CN114838139B - 一种双稳态无源自保持先导式电磁阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航天液压系统控制技术领域，具体涉及一种双稳态无源自保持先导式电磁阀，包括：阀本体，其内部设有第一介质腔和第二介质腔，第一介质腔与第二介质腔之间连通有介质口，介质口处滑动安装有第一阀芯，阀本体上还设置有入口腔，入口腔与第一介质腔之间安装有刻痕膜片，入口腔与第二介质腔连通设置；先导机构，其上设有泄压流道，泄压流道一端与第二介质腔连通，另一端连通有溢流腔，溢流腔与第二介质腔连通，溢流腔与泄压流道之间安装有第二阀芯。当电磁阀的阀芯无法打开时，入口腔一侧的压力大于第一介质腔一侧的压力，刻痕膜片被冲破，使入口腔与与第一介质腔之间连通，实现在发生阀芯无法打开时对电磁阀的开启。

Description

一种双稳态无源自保持先导式电磁阀

技术领域

本发明涉及航天液压系统控制技术领域，具体涉及一种双稳态无源自保持先导式电磁阀。

背景技术

电磁阀是用电磁控制的工业设备，是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器，并不限于液压、气动。用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀在航天液压控制系统中具有广泛应用，在航天液压控制系统中阀门往往处于复杂工况下，阀芯易受振动、多余物和驱动失效等多重因素影响，造成阀芯无法正常打开，上游介质不能正常通过，导致液压系统无法正常工作，为设备造成了重大安全隐患。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的电磁阀在航天等复杂工况下使用时存在安全隐患的缺陷，从而提供一种双稳态无源自保持先导式电磁阀。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种双稳态无源自保持先导式电磁阀，包括：

阀本体，其内部设有第一介质腔和第二介质腔，第一介质腔与第二介质腔之间连通有介质口，介质口处滑动安装有第一阀芯，阀本体上还设置有入口腔，入口腔与第一介质腔之间安装有刻痕膜片，入口腔与第二介质腔连通设置；

第一阀芯具有与介质口完全抵接的关闭状态，以及与介质口分离的开启状态；

先导机构，其上设有泄压流道，泄压流道一端与第二介质腔连通，另一端连通有溢流腔，溢流腔与第一介质腔连通，溢流腔与泄压流道之间安装有第二阀芯，第二阀芯具有将泄压流道完全封闭的保压状态，以及与泄压流道分离的泄压状态。

可选地，入口腔内安装有过滤筒，过滤筒一端延伸至入口腔外，过滤筒延伸至入口腔外的一端设置有第一过滤孔，过滤筒上还设置有第二过滤孔，第二过滤孔将过滤筒的内腔与入口腔连通。

可选地，刻痕膜片安装在过滤筒远离第一过滤孔的一端。

可选地，第一阀芯包括：

阀芯本体，与介质口配合安装；

弹性伸缩件，安装在阀芯本体与第一介质腔的内壁或第二介质腔的内壁之间；

支撑件，安装在阀芯本体上远离弹性伸缩件的一端，阀芯本体、弹性伸缩件和支撑件同轴设置，第一阀芯处于关闭状态时，阀芯本体与介质口抵接，支撑件与第二介质腔的内壁或第一介质腔的内壁抵接。

可选地，弹性伸缩件安装在第二介质腔内，弹性伸缩件与阀芯本体之间安装有隔离块，隔离块与第二介质腔内侧壁滑动配合，隔离块将第二介质腔分隔为施压腔和缓冲腔，隔离块内设置有导流通道，导流通道两端分别与施压腔和缓冲腔连通。

可选地，还包括电磁机构，与先导机构配合安装以驱动第二阀芯在保压状态与泄压状态切换。

可选地，电磁机构包括：同轴设置一对第一磁力件和设于一对第一磁力件之间的第二磁力件，第二磁力件外套设有电磁线圈，第二阀芯贯穿其中一个第一磁力件与第二磁力件配合连接。

