本發(fā)明涉及液壓元件，更具體地涉及基于氣隙組合方式的永磁彈簧直動(dòng)式溢流閥。

背景技術(shù)：

溢流閥作為伺服能源的壓力調(diào)節(jié)元件，主要作用在于定壓和溢流，當(dāng)作為安全閥使用時(shí)也可以起到防止過載和安全防護(hù)的作用。直動(dòng)式溢流閥是依靠系統(tǒng)中的壓力油直接作用在閥芯上與彈簧力等相平衡，以控制閥芯的啟閉動(dòng)作。溢流閥大多使用螺旋壓縮彈簧作為調(diào)壓元件和復(fù)位元件。螺旋壓縮彈簧存在疲勞斷裂、氫脆斷裂、腐蝕斷裂、松弛、塑性變形、永久變形等失效模式，一旦彈簧失效發(fā)生斷裂或松弛、卡死等故障，將會使液壓系統(tǒng)失壓，導(dǎo)致所關(guān)聯(lián)的操縱系統(tǒng)失控，對于航天伺服系統(tǒng)可能帶來更嚴(yán)重的災(zāi)難性后果。

永磁彈簧是利用永磁體間的磁力-氣隙特性實(shí)現(xiàn)類似金屬彈簧的磁力-氣隙性能，結(jié)構(gòu)上的非接觸特點(diǎn)使其具有可動(dòng)件質(zhì)量小、無磨損、功耗低、壽命長、噪音小和無需潤滑等優(yōu)點(diǎn)。

近年來，隨著高性能磁鐵材料的不斷涌現(xiàn)，永磁彈簧的低成本、小體積、大推力以及優(yōu)良耐循環(huán)沖擊的性能優(yōu)勢更加凸顯，使它有望取代機(jī)械彈簧用于快速機(jī)械響應(yīng)機(jī)構(gòu)，在機(jī)械、化工、汽車、電力、國防和核工業(yè)等很多工程領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，同時(shí)它對提高設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)速度與精度，并使設(shè)備適應(yīng)特殊工作環(huán)境具有重要意義。

在液壓領(lǐng)域，目前已經(jīng)存在利用磁力彈簧之間的吸引力設(shè)計(jì)永磁式單向閥和永磁式卸荷閥。另外，也有人對基于永磁壓縮彈簧的直動(dòng)式溢流閥進(jìn)行了理論與實(shí)驗(yàn)研究，但沒有相關(guān)產(chǎn)品，其通過采用永磁彈簧代替螺旋壓縮彈簧，避免了上述失效或卡死等故障。然而，該基于永磁壓縮彈簧的直動(dòng)式溢流閥的永磁彈簧剛度很大，在溢流閥開啟時(shí)會引起閥芯抖動(dòng)，這會引起很大的壓力波動(dòng)，從而影響啟閉特性與穩(wěn)壓性能。另外，受到溢流閥質(zhì)量體積的約束，永磁壓縮彈簧的彈簧力受到了限制，只能滿足一定范圍內(nèi)的溢流閥工作壓力要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上問題，本發(fā)明提供了一種基于氣隙組合方式的永磁彈簧直動(dòng)式溢流閥，其通過在閥芯的兩端增加一對永磁體，使得吸力和斥力組合作用以形成彈簧力，通過調(diào)整永磁體體積和永磁體之間的氣隙獲得理想的剛度曲線，并減小開啟時(shí)彈簧力的變化，從而減小溢流閥壓力波動(dòng)；而且還能夠?qū)崿F(xiàn)在更小的體積下滿足永磁彈簧力的要求，從而增大溢流閥的推重比，使得溢流閥的結(jié)構(gòu)更加緊湊。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種永磁彈簧直動(dòng)式溢流閥，包括：

永磁彈簧組件，所述永磁彈簧組件包括兩個(gè)永磁基座和閥芯，所述兩個(gè)永磁基座包括分別設(shè)置在所述閥芯的上方和下方的上永磁基座和下永磁基座，其中所述閥芯與所述上永磁基座之間形成第一作用力并且所述閥芯與所述下永磁基座之間形成第二作用力，所述第一作用力與所述第二作用力的合力形成所述永磁彈簧組件的彈簧力，用于與液壓力同時(shí)作用于所述閥芯以開啟和關(guān)閉所述溢流閥。

根據(jù)實(shí)施例，本發(fā)明的永磁彈簧直動(dòng)式溢流閥還包括：

上蓋和閥體，所述上蓋和所述閥體密封連接以形成用于安裝所述永磁彈簧組件的腔體，其中所述上永磁基座可移動(dòng)地設(shè)置在所述腔體的頂部，以與所述閥芯之間形成第一氣隙，并且所述下永磁基座固定在所述腔體的底部，以與所述閥芯之間形成第二氣隙。

