一种阀芯与阀杆连接结构及低压电磁阀的制作方法

1.本发明涉及电磁阀技术领域，特别是指一种阀芯与阀杆连接结构及低压电磁阀。


背景技术：

2.电磁铁的工作原理为：在电磁力的作用下驱动电磁阀衔铁上下运动，电磁阀衔铁通过阀杆推动阀芯上下运动，通过阀芯的上下运动实现对阀口的关闭和开启。根据产品设计的要求和总体设计思想，为满足电磁阀在打开或关闭状态下，能够及时的反馈给系统，使控制系统能够随时掌握电磁阀的启闭状态，降低风险的发生，做到智能反馈。
3.经检索，现有申请公告日为2015.10.07、申请公告号为cn204692647u的中国实用新型专利公开了一种新型智能节水灌溉低功耗控制阀，包括隔膜阀、阀门状态反馈装置、先导控制阀和滤网清洗装置，所述阀门状态反馈装置和先导控制阀分别通过连接线缆与阀门控制器的电气连接；所述阀门状态反馈装置与所述隔膜阀的中部连接，所述阀门状态反馈装置为微动开关式状态反馈装置或光电传感器式状态反馈装置。
4.上述实用新型专利的技术方案虽然具有智能状态反馈功能，可通过无线传输方式实现控制阀的自动控制及工作状态信号反馈，但是只是一种用于灌溉的隔膜阀。隔膜阀是用耐腐蚀衬里的阀体和耐腐蚀的隔膜代替阀芯组件，直接利用隔膜的移动起调节作用，阀门状态反馈装置的阀杆直接与隔膜阀的隔膜相连。而在航天领域中使用的电磁阀要求不少于30万次使用寿命，普通的隔膜阀无法满足使用需求，而在隔膜阀上连接阀门状态反馈装置的阀杆，会改变受力情况，更会缩短使用寿命，而采用阀芯结构的电磁阀也存在同样的问题。因此，现有的电磁阀配备阀门状态反馈装置，虽然能够监测阀门的启闭状态，但是却无法满足在航天领域的使用寿命需求。


技术实现要素：

5.针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种阀芯与阀杆连接结构及低压电磁阀，解决了现有电磁阀配备阀门状态反馈装置无法满足在航天领域的使用寿命需求的技术问题。
6.本技术的技术方案为：一种阀芯与阀杆连接结构，包括与电磁阀衔铁相连的阀杆、与电磁阀进气口配合的阀芯组件，所述阀杆的下端部设置有连接槽，所述阀芯组件的顶部与连接槽插接配合，所述连接槽的侧壁上设置有销钉孔，所述阀芯体的上部设置有与销钉孔相对的阀芯连接孔，穿过销钉孔和阀芯连接孔设置有销钉，所述电磁阀的介质力大于阀芯组件的重力，当所述阀芯组件不受外力时，阀芯体的顶部与连接槽的槽底间具有间隙一；所述销钉与销钉孔紧配合，所述阀芯连接孔与销钉之间的直径之差为所述间隙一的两倍以上；当所述阀芯组件受外力时，阀芯体的顶部与连接槽的槽底顶接。
7.进一步地，所述阀芯组件包括凸字形的阀芯体，所述阀芯体的上凸部与所述连接槽插接配合，所述连接槽为开口朝下的u形槽。
8.进一步地，所述阀芯体的上凸部的顶部为球面结构，所述连接槽的槽底为平面结构。
9.进一步地，所述阀芯体的底部设置开设有密封安装槽，所述密封安装槽内设置有密封橡胶，所述电磁阀进气口设置有与密封橡胶上下对应的凸起环，所述凸起环的外周设置有与密封安装槽的外壁上下对应的限位台阶面。
10.进一步地，所述限位台阶面与凸起环顶面之间的距离大于所述间隙一且为0.2mm-0.4mm。
11.进一步地，所述间隙一为0.02mm-0.08mm。
12.一种低压电磁阀，包括密封连接的阀体和线圈组件，阀体上设置有电磁阀进气口和电磁阀出气口，包括所述阀芯与阀杆连接结构。
13.进一步地，所述线圈组件包括线圈壳体，线圈壳体内设置有与电连接器相连的绕组，与绕组配合设置有上挡铁，上挡铁的下方设置所述电磁阀衔铁，电磁阀衔铁的下方设置有挡块，所述阀杆穿过挡块的上端部与电磁阀衔铁相连，所述电磁阀衔铁的轴孔中设置有锁紧螺钉，所述锁紧螺钉的下端与阀杆的上端部相连、上端连接有贯穿上挡铁的螺杆，螺杆的上端部与微动开关相配合。
