專(zhuān)利名稱：具有兩種液流阻力通道的磁流變液控制閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專(zhuān)利屬于液壓控制閥領(lǐng)域，具體涉及一種具有兩種液流阻力通道的磁流變液控制閥。
背景技術(shù)：
液壓控制閥是液壓系統(tǒng)的核心元件之一。在液壓系統(tǒng)中，液壓控制閥用來(lái)控制液壓系統(tǒng)中液流的壓力、流量及流動(dòng)方向，從而控制液壓執(zhí)行元件的啟動(dòng)、停止，改變運(yùn)動(dòng)的速度、方向、力以及動(dòng)作順序等，以滿足各類(lèi)液壓設(shè)備對(duì)運(yùn)動(dòng)、速度、力和轉(zhuǎn)矩的要求。因此液壓控制閥的性能直接影響到液壓系統(tǒng)的靜特性、動(dòng)特性及工作可靠性。
傳統(tǒng)的液壓控制閥由于存在活動(dòng)的機(jī)械部件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工要求高，容易磨損，因此導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)不可靠，且體積大，成本高，還存在不易控制、響應(yīng)慢、工作噪聲大等問(wèn)題。因此尋求一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、易于控制、響應(yīng)快的液壓控制閥是液壓系統(tǒng)急于解決的問(wèn)題。
隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，尤其是可控制流體(電流變液與磁流變液)的出現(xiàn)，人們開(kāi)始將注意力轉(zhuǎn)向基于可控制流體的液壓伺服系統(tǒng)。與磁流變液相比，由于電流變液存在剪切屈服應(yīng)力小，要求的工作電壓高等缺陷，而磁流變液的屈服應(yīng)力大，響應(yīng)快、工作電壓低、對(duì)污染的不敏感，逐漸被廣大科研人員和工程技術(shù)人員所重視。磁流變液控制閥由于沒(méi)有可移動(dòng)的機(jī)械部件，其通過(guò)的磁流變液的流量可由外加電流控制，因此響應(yīng)速度高，噪聲低，能耗小，工作穩(wěn)定可靠。目前關(guān)于磁流變液控制閥的構(gòu)思多采用單一的液流阻力通道，液流阻力通道的面積小，產(chǎn)生的液流阻力有限。為了實(shí)現(xiàn)磁流變液的有效控制，只有增大結(jié)構(gòu)尺寸和(或)工作電流；同時(shí)還存在閥芯定位復(fù)雜等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有兩種液流阻力通道的磁流變液控制閥。本發(fā)明提出的磁流變液控制閥，同時(shí)采用環(huán)形和圓盤(pán)形液流阻力通道，有效地增加了液流阻力通道的剪切面積，在小的激勵(lì)電流的作用下液流阻力就開(kāi)始變化，對(duì)磁流變液流量的控制范圍擴(kuò)大，確?？刂崎y的能耗較小，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，成本低，且易于控制，響應(yīng)速度快，效率高。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的本磁流變液控制閥包括有缸筒、閥芯、勵(lì)磁線圈和閥端蓋，控制閥的工作介質(zhì)為磁流變液，控制閥通過(guò)兩端閥端蓋上的螺紋與磁流變液壓回路中的管接頭連接，勵(lì)磁線圈繞制在閥芯外的非導(dǎo)磁線架上，勵(lì)磁線圈的引出導(dǎo)線通過(guò)一端端蓋上的小孔引出。本控制閥的獨(dú)特之處是在閥芯與非導(dǎo)磁線架的端面設(shè)置導(dǎo)磁圓盤(pán)，并在導(dǎo)磁圓盤(pán)與該端面之間設(shè)置墊片構(gòu)成間隙，形成圓盤(pán)形液流阻力通道；導(dǎo)磁圓盤(pán)的外環(huán)面與缸筒之間的間隙又形成環(huán)形液流阻力通道，通過(guò)圓盤(pán)形液流阻力通道與閥芯內(nèi)部的中心孔連通，形成一個(gè)完整的液流阻力通道。磁流變液通過(guò)導(dǎo)流裝置流入環(huán)形液流阻力通道，再流進(jìn)圓盤(pán)形液流阻力通道進(jìn)入閥芯的中心孔，由中心孔再流進(jìn)與閥芯另一端相應(yīng)的圓盤(pán)形和環(huán)形液流阻力通道，最后流出。這樣的設(shè)計(jì)可以在不增加閥的外部尺寸、線圈繞組、勵(lì)磁電流以及磁流變液控制閥的能耗的前提下，通過(guò)同時(shí)采用環(huán)形和圓盤(pán)形平面兩種形式的液流阻力通道，增大液流阻力通道的剪切面積，從而增大液流阻力，使磁流變液控制閥對(duì)磁流變液流量的控制范圍更寬。
