一种大口径先导卸荷式电磁阀的制作方法

本发明涉及一种电磁阀，特别涉及一种大口径先导卸荷式电磁阀，适于用作低压大口径气体管路的控制阀。本发明所说的大口径电磁阀是指口径≥50mm的电磁阀。

背景技术：

某空间站环控生保系统需要配套一种用于应急泄压的大口径电磁阀，提出了口径不小于50mm，工作压力0～0.15MPa、密封可靠、重量不大于2kg、工作寿命不小于3000次的设计要求。

现有常用的电磁阀有先导式电磁阀和直动式电磁阀，这两种阀门的缺点是：

先导式电磁阀结构，其打开需要有最小的系统介质压差驱动主阀芯，在空载或低工作压力下阀门不能工作。

直动式电磁阀能够在空载或低工作压力下工作，但如果要满足大口径的设计要求，其结构尺寸和质量就会很大，远远超出了空间站环控生保系统所能够承受的范围。

因此，现有电磁阀无法满足该空间站环控生保系统的上述设计要求。

技术实现要素：

基于上述背景技术，本发明所要解决的技术问题是提供一种能在空载或有载下工作、尺寸小、重量轻的大口径先导卸荷式电磁阀。

本发明的技术解决方案为：

一种大口径先导卸荷式电磁阀，包括阀体、阀盖、阀芯组件以及电磁驱动控制组件；阀体内设置有阀座；阀盖安装在阀体上端；阀盖上设置有阀芯组件安装孔；

其特殊之处在于：

阀芯组件包括主阀芯和导阀芯；主阀芯设置在阀芯组件安装孔处，下部为圆盘形并与阀座密封接触；主阀芯上部为圆筒结构，圆筒结构底部开设有泄压孔；主阀芯上还设置有节流孔和连通孔；节流孔位于阀体的介质入口侧；连通孔一端与主阀芯上腔连通，另一端与所述泄压孔连通；

导阀芯的轴向截面为“⊥”形，其“I”部外套装有导向环，其“-”部位于导向环下方；导阀芯的“-”部直径大于导向环内径小于圆筒结构内径；

导阀芯和导向环均位于主阀芯的圆筒结构内，导向环与筒状结构固定连接，导阀芯的“I”部上端伸出筒状结构外与电磁驱动控制组件相连；

所述电磁阀还包括膜片；所述膜片的内沿部分与主阀芯固连，膜片的外沿部分与阀体固连；

所述电磁阀的口径≥50mm，阀座口径≥80mm，衔铁上移/下移的行程≥6mm。

阀芯组件在电磁驱动控制组件的作用下上移/下移从而与阀座分离或接合，实现介质入口和介质出口之间的连通状态的切换。

本发明采用圆盘与圆筒相结合的主阀芯，切用膜片来连接主阀芯与阀体，因此既可以增大阀座通径，有能将阀门重量和体积降至最低。

基于上述基本技术方案，本发明还作出如下优化和/或限定：

为了满足主阀芯的大行程要求，上述膜片采用碟形结构。膜片的内沿部分通过螺母固定压紧在主阀芯上，膜片的外沿部分通过阀盖固定压紧在阀体上。

为了减小膜片的刚度，以防止大行程工作模式下电磁阀多次动作后引起膜片疲劳撕裂，保证电磁阀的动作寿命，上述膜片采用两边为橡胶中间夹布的结构。

上述电磁驱动控制组件主要包括线圈骨架、线圈、弹簧和衔铁；线圈骨架固定安装在阀盖上，线圈骨架的下部套装在导阀芯的圆筒结构外；线圈绕制在线圈骨架外；衔铁安装在线圈骨架内并能沿线圈骨架轴向滑动；线圈骨架的上部为电磁铁，电磁铁的磁极面正对衔铁的上端面并留有一定间距；弹簧安装在线圈骨架的磁极面和衔铁的上端面之间；衔铁的下端与导阀芯的上端固连。

