一种耐高压的多功能电磁阀及其控制方法
阅读说明：本技术 一种耐高压的多功能电磁阀及其控制方法 (High-pressure-resistant multifunctional electromagnetic valve and control method thereof ) 是由 孙王虎 孙灿华 郑成材 吴斯 宰德斌 孙誉宁 于 2021-09-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及自动控制领域,具体为一种耐高压的多功能电磁阀及其控制方法,包括阀体、阀芯组件和电磁线圈组件,三者为同心圆结构,其中阀芯组件位于阀体内部,电磁线圈组件位于阀体外侧。阀体内部一端为流入腔,另一端为流出腔,中部为止回腔,其中流入腔与止回腔通过隔片分隔,流出腔与止回腔通过腔壁分隔。断电时,在压簧压力作用下,螺帽压紧密封圈与端壁,而且阀芯滑动头抵紧隔片和密封垫,流出孔被滑动孔的内壁安全遮挡,从而使导流管内的流体无法流进流出腔,流出腔内流体也无法流进导流管内,阀门关闭,并具有止回阀功能；通电时,动铁芯在电磁力的作用下带动阀芯滑动头离开隔片和密封垫,同时螺帽和密封圈离开端壁,直至阀芯滑动头抵紧腔壁,流出孔不被滑动孔的内壁遮挡,流入腔内的流体经过导流管、流出孔流进流出腔,阀门开启。该发明具有耐压性好、适用性强、可靠性高、结构简单、节约电能、控制精度高等优点。(The invention relates to the field of automatic control, in particular to a high-pressure-resistant multifunctional electromagnetic valve and a control method thereof. The valve body is internally provided with an inflow cavity at one end, an outflow cavity at the other end and a non-return cavity at the middle part, wherein the inflow cavity is separated from the non-return cavity by a spacer, and the outflow cavity is separated from the non-return cavity by a cavity wall. When the power is off, the nut compresses the sealing ring and the end wall under the pressure of the pressure spring, the valve core sliding head abuts against the spacer and the sealing gasket, the outflow hole is safely shielded by the inner wall of the sliding hole, so that fluid in the flow guide pipe cannot flow into the outflow cavity, the fluid in the outflow cavity cannot flow into the flow guide pipe, the valve is closed, and the valve has the function of a check valve; when the valve is powered on, the movable iron core drives the valve core sliding head to leave the spacer and the sealing gasket under the action of electromagnetic force, the screw cap and the sealing ring leave the end wall simultaneously until the valve core sliding head abuts against the wall of the tight cavity, the outflow hole is not shielded by the inner wall of the sliding hole, fluid flowing into the cavity flows into and out of the cavity through the flow guide pipe and the outflow hole, and the valve is opened. The invention has the advantages of good pressure resistance, strong applicability, high reliability, simple structure, electric energy saving, high control precision and the like.)
