一种用于锥式电磁换向阀的锥型阀芯的制作方法

本技术涉及检测液压电磁换向阀，具体而言，涉及一种用于锥式电磁换向阀的锥型阀芯。

背景技术：

1、锥式电磁换向阀具有体积紧凑和泄露量小的特点，被广泛用于电液执行器中。当锥式电磁换向阀处于锁位位置（如图1所示的p口被截止）时，能够实现油缸锁定功能。锥式电磁换向阀的开启和关闭动作是否流畅，直接决定了电液执行器工作的稳定性。

2、然而，锥式电磁换向阀的工作流量被其自身结构限制，工作过程中当系统流量大于锥式电磁换向阀的额定流量时，极易因液动力过大而导致阀芯出现卡滞现象。

3、如图1所示为现有的锥式电磁换向阀结构，阀芯向左运动压缩弹簧，液压油从p口进入阀体，从a口排出；然后弹簧推动阀芯向右移动，液压油由a口进入阀体，从t口排出；当经过阀芯、阀套的流量大于额定流量时，会出现阀芯无法被弹簧推动的卡滞故障问题，该问题严重限制了锥式电磁换向阀的流量范围和应用场景。

技术实现思路

1、鉴于此，本实用新型的目的在于设计一种用于锥式电磁换向阀的锥型阀芯，优化锥型阀芯的尺寸结构，设计锥面对流体的运动方向进行提前导流，使射流迹线偏向垂直方向，增加射流角，改变液体射出方向，从而降低液动力，解决现有锥式电磁换向阀的当经过阀芯、阀套的流量大于额定流量时，弹簧无法推动阀芯的问题，提升锥式电磁换向阀的流量范围，扩展锥式电磁换向阀的应用场景。

2、本实用新型提供一种用于锥式电磁换向阀的锥型阀芯，滑动设置在阀套中，包括：连为一体同轴设置的芯棒和活塞，所述芯棒、活塞分别位于所述阀套的进流端和出流端；所述活塞朝向所述阀套的进流端一侧设置有密封锥台，所述密封锥台设置有多层相互衔接的锥度不同的锥面。

3、目前虽然也有对于阀芯形状与液动力关系的研究，但是研究对象仅针对滑阀结构或压力阀，尚没有关于锥型换向阀液动力分析的透彻研究。本实用新型基于锥型换向阀液动力分析，通过理论计算、cfd仿真和实验测试，设计一种新型的锥型阀芯。通过多级锥面逐步改变流体方向，减少湍流和压力损失，优化流体控制‌，提升换向阀的响应速度和稳定性‌。锥面分层设计可分散高速流体对阀套的冲击，降低磨损‌，延长阀芯与阀套的寿命‌。

4、阀芯的活塞上设置的多层不同锥度的锥面，可以针对不同工况（如开启、过渡、全开）实现可靠的打开或关闭。多层不同锥度的锥面相比圆弧面更易加工且具有相似的导流效果。

5、该阀芯设计通过多层锥面协同作用，兼顾流体动力学与结构可靠性。

6、进一步地，各层所述锥面沿所述芯棒的轴向的锥度依次减小。

7、密封锥台设计为多层锥面，锥面沿射流方向依次排列，有助于流体平顺过渡，降低湍流和能量损失。高压液流经逐级锥面时，动能通过扩散、转向和碰撞逐步耗散，减少对阀芯的冲击‌。

8、通过逐级降低锥度，可逐步降低流体速度，减少湍流和压力损失‌。每层锥面等高设计确保流体分布均匀，避免局部冲刷磨损‌。增强结构稳定性‌，延长阀芯寿命‌。

9、进一步地，所述密封锥台的最顶部与所述芯棒的连接处设置有垂直平面，所述垂直平面与所述芯棒的中轴线法向正交。

10、垂直平面能有效阻挡高速流体直接冲击连接处，降低应力集中；正交设计（90°）确保流体转向平顺，减少涡流和振动‌。

11、进一步地，所述密封锥台的底部设置有圆柱台，所述圆柱台朝向所述阀套的出流端一侧设置有背锥台，所述圆柱台的外径与所述阀套的外径匹配。

12、通过圆柱台与阀套外径匹配，确保阀芯与阀套的同心度，减少流体泄漏风险，同时降低加工难度。圆柱台内部加工成镂空，减小元件质量，提高电磁阀的响应速度。圆柱台表面加工了均压槽，减小径向受力的不均衡性。均压槽可以储存杂质颗粒，防止阀芯被卡死。

