一种二维先导电磁插装阀
技术领域
本实用新型属于流体传动及控制领域中的液压控制元件，具体涉及一种二维先导式电磁插装阀。
背景技术
近年来，利用伺服螺旋机构原理工作的二维电液开关阀具有阀芯转动和轴向移动的双自由度、控制灵活、精度高、频响快、低滞环、泄漏量小、结构简单等优点，目前主要在航空航天、液压工业等领域。
近年来，液压插装阀技术发展迅速，插装阀不仅从连接方式上改变了的板式阀的系统结构，而且插装阀结构简单、占用体积小，并且解决了系统外泄漏的问题。经过广泛的采用，插装阀逐渐形成了品种系列，有一定的互换性。目前来说，电磁插装阀是插装阀的主要一类，依靠电磁铁直推阀芯克服弹簧力实现工作要求，但是这种实现方式受到直推电磁铁的限制，导致阀芯推力不足，对油液污染敏感，电磁铁功耗较大等。
发明内容
为了克服目前市场上电磁插装阀受电磁铁体积、功耗限制，导致阀芯推力不足，尤其是高压工况下难以工作，对油液污染敏感等问题，本实用新型提出了一种用二维微型集成式二维电磁开关阀作为先导阀，推动阀芯运动的二维先导式电磁插装阀，本实用新型具有电磁铁功耗小、质量轻、响应快、直推驱动力大等优点。
本实用新型采用的技术方案如下：
一种二维先导电磁插装阀，其特征在于：包括外壳、扭簧、线圈、线圈保持架、定子、衔铁、第一引油块、第二引油块、阀套、阀芯、限位环、插销等。扭簧一端插入外壳凸柱台阶面的卡槽，另一端插入衔铁左端的矩形卡槽；线圈缠绕在线圈保持架上并放置在定子上，一同插入外壳内并固定，外壳通过螺纹与定子连接；第一引油块、第二引油块的一端分别与定子圆形卡槽过盈连接，另一端与阀套左端面上的圆形安装槽过盈连接；衔铁可转动地设置在定子内，阀套左端面通过螺钉与定子的方形端面固定连接，阀芯可轴向移动地设置在阀套内，限位环固连在阀套右端阶梯孔内，插销插入阀套与限位环的径向通孔中。
所述外壳为圆柱形，外壳通过螺纹与定子连接，外壳内的凸柱为阶梯形，凸柱右端台阶面上设有一个扭簧卡槽，用于固定扭簧一端。
所述定子外部为阶梯圆柱形，从左往右依次为第一圆柱、第二圆柱与第三圆柱，右侧凸出为方形端面，第一圆柱外侧与外壳内侧为线圈、线圈保持架提供安装空间，第一圆柱内壁沿轴向设有一对轴对称的直槽；第二圆柱外圆设有螺纹，定子通过螺纹与外壳连接，第二圆柱内壁设有斜孔为定子流道，右端面沿轴向设有一对轴对称的圆形卡槽；第三圆柱内圆设有多个均布的内齿；方形端面通过螺钉与阀套左端面连接。
所述衔铁的右侧为圆盘状，圆盘外圆设有多个均布的外齿，衔铁外齿与定子内齿数量相同及分布状态一致，衔铁外齿与定子内齿配合在线圈通电情况下导磁产生周向切向力，周向切向力对衔铁中心产生力矩使其周向转动；圆盘端面沿轴向设有四个中心对称、均匀分布的圆形通孔，用于沟通衔铁圆盘两端的油液；第一引油块、第二引油块插入对应的圆形通孔并在衔铁发生旋转时限制衔铁旋转最大角度，第一引油块中心沿轴向设有引油流道，定子流道通过引油流道、阀套流道、第一环形槽、与阀套第一高压孔沟通。衔铁设有阶梯自左向右依次为第一阶梯和第二阶梯，第一阶梯表面沿轴向设有一个矩形卡槽、一对轴对称的高压槽和一对轴对称的低压孔，且高压槽与低压孔交替设置，扭簧的一端插入矩形卡槽固定，衔铁中心沿轴向设有第一中心流道，圆盘右侧设有一对轴对称的低压通孔，第一中心流道左端与低压孔沟通，右端与低压通孔沟通。
外壳、定子、衔铁采用导磁材料。
所述阀套左侧凸出为矩形端面，矩形端面通过螺钉与定子方形端面连接，阀套左端面沿轴向设有一对轴对称的圆形安装槽，与第一引油块对应连接的圆形安装槽底部设有斜孔为阀套流道，阀套流道沟通第一环形槽与引油流道，阀套左端面沿轴向设有一对与圆形安装槽周向错开90度的低压流道，低压流道与回油口沟通，阀套从左往右依次设有第一环形槽、回油口、出油口、径向通孔，阀套右端面设有进油口。
