一种新型磁流变数字阀及其控制方法与流程

本发明属于液压控制阀及其控制方法技术领域，特别涉及的是一种磁流变液压控制阀，对磁流变阀结构进行改进设计的磁流变数字阀，并通过改进其控制达到较好的性能。

背景技术：
磁流变阀通过控制励磁线圈电流大小来控制阀的流量，然而由于磁流变阀没有移动的机械部件，因此控制范围小，在适用性上也有限制。由于磁流变阀的液压控制范围主要受两方面影响：(1)磁流变液流动方向与磁场方向的角度(2)磁流变液在磁隙空间中的液流通道。对于(1)，一般将磁流变液流动方向与磁场方向垂直。对于(2)由于增加磁流变液在磁隙空间的长度则会造成在未加磁场时，出入口的压差较大，并且使阀结构复杂，体积增大。同时，在数字阀控制上，PWM控制是常用的方法，PWM控制也可称为脉宽调制，主要是通过调制脉冲信号的宽度来等效地获得需要波形的形状和幅值。但由于线圈电感作用，在阀口开启和关闭的时候，总会有一个滞后时间，而这个时间是与阀的结构有关的，要改变滞后时间需要改变阀的结构。

技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种新型磁流变数字阀及其控制方法，从另一角度提出了一种新型的磁流变阀结构，使磁流变阀具有非常大的控制范围，不仅可以实现大流量控制，也可进行较小的压差流量控制；同时对于阀口的开关，由于阀的本身结构的限制，采用三电源协同工作，使得可以在原有基础上减少滞后时间，解决了现有技术的磁流变阀的阀口开启和关闭的时出现滞后等问题。为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：本发明提供一种新型磁流变数字阀及其控制方法，包括阀体、阀座、衔铁、阀芯和静铁芯，所述阀体内套有套筒，所述套筒与衔铁滑动配合，所述衔铁与阀芯连接；所述静铁芯固定在套筒内，所述静铁芯上缠绕有第一线圈；所述阀座进油口处依次固定有堵头、挡环和第二线圈框架，所述第二线圈框架上缠绕有第二线圈，所述第二线圈框架由导磁体和逆磁体组成的环体，所述第二线圈框架与阀芯组成磁流变液的圆环通路；所述第二线圈框架通过堵头和挡环固定在阀座端口内；所述阀体与阀座相互连接固定，所述两对接线柱分别与第一线圈和第二线圈的端子连接，所述阀芯在堵头与静铁芯之间位移；所述衔铁与静铁芯之间设有弹簧，在弹簧的作用下推动衔铁使阀芯端部封闭堵头；在第一线圈得电产生磁通量，将衔铁吸附到静铁芯上，带动阀芯移动，阀口打开。所述衔铁与静铁芯构成拍合式电磁铁，所述电磁铁采用三电源协同工作，电压分别为24V，48V,-24V，采用单片机控制，通过上位机输入信号，包括阀口闭合和流量大小两个控制过程：一，在上位机输入信号作用下，控制阀口闭合过程；在t1-t2时间内，将48V电源加载到第一线圈上，使电流迅速升高至接近临界电流，控制阀芯快速移动，阀口打开；在Ton的剩下的部分时间，将24V额定电压加载到第一线圈上，使静铁芯产生稳定的磁通量并吸附衔铁，稳定阀芯，使阀口处于打开状态；在Toff中t3-t4时刻，由于第一线圈的电感作用，使第一线圈有剩余电流，使衔铁仍处在吸合状态，在第一线圈上加一个-24V反向电压，将第一线圈产生的剩余电流消除，快速闭合阀口，减少停滞时间；二，控制阀口磁流变液的流量过程；当第一线圈得电，阀芯打开，在阀口开启时，磁流变液通过堵头的进油口进入，在所述第二线圈框架与阀芯组成磁流变液的圆环通路，通过单片机控制第二线圈的电流，磁流变液在不同电流的磁场力作用下调节磁流变液的粘度，进而控制流量。进一步地，所述逆磁体为抗磁材料制成的隔磁环，与导磁体通过胶粘的方式固定。隔磁环主要作用就是让磁路产生分路，防止磁回路短路，一般材料用黄铜，0Cr18Ni9。进一步地，所述磁场力是在第二线圈得电后，磁场力绕过逆磁体，从导磁体中出去，进入到第二线圈框架与阀芯组成磁流变液的圆环通路。进一步地，所述第一线圈接到一对接线柱上，所述第二线圈接到另一对接线柱上。进一步地，所述阀芯为非铁磁材料制成。本发明具有以下有益效果：采用与以往不同的磁流变阀结构，极大增加磁流变阀的控制范围。同时具有优越的密闭性，以及可以运用多种控制方式，适用于多种场合。而且在不使用磁流变液的时候可以成为一个高速数字开关阀，并且具有极快的响应时间。当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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。图1为本发明一种新型磁流变数字阀及其控制方法的结构剖面示意图；图2为本发明一种新型磁流变数字阀及其控制方法的第二线圈框架结构剖面示意图；图3为本发明一种新型磁流变数字阀及其控制方法的磁场力结构分布图；图4为本发明一种新型磁流变数字阀及其控制方法的PWM信号图；图5为本发明一种新型磁流变数字阀及其控制方法的三电源协同工作与单电源工作时线圈的电压图；图6为本发明一种新型磁流变数字阀及其控制方法的三电源协同工作与单电源工作时线圈的电流图；图7为本发明一种新型磁流变数字阀及其控制方法的阀芯位移图；其中：1-螺母，2-阀体，3-第二O型密封圈，4-第三O型密封圈，5...