14.进一步地，所述微动开关设置在位显壳体内，所述位显壳体与线圈壳体的上端部密封连接，所述螺杆的顶部连接有支撑螺母和锁紧螺母，支撑螺母与锁紧螺母之间设置有压片调整垫和压片，所述压片用于触发所述微动开关。
15.进一步地，所述线圈壳体与阀体的密封连接处设置有导向筒和外套螺母，所述外套螺母连接在线圈壳体与阀体的外部，所述导向筒位于线圈壳体与阀体的内部，所述导向筒包括与挡块卡接配合的径向部、与阀体的内壁卡接配合的轴向部，所述弹簧支撑在径向部与阀杆的下端部之间，所述径向部的轴孔内壁与阀杆的外壁之间、所述轴向部的外壁与阀体的内壁之间、所述外套螺母的内壁及线圈壳体与阀体的接口处均设置有密封圈。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果包括：1、阀芯组件结构采用定心式阀芯组合结构，该结构不仅具有良好的自动找正功能，有效的提高了产品的密封性能，也可以提高阀芯的使用寿命。因该电磁阀工作次数多，要求不少于30万次使用寿命，为满足寿命要求，阀芯组件设计为定心式阀芯组合结构，优化阀芯与销钉、阀杆与销钉处结构设计，通过阀芯与销钉、阀杆与销钉处尺寸配合及受力分析计算及优化，并进行仿真模拟，电磁阀在开位状态、关位状态及运动过程中，销钉结构受力部分只存在剪向力，无旋转力矩，且径向力较小，受力的主要部位集中在销钉的两端，主要受到阀杆的拉力和推力，可以保证该电磁阀的可靠性，寿命满足要求，经寿命试验验证，该电磁阀的寿命可以达到30万次的使用寿命。
17.2、根据产品设计的要求和总体设计思想，为满足电磁阀在打开或关闭状态下，能够及时的反馈给系统，使控制系统能够随时掌握电磁阀的启闭状态，降低风险的发生，做到智能反馈且不影响阀芯组件的销钉使用寿命。在结构设计上，设计成组合一体式移动结构，使电磁阀衔铁通过阀杆、螺杆及锁紧螺钉连接阀芯组件和微动开关，电磁铁在电磁力的作用下使电磁阀衔铁向下运动时，推动阀芯能够迅速的关闭，同时在螺杆的拉力作用下压片离开微动开关触点，微动开关不工作，系统无反馈，确定电磁阀处于关闭状态；电磁铁在电磁力的作用下使电磁阀衔铁向上运动时，推动螺杆迅速向上运动，压片接触微动开关触点，
使微动开关工作，系统接收到电信号，确定电磁阀处于开启状态，同时在阀芯组件在阀杆的拉力作用下使密封副脱离，使电磁阀打开。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
19.图1为本发明中阀芯与阀杆连接结构的剖视图；图2为阀芯与阀杆连接结构安装在阀体上的剖视图；图3为本发明中低压电磁阀的剖视图；图4为图3中a-a面的剖视图；图中标号：1-密封圈，2-阀体，3-密封垫，4-挡块，5-压片调整垫，7-销钉，8-位显壳体调整垫，9-位显壳体，10-上盖板；11-阀杆，110-连接槽；13-支撑螺母，14-电磁阀衔铁，15-上挡铁，16-导向筒，17-螺杆，18-锁紧螺钉，19-外套螺母；20-弹簧，21-阀芯组件，210-阀芯体，211-密封橡胶；22-线圈组件，24-锁紧螺母，25-底板螺钉，26-顶板螺钉，27-小垫片，28-平垫片，29-微动开关，30-电磁阀出气口，31-电连接器；32-电磁阀进气口，321-凸起环，322-限位台阶面。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本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付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。