上述衔铁的下端面沿轴向设置有与导阀芯相适配的凹槽，凹槽处沿衔铁径向设置有销孔一；导阀芯上部相应位置处沿导阀芯径向设置有销孔二；衔铁和导阀芯在销孔一、二处通过连接销固连。

上述衔铁与线圈骨架相对的两个面上均设置有90度锥角时，电磁铁的工作气隙最小，电磁铁的质量最小，同时能够保证导阀芯和/或主阀芯的行程。

为了防止出现卡滞及卡死现象发生，延长电磁阀的工作寿命，在上述衔铁外安装塑料减摩环，在导阀芯的圆筒结构外也安装塑料减摩环。

为使电磁阀结构紧凑，上述主阀芯和导阀芯同轴安装。

与现有技术相比，本发明的优点是：

(1)本发明结合了直动式电磁阀和先导式电磁阀的结构特点，适用于大通径小流阻工作条件。为了满足大口径的设计要求，本发明通过增大阀座口径、减小衔铁的行程(该行程决定了主阀芯的开度)来保证阀门流通面积，同时主阀芯和阀体之间采用橡胶膜片连接密封，而其他组件的结构尺寸增大很小甚至无需增大，因此结构紧凑、体积小、重量轻；本发明由电磁驱动控制组件控制阀芯组件与阀座的接合/分离，因此在空载或低工作压力下可以工作。

(2)本发明的膜片为碟形，采用橡胶-布-橡胶的结构，具有刚度小、行程大的特点，既可以保证阀芯组件的行程，又可防止大行程工作模式下多次动作后引起疲劳撕裂，有效保证了电磁阀的动作寿命。

(3)本发明的电磁铁和衔铁的相对面上均设置90°锥角结构，以保证衔铁行程的前提下，减小电磁铁工作气隙，因此能够以较小的电磁铁质量和体积得到所需要的电磁吸力。

(4)本发明的主阀芯上设计了节流孔、泄压孔和连通孔，结构设计中合理匹配节流孔和泄压孔的大小，将泄压孔流通面积设计为大于等于节流孔流通面积的3倍，从而将阀门打开和关闭响应时间控制在100ms以内以满足设计要求。

(5)本发明在衔铁外和主阀芯的圆筒结构外均安装塑料减摩环，能够减小衔铁和主阀芯动作时的摩擦力，防止衔铁和阀体、主阀芯和线圈骨架出现卡滞及卡死现象，延长电磁阀的动作寿命。

(6)本发明密封可靠性高。结构设计上阀芯-阀座密封副均采用非金属-金属复合密封结构，非金属密封材料采用回弹性较好的橡胶材料，导阀芯的密封端和主阀芯的密封端均采用橡胶硫化技术保证橡胶块和阀芯基体可靠连接，并严格控制作用在橡胶材料上的密封比压，保证阀芯多次动作后的密封可靠性。

附图说明

图1为大口径先导卸荷式电磁阀结构原理图；

图2为本发明的主阀芯和导阀芯连接结构图；

图3为本发明的衔铁结构图。

其中附图标记为：

1-线圈骨架、2-线圈、3-弹簧、4-衔铁、41-塑料减摩环、5-连接销、6-导阀芯、61-连接孔、7-主阀芯、71-节流孔、72-泄压孔、73-连通孔、8-导向环、9-膜片、10-阀体、11-调整垫片、12-垫片、13-O形橡胶密封圈、14-大螺母、15-小螺母、16-O形橡胶密封圈、17-阀盖、18-阀座、19-锥角、20-主阀芯上腔。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

如图1、图2所示，本发明所提供的大口径先导卸荷式电磁阀，包括阀体10、阀盖、阀芯组件以及电磁驱动控制组件。

阀体10左端为介质入口，右端为介质出口，介质入口和介质出口之间为介质通道。阀体10内设置有阀座18；阀盖17安装在阀体10上端(接合处采用O形橡胶密封圈13密封)，阀盖17上开设有阀芯组件安装孔，阀芯组件位于阀芯组件安装孔处，阀门关闭时，阀芯组件的底部与阀座密封接触。