所述阀芯设有台肩从左向右依次为第一台肩、第二台肩、第三台肩与第四台肩。第一台肩与第二台肩之间设有一对轴对称的第一高压孔，第三台肩与第四台肩之间设有四个中心对称、分布均匀的第二高压孔，阀芯中心沿轴向设有第二中心流道，第二中心流道与第一高压孔、第二高压孔沟通，右端与进油口沟通。
衔铁可转动地设置在定子内。衔铁左端面和外壳凸柱将定子内腔气密围隔成敏感腔，在工作过程中，衔铁的旋转使敏感腔与衔铁的高压槽、低压孔交替沟通。衔铁的第一阶梯、第二阶梯将定子内腔气密围隔成环形高压腔。环形高压腔通过定子流道、引油流道、阀套流道和阀套的第一环形槽沟通，第一环形槽通过第一高压孔、第二中心流道、限位环与进油口沟通，进油口通液压泵高压出口。衔铁的第二阶梯、定子第二圆柱的右端面、阀套和阀芯的左端面将定子内腔气密围隔成低压腔，低压腔通过低压流道与回油口沟通。阀芯可轴向移动地设置在阀套内，并且阀芯轴线和衔铁轴线处于同一直线上，阀芯的第三台肩和第四台肩将阀套内腔气密围隔成环绕阀芯的工作腔，工作腔通过第二高压孔、第二中心流道、限位环与进油口沟通。出油口位于阀芯第三台肩的运动轨迹上，工作过程中，阀芯的轴向位移使工作腔和工作口交替沟通、闭合。衔铁右端与阀芯左端接触。
所述定子的直槽的出口端与敏感腔沟通，直槽的入口端位于衔铁高压槽出口端的运动轨迹和低压孔出口端的运动轨迹上，且直槽的槽宽与高压槽、低压孔之间的距离相等；衔铁的高压槽入口端与环形高压腔沟通，环形高压腔通过定子流道、引油流道、阀套流道、第一环形槽、第一高压孔、第二中心流道、限位环与进油口沟通，以向环形高压腔内输入高压油，所述敏感腔通过直槽、高压槽与环形高压腔沟通，以向敏感腔内输入高压油；衔铁的低压孔通过第一中心流道、低压通孔、低压流道与回油口沟通，以向低压孔内输入低压油，所述敏感腔通过直槽与低压孔沟通，以向敏感腔内输入低压油。
优选的，所述衔铁右端球面与阀芯左端面为点接触，外壳凸柱右端球面与衔铁左端面为点接触，可减小衔铁旋转时的摩擦阻力矩，保证衔铁在转动过程中只受液压卡紧力的作用，大大提高了其响应速度。
优选的，所述外壳凸柱底部环形槽处装有第一密封圈，用于密封敏感腔左侧，所述阀套左侧环形外圆与所述定子右端内壁之间装有第二密封圈，用于密封低压腔右侧，第三密封圈、第四密封圈分别对应套在第一引油块两端，用于密封引油流道与低压腔。
所述轴向指的是衔铁、阀芯中心轴所在的方向；所述径向指的是衔铁、阀芯径向平面内垂直通过中心轴的方向；所述周向指的是衔铁、阀芯绕中心轴旋转所在的方向。
所述衔铁、阀芯中心对称及轴对称的槽、孔的对称中心指的是衔铁、阀芯中心轴线。
具体工作过程如下：
当电信号未接入时，设为初始位置，线圈未通电。衔铁在扭簧预紧力的作用下，衔铁高压槽通过环形高压腔、定子流道、引油流道、阀套流道、阀套第一环形槽与阀芯第一高压孔常通，阀芯第一高压孔通过第二中心流道、限位环与进油口沟通，衔铁高压槽与定子直槽沟通，敏感腔通入高压油，衔铁的低压孔通过第一中心流道、低压通孔、低压腔、低压流道与回油口常通，衔铁低压孔与定子直槽不沟通，此时敏感腔为高压，衔铁左端面面积大于阀芯右端面面积且敏感腔压力等于P口压力，作用在衔铁左端面轴向向右的力大于作用在阀芯右端面轴向向左的力，在轴向合力作用下衔铁与阀芯同步右移直至最右端，阀芯右端和限位环接触，位移在此限位，此时阀芯第三台肩左侧与出油口为开口，阀芯第三台肩右侧将工作腔与出油口密封隔开，出油口的油液流入回油口，阀芯第一高压孔与阀套第一环形槽、阀套流道常通，且与其他腔体均不沟通，阀芯第二台肩将阀套第一环形槽与回油口密封不沟通，阀芯第一台肩将阀套第一环形槽与低压腔密封不沟通，即出油口与回油口沟通，出油口与进油口堵塞。