21.一种阀芯与阀杆连接结构，如图1和图2所示，包括与电磁阀衔铁14相连的阀杆11、与电磁阀进气口32配合的阀芯组件21，电磁阀工作时，电磁阀衔铁14通过阀杆11驱动阀芯组件21上下运动，或者电磁阀衔铁14只通过阀杆11驱动阀芯组件21向上运动，阀芯组件21向下的运动靠回位弹簧完成。无论阀芯组件21上下运动的驱动部为何种结构，通过阀芯组件21上下运动实现对电磁阀进气口32的打开和关闭，进而实现电磁阀进气口32与电磁阀出气口30连通和隔离。
22.具体地，所述阀杆11的下端部设置有连接槽110，所述阀芯组件21的顶部与连接槽110插接配合，所述连接槽110的侧壁上设置有销钉孔，所述阀芯体210的上部设置有与销钉孔相对的阀芯连接孔，穿过销钉孔和阀芯连接孔设置有销钉7。
23.所述电磁阀的介质力大于阀芯组件21的重力，当所述阀芯组件21不受外力时，阀芯体210的顶部与连接槽110的槽底间具有间隙一；所述销钉7与销钉孔紧配合，所述阀芯连接孔与销钉7之间的直径之差为所述间隙一的两倍以上，即阀芯组件21与连接槽110之间形
成定心结构；当所述阀芯组件21受外力时，阀芯体210的顶部与连接槽110的槽底顶接。
24.在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，所述阀芯组件21包括凸字形的阀芯体210，所述阀芯体210的上凸部与所述连接槽110插接配合，所述连接槽110为开口朝下的u形槽。
25.在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，所述阀芯体210的上凸部的顶部为球面结构，所述连接槽110的槽底为平面结构。
26.在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，所述阀芯体210的底部设置开设有密封安装槽，所述密封安装槽内设置有密封橡胶211，所述电磁阀进气口32设置有与密封橡胶211上下对应的凸起环321，所述凸起环321的外周设置有与密封安装槽的外壁上下对应的限位台阶面322，形成金属限位。
27.进一步地，所述间隙一为0.02mm-0.08mm。所述限位台阶面322与凸起环321顶面之间的距离大于所述间隙一且为0.2mm-0.4mm。
28.一种低压电磁阀，包括密封连接的阀体2和线圈组件22，阀体2上设置有电磁阀进气口32和电磁阀出气口30，包括上述实施方式中的阀芯与阀杆连接结构。
29.作为低压电磁阀优选的实施方式，如图3和图4所示，所述线圈组件22包括线圈壳体，线圈壳体内设置有与电连接器31相连的绕组，与绕组配合设置有上挡铁15，上挡铁15的下方设置所述电磁阀衔铁14，电磁阀衔铁14的下方设置有挡块4。电连接器31通过向绕组供电，进而使上挡铁15吸附下方的电磁阀衔铁14，使电磁阀衔铁14能够向上运动，进而带动阀杆11向上运动。所述挡块4与阀杆11的下端部之间设置有弹簧20，弹簧20提供电磁阀衔铁14向下复位的动力，即上挡铁15吸附电磁阀衔铁14是需要克服弹簧20的弹力和对应结构的重力。
30.具体地，所述阀杆11穿过挡块4的上端部与电磁阀衔铁14相连，所述电磁阀衔铁14的轴孔中设置有锁紧螺钉18，所述锁紧螺钉18的下端与阀杆11的上端部相连、上端连接有贯穿上挡铁15的螺杆17，螺杆17的上端部与微动开关29相配合。
31.作为低压电磁阀优选的实施方式，所述微动开关29设置在位显壳体9内，所述位显壳体9与线圈壳体的上端部密封连接。所述螺杆17的顶部连接有支撑螺母13和锁紧螺母24，支撑螺母13与锁紧螺母24之间设置有压片调整垫5和压片6，所述压片6用于触发所述微动开关29。
32.具体地，位显壳体9包括相连的底板、侧盖板12和上盖板板10，所述所述微动开关29通过固定结构设置在位显壳体9的内壁。所述位显壳体9通过位显壳体调整垫8、小垫片27、底板螺钉25、密封垫3连接的线圈壳体的上部，通过显壳体调整垫8实现相对位置的调整，通过密封垫3实现所述密封连接。所述螺杆17的上端部通过支撑螺母13、平垫片28和锁紧螺母24固定所述压片6，所述压片6与微动开关29的相对位置通过压片调整垫5调整。