為了進(jìn)一步增加液流阻力，可以根據(jù)需要產(chǎn)生液流阻力的大小，將勵(lì)磁線圈、非導(dǎo)磁線架和閥芯設(shè)置至少兩組，組與組之間由導(dǎo)磁圓盤(pán)和墊片隔開(kāi)，導(dǎo)磁圓盤(pán)與每一組的非導(dǎo)磁線架之間都形成有圓盤(pán)形液流阻力通道，與缸筒內(nèi)壁形成環(huán)形液流阻力通道，這樣環(huán)形液流阻力通道、圓盤(pán)形液流阻力通道和閥芯內(nèi)部的中心孔依次連通(首尾相通)，形成一個(gè)完整的液流阻力通道。
磁流變液控制閥還在導(dǎo)磁圓盤(pán)與閥端蓋之間設(shè)置定位塊作為精密定位裝置，定位塊與缸筒之間采用精密定位的過(guò)渡配合，定位塊上有均勻分布的導(dǎo)流孔，定位塊由定位銷(xiāo)與閥芯連接。使環(huán)形液流阻力通道的間隙由定位塊與缸筒之間的精密定位配合和定位塊與導(dǎo)磁圓盤(pán)的定位銷(xiāo)連接保證。
磁流變液控制閥的導(dǎo)磁圓盤(pán)是通過(guò)不導(dǎo)磁連接銷(xiāo)與閥芯連接的，套在連接銷(xiāo)上的墊片也采用不導(dǎo)磁材料。這樣通過(guò)定位和隔磁設(shè)計(jì)保證了液流阻力間隙的尺寸和磁場(chǎng)盡可能的在液流阻力間隙的分布，充分發(fā)揮磁場(chǎng)對(duì)磁流變液的作用。
另外，本控制閥還有以下細(xì)節(jié)上的改進(jìn)在導(dǎo)磁圓盤(pán)與定位塊之間設(shè)置有具有錐形導(dǎo)流面的導(dǎo)向塊，導(dǎo)磁圓盤(pán)的端面與導(dǎo)向塊結(jié)合的邊緣設(shè)計(jì)為圓角過(guò)渡，使磁流變液從管接頭處流進(jìn)，通過(guò)定位塊上均勻分布的四個(gè)小孔，沿著導(dǎo)向器的錐形導(dǎo)向面、導(dǎo)磁圓盤(pán)兩端設(shè)計(jì)的圓角能順利地流進(jìn)環(huán)形液流阻力通道，避免紊流的產(chǎn)生。
非導(dǎo)磁線架兩端與缸筒之間采用密封圈密封，在線架開(kāi)槽一端的密封圈被切斷，導(dǎo)線從切斷處擠壓引出，再采用密封膠密封，以保證液體從環(huán)形液流阻力通道完全流入圓盤(pán)形液流阻力通道，而不進(jìn)入繞線槽。閥端蓋與缸筒采用螺紋連接，并用密封圈密封，以保證更高的使用可靠性。
本磁流變液控制閥的閥芯和缸筒采用磁導(dǎo)率高、矯頑力低的低碳鋼材料，定位塊、導(dǎo)向塊和墊片都采用非導(dǎo)磁材料。
本磁流變液控制閥為雙向控制閥，任意一端都可以成為進(jìn)液孔，另外一端則自然成為出液孔。
本發(fā)明專(zhuān)利的優(yōu)點(diǎn)
1.本控制閥通過(guò)控制勵(lì)磁線圈電流的大小來(lái)控制通過(guò)閥的磁流變液的流量，無(wú)移動(dòng)的機(jī)械部件，相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械閥，磁流變液控制閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，易于控制，響應(yīng)速度快，工作噪聲低，耐磨損，可靠性高，成本低。
2.本控制閥在不增加閥的外部尺寸、線圈繞組、勵(lì)磁電流以及磁流變液控制閥的能耗的前提下，同時(shí)采用環(huán)形和圓盤(pán)形兩種形式的液流阻力通道，增大了液流阻力通道的剪切面積，從而增大了液流阻力，使磁流變液控制閥對(duì)磁流變液流量的控制范圍更寬。在磁流變液控制閥用于旁路減振的可控阻尼器系統(tǒng)時(shí)，可增加可控阻尼力的控制范圍。在磁流變閥當(dāng)開(kāi)關(guān)閥使用時(shí)，提高了閥工作效率。在作為比例控制閥使用時(shí)，可以更精確地控制磁流變液的流量。
3.磁流變液控制閥的定位裝置簡(jiǎn)單，通過(guò)定位塊與缸筒的過(guò)渡配合，定位銷(xiāo)連接定位塊與閥芯，保證了閥芯與缸筒之間間隙的徑向尺寸均勻，充分發(fā)揮磁場(chǎng)對(duì)磁流變液的作用，通過(guò)導(dǎo)磁圓盤(pán)和閥芯之間的墊片的厚度保證圓盤(pán)形液流阻力通道的間隙，這樣的定位可靠，適于批量化生產(chǎn)，成本低。