技术领域
本发明属于自动控制领域，涉及一种耐高压的多功能电磁阀及其控制方法。
背景技术
目前液用电磁阀主要有直动式和先导式。直动式电磁阀，以常闭型为例，常开型与此相反：通电时，电磁线圈产生电磁吸力把阀芯提起，使关闭件离开阀座密封阀门打开；断电时，电磁力消失，靠弹簧力把关闭元件压在阀座上阀门关闭。由于电磁线圈需要克服弹簧力因而体积大，能耗高，而且其可靠性受到流体压强的直接影响。
先导式电磁阀通电时，电磁力驱动先导阀打开先导阀，主阀上腔压力迅速下降，在主阀上下腔内形成压差，依靠介质压力推动主阀关闭件上移，阀门开启；断电时，弹簧力把先导阀关闭，入口介质压力通过先导孔迅速进入主阀上腔在上腔内形成压差，从而使主阀关闭。可见先导式电磁阀不仅容易受到介质压强的影响，而且构造复杂。
此外，目前电磁阀还存在功能单一、结构复杂、体积较大，以及存在渗漏隐患等问题。
发明内容
为了解决上述现有技术不足的问题，本发明提出了一种耐高压的多功能电磁阀及其控制方法，具体技术解决方案为：
一种耐高压的多功能电磁阀及其控制方法，所述电磁阀由阀体、阀芯组件和电磁线圈组件组成，三者为同心圆结构；所述阀芯组件位于阀体内部，电磁线圈组件位于阀体外侧；所述阀体采用整体密封构造，除两端有与外部管道连接的螺纹/法兰外，其他部位无与外部连通的安装、装配孔隙；
所述阀体内部一端为流入腔，另一端为流出腔，中部为止回腔，且流入腔内设有隔片，流出腔内设有挡片，隔片和挡片的中心均设有通孔，并通过螺纹与阀体固定、密封；所述止回腔的外侧有安装电磁线圈组件的线圈台阶；所述流出腔与止回腔通过凹入的腔壁分隔，所述流入腔与止回腔通过所述隔片分隔；所述凹入的腔壁中心设有高精度的滑动孔，腔壁的外侧设有铁芯凹槽，腔壁朝向流出腔一侧的端面为高精度的端壁。
所述阀芯组件包括压簧、密封圈、专用螺丝、导流管、动铁芯、护套和密封垫，所述导流管一端为带卷边的扩口，另一端有带中心孔和内螺纹的封底；所述导流管的管壁上设有泄压孔和多个流出孔；所述动铁芯为圆管结构，套装在所述导流管外，并由导流管及其扩口固定；所述护套包裹在所述动铁芯表面，并与导流管的外壁及其扩口固定连接为整体，将所述动铁芯严密密封，导流管、动铁芯和护套成为一个整体的阀芯滑动头；所述专用螺丝为头部有台阶的大扁头内六角螺丝，其螺纹与所述封底的中心孔内螺纹配合，其头部台阶与所述压簧的内径配合，其螺帽肩部与所述密封圈配合；所述压簧一端卡住所述专用螺丝的螺帽头部台阶，另一端嵌入在所述挡片内侧中心设置的凹台阶内；所述密封圈套在所述封底外，并固定于所述专用螺丝与腔壁之间；所述密封垫设在隔片朝向止回腔的表面。
所述电磁线圈组件由静铁芯、线圈、导线、端盖和外壳组成；所述静铁芯为两组半圆形状，卡固在所述铁芯凹槽处，所述端盖卡固在所述线圈台阶的阴角处；所述线圈为电磁线圈，套在所述静铁芯与端盖之间的线圈台阶上；所述导线与所述线圈电性连接并穿过所述端盖上设置的过线孔与外部电路连接；所述外壳套在静铁芯、线圈和端盖外，并与静铁芯和端盖固定；所述静铁芯、端盖和外壳表面均有防腐装饰膜，所述装饰膜上有铭牌、流体方向和电源标识。
所述挡片为压簧、密封圈和阀芯滑动头的压力调节机构；所述专用螺丝的螺帽直径大于所述滑动孔的孔径，并与所述密封圈配合组成止回阀机构；所述流入腔通过螺纹/法兰与进水管相连，所述流出腔通过螺纹/法兰与出水管相连。
所述导流管具有高精度的外壁，穿插在所述高精度的滑动孔内，两者的间隙允许导流管轴向滑动自由且流体难以通过；所述泄压孔靠近动铁芯布置，连通导流管内部与止回腔；所述阀芯滑动头抵紧所述隔片和密封垫时，所述流出孔被滑动孔的内壁安全遮挡，且密封圈在压簧的作用下与所述端壁紧密贴合，导流管内的流体无法流进流出腔，流出腔内流体也无法流进导流管内。