根據(jù)實(shí)施例，本發(fā)明的永磁彈簧直動(dòng)式溢流閥還包括：

調(diào)節(jié)螺釘，所述調(diào)節(jié)螺釘設(shè)置在所述上蓋，用于調(diào)節(jié)所述上永磁基座的位置以改變所述第一氣隙的大小。

根據(jù)實(shí)施例，本發(fā)明的永磁彈簧直動(dòng)式溢流閥還包括：

緊固螺母，所述緊固螺母與所述調(diào)節(jié)螺釘螺紋連接，用于固定上永磁基座的位置。

根據(jù)實(shí)施例，本發(fā)明的永磁彈簧直動(dòng)式溢流閥還包括：

入口，所述入口設(shè)置在所述閥體上并且與所述腔體連通，用于在液體流經(jīng)所述進(jìn)口時(shí)形成液壓力；以及

出口，所述出口設(shè)置在所述閥體上并且與所述腔體連通，用于在所述液壓力大于所述彈簧力以使所述閥芯運(yùn)動(dòng)時(shí)，與所述入口連通以實(shí)現(xiàn)溢流。

根據(jù)實(shí)施例，其中，所述第一作用力是斥力并且所述第二作用力是吸引力。

根據(jù)實(shí)施例，其中，所述上永磁基座與所述閥芯是同名磁體并且所述下永磁基座與所述閥芯是異性永磁體，以使得所述第一作用力是斥力并且所述第二作用力是吸引力。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于氣隙組合的永磁彈簧直動(dòng)式溢流閥的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于氣隙組合的永磁彈簧直動(dòng)式溢流閥的永磁彈簧組件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是用于說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于氣隙組合的永磁彈簧直動(dòng)式溢流閥的閥芯受力情況的示意圖。

具體實(shí)施方式

以下參照附圖具體說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于氣隙組合的永磁彈簧直動(dòng)式溢流閥。

圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于氣隙組合的永磁彈簧直動(dòng)式溢流閥的結(jié)構(gòu)。圖2進(jìn)一步示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于氣隙組合的永磁彈簧直動(dòng)式溢流閥的永磁彈簧組件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是用于說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于氣隙組合的永磁彈簧直動(dòng)式溢流閥的閥芯受力情況的示意圖。如圖1-3所示，本實(shí)施例中的永磁彈簧直動(dòng)式溢流閥包括：永磁彈簧組件4、5、7，其包括兩個(gè)永磁基座4、7和閥芯5，兩個(gè)永磁基座4、7包括分別設(shè)置在閥芯5的上方和下方的上永磁基座4和下永磁基座7。

如圖2-3所示，閥芯5與上永磁基座4之間形成第一作用力F₁，并且與下永磁基座7之間形成第二作用力F₂，第一作用力F₁與第二作用力F₂的合力形成永磁彈簧組件的彈簧力，用于與液壓力F_p同時(shí)作用于閥芯5以開啟和關(guān)閉溢流閥。

如圖1-2所示，本實(shí)施例中的永磁彈簧直動(dòng)式溢流閥還包括上蓋3和閥體6，所述上蓋3和所述閥體6密封連接以形成用于安裝永磁彈簧組件的腔體，其中上永磁基座4可移動(dòng)地設(shè)置在腔體的頂部，以與閥芯5形成第一氣隙L_g1，并且下永磁基座7固定在腔體的底部，以與閥芯5形成第二氣隙L_g2。

如圖1-2所示，本實(shí)施例中的永磁彈簧直動(dòng)式溢流閥還包括調(diào)節(jié)螺釘1，其設(shè)置在上蓋3上，用于調(diào)節(jié)上永磁基座4的位置以改變第一氣隙Lg1的大小。

如圖1所示，本發(fā)明的永磁彈簧直動(dòng)式溢流閥還包括緊固螺母2，其與調(diào)節(jié)螺釘1螺紋連接，用于固定上永磁基座4的位置。

如圖1所示，本實(shí)施例中的永磁彈簧直動(dòng)式溢流閥還包括：

入口8，其設(shè)置在閥體6上并且與腔體連通，用于在液體流經(jīng)入口時(shí)形成液壓力F_p；以及

出口9，其設(shè)置在閥體6上并且與腔體連通，用于在液壓力F_p大于彈簧力F₁+F₂以使閥芯5運(yùn)動(dòng)時(shí)，與入口8連通以實(shí)現(xiàn)溢流。