4.定位塊上均勻分布的導(dǎo)流孔與具有錐形導(dǎo)向面的導(dǎo)向塊可以保證磁流變液通暢均勻地流向閥芯與缸筒之間的間隙，并且對(duì)導(dǎo)磁圓盤(pán)兩端采用圓角，使磁流變液順利地流進(jìn)或(和)流出液流阻力通道，避免紊流的產(chǎn)生。
5.本控制閥采用一些非導(dǎo)磁的材料作為隔磁，如墊片、連接銷(xiāo)、線架等，保證了磁場(chǎng)盡可能的分布在液流阻力通道，更充分發(fā)揮磁場(chǎng)對(duì)磁流變液的作用，有效地控制磁流變液的流量，降低磁流變液控制閥的能耗。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖2是本發(fā)明的磁路發(fā)生圖。
圖3是本發(fā)明的磁流變液的液流方向圖(從左向右)。
圖4是本發(fā)明定位裝置剖視圖。
圖5是圖4的A-A剖面圖。
圖6是具有兩個(gè)勵(lì)磁線圈的磁流變液控制閥的結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖7是本發(fā)明在磁流變液壓執(zhí)行器系統(tǒng)中應(yīng)用的原理框圖。
圖8是本發(fā)明用于構(gòu)成可控阻尼器系統(tǒng)的原理框圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步說(shuō)明附圖中1為引出導(dǎo)線，2為導(dǎo)向塊，3為引出導(dǎo)線端的導(dǎo)磁圓盤(pán)，4為環(huán)形液流阻力通道，5為不導(dǎo)磁墊片，6為連接銷(xiāo)，7為閥芯，8為密封圈，9為定位銷(xiāo)，10為定位塊，11為閥端蓋，12為端蓋與缸筒之間的密封圈，13為導(dǎo)磁圓盤(pán)，14為圓盤(pán)形液流阻力通道，15為缸筒，16為勵(lì)磁線圈，17為非導(dǎo)磁線架，18為線架引出導(dǎo)線一邊的密封圈，19為引出導(dǎo)線一邊閥端蓋，20為進(jìn)液孔，21為導(dǎo)流孔，22磁流變液，23為出液孔，24為閥芯中心孔參照附圖1，為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)剖視圖，控制閥的工作介質(zhì)為磁流變液22，控制閥由兩端閥端蓋11和19上的螺紋孔與磁流變液壓回路中的管接頭連接，勵(lì)磁線圈16繞制在閥芯7外的非導(dǎo)磁線架17上。在閥芯7與非導(dǎo)磁線架17的端面設(shè)置有導(dǎo)磁圓盤(pán)3和13，在導(dǎo)磁圓盤(pán)3、13與閥端蓋11、19之間設(shè)置定位塊10作為精密定位裝置，其中定位塊10與導(dǎo)磁圓盤(pán)3和13分別通過(guò)定位銷(xiāo)9連接，導(dǎo)磁圓盤(pán)3、13與閥芯7通過(guò)兩個(gè)對(duì)稱的不導(dǎo)磁的連接銷(xiāo)6連接，套在不導(dǎo)磁的連接銷(xiāo)6上的間隙中間的不導(dǎo)磁墊片5保證圓盤(pán)形液流阻力通道14的間隙尺寸。非導(dǎo)磁線架17兩端與缸筒之間采用O型密封圈8、18密封，在線架開(kāi)槽一端的密封圈18被切斷，引出導(dǎo)線1從切斷處擠壓引出，再采用密封膠密封。閥端蓋11和19與缸筒15采用螺紋連接，并用O型密封圈12密封。
參照附圖2，為本發(fā)明的磁路發(fā)生圖。如圖中所示帶箭頭的封閉磁力線，依次經(jīng)過(guò)閥芯7，圓盤(pán)形液流阻力通道14，導(dǎo)磁圓盤(pán)13、3，環(huán)形液流阻力通道4和缸筒15。其中閥芯7、導(dǎo)磁圓盤(pán)13、3、缸筒15作為磁路的一部分，采用磁導(dǎo)率高、矯頑力低的低碳鋼。作為隔磁元件的連接銷(xiāo)6、墊片5和非導(dǎo)磁線架17采用不導(dǎo)磁材料，確保磁路沿著圖中所示的方向，并保證液流阻力通道內(nèi)磁場(chǎng)的強(qiáng)度足夠大，充分發(fā)揮磁場(chǎng)對(duì)磁流變液的阻礙作用。磁力線方向與液體在液流阻力通道中的流向是垂直的，保證在一定的勵(lì)磁電流和能耗的情況下獲得最大液流阻力。導(dǎo)磁圓盤(pán)13、3兩端設(shè)計(jì)為圓角，減少磁流變液在進(jìn)入或(和)流出液流阻力通道時(shí)紊流現(xiàn)象的產(chǎn)生。