所述动铁芯、静铁芯、外壳、端盖为高磁导率的材质制成，所述导流管、压簧、阀体、挡片、隔片和护套为耐腐蚀材料制成。
所述隔片和挡片的中心孔孔径和导流管内径均为D1，所述滑动孔的孔径为D2，专用螺丝螺帽的直径为D3，止回腔的内径为D4，流入腔的内径为D5，流出腔的孔径为D6；所述阀芯滑动头的直径为止回腔的内径D4减运动间隙，因运动间隙较小，其值近似为D4；所述导流管的外径为滑动孔的孔径D2减滑动间隙，因滑动间隙极小，其值近似为D2，且具有以下数学关系：D5≥D4＞D3＞D2＞D1，D6＞D3，D42-D22≥D12。
所述导流管扩口正对隔片的中心孔，流入腔与导流管内部连通，其流体压强均为P1；所述止回腔与导流管内部通过泄压孔连通，其水压也为P1；所述阀芯滑动头在流体压强P1作用下产生向流出腔方向的力为F1，向流入腔方向的力F2；所述导流管的封底在流体压强P1作用下产生向流出腔方向的力为F3，所述专用螺丝在流出腔流体压强P2作用下产生向流入腔方向的力为F4；所述压簧的作用力为F5，所述电磁力为F6；
所述线圈断电后，F6为0，在F5作用下阀芯滑动头抵紧密封垫和隔片，F1为0，所述阀芯组件所受向流入腔方向的合力可简化为：
F关＝F5+F4+F2-F3＝F5+πP2×D32/4+πP1×(D42-D22-D12)/4≥F5+πP2×D32/4
所述线圈通电初始时F6为:
F6≥F5+πP2×D32/4+πP1×(D42-D22-D12)/4
阀芯滑动头离开密封垫，密封圈离开端壁后，所述阀芯组件所受向流入腔方向的合力可简化为：
F开＝F6-F5。
与上述现有技术相比，本发明的有益效果包括耐压性好、适用性强、可靠性高、结构简单、节约电能、控制精度高；
第一，为了解决渗漏问题，本发明提出的一种耐高压的多功能电磁阀的阀体采用整体密封构造，除两端有与外部管道连接的螺纹、法兰外，其他部位无与外部连通的安装、装配空隙；
第二，为了解决能耗问题，本发明提出的一种耐高压的多功能电磁阀，其弹簧压力由于与流体压强相关性不大而压力较小，克服弹簧压力的电磁力也因此较小，从而节省能耗；
第三，为了解决耐高压的问题，本发明提出的一种耐高压的多功能电磁阀，流入腔内流体压强越大，其阀芯的密封性能越好，同时，流出腔内的压强越大，阀芯的止回功能也越好，因此该阀门能适用于高、中、低压流体的控制；
第四，为了功能单一的问题，本发明提出的一种耐高压的多功能电磁阀，具有止回阀的功能；
第五，本发明提出的一种耐高压的多功能电磁阀采用同心圆结构，具有构造简单、结构紧促、体积较小、水电隔离、生产便利的等优点；
第六，本发明提出的一种耐高压的多功能电磁阀及其控制方法涉及磁学、流体力学、自动控制等技术领域，通过算法优化，可以提高控制精度。
附图说明
图1阀体纵向断面图；
图2阀芯组件组成示意图；
图3电磁线圈组件组成示意图；
图4为本发明纵向剖面图。
图中：1阀体、2阀芯组件、3电磁线圈组件、4流入腔、5流出腔、6止回腔、7隔片、8挡片、9线圈台阶、10腔壁、11滑动孔、12铁芯凹槽、13端壁、14压簧、15密封圈、16专用螺丝、17导流管、18动铁芯、19护套、20密封垫、21扩口、22封底、23泄压孔、24流出孔、25阀芯滑动头、26静铁芯、27线圈、28导线、29端盖、30外壳。
具体实施方式
下面将结合发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，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，都属于发明保护的范围。