可选地，电磁线圈平行设置有一对。

可选地，刻痕膜片表面上设置有刻痕槽，刻痕槽边缘设有应力集中槽。

可选地，刻痕槽为圆形，应力集中槽为连续的环形。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的双稳态无源自保持先导式电磁阀，包括：阀本体，其内部设有第一介质腔和第二介质腔，第一介质腔与第二介质腔之间连通有介质口，介质口处滑动安装有第一阀芯，阀本体上还设置有入口腔，入口腔与第一介质腔之间安装有刻痕膜片，入口腔与第二介质腔连通设置；第一阀芯具有与介质口完全抵接的关闭状态，以及与介质口分离的开启状态；先导机构，其上设有泄压流道，泄压流道一端与第二介质腔连通，另一端连通有溢流腔，溢流腔与第二介质腔连通，溢流腔与泄压流道之间安装有第二阀芯，第二阀芯具有将泄压流道完全封闭的保压状态，以及与泄压流道分离的泄压状态。

在电磁阀工作过程中，流体介质从入口腔进入到阀本体内，并在第二介质腔中储存，当电磁阀需要接通时，第二阀芯从保压状态转换到泄压状态，流体介质从第二介质腔中经过泄压通道进入到溢流腔，最终流入到阀本体的第一介质腔内，此时第一介质腔内的压力增大，第二介质腔内压力减小，第一阀芯向第二介质腔方向滑动将入口腔打开，流体介质从第二介质腔直接流入到第一介质腔，实现电磁阀的开启。在关闭电磁阀时，第二阀芯从泄压状态转换到保压状态，将溢流腔与泄压流道完全封闭，不再有流体进入到溢流腔对第二介质腔进行泄压，第二介质腔内压力增大，第一阀芯向第一介质腔方向滑动将入口腔关闭，第一介质腔中不再有流体介质流入，入口腔不再输入流体介质，实现电磁阀的关闭。当电磁阀在复杂工况下，第一阀芯或第二阀芯易受振动、多余物和驱动失效等多重因素影响无法打开时，入口腔一侧不断输入的流体介质会导致入口腔一侧的压力大于第一介质腔一侧的压力，当压力值达到预定值时，刻痕膜片被冲破，使入口腔与与第一介质腔之间连通，实现在发生阀芯无法打开时对电磁阀的开启。作为应急开启状态，首先保证设备能够正常运行。

2.本发明提供的双稳态无源自保持先导式电磁阀，入口腔内安装有过滤筒，过滤筒一端延伸至入口腔外，过滤筒延伸至入口腔外的一端设置有第一过滤孔，过滤筒上还设置有第二过滤孔，第二过滤孔将过滤筒的内腔与入口腔连通。通过设置过滤筒，对输入到电磁阀中的流体介质内的固态杂质进行过滤，防止固态介质在第一阀芯或第二阀芯处堵塞，保证第一阀芯或第二阀芯不会由于杂质堵塞无法开启。

3.本发明提供的双稳态无源自保持先导式电磁阀，第一阀芯包括：阀芯本体，与介质口配合安装；弹性伸缩件，安装在阀芯本体与第一介质腔的内壁或第二介质腔的内壁之间；支撑件，安装在阀芯本体上远离弹性伸缩件的一端，阀芯本体、弹性伸缩件和支撑件同轴设置，第一阀芯处于关闭状态时，阀芯本体与介质口抵接，支撑件与第二介质腔的内壁或第一介质腔的内壁抵接。在第一阀芯关闭状态时，弹性伸缩件对阀芯本体施加弹力，将阀芯本体与介质口紧密贴合抵接，在第一阀芯由于第二介质腔内压力小于第一介质腔内的压力，从关闭状态向开启状态转换时，阀芯本体位移带动弹性伸缩件变形，阀芯本体与介质口分离。当第一阀芯由于第二介质腔内压力增大，从开启状态向关闭状态转换时，弹性伸缩件对阀芯本体施加弹力带动阀芯本体朝向第一介质腔运动，将介质口封堵。利用第一介质腔和第二介质腔内的压力差与弹性伸缩件的弹力配合控制第一阀芯的开启或关闭，无需外部控制系统，提升电磁阀的可靠性。

4.本发明提供的双稳态无源自保持先导式电磁阀，弹性伸缩件安装在第二介质腔内，弹性伸缩件与阀芯本体之间安装有隔离块，隔离块与第二介质腔内侧壁滑动配合，隔离块将第二介质腔分隔为施压腔和缓冲腔，隔离块内设置有导流通道，导流通道两端分别与施压腔和缓冲腔连通。通过隔离块将第二介质腔分隔为施压腔和缓冲腔，利用导流通道从缓冲腔向施压腔中输送流体介质，便于对施压腔内的介质压力进行控制。