33.作为低压电磁阀优选的实施方式，所述线圈壳体与阀体2的密封连接处设置有导向筒16和外套螺母19，所述外套螺母19连接在线圈壳体与阀体2的外部，所述导向筒16位于线圈壳体与阀体2的内部，所述导向筒16包括与挡块4卡接配合的径向部、与阀体2的内壁卡接配合的轴向部，所述弹簧20支撑在径向部与阀杆11的下端部之间，所述径向部的轴孔内壁与阀杆11的外壁之间、所述轴向部的外壁与阀体2的内壁之间、所述外套螺母19的内壁及线圈壳体与阀体2的接口处均设置有密封圈。
34.上述低压电磁阀的工作原理为：如图3所示，阀门处于关闭状态，弹簧20处于预紧压缩状态，阀芯组件21在弹簧20弹力的作用下与阀体2形成密封副进行密封。当系统通过电连接器31给线圈组件22通电时，在电磁力的作用下，克服弹簧弹力与重力，带动电磁阀衔铁14向上运动，与电磁阀衔铁14通过内螺纹配合的阀杆11和螺杆17也随之向上运动；阀杆11带动阀芯组件21向上运动，使阀芯组件21与阀体2的电磁阀进气口32分离，使电磁阀打开；螺杆17带动压片6、支撑螺母13、锁紧螺母24、平垫片28向上运动，使压片6压缩微动开关29的触点，微动开关29达到压缩行程后开始工作，使微动开关发出电信号，电信号反馈给控制系统。
35.如图4所示，支撑螺母13和锁紧螺母24通过螺纹与螺杆17进行连接，压片6通过支撑螺母13和锁紧螺母24进行固定，压片调整垫5和平垫片28用于调节压片6的高度，满足触发微动开关29触电的要求，确保微动开关正常工作，有调整余度。
36.由于工作环境的需要，需要把电磁阀衔铁14处保持密封状态，防止工作长时间后电磁阀腐蚀生锈，影响使用要求，导向筒16、挡块4、外套螺母19、多个密封圈1形成多层密封的密封腔，外套螺母19—通过左右螺纹连接固定线圈组件22和阀座2，使电磁阀上下锁死，增加电磁阀的工作可靠性。
37.对采用上述阀芯与阀杆连接结构的电磁阀进行销钉受力分析，所述间隙一选取0.05mm，销钉受力分析主要有以下四种情况，具体如下：
①
当电磁阀处在关位时在自由状态下，阀芯体210顶部的球头处相距连接槽110的槽底距离为0.05mm，电磁阀处在关位时，阀杆11的关位锁闭力为f=33.2n，根据受力平衡原理，阀体施加在阀芯密封面的反力，包括推动阀芯组件21的介质力，也为f=33.2n，推动阀芯组件21向上运动0.05mm，阀芯组件21的球头处与连接槽110的槽底顶接时停止，此时销钉11的中心线与阀芯连接孔的中心线重合，销钉11不受阀芯组件21的反力，销钉11受力为0；
②
当电磁阀由关位到开位过程中上挡铁15吸引电磁阀衔铁14，电磁阀衔铁14带动阀杆11向上运动，开线圈吸力需克服关位锁闭力的作用使阀芯密封面打开，由于介质力施加在阀芯密封面上而推动阀芯组件21且介质力大于阀芯组件21的重力，此时销钉11的中心线与阀芯连接孔的中心线重合，销钉11不受阀芯组件的力，销钉处只受剪向力作用，无旋转力矩。开线圈吸力为ｆ
吸
＝55.6n，关位锁闭力为f
锁
=33.2n，阀芯组件21的重力g=0.0025n，可以忽略不计，介质力为ｆ
介
＝0.022ｎ，销钉11处受力和为f
综合
=ｆ
吸-f
锁
+ｆ
介-g＝22.4195n，因阀芯组件21与销钉无接触，故销钉11不受介质力和重力，f
1总
=ｆ
吸-f
锁
＝22.4n；
③
当电磁阀处在开位时此时销钉11受到阀芯组件21的重力g=0.0025n及介质力的作用，由于介质力施加在阀芯密封面上，且介质力大于阀芯组件的重力，介质力推动阀芯组件21向上运动，使阀芯组件21的球头处与连接槽110的槽底接触，此时销钉11的中心线与阀芯组件21中心线重合，销钉不受阀芯组件的力，销钉受力为0；