请参阅图1至图4，本发明提供一种技术方案：一种耐高压的多功能电磁阀及其控制方法，所述电磁阀由阀体1、阀芯组件2和电磁线圈组件3组成，三者为同心圆结构；所述阀芯组件2位于阀体1内部，电磁线圈组件3位于阀体1外侧；所述阀体1采用整体密封构造，除两端有与外部管道连接的螺纹/法兰外，其他部位无与外部连通的安装、装配孔隙，从而杜绝了渗漏的隐患，适合高、中、低压强的流体；
所述阀体1内部一端为流入腔4，另一端为流出腔5，中部为止回腔6，且流入腔4内设有隔片7，流出腔内设有挡片8，隔片7和挡片8的中心均设有通孔，并通过螺纹与阀体1固定、密封；所述止回腔6的外侧有安装电磁线圈组件3的线圈台阶9；所述流出腔5与止回腔6通过凹入的腔壁10分隔，所述流入腔4与止回腔6通过所述隔片7分隔；所述凹入的腔壁10中心设有高精度的滑动孔11，腔壁10的外侧设有铁芯凹槽12，腔壁10朝向流出腔5一侧的端面为高精度的端壁13。
所述阀芯组件2包括压簧14、密封圈15、专用螺丝16、导流管17、动铁芯18、护套19和密封垫20，所述导流管17一端为带卷边的扩口21，另一端有带中心孔和内螺纹的封底22；所述导流管17的管壁上设有泄压孔23和多个流出孔24；所述动铁芯18为圆管结构，套装在所述导流管17外，并由导流管17及其扩口21固定；所述护套19包裹在所述动铁芯18表面，并与导流管17的外壁及其扩口21固定连接为整体，将所述动铁芯18严密密封，导流管17、动铁芯18和护套19成为一个整体的阀芯滑动头25；
所述专用螺丝16为头部有台阶的大扁头内六角螺丝，其螺纹与所述封底22的中心孔内螺纹配合，其头部台阶与所述压簧14的内径配合，其螺帽肩部与所述密封圈15配合；
所述压簧14一端卡住所述专用螺丝16的螺帽头部台阶，另一端嵌入在所述挡片8内侧中心设置的凹台阶内；所述密封圈15套在所述封底22外，并固定于所述专用螺丝16与腔壁10之间；所述密封垫20设在隔片7朝向止回腔6的表面。
所述电磁线圈组件3由静铁芯26、线圈27、导线28、端盖29和外壳30组成；所述静铁芯26为两组半圆形状，卡固在所述铁芯凹槽12处，所述端盖29卡固在所述线圈台阶9的阴角处；所述线圈27为电磁线圈，套在所述静铁芯26与端盖29之间的线圈台阶9上；所述导线28与所述线圈27电性连接并穿过所述端盖29上设置的过线孔与外部电路连接；所述外壳30套在静铁芯26、线圈27和端盖29外，并与静铁芯26和端盖29固定；所述静铁芯26、端盖29和外壳30表面均有防腐装饰膜，所述装饰膜上有铭牌、流体方向和电源标识。
所述挡片8为压簧14、密封圈15和阀芯滑动头25的压力调节机构；所述专用螺丝16的螺帽直径大于所述滑动孔11的孔径，并与所述密封圈15配合组成止回阀机构；所述流入腔4通过螺纹/法兰与进水管相连，所述流出腔5通过螺纹/法兰与出水管相连。
所述导流管17具有高精度的外壁，穿插在所述高精度的滑动孔11内，两者的间隙允许导流管17轴向滑动自由且流体难以通过；所述泄压孔23靠近动铁芯18布置，连通导流管17内部与止回腔6；所述阀芯滑动头25抵紧所述隔片7和密封垫20时，所述流出孔24被滑动孔11的内壁安全遮挡，且密封圈15在压簧14的作用下与所述端壁13紧密贴合，导流管17内的流体无法流进流出腔5，流出腔5内流体也无法流进导流管17内。
所述动铁芯18、静铁芯26、外壳30、端盖29为高磁导率的材质制成，所述导流管17、压簧14、阀体1、挡片8、隔片7和护套19为耐腐蚀材料制成。
所述隔片7和挡片8的中心孔孔径和导流管17内径均为D1，所述滑动孔11的孔径为D2，专用螺丝16螺帽的直径为D3，止回腔6的内径为D4，流入腔4的内径为D5，流出腔5的孔径为D6；所述阀芯滑动头25的直径为止回腔6的内径D4减运动间隙，因运动间隙较小，其值近似为D4；所述导流管17的外径为滑动孔11的孔径D2减滑动间隙，因滑动间隙极小，其值近似为D2，且具有以下数学关系：