当电信号接入时，线圈通电，衔铁右侧圆盘受切向力对衔铁产生力矩，衔铁在该力矩作用下周向旋转一定角度后，衔铁圆盘上的一对圆孔分别与第一引油块、第二引油块外壁一侧接触，旋转在此限位，衔铁旋紧扭簧；衔铁的高压槽与定子直槽不再沟通，衔铁的低压孔通过第一中心流道、低压通孔、低压腔、低压流道与回油口沟通，敏感腔通过定子直槽与衔铁低压孔沟通，此时敏感腔为低压，阀芯右端面仍为高压，作用在衔铁左端面轴向向右的力小于作用在阀芯右端面轴向向左的力，在轴向合力作用下衔铁与阀芯同步左移直至最左端，衔铁左端和外壳凸柱右端接触，位移在此限位，此时阀芯第三台肩左侧与出油口密封隔开，阀芯第三台肩右侧与出油口为开口，阀芯第二高压孔与出油口沟通，进油口的油液经第二高压孔流入出油口，即进油口与出油口沟通，出油口与回油口堵塞。
当电信号断开时，线圈断电，在扭簧力的作用下，衔铁逆向周向旋转，直至衔铁右侧圆盘上一对圆孔分别与第一引油块、第二引油块外壁另一侧接触，旋转在此限位，敏感腔再次通入高压油，衔铁左端轴向向右作用力大于阀芯右端轴向向左作用力，衔铁与阀芯同步右移直至最右端，此时再次处于初始位置，各油口、各腔体沟通状态和衔铁、阀芯位置均与初始状态一致。此时，完成电磁开关阀开关一次，重复上述操作，实现开关阀连续工作。
本实用新型的有益效果体现在：
1、相比传统电磁插装阀，采用2D微型先导阀，电磁铁需要开启电流小；
2、阀芯驱动为液压驱动力，驱动力大，能在高压工况下实现阀口开启关闭；
3、对油液过滤精度要求低，抗污染能力强；
4、相比于其他2D开关阀，采用湿式的先导级电磁铁，且无调零要求。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型的剖视图。
图2a为图2的F-F截面图。
图3为外壳的结构示意图图。
图4为定子的结构示意图。
图5为衔铁的结构示意图。
图5a为衔铁的剖视图。
图6为阀套的结构示意图。
图6a为图6的H-H截面图。
图7为阀芯的结构示意图。
图7a为图7的G-G截面图。
图8a为敏感腔通低压的原理示意图。
图8b为敏感腔通高压的原理示意图。
具体实施方式
下面参照图1至图8b进一步说明本实用新型的技术方案。
所述一种二维先导电磁插装阀，其特征在于：包括外壳1、扭簧3、线圈4、线圈保持架5、定子6、衔铁7、第一引油块9、第二引油块10、阀套13、阀芯 14、限位环15、插销16等。扭簧3一端插入外壳1凸柱台阶面的卡槽101，另一端插入衔铁7左端的矩形卡槽71；线圈4缠绕在线圈保持架5上并放置在定子6上，一同插入外壳1内并固定，外壳1通过螺纹与定子6连接；第一引油块 9、第二引油块10的一端分别与定子6的圆形卡槽61、62过盈连接，另一端与阀套13左端面上的圆形安装槽131、132过盈连接；衔铁7可转动地设置在定子 6内，阀套13左端面通过螺钉与定子6的方形端面固定连接，阀芯14可轴向移动地设置在阀套13内，限位环15固连在阀套13右端阶梯孔内，插销16插入阀套13与限位环15的径向通孔中。
所述外壳1为圆柱形，外壳1通过螺纹与定子6连接，外壳1内的凸柱为阶梯形，凸柱右端台阶面上设有一个扭簧卡槽101，用于固定扭簧3一端。
所述定子6为阶梯圆柱形从左往右依次为第一圆柱63、第二圆柱64与第三圆柱65，右侧凸出为方形端面，第一圆柱63外侧与外壳1内侧为线圈4、线圈保持架5提供安装空间，第一圆柱63内壁沿轴向设有一对轴对称的直槽k；第二圆柱64外圆设有螺纹，定子6通过螺纹与外壳1连接，第二圆柱64内壁设有斜孔为定子流道b，右端面沿轴向设有一对轴对称的圆形卡槽61、62；第三圆柱 65内圆设有多个均布的内齿；方形端面通过螺钉与阀套13左端面连接。