5.本发明提供的双稳态无源自保持先导式电磁阀，刻痕膜片表面上设置有刻痕槽，刻痕槽边缘设有应力集中槽。通过设置应力集中槽，使得刻痕膜片在被冲开时从应力集中槽处被冲破，减少刻痕膜片破裂后产生的杂质碎片，同时通过控制应力集中槽的位置深度，能够控制刻痕膜片破裂后的碎片是否从刻痕膜片上脱落。通过调整应力集中槽的深度以及刻痕膜片的厚度，能够满足电磁阀在多种应用环境下的泄压要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施方式中提供的双稳态无源自保持先导式电磁阀的结构示意图。

图2为本发明的实施方式中提供的先导机构与电磁机构配合安装的结构示意图。

图3为本发明的实施方式中提供的过滤筒的结构示意图。

图4为本发明的实施方式中提供的刻痕膜片的结构示意图。

图5为本发明的实施方式中提供的刻痕膜片的剖视图。

附图标记说明：1、第一介质腔；2、第二介质腔；3、入口腔；4、刻痕膜片；5、阀芯本体；6、弹性伸缩件；7、支撑杆；8、隔离块；9、导流通道；10、泄压流道；11、溢流腔；12、第二阀芯；13、第一磁力件；14、第二磁力件；15、电磁线圈；16、过滤筒；17、第一过滤孔；18、第二过滤孔；19、刻痕槽；20、应力集中槽。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

如图1至图5所示为本实施例提供的一种双稳态无源自保持先导式电磁阀，包括：阀本体、先导机构和电磁机构。

阀本体的内部设有第一介质腔1和第二介质腔2，第一介质腔1与第二介质腔2之间连通有介质口，介质口处滑动安装有第一阀芯，阀本体上还设置有入口腔3，入口腔3与第一介质腔1之间安装有刻痕膜片4，入口腔3与第二介质腔2连通设置。

第一阀芯具有与介质口完全抵接的关闭状态，以及与介质口分离的开启状态。第一阀芯包括阀芯本体5、作为弹性伸缩件6的锥形弹簧和作为支撑件的支撑杆7。介质口为与阀芯本体5配合的锥形口，阀芯本体5与介质口配合安装形成锥形密封结构。弹性伸缩件6安装在阀芯本体5与第一介质腔1的内壁或第二介质腔2的内壁之间，在本实施例中，弹性伸缩件6安装在阀芯本体5上方，即安装在阀芯本体5与第二介质腔2之间。支撑件安装在阀芯本体5上远离弹性伸缩件6的一端，阀芯本体5、弹性伸缩件6和支撑件同轴设置，第一阀芯处于关闭状态时，阀芯本体5与介质口抵接，支撑件与第二介质腔2的内壁或第一介质腔1的内壁抵接。本实施例中，弹性伸缩件6安装在第二介质腔2内，一端抵接在第二介质腔2的内壁，另一端抵接在阀芯本体5上。弹性伸缩件6与阀芯本体5之间安装有隔离块8，隔离块8与第二介质腔2内侧壁滑动配合，隔离块8将第二介质腔2分隔为上方的施压腔和下方的缓冲腔，隔离块8内设置有导流通道9，导流通道9两端分别与施压腔和缓冲腔连通。

先导机构上设有泄压流道10，泄压流道10一端与第二介质腔2连通，另一端连通有溢流腔11，溢流腔11与第一介质腔1连通，溢流腔11与泄压流道10之间安装有第二阀芯12，第二阀芯12具有将泄压流道10完全封闭的保压状态，以及与泄压流道10分离的泄压状态。电磁机构与先导机构配合安装以驱动第二阀芯12在保压状态与泄压状态切换电磁机构包括：同轴设置一对第一磁力件13和设于一对第一磁力件13之间的第二磁力件14，本实施例中第二磁力件14为衔铁，第一磁力件13为永磁铁。第二磁力件14外套设有电磁线圈15，第二阀芯12贯穿其中一个第一磁力件13与第二磁力件14配合连接。电磁线圈15平行设置有一对。利用先导机构实现了内部溢流，外溢的流体介质最终又回到第一介质腔1中，不会外溢。避免了安装电磁阀导致的功率损失，还能够避免采用特殊物化性质介质时对外部液压系统的污染。