D5≥D4＞D3＞D2＞D1，
D6＞D3，
D42-D22≥D12。
所述导流管17扩口21正对隔片7的中心孔，流入腔4与导流管17内部连通，其流体压强均为P1；所述止回腔6与导流管17内部通过泄压孔23连通，其水压也为P1；所述阀芯滑动头25在流体压强P1作用下产生向流出腔5方向的力为F1，向流入腔4方向的力F2；所述导流管17的封底22在流体压强P1作用下产生向流出腔5方向的力为F3，所述专用螺丝16在流出腔5流体压强P2作用下产生向流入腔4方向的力为F4；所述压簧14的作用力为F5，所述电磁力为F6；
所述线圈27断电后，F6为0，在F5作用下阀芯滑动头25抵紧密封垫20和隔片7，F1为0，所述阀芯组件2所受向流入腔4方向的合力可简化为：
F关＝F5+F4+F2-F3＝F5+πP2×D32/4+πP1×(D42-D22-D12)/4
D42-D22≥D12
所以：
F关≥F5+πP2×D32/4
F5＞0-πP2×D32/4
可见：
第一，阀门关闭状态的密闭性能与流入腔4的压强P1无关，因此本发明的电磁阀能适用于高、中、低压强的流体；
第二，阀门关闭状态的密闭性能与流出腔5压强P2正相关，因此本发明的电磁阀具有止回阀的功能；
第三，较小的弹簧压力F5就能满足阀门关闭的需要。
进一步地，所述线圈27通电初始时，电磁力F6应为:
F6≥F5+πP2×D32/4+πP1×(D42-D22-D12)/4
阀芯滑动头25离开密封垫20，密封圈15离开端壁13后，所述阀芯组件2所受向流入腔4方向的合力可简化为：
F开＝F1-F2+F3-F4-F5+F6≈F6-F5
由于弹簧压力F5较小，因而电磁力F6也较小，本发明的阀门节能性能突出。
下面结合实施例进行更详细的描述。
实施例1
一种带止回阀的低压水用电磁阀(不大于0.1Mpa)，主体采用ABS注塑制造，动铁芯18采用硅钢片制造，静铁芯26、外壳30和端盖29采用纯铁制造，导流管17、压簧14、挡片8、隔片7和护套19为304不锈钢，且护套19与导流管17通过激光焊接进行密封。有关部位尺寸为：D1＝8.0mm、D2＝10.0mm、D3＝14.0mm、D4＝16.0mm、D5≈18.0mm、D6＝15.0mm。流入腔4通过4分内螺纹与进水管连接，流出腔5通过4分外螺纹与出水管连接。
实施例2
一种带止回阀的中压水用电磁阀(不大于0.6Mpa)，动铁芯18采用硅钢片制造，静铁芯26、外壳30和端盖29采用纯铁制造，阀体1、导流管17、压簧14、挡片8、隔片7、专用螺丝16和护套19为304不锈钢，且护套19与导流管17通过激光焊接进行密封。有关部位尺寸为：D1＝8.0mm、D2＝10.0mm、D3＝14.0mm、D4＝16.0mm、D5≈18.0mm、D6＝15.0mm。流入腔4通过4分内螺纹与进水管连接，流出腔5通过4分外螺纹与出水管连接。
实施例3
一种带止回阀的高压液压油用电磁阀(不大于10.0Mpa)，动铁芯18采用硅钢片制造，静铁芯26、外壳30和端盖29采用纯铁制造，阀体1、导流管17、压簧14、挡片8、隔片7、专用螺丝16和护套19为304不锈钢，且护套19与导流管17通过激光焊接进行密封。有关部位尺寸为：D1＝8.0mm、D2＝10.0mm、D3＝14.0mm、D4＝15.0mm、D5＝16.0mm、D6＝15.0mm。流入腔4通过4分内螺纹与进水管连接，流出腔5通过4分外螺纹与出水管连接。
最后需要说明的是：以上实施例仅说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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