參照附圖3，為本發(fā)明的磁流變液的液流方向圖。磁流變液從進(jìn)液孔20流進(jìn)，經(jīng)過(guò)定位塊10上均勻分布的四個(gè)導(dǎo)流孔21，沿著導(dǎo)向塊2的錐形導(dǎo)向面流入環(huán)形液流阻力通道4，再進(jìn)入圓盤(pán)形液流阻力通道14，流入閥芯的中心孔24，由中心孔再流進(jìn)閥芯另一端相應(yīng)的液流阻力通道，最后從出液孔23流出。該閥是雙向控制閥，帶箭頭曲線為磁流變液在閥內(nèi)的一種走向，另外，也可以改變流進(jìn)和流出的方向，不影響其功能的發(fā)揮。
參照附圖4和圖5，為本發(fā)明的定位裝置圖。閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)的軸向定位通過(guò)定位塊10與閥端蓋19、11的臺(tái)階接觸保證，環(huán)形液流阻力通道4的徑向尺寸由定位塊10與缸筒15的精密定位配合保證，定位塊10與導(dǎo)磁圓盤(pán)3、13通過(guò)定位銷(xiāo)9連接。在定位塊10上均勻分布四個(gè)沉孔，為導(dǎo)流孔21，磁流變液從入口處流經(jīng)這四個(gè)小孔，順著錐形導(dǎo)流面進(jìn)入環(huán)形液流阻力通道。
參照附圖6，為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)擴(kuò)展圖。該擴(kuò)展的磁流變液控制閥同時(shí)具有兩個(gè)勵(lì)磁線圈。該擴(kuò)展的磁流變液控制閥增加了一導(dǎo)磁圓盤(pán)、連接銷(xiāo)、閥芯、不導(dǎo)磁線架和一組勵(lì)磁線圈由此增加了兩個(gè)圓盤(pán)形液流阻力通道和一環(huán)形液流阻力通道，能產(chǎn)生更大的液流阻力。兩不導(dǎo)磁線架一端采用O型密封圈密封，另一端采用密封膠密封。為了減小尺寸，也可兩端同時(shí)采用密封膠密封。當(dāng)然，根據(jù)使用需要，還可以增加導(dǎo)磁圓盤(pán)的個(gè)數(shù)。每增加一導(dǎo)磁圓盤(pán)，將增加兩平面液流阻力通道和一環(huán)形液流阻力通道。其液流方向和磁場(chǎng)發(fā)生圖類(lèi)似于圖3和圖2，在本圖中，帶箭頭不規(guī)則曲線為液流方向，液體的流向也是雙向的；帶箭頭規(guī)則曲線為磁力線方向。
參照附圖6，為本磁流變液控制閥的應(yīng)用實(shí)例，是由磁流變液控制閥組成的橋式閥路，其中A、B、C、D為磁流變液控制閥，成對(duì)角線的為一組。當(dāng)磁流變閥的勵(lì)磁線圈電流達(dá)到最大值時(shí)(磁場(chǎng)達(dá)到飽和時(shí)的電流)，磁流變液控制閥對(duì)通過(guò)的磁流變液的液流阻力最大。成對(duì)角線的一組閥處于電流最大狀態(tài)，另一組處于電流最小狀態(tài)時(shí)(電流為零)，可以近似為一組閥關(guān)閉，另一組閥開(kāi)啟。這樣切換兩組閥的狀態(tài)，在泵的驅(qū)動(dòng)下，液體流動(dòng)的方向發(fā)生改變，改變執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)方向。由于磁流變液控制閥的響應(yīng)速度為毫秒數(shù)量級(jí)，可以提高整個(gè)液壓系統(tǒng)的響應(yīng)速度。加上反饋控制，可以利用執(zhí)行器達(dá)到精確定位的目的。
參照附圖7，為本磁流變液控制閥作為旁路減振器的應(yīng)用。磁流變液控制閥E的液流阻力通道在線圈通電時(shí)可充當(dāng)旁路式磁流變可控阻尼器系統(tǒng)的阻尼力通道。
權(quán)利要求
1.具有兩種液流阻力通道的磁流變液控制閥，包括有缸筒、閥芯、勵(lì)磁線圈和閥端蓋，控制閥的工作介質(zhì)為磁流變液，控制閥通過(guò)兩端閥端蓋上的螺紋與磁流變液壓回路中的管接頭連接，勵(lì)磁線圈繞制在閥芯外的線架上，勵(lì)磁線圈的引出導(dǎo)線引出閥體，其特征在于在閥芯與非導(dǎo)磁線架的端面設(shè)有導(dǎo)磁圓盤(pán)，并在導(dǎo)磁圓盤(pán)與該端面之間設(shè)置墊片構(gòu)成間隙，形成圓盤(pán)形液流阻力通道，導(dǎo)磁圓盤(pán)的外環(huán)面與缸筒之間又形成環(huán)形液流阻力通道，通過(guò)圓盤(pán)形液流阻力通道與閥芯內(nèi)部的中心孔連通，形成一個(gè)完整的液