阀芯组件为组合式阀芯，由设置在阀芯组件安装孔处的主阀芯7和嵌套在主阀芯内的导阀芯6构成。主阀芯7的下部为圆盘形并与阀座18的上端面密封接触，主阀芯7部为圆筒结构，圆筒结构底部开设有泄压孔72；主阀芯7靠近介质入口处开设有节流孔71，圆筒结构上开设有用于连通主阀芯上腔和泄压孔的连通孔73。节流孔的流通面积＜连通孔的流通面积＜泄压孔的流通面积。

导阀芯6整体为杆状，下端直径变大作为密封头部；导阀芯6的杆部和主阀芯7的圆筒结构之间安装有导向环8，导向环8与主阀芯7以螺纹连接的方式固连，导向环8与导阀芯6之间存在间隙。导阀芯6上端杆部伸出筒状结构外与电磁驱动控制组件的衔铁4通过连接销5固连，下端头部与泄压孔72密封接触，圆筒结构的底部作为导阀芯阀座。

为了在满足大口径的设计要求时尽可能的减小阀门的尺寸，本发明的阀座口径为≥80mm，并采用膜片9连接主阀芯和阀体，具体连接方式为膜片9的内沿部分通过大螺母14和垫片12固定在主阀芯的上端面处，膜片9的外沿部分通过调整垫片11固定在阀体和阀盖之间。为了保证阀芯组件的行程和防止大行程下多次动作引起疲劳撕裂，保证电磁阀的动作寿命，膜片9采用两边为橡胶中间夹布结构的碟形膜片。

电磁驱动控制组件主要由线圈2、线圈骨架1和衔铁4组成。线圈骨架1固定安装在阀盖17上(与阀盖接合处采用O形橡胶密封圈16密封)，线圈骨架1的下部为圆筒套装在导阀芯的圆筒结构外并通过小螺母15固定，线圈骨架的中部预留有衔铁4的安装空间，线圈骨架的上部为电磁铁；线圈2绕制在线圈骨架1外；衔铁4安装在线圈骨架1内并能沿线圈骨架轴向移动(为提高阀门寿命，在衔铁4外安装塑料减摩环41)，衔铁4的上端面正对电磁铁的磁极面并预留有一定行程距离；电磁铁的磁极面和衔铁的上端面之间安装有弹簧3；衔铁的下端与导阀芯的上端通过连接销固连。

为进一步减小电磁阀尺寸，本发明电磁铁和衔铁的相对面上均设置90度锥角19结构，以在相同大小电磁吸力的前提下最大限度地减小电磁铁的质量和体积。

本发明的工作原理：

本发明的工作方式为通电打开、断电关闭。阀门不工作时，介质通过主阀芯7上的节流孔71进入主阀芯上腔20，与弹簧3一起为主阀芯7提供密封力，保证主阀芯的可靠密封；弹簧3为导阀芯6提供密封力，保证导阀芯的可靠密封。

空载条件下，线圈2通电后，电磁吸力克服弹簧力把导阀芯6和主阀芯7依次向上提起，阀门打开。

当介质入口与介质出口存在压差时，线圈2通电后，导阀芯6先被吸起一小段距离，主阀芯7上的泄压孔72先被打开将主阀上腔和阀门的介质出口连通，由于泄压孔72流通面积比节流孔71大，主阀芯上腔压力迅速下降，当主阀芯上的介质作用力小于电磁铁吸力时，主阀芯7在电磁吸力和介质力的作用下打开。

阀门需要关闭时，给线圈2断电，导阀芯6在弹簧的作用力下先关闭，主阀芯上腔压力迅速上升，导阀芯6和主阀芯7在弹簧力和介质力共同作用下向下运动，阀门关闭。