入口腔3内安装有过滤筒16，过滤筒16一端延伸至入口腔3外，过滤筒16延伸至入口腔3外的一端设置有第一过滤孔17，过滤筒16上还设置有第二过滤孔18，第二过滤孔18将过滤筒16的内腔与入口腔3连通。流体介质从第一过滤孔17进入到过滤筒16，从第二过滤孔18流出过滤筒16进入到入口腔3。通过对流体介质进行两次过滤。

过滤筒16上远离第一过滤孔17的一端螺纹安装在入口腔3与第一介质腔1之间，刻痕膜片4通过安装在过滤筒16远离第一过滤孔17的一端。痕膜片表面上设置有一个刻痕槽19，刻痕槽19边缘设有应力集中槽20。刻痕槽19为圆形，应力集中槽20为连续的圆环形。刻痕膜片4采用应力集中效应保证在电磁阀处于极端工况下也能正常泄压。

电磁阀内的流体介质从阀本体的入口腔3流入，经过过滤筒16的第一过滤孔17和第二过滤孔18进入入口腔3。刻痕膜片4此时处于正常压力状态，不会发生爆破。流体介质从过滤筒16进入，并依次经过入口腔3、第二介质腔2的缓冲腔、导流通道9、第二介质腔2的施压腔、泄压流道10。初始状态时，第二磁力件14被下方的第一磁力件13固定在电磁机构的下方位置，并带动第二阀芯12将泄压流道10与溢流腔11隔离密封。当两个电磁线圈15的其中上方的一个得电产生与上方的第一磁力件13相同的磁场，使得第二磁力件14受到的向上的吸引力大于向下的吸引力，使得第二磁力件14被吸引到上方的第一磁力件13上，同时第二磁力件14带动第二阀芯12向上运动，将泄流通道与溢流腔11连通。此时两个电磁线圈15均失电，由于第一磁力件13为永磁铁，第二磁力件14也能够保持在当前位置，保持第二阀芯12的泄压状态，将泄压流道10与溢流腔11连通。流体介质从泄压流道10流入到溢流腔11，并经过阀本体外壳壁上的连通通道进入到第一介质腔1中，并流出到电磁阀外。此时第二介质腔2的施压腔内流体流出，压力减小，第一介质腔1内流体介质流入，压力增大。压力差促使第一阀芯内的阀芯本体5向上运动压缩弹性伸缩件6，使第一阀芯保持开启状态。流体介质能够从第二介质腔2的缓冲腔直接进入到第一介质腔1中并流出。当只给下方的电磁线圈15通电，使其产生与下方的第一磁力件13相同方向的磁场，此时第二磁力件14受到的向下的吸引力大于向上的吸引力，第二磁力件14被固定吸引在下方的第一磁力件13上，并带动第二阀芯12将泄压流道10与溢流腔11封闭。此时即使两个电磁线圈15均失电，第二磁力件14仍能被吸引在下方的第一磁力件13上，保持第二阀芯12的保压状态。此时第二介质腔2的施压腔内流体介质输出减少，压力增大，在弹性伸缩件6的作用下，阀芯本体5向下运动至与介质口完全抵接将介质口关闭。阀本体被完全关闭，不再有流体介质流出。由上下两个电磁线圈15和上下两个作为第一磁力件13的永磁体配合工作为第二阀芯12的状态切换提供动力，并实现双稳态无源自保持功能。

在航天液压控制系统等复杂工况下工作的电磁阀，阀芯易受振动、多余物和驱动失效等多重因素影响，尤其易造成第一阀芯或第二阀芯12无法正常打开，此时阀本体的入口腔3压力增大，当压力值达到刻痕膜片4设计的安全泄压值时，刻痕膜片4上的应力集中槽20处的受应力集中效应将促使膜片爆破，保证在极端工况下电磁阀上游流体介质正常通过，依靠刻痕膜片4本身保证液压系统的正常运行。

作为替代的实施方式，应力集中槽20还可以为带缺口的环形。

作为替代的实施方式，刻痕槽19在所述刻痕膜片4上间隔设置有多个，每个刻痕槽19边缘均设置有应力集中槽20。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种双稳态无源自保持先导式电磁阀，其特征在于，包括：

