔的两端发生泄漏。
18.进一步地，所述阀芯上固定有用于和套筒的底端端部抵接的第一密封件；利用阀芯上的第一密封件抵接套筒的底端端部，可提高阀芯对套筒的底端开口封堵的密闭性，防止流量阀在关闭状态下发生泄漏。
19.进一步地，所述阀芯螺纹连接在阀杆的底端。
20.进一步地，所述阀杆的内凹部上凸出有下台阶部，所述阀芯抵住下台阶部的下表面；下台阶部的设计，可便于阀芯在螺纹安装时能够抵接，提高安装的牢固性。
21.进一步地，所述阀芯与阀杆之间设有第三密封圈；从而提高阀芯与阀杆之间的密封性。
22.进一步地，所述阀杆的外周面与套筒的内周面之间设有第二密封件；从而可提高第一腔和第三腔之间的密封性。
23.本实用新型的有益效果是：本实用新型自平衡的比例流量阀利用阀杆与套筒将阀腔分隔为第一腔、第二腔及第三腔，以便流体介质作用到阀杆上使其产生位移的力趋近于平衡，从而实现降低或避免在关闭或开启状态下流体介质对阀芯的开度大小的干扰，确保阀芯的开度完全由执行机构来控制，流量控制精度稳定。
附图说明
24.下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
25.图1是本实用新型自平衡的比例流量阀的示意图；
26.图2是图1中a的局部放大示意图；
27.图3是本实用新型自平衡的比例流量阀开启时的示意图。
28.图中：1、阀体，101、阀腔，102、p1口，103、p2口；
29.2、套筒，201、弹性腔，202、连通孔；
30.3、阀杆，301、内凹部，302、上受力面，303、上台阶部，304、下台阶部， 305、流道；
31.4、第一腔，5、第二腔，6、第三腔，7、进气腔；
32.8、阀芯；
33.9、下受力面；
34.10、比例电磁铁，1001、推杆；
35.11、弹性元件；
36.12、第一密封圈，13、第二密封圈，14、第一密封件，15、第三密封圈， 16、第二密封件，17、第四密封圈，18、端盖。
具体实施方式
37.现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成，方向和参照(例如，上、下、左、右、等等)可以仅用于帮助对附图中的特征的描述。因此，并非在限制性意义上采用以下具体实施方式，并且仅仅由所附权利要求及其等同形式来限定所请求保护的主题的范围。
38.实施例1
39.如图1
‑
3所示，一种自平衡的比例流量阀，包括：
40.阀体1，具有阀腔101、p1口102及p2口103；
41.套筒2，固定安装在阀腔101内；
42.阀杆3，滑动安装在套筒2内，所述阀杆3的底端具有外周面内凹的内凹部 301，内凹部301的上端与阀杆3外周面之间形成上受力面303，阀杆3的内凹部301与套筒2的内周面之间的形成第一腔4，p1口102与第一腔4连通，所述套筒2及其内部的阀杆3将阀腔101分隔为位于下方的第二腔5及位于上方的第三腔6，第二腔5和第三腔6通过流道305连通，p2口103与第二腔5连通；
43.阀芯8，设置于阀杆3的底端，阀芯8外周面的顶端与阀杆3的外周面之间形成下受力面9；
44.以及执行机构，所述执行机构用于驱动阀杆3连同其上的阀芯8相对套筒2 的底端开口靠拢或远离，当阀芯8靠拢至下受力面9抵住套筒2的底端端部，将套筒2的底端开口封堵时，第一腔4和第二腔5隔绝；当阀芯8远离套筒2 的底端端部时，第一腔4和第二腔5连通。
45.所述流道305开设在阀杆3的内部，流道305的底端开口与第二腔5连通，流道305的顶端开口与第三腔6连通。
46.当阀芯8封堵住套筒2的底端开口时，第一腔4内的流体介质对上受力面 302产生向上的推力f1，第一腔4内的流体介质对下受力面9产生向下的推力为f2，其中，f1＝f2；此可实现在流量阀关闭状态下的完全自平衡，其中，依据压强与力和受力面积的关系，对应控制受力面的大小，便可实现作用力相等。
47.当阀芯8远离套筒2的底端端部，使第一腔4和第二腔5连通时，第一腔4 内的流体介质对上受力面302产生向上的推力f3，第一腔4内的流体介质对下受力面9产生向下的推力f4，第二腔5内的流体介质对阀芯8的底端及阀杆3 的底端产生向上的推力f5，第三腔6内的流体介质对阀芯8的顶端产生向下的推力f6,其中，f3+f5＝f4+f6；以此可实现在流量阀开启状态下的完全自平衡，其中，依据压强与力和受力面积的关系，对应控制受力面的大