流通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變液控制閥，其特征在于勵(lì)磁線圈、非導(dǎo)磁線架和閥芯可以設(shè)置兩組或更多，組與組之間由導(dǎo)磁圓盤(pán)和墊片隔開(kāi)，導(dǎo)磁圓盤(pán)與每一組的非導(dǎo)磁線架之間都形成圓盤(pán)形液流阻力通道，與缸筒形成環(huán)形液流阻力通道，兩種形式的液流阻力通道和閥芯內(nèi)部的中心孔首尾連通，形成一個(gè)完整的液流通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁流變液控制閥，其特征在于在導(dǎo)磁圓盤(pán)與閥端蓋之間設(shè)置定位塊作為精密定位裝置，定位塊與缸筒之間采用精密定位的過(guò)渡配合，定位塊由定位銷(xiāo)與閥芯連接，保證導(dǎo)磁圓盤(pán)與缸筒之間間隙具有均勻的徑向尺寸，定位塊上有均勻分布的導(dǎo)流孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁流變液控制閥，其特征在于導(dǎo)磁圓盤(pán)通過(guò)不導(dǎo)磁連接銷(xiāo)與閥芯連接，墊片套在不導(dǎo)磁連接銷(xiāo)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁流變液控制閥，其特征在于在導(dǎo)磁圓盤(pán)與定位塊之間設(shè)置有具有錐形導(dǎo)流面的導(dǎo)向塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁流變液控制閥，其特征在于導(dǎo)磁圓盤(pán)的端面與導(dǎo)向塊結(jié)合的邊緣設(shè)計(jì)為圓角過(guò)渡。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁流變液控制閥，其特征在于非導(dǎo)磁線架兩端與缸筒之間采用密封圈密封。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁流變液控制閥，其特征在于所述的閥芯和缸筒采用磁導(dǎo)率高、矯頑力低的低碳鋼材料，定位塊、導(dǎo)向塊、墊片采用非導(dǎo)磁材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述磁流變液控制閥，其特征在于閥端蓋與缸筒采用螺紋連接，并用密封圈密封。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有兩種液流阻力通道的磁流變液控制閥，用于對(duì)磁流變液的流動(dòng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)和/或開(kāi)關(guān)控制。本磁流變液控制閥同時(shí)采用環(huán)形和圓盤(pán)形液流阻力通道，以缸筒、環(huán)形液流阻力通道、導(dǎo)磁圓盤(pán)和圓盤(pán)形液流阻力通道為磁場(chǎng)發(fā)生的外磁路，閥芯為磁場(chǎng)發(fā)生的內(nèi)磁路。環(huán)形液流阻力通道的間隙由定位塊與缸筒的精密過(guò)渡定位配合和定位塊與導(dǎo)磁圓盤(pán)通過(guò)定位銷(xiāo)連接保證。圓盤(pán)形液流阻力通道的厚度由套在連接導(dǎo)磁圓盤(pán)與閥芯的連接銷(xiāo)上的墊片保證，連接銷(xiāo)和墊片均為不導(dǎo)磁材料。本磁流變液控制閥在較小電流的作用下能產(chǎn)生較大的液流阻力，保證磁流變液控制閥流量控制的范圍大，且能耗小，結(jié)構(gòu)尺寸小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于批量化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)F15B21/02GK1584347SQ20041002265
公開(kāi)日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2004年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月28日
發(fā)明者王代華, 艾紅霞 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)