所述衔铁7的右侧为圆盘状，圆盘72外圆设有多个均布的外齿，衔铁7外齿与定子6内齿数量相同及分布状态一致，衔铁7外齿与定子6内齿配合在线圈 4通电情况下导磁产生周向切向力，周向切向力对衔铁6中心产生力矩使其周向转动；圆盘72端面沿轴向设有四个中心对称、均匀分布的圆形通孔，用于沟通衔铁圆盘72两端的油液；第一引油块9、第二引油块10插入对应的圆形通孔并在衔铁7发生旋转时限制衔铁7最大旋转角度，第一引油块9中心沿轴向设有引油流道c，定子流道b通过引油流道c、阀套流道e、第一环形槽133、与阀套第一高压孔g沟通。衔铁7设有阶梯自左向右依次为第一阶梯73和第二阶梯74，第一阶梯73表面沿轴向设有一个矩形卡槽71、一对轴对称的高压槽p和一对轴对称的低压孔t，且高压槽p与低压孔t交替设置，扭簧3的一端插入矩形卡槽 71固定，衔铁7中心沿轴向设有第一中心流道a，圆盘72右侧设有一对轴对称的低压通孔d，第一中心流道a左端与低压孔t沟通，右端与低压通孔d沟通。
外壳1、定子6、衔铁7采用导磁材料。
所述阀套13左侧凸出为矩形端面，矩形端面通过螺钉与定子6方形端面连接，阀套13左端面沿轴向设有一对轴对称的圆形安装槽131、132，与第一引油块9对应连接的圆形安装槽131底部设有斜孔为阀套流道e，阀套流道e沟通第一环形槽133与引油流道c，阀套13左端面沿轴向设有一对与圆形安装槽周向错开90度的低压流道f，低压流道f与回油口T沟通，阀套从左往右依次设有第一环形槽133、回油口T、出油口A、径向通孔，阀套13右端面设有进油口P。
所述阀芯14设有台肩从左向右依次为第一台肩141、第二台肩142、第三台肩143与第四台肩144。第一台肩141与第二台肩142之间设有一对轴对称的第一高压孔g，第三台肩143与第四台肩144之间设有四个中心对称、分布均匀的第二高压孔i，阀芯14中心沿轴向设有第二中心流道h，第二中心流道h与第一高压孔g、第二高压孔i沟通，右端与进油口P沟通。
衔铁7可转动地设置在定子6内。衔铁7左端面和外壳1凸柱将定子6内腔气密围隔成敏感腔K，在工作过程中，衔铁7的旋转使敏感腔K与衔铁7的高压槽p、低压孔t交替沟通。衔铁7的第一阶梯73、第二阶梯74将定子6内腔气密围隔成环形高压腔B。环形高压腔B通过定子流道b、引油流道c、阀套流道e 和阀套13的第一环形槽133沟通，第一环形槽133通过第一高压孔g、第二中心流道h、限位环15与进油口P沟通，进油口P通液压泵高压出口。衔铁7的第二阶梯74、定子6第二圆柱64的右端面、阀套13和阀芯14的左端面将定子 6内腔气密围隔成低压腔C，低压腔C通过低压流道f与回油口T沟通。阀芯14 可移动地设置阀套13内，并且阀芯13轴线和衔铁7轴线处于同一直线上，阀芯 14的第三台肩143和第四台肩144将阀套14内腔气密围隔成环绕阀芯的工作腔 E，工作腔E通过第二高压孔i、第二中心流道h、限位环15与进油口P沟通。出油口A位于阀芯14第三台肩143的运动轨迹上，工作过程中，阀芯14的轴向位移使工作腔E和工作口A交替沟通、闭合。
所述定子6的直槽k的出口端与敏感腔K沟通，直槽k的入口端位于衔铁7 高压槽p出口端的运动轨迹和低压孔t出口端的运动轨迹上，且直槽k的槽宽与高压槽p、低压孔t之间的距离相等；衔铁7的高压槽p入口端与环形高压腔B 沟通，环形高压腔B通过定子流道b、引油流道c、阀套流道e、第一环形槽133、第一高压孔g、第二中心流道h、限位环15与进油口P沟通，以向环形高压腔B 内输入高压油，所述敏感腔K通过直槽k、高压槽p与环形高压腔B沟通，以向敏感腔K内输入高压油；衔铁7的低压孔t通过第一中心流道a、低压通孔d、低压流道f与回油口T沟通，以向低压孔t内输入低压油，所述敏感腔K通过直槽k与低压孔t沟通，以向敏感腔K内输入低压油。