13、背锥台可引导流体平顺过渡，减少涡流和振动，提升阀芯稳定性‌。

14、进一步地，所述密封锥台设置有三层锥面，最顶部的一层锥面的端部连接所述芯棒，最底部的一层锥面的端部连接所述圆柱台。

15、三层锥面最顶部的锥面与芯棒连接，最底部的锥面与圆柱台连接，确保了阀芯与阀套的同心度，减少流体泄漏风险，同时降低加工难度。

16、本实施例中，沿射流方向依次设置三层锥面cd、锥面de、锥面ef，所述锥面cd和所述芯棒的中轴线间形成夹角α，30°＜α≤80°。

17、优选地，α=80°。

18、锥面cd对流体的运动方向进行提前导流，使射流迹线偏向垂直方向，这样可以增加射流角，改变液体射出方向，从而降低液动力。

19、本实用新型的一个实施例中，通过修改α可以改变射流角度，α为30°对应射流角30°，α为80°对应射流角65°。在速度矢量图中量取所有射流角度并根据公式1-10 计算液动力数值，射流角度、液动力与α的关系曲线，射流角随α增加而增加，当α为80°时出口的射流角度最大，对应的液动力也最小。

20、所述锥面ef和所述芯棒的中轴线间形成夹角β，10°≤β＜25°。

21、优选地，β=30°。流体经过电磁锥阀后，流动方向会被改变。在锥面ef的f点处会出现涡流区域，锥面ef可以起到过度缓冲作用，减小涡流的区域。

22、本实用新型的实施例中，锥面ef的角度是通过仿真得到的最优值。

23、所述锥面de和所述芯棒的中轴线间形成夹角γ，25°≤γ≤30°。

24、优选地，γ=25°。

25、de段是与阀套配合的密封面，锥面de的角度没有改变，可保证阀芯位移不变，保证阀芯的位移与修改前相等，保证新阀芯位移是在电磁铁和弹簧的有效行程内，这样电磁阀不需要更换电磁铁和弹簧。锥面de能够可靠的与阀套配合实现低泄露。在三维模型里面通过实现阀芯极限倾斜条件下与阀套接触，得到的e点和d点位置。

26、进一步地，所述芯棒的直径为d，所述活塞的最大圆柱面处的直径为d，0.7d≤d≤0.5d。

27、本实施例中，计算出本实用新型新的阀芯直径d = 2.82mm，原始结构的直径为4mm，则新的阀芯直径范围是4mm＞d≥2.82mm，最终取新的阀芯直径d为3mm。

28、减小阀芯直径d，可以直接增加阀的通油能力，在流量相等的情况下，新的阀芯造成的压力损失会低于现有的原始结构，并且液体流速会降低，ι面上的压力会增加，则ι面与π面的压差会减小，液动力随之降低。减小直径d，阀芯质量惯性会变小，电磁阀打开和关闭的时间缩短了。为了保证阀芯可以承受弯曲力矩对阀芯强度进行了计算校核，因为阀芯右端有导向功能，安全系数可以取低值为1.5。

29、进一步地，所述背锥台的锥度与所述密封锥台的最底部的锥面锥度相同，所述背锥台沿所述芯棒的中轴线方向的高度与所述密封锥台相同。

30、背锥台与密封锥台采用相同锥度，确保流体在背锥台与密封锥台过渡时无突变，减少湍流和压力损失‌。背锥台与密封锥台采用等高度设计，通过结构对称性使阀芯受力均匀，降低因不对称流动导致的振动和磨损‌。

31、统一锥度和高度参数减少加工误差，提升阀芯与阀套的配合精度‌，并简化‌加工与装配工艺。

32、进一步地，所述阀套的径向外侧套设有阀体，所述活塞远离所述芯棒的一侧连接有推杆，所述推杆的端部设置有推板，所述推板的外径与所述阀体的内径相匹配。

33、匹配的推板外径可抑制推杆在运动中的径向偏移，确保阀门启闭动作的精准性。推板与阀体内壁紧密配合，增加推杆与阀套的同心度，尤其适用于高压场景‌。

34、推板将活塞的轴向推力均匀分布至阀体，避免局部应力集中，延长阀门寿命。

35、进一步地，所述推杆与所述阀体的径向空间内设置有弹簧，所述弹簧的中轴线与所述推杆的中轴线重合。

36、弹簧中轴线与推杆中轴线重合，可确保推杆运动时的直线性和稳定性，减少因偏心导致的摩擦和磨损，延长阀门寿命。

37、进一步地，所述芯棒的外圆柱面上设置有周向的环槽，所述环槽的内部嵌设有密封胶条，所述密封胶条紧贴在所述阀套的内壁上。

38、阀芯的芯棒与阀套的线接触密封结构，能够有效减少泄漏风险‌，提高密封性。

39、与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

40、本实用新型提供的用于锥式电磁换向阀的锥型阀芯结构简约而合理，整体性强，优化锥型阀芯的尺寸结构，设计锥面对流体的运动方向进行提前导流，使射流迹线偏向垂直方向，增加射流角，改变液体射出方向，从而降低液动力；同时降低液体流速，增加锥面上的压力，减小锥面与端面的压差，降低液动力，有效解决了现有锥式电磁换向阀的当经过阀芯、阀套的流量大于额定流量时，弹簧无法推动阀芯的问题，提升了锥式电磁换向阀的流量范围，扩展了锥式电磁换向阀的应用场景。