阀本体，其内部设有第一介质腔（1）和第二介质腔（2），所述第一介质腔（1）与所述第二介质腔（2）之间连通有介质口，所述介质口处滑动安装有第一阀芯，所述阀本体上还设置有入口腔（3），所述入口腔（3）与所述第一介质腔（1）之间安装有刻痕膜片（4），所述入口腔（3）与所述第二介质腔（2）连通设置；

所述第一阀芯具有与所述介质口完全抵接的关闭状态，以及与所述介质口分离的开启状态；

先导机构，其上设有泄压流道（10），所述泄压流道（10）一端与所述第二介质腔（2）连通，另一端连通有溢流腔（11），所述溢流腔（11）与所述第一介质腔（1）连通，所述溢流腔（11）与所述泄压流道（10）之间安装有第二阀芯（12），所述第二阀芯（12）具有将所述泄压流道（10）完全封闭的保压状态，以及与所述泄压流道（10）分离的泄压状态；

所述入口腔（3）一侧不断输入的流体介质导致入口腔（3）一侧的压力大于第一介质腔（1）一侧的压力时，若压力值达到预定值，刻痕膜片（4）冲破，使入口腔（3）与所述第一介质腔（1）之间连通。

2.根据权利要求1所述的双稳态无源自保持先导式电磁阀，其特征在于，所述入口腔（3）内安装有过滤筒（16），所述过滤筒（16）一端延伸至所述入口腔（3）外，所述过滤筒（16）延伸至所述入口腔（3）外的一端设置有第一过滤孔（17），所述过滤筒（16）上还设置有第二过滤孔（18），所述第二过滤孔（18）将所述过滤筒（16）的内腔与所述入口腔（3）连通。

3.根据权利要求2所述的双稳态无源自保持先导式电磁阀，其特征在于，所述刻痕膜片（4）安装在所述过滤筒（16）远离所述第一过滤孔（17）的一端。

4.根据权利要求1至3任一项所述的双稳态无源自保持先导式电磁阀，其特征在于，所述第一阀芯包括：

阀芯本体（5），与所述介质口配合安装；

弹性伸缩件（6），安装在所述阀芯本体（5）与所述第一介质腔（1）的内壁或所述第二介质腔（2）的内壁之间；

支撑件，安装在所述阀芯本体（5）上远离所述弹性伸缩件（6）的一端，所述阀芯本体（5）、所述弹性伸缩件（6）和所述支撑件同轴设置，所述第一阀芯处于关闭状态时，所述阀芯本体（5）与所述介质口抵接，所述支撑件与所述第二介质腔（2）的内壁或所述第一介质腔（1）的内壁抵接。

5.根据权利要求4所述的双稳态无源自保持先导式电磁阀，其特征在于，所述弹性伸缩件（6）安装在所述第二介质腔（2）内，所述弹性伸缩件（6）与所述阀芯本体（5）之间安装有隔离块（8），所述隔离块（8）与所述第二介质腔（2）内侧壁滑动配合，所述隔离块（8）将所述第二介质腔（2）分隔为施压腔和缓冲腔，所述隔离块（8）内设置有导流通道（9），所述导流通道（9）两端分别与所述施压腔和所述缓冲腔连通。

6.根据权利要求1至3任一项所述的双稳态无源自保持先导式电磁阀，其特征在于，还包括电磁机构，与所述先导机构配合安装以驱动所述第二阀芯（12）在所述保压状态与所述泄压状态切换。

7.根据权利要求6所述的双稳态无源自保持先导式电磁阀，其特征在于，所述电磁机构包括：同轴设置一对第一磁力件（13）和设于一对所述第一磁力件（13）之间的第二磁力件（14），所述第二磁力件（14）外套设有电磁线圈（15），所述第二阀芯（12）贯穿其中一个所述第一磁力件（13）后与所述第二磁力件（14）配合连接。

8.根据权利要求7所述的双稳态无源自保持先导式电磁阀，其特征在于，所述电磁线圈（15）平行设置有一对。

9.根据权利要求1至3任一项所述的双稳态无源自保持先导式电磁阀，其特征在于，所述刻痕膜片（4）表面上设置有刻痕槽（19），所述刻痕槽（19）边缘设有应力集中槽（20）。

10.根据权利要求9所述的双稳态无源自保持先导式电磁阀，其特征在于，所述刻痕槽（19）为圆形，所述应力集中槽（20）为连续的环形。