优选的，所述衔铁7右端球面与阀芯14左端面为点接触，外壳1凸柱右端球面与衔铁7左端面为点接触，可减小衔铁7旋转时的摩擦阻力据，保证衔铁7 在转动过程中只受液压卡紧力的作用，大大提高了其响应速度。
优选的，所述外壳1凸柱底部环形槽处装有第一密封圈2，用于密封敏感腔 K左侧，所述阀套13左侧环形外圆与所述定子6右端内壁之间装有第二密封圈 11，用于密封低压腔C右侧，第三密封圈8、第四密封圈12分别对应套在第一引油块9两端，用于密封引油流道c与低压腔C。
所述轴向指的是衔铁7、阀芯14中心轴所在的方向；所述径向指的是衔铁7、阀芯14径向平面内垂直通过中心轴的方向；所述周向指的是衔铁7、阀芯14绕中心轴旋转所在的方向。
所述衔铁7与阀芯14各槽、孔中心对称的对称中心指的是衔铁7、阀芯14 中心轴线。
本实施例的工作原理：
当电信号未接入时，设为初始位置，线圈4未通电。衔铁7在扭簧3预紧力的作用下，衔铁7高压槽p通过环形高压腔B、定子流道b、引油流道c、阀套流道e、第一环形槽133与阀芯14第一高压孔g常通，阀芯14第一高压孔g通过第二中心流道h、限位环15与进油口P沟通，衔铁7高压槽p与定子6直槽k 沟通，敏感腔K通入高压油，衔铁7的低压孔t通过第一中心流道a、低压通孔 d、低压腔C、低压流道f与回油口T常通，衔铁7低压孔t与定子6直槽k不沟通，此时敏感腔K为高压。
衔铁7左端面面积大于阀芯14右端面面积且敏感腔压力等于P口压力，作用在衔铁7左端面轴向向右的力大于作用在阀芯14右端面轴向向左的力，在轴向合力作用下衔铁7与阀芯14同步右移直至最右端，阀芯14右端和限位环15 接触，位移在此限位，此时阀芯14第三台肩143左侧与出油口A为开口，阀芯14第三台肩143右侧将工作腔E与出油口A密封隔开，出油口A的油液流入回油口T，阀芯14第一高压孔g与阀套13第一环形槽133、阀套流道e常通，且与其他腔体均不沟通，阀芯14第二台肩142将阀套13第一环形槽133与回油口 T密封不沟通，阀芯14第一台肩141将阀套13第一环形槽133与低压腔C密封不沟通，即出油口A与回油口T沟通，出油口A与进油口P堵塞。
当电信号接入时，线圈4通电，衔铁7右侧圆盘72受切向力对衔铁7产生力矩，衔铁7在该力矩作用下周向旋转一定角度后，圆盘72上的一对圆孔分别与第一引油块9、第二引油块10外壁一侧接触，旋转在此限位，衔铁7旋紧扭簧3；衔铁7的高压槽p与定子6直槽k不再沟通，衔铁7的低压孔t通过第一中心流道a、低压通孔d、低压腔C、低压流道f与回油口T沟通，敏感腔K通过定子6直槽k与衔铁7低压孔t沟通，此时敏感腔K为低压，阀芯14右端面仍为高压，作用在衔铁7左端面轴向向右的力小于作用在阀芯14右端面轴向向左的力，在轴向合力作用下衔铁7与阀芯14同步左移直至最左端，衔铁7左端和外壳1凸柱右端接触，位移在此限位，此时阀芯14第三台肩143左侧与出油口A密封隔开，阀芯14第三台肩143右侧与出油口A为开口，阀芯14第二高压孔i与出油口A沟通，进油口P的油液经第二高压孔i流入出油口A，即进油口 P与出油口A沟通，出油口A与回油口T堵塞。
当电信号断开时，线圈4断电，在扭簧力3的作用下，衔铁7逆向周向旋转，直至衔铁7右侧圆盘72上一对圆孔分别与第一引油块9、第二引油块10外壁另一侧接触，旋转在此限位，敏感腔K再次通入高压油，衔铁7左端轴向向右作用力大于阀芯14右端轴向向左作用力，衔铁7与阀芯14同步右移直至最右端，此时再次处于初始位置，各油口、各腔体沟通状态和衔铁7、阀芯14位置均与初始状态一致。此时，完成电磁开关阀开关一次，重复上述操作，实现开关阀连续工作。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。