在本實(shí)施例中，上永磁基座4與閥芯5是同名磁體并且下永磁基座7與閥芯5是異性永磁體，以使得第一作用力F₁是斥力并且第二作用力F₂是吸引力。

具體地，第一和第二作用力的合力是關(guān)閉閥口的力，構(gòu)成了永磁彈簧組件的彈簧力，與閥芯5受到的液壓力相平衡。當(dāng)入口壓力P_s較低時(shí)，作用在閥芯5上的力還不足以克服永磁彈簧組件的作用力時(shí)，閥芯5處在腔體的最下端，閥口關(guān)閉，將入口與出口隔斷。當(dāng)入口壓力P_s不斷增高達(dá)到調(diào)定壓力，作用在閥芯5上的壓力差大于永磁彈簧力時(shí)，閥芯5被推動(dòng)，并在某一位置達(dá)到平衡，入口8和出口9相通，實(shí)現(xiàn)溢流，入口壓力保持恒定。此時(shí)入口壓力和彈簧力相平衡，為一個(gè)確定的值，這就是溢流閥的定壓原理。系統(tǒng)的液體經(jīng)過高壓供給管路后，不是所有的壓力都被利用了，有一部分要隨回路返回到液壓單元，由此形成了出口壓力P_t，一般來說，出口壓力P_t要比入口壓力P_s低很多。通過調(diào)節(jié)螺釘1的旋入和旋出微調(diào)上永磁基座4的位置，改變永磁基座和閥芯之間的氣隙間距，進(jìn)而調(diào)整設(shè)定壓力。

上永磁基座4和閥芯5之間產(chǎn)生斥力F₁，組成了斥力永磁體，下永磁基座7和閥芯5之間產(chǎn)生吸引力F₂，組成了吸引力永磁體。閥芯5因受到液壓力而提升時(shí)，上永磁基座4與閥芯5之間的氣隙L_g1減小，F(xiàn)₁增大，下永磁基座7與閥芯5之間的氣隙L_g2增大，F(xiàn)₂減小，吸引力和斥力隨著氣隙的改變使得彈簧力和彈簧剛度發(fā)生改變的方式即為氣隙組合方式。

閥口開度為x，達(dá)到調(diào)定壓力時(shí)x變化非常小，因而斥力彈簧的剛度可以認(rèn)為是不變的，為k₁，吸引力彈簧的剛度也可以認(rèn)為是不變的，為k₂。

如圖3所示，當(dāng)閥芯5剛好要推動(dòng)時(shí)，閥芯5受力方程為

F₁+F₂＝F_p (1)

F₁+k₁x+F₂-k₂x+F_d＝F_p+ΔF_p (2)

其中F_d是液動(dòng)力，其是液體經(jīng)過閥口時(shí)，由于流動(dòng)方向和流速的變化造成液體動(dòng)量的改變，而使閥芯受到的附加作用力。F_p是閥芯剛推動(dòng)時(shí)的液壓力，ΔF_p是閥芯推動(dòng)后增加的液壓力。(1)和(2)聯(lián)立得到

(k₁-k₂)x+F_d＝ΔF_p (3)

基于氣隙組合的永磁彈簧組件的總剛度K＝k₁-k₂，相對于永磁壓縮彈簧，基于氣隙組合的永磁彈簧組件可以在不改變彈簧力大小的情況下，通過調(diào)整永磁體體積和氣隙來調(diào)整k₁和k₂，繼而得到理想的彈簧總剛度K，這是永磁壓縮彈簧所不具備的。而且增大K₂的值也可以抵消一部分液動(dòng)力F_d。

綜上所述，本發(fā)明提供了一種基于氣隙組合的永磁彈簧直動(dòng)式溢流閥，由于螺旋壓縮彈簧的剛度與線徑和工作圈數(shù)有關(guān)，要想達(dá)到一定推力需要螺旋壓縮彈簧體積較大，而本發(fā)明的永磁彈簧可在較小的磁體間隙獲得較大的推力，從而減小了元件的質(zhì)量和所占的體積，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)小型化和輕量化。并且，基于氣隙組合的永磁彈簧組件的永磁體分布在閥芯兩端，而永磁壓縮彈簧的永磁體只分布在閥芯的上端，在產(chǎn)生相同的彈簧力下，基于氣隙組合的永磁彈簧組件的直徑比永磁壓縮彈簧小得多，結(jié)構(gòu)顯得更緊湊。另外，如上所述，本發(fā)明的基于氣隙組合的永磁彈簧直動(dòng)式溢流閥可以補(bǔ)充部分液動(dòng)力，從而減小壓力波動(dòng)。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。