④
当电磁阀由开位到关位过程中下挡铁吸引电磁阀衔铁14，电磁阀衔铁14带动阀杆11向下运动，或弹簧20向下推动阀杆11，关线圈吸力或弹簧弹力需克服开位锁闭力的作用，使阀芯密封面关闭，关线圈吸
力或弹簧弹力＞开位锁闭力，使阀杆11向下运动。由于介质力施加在阀芯密封面上，且介质力大于阀芯组件21的重力，介质力推动阀芯向上运动，使阀芯组件21的球头处与连接槽110的槽底接触，此时销钉11的中心线与阀芯孔的中心线重合，销钉11不受阀芯组件21的力，销钉11处只受剪向力作用，无旋转力矩。
38.因关线圈吸力为ｆ
关
＝58.2n，开位锁闭力为f
锁
=38.5n，阀芯组件21的重力g=0.0025n，可以忽略不计，介质力为ｆ
介
＝0.022ｎ；故f
综合
=ｆ
关-f
锁
+g-f
介质
=19.6805n，因阀芯组件21与销钉11无接触，故销钉11不受介质力和重力，销钉11处受力和为f
2总
=ｆ
关-f
锁
＝19.7n。
39.当阀芯与阀杆之间无限位结构时，归零销钉断裂受力分析。由于销钉、阀芯体、阀杆之间没有限位功能，导致销钉不仅受到径向的力63n，还受到圆周扭矩15n.m的作用；销钉受力的主要部位是销钉中部，承受阀杆的拉力将会达到342n，导致销钉在中部断裂，进而导致销钉收口处断裂。
40.经以上分析可知，电磁阀的阀芯组件与阀杆之间的销钉处有金属限位功能，受力部分只存在剪向力，无旋转力矩，且径向力较小，受力部位在销钉两端，主要受到阀杆的拉力和推力；现有的航天员训练中心销钉断裂归零产品销钉不存在金属限位功能，不仅受到径向力作用，还受到圆周扭矩的作用，且受力较大，受力的主要部位在销钉中部。
41.本技术方案与现有技术存在很大的区别，受力方式完全相反，电磁阀销钉中部不受力的作用，仅两端受力；销钉断裂归零产品主要受力部位在销钉中部，且受力较大；即使两种销钉固定方式相同，但销钉设计的理念及连接的方式完全不同。鉴定试验件电磁阀经过105000次寿命试验后，拆盖检查后未发现销钉有损坏的现象，证明电磁阀销钉的可靠性满足要求，不存在销钉断裂的风险，为了进一步进行验证，对销钉的受力处进行仿真模拟，确定销钉的可靠性。
42.销钉受力的仿真分析经过以上销钉处的受力分析，针对电磁阀由关位到开位过程中时和由开位到关位过程中时两种受力较大的情况进行受力仿真分析，进一步确定销钉的可靠性，具体如下：当电磁阀由关位到开位过程中时，销钉受力22.4n，方向向上，销钉受力云，销钉最大屈服应力为14.4mpa，远小于tc4屈服强度825mpa，说明此状态下销钉受力较小，可以忽略不计，销钉的可靠度高，不会发生断裂的可能，销钉的最大应力点在销钉尾部；当电磁阀由开位到关位过程中时，销钉受力19.7n，方向向下，销钉最大屈服应力为12.1mpa，远小于tc4屈服强度825mpa，说明此状态下销钉受力较小，可以忽略不计，销钉的可靠度高，不会发生断裂的可能，销钉的最大应力点在销钉尾部。
43.根据以上分析及验证，本技术方案的电磁阀销钉结构受力部分只存在剪向力，无旋转力矩，且径向力较小，受力的主要部位集中在销钉的两端。电磁阀鉴定试验件经过105000次寿命试验后拆盖检查，未发现销钉处有损伤及断裂的情况，故电磁阀的销钉结构满足使用要求，不存在销钉断裂的风险。
44.本发明未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术手段。
45.以上内容显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的有益效果。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。