小，便可实现作用力相等。
48.所述执行机构为比例电磁铁10，所述比例电磁铁10的推杆1001固定在阀杆3上，所述阀杆3与套筒2之间设有弹性元件11，弹性元件11具体采用弹簧，所述弹性元件11的一端抵住阀芯8，另一端抵住套筒2，所述比例电磁铁10固定在阀体1的上端，所述比例电磁铁10、阀杆3及套筒2之间形成所述第三腔 6；比例电磁铁10的推杆1001具体可采用卡接、螺纹连接、焊接或过盈连接固定阀杆3上，实现直动型控制，响应速度快；
49.本实施例中套筒2具有弹性腔201，阀杆3的上端具有上台阶部303，弹簧的一端抵住弹性腔201的腔底，另一端抵住上台阶部303的下表面，从而能够安装更大规格的弹簧，以增加弹簧所能提高的弹力；
50.本实施例中比例电磁铁10固定在端盖18上，端盖18固定在阀体1的顶端，端盖18、比例电磁铁10及套筒2之间设置第四密封圈17。
51.所述套筒2的外周面与阀腔101的内周面之间设有进气腔7，所述进气腔7 和p1口102连通，所述套筒2上开设有连通孔202，所述进气腔7通过连通孔 202与第一腔4连通；利用进气腔7的设置，使p1口102中通入的气体进入进气腔7后，再从连通孔202进入第一腔4，起到一定的稳流作用。
52.所述套筒2的外周面与阀腔101的内周面之间设有第一密封圈12和第二密封圈13，所述进气腔7位于第一密封圈12和第二密封圈13之间；从而可防止进气腔7的两端发生泄漏，第一密封圈12和第二密封圈13具体可采用o型密封圈。
53.所述阀芯8上固定有用于和套筒2的底端端部抵接的第一密封件14；利用阀芯8上的第一密封件14抵接套筒2的底端端部，可提高阀芯8对套筒2的底端开口封堵的密闭性，防止流量阀在关闭状态下发生泄漏；所述阀芯8螺纹连接在阀杆3的底端，其中，采用阀芯8与阀杆3螺纹连接时，阀杆3的内凹部 301上凸出有下台阶部304，阀芯8抵住下台阶部304的下表面；下台阶部304 的设计，可便于阀芯8在螺纹安装时能够抵接，提高安装的牢固性，阀芯8与阀杆3之间设有第三密封圈15，第三密封圈15具体采用o型密封圈，以提高阀芯8与阀杆3之间的密封性；或者阀芯8与阀杆3一体成型，采用阀芯8与阀杆3一体成型时，阀芯8与阀杆3之间则无须密封圈进行密封。
54.所述阀杆3的外周面与套筒2的内周面之间设有第二密封件16；此处为动密封，第二密封件16采用o型密封圈或唇型密封圈，可提高第一腔4和第三腔6之间的密封性。
55.值得注意的是，本实施例中的比例流量阀其流量控制覆盖广，通过改变阀芯8、阀杆3的大小，可以快速实现不同流量需求的产品开发，且适应开环控制及pid闭环控制，整体结构简单，成本低，适合产品的快速平台化开发和商业化。
56.本实施例中自平衡的比例流量阀的工作原理如下：
57.初始状态时，比例电磁铁10上没有输入信号，阀杆3在弹簧的作用下，处于原位，阀杆3上的阀芯8抵住套筒2的下端开口，此时从p1口102通入的压缩空气在仅保持在第一腔4内，即p1口102到p2口103的隔绝，流量阀处于常闭状态；其中，第一腔4内的流体介质分别会对上受力面302和下受力面9 产生相反的作用力，使流体介质作用到阀杆3使其产生位移的力趋近于平衡，形成流量阀关闭状态下的自平衡；
58.当比例电磁铁10上输入信号时，阀杆3在比例电磁铁10的推杆1001的作用下，克服弹簧的力，往下运动，此时阀芯8逐渐远离套筒2的底端端部，阀芯8的开度逐渐增大，p1口
102到p2口103连通，电气比例流量阀工作；其中，流量阀开启时，第二腔5和第三腔6内的流体介质分别会对阀杆3的两端产生相反的作用力，使流体介质作用到阀杆3上使其产生位移的力趋近于平衡，形成流量阀开启状态下的自平衡；降低或避免流体介质对阀芯8的开度大小产生的干扰，确保阀芯8的开度大小完全由输入信号决定，即输入信号越大，比例电磁铁10的推杆1001的行程越大，阀芯8的开度越大，从而p2口103输出的流量就越大，否则反之。
59.上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。