技术领域
[0001] 本
发明涉及一种用于卫星拦截器的电磁
阀组件,属于卫星拦截器精密控制技术领域。
背景技术
[0002] 卫星拦截器是一种未来防御战争的重要武器,
电磁阀组件是控制卫星拦截器的主要执行部件之一,其性能的优劣,直接决定着拦截任务的成败。因此需要一种控制
精度高、响应快、重量轻的电磁组件用于卫星拦截器的主轨控制、
姿态粗调和姿态精调。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于,提供一种用于卫星拦截器的电磁阀组件。以满足卫星拦截器对电磁阀组件控制精度高、响应快、重量轻的技术要求。
[0004] 本发明的技术方案:一种用于卫星拦截器的控制组件,包括壳体,壳体上设有燃烧剂进口、燃烧剂出口、
氧化剂进口、
氧化剂出口,以及连通相通燃烧剂进口和燃烧剂出口的燃烧剂通道和连通氧化剂进口和氧化剂出口的氧化剂通道;燃烧剂通道和氧化剂通道经
活塞腔相通;活塞腔一端设有
先导阀组件;燃烧剂通道内设有燃烧剂控制组件;氧化剂通道内设有氧化剂控制组件。
[0005] 前述控制组件中,所述先导阀组件经
螺栓安装在壳体上,螺栓经
锁紧
钢丝固定;先导阀组件外设有排气套。
[0006] 所述先导阀组件包括
阀体组件和线圈组件,阀体组件内设有阀芯,阀芯底部设有下
阀座,阀芯顶部设有上阀座,上下阀座之间的阀芯外面设有导向筒;上下阀座的中心均设有通孔,上阀座的通孔内设有顶杆,顶杆与线圈组件底部的
衔铁连接;衔铁位于线圈组件内的磁钢底部,磁钢底面设有中心孔,中心孔顶部设有
螺纹孔,
螺纹孔内设有圆头螺钉;中心孔内设有
弹簧,弹簧顶部设有调整
垫圈。
[0007] 前述控制组件中,所述线圈组件的线圈与
外壳之间设有XZ-1填料;线圈
匝数为600~700匝之间。
[0008] 前述控制组件中,所述燃烧剂控制组件和氧化剂控制组件结构相同;均包括设在燃烧剂进口和燃烧剂出口之间或氧化剂进口和氧化剂出口之间的阀座,阀座中央设有通孔,阀座上设有阀芯组件,阀芯组件外套有导向套,导向套外圆经销钉与壳体连接;阀芯组件上段经螺帽与活塞连接;活塞与阀芯组件之间设有活塞调整垫圈,螺帽与活塞之间设有密封垫圈;螺帽外套有活塞弹簧,活塞弹簧顶部设有弹簧调整垫圈,弹簧调整垫圈顶部设有调整螺套,调整螺套与燃烧剂通道或氧化剂通道口的壳体
螺纹连接。
[0009] 前述控制组件中,所述阀座底部设有O型圈,阀座外圆与燃烧剂通道和氧化剂通道的孔为
过盈配合,与O型圈一起构成双重密封结构。
[0010] 前述控制组件中,所述氧化剂通道中的活塞弹簧弹
力大于燃烧剂通道中的活塞弹簧弹力。
[0011] 前述控制组件中,所述阀芯组件底部设有环槽,环槽底部设有排气孔,环槽内设有活塞密封垫,阀芯组件上段设有
外螺纹,外螺纹与经螺帽与活塞连接;阀芯组件中段套有导向套,导向套内孔两端靠孔口处设有环槽,环槽内设有泛塞
密封圈,两个泛塞密封圈之间设有导向环;导向套外圆设有销钉槽和O型圈。
[0012] 前述控制组件中,所述导向环采用掺有
碳添加剂的高等级纯聚四氟乙烯基材料。
[0013] 与
现有技术相比,本发明在结构布局上将阀
门等执行元件布置在电磁阀出口
位置,并采用
气动力辅助密封,减小阀门密封所需弹簧力,实现电磁阀重量最小化。同时通过匹配线圈参数与激励
信号实现斩波激励,使电磁阀电感最小化、电磁阀开启瞬间电磁力最大化和
电流快速上升,最终保证电磁阀快速响应。通过上述措施使电磁阀不仅重量小而且响应快。本发明采用高等级的纯聚四氟乙烯基材料,掺有碳添加剂,制成导向环提高了壳体内孔对活塞的导向能力,提高了滑套运动的灵活性和
稳定性,同时也提高了电磁阀的整体响应时间。本发明多处采用泛塞密封圈以确保工作媒体的0泄露提高了电磁阀的安全性。本发明采用单台电磁阀同时控制两种工作介质,通过不同的弹簧作用力实现两种工作介质开启关闭顺序的控制。
附图说明
[0014] 图1是本发明的结构示意图;图2是图1的俯视图;
图3是先导阀组件的结构示意图;
图4是图2的局部放大图;
图5是燃烧剂控制组件和氧化剂控制组件的结构示意图;
图6是套有导向套的阀芯组件示意图。
[0015] 附图中的标高为:1-壳体、2-燃烧剂进口、3-燃烧剂出口、4-氧化剂进口、5-氧化剂出口、6-燃烧剂通道、7-氧化剂通道、8-活塞腔、9-先导阀组件、10-燃烧剂控制组件、11-氧化剂控制组件、12-阀体组件、13-线圈组件、14-阀芯、15-下阀座、16-上阀座、17-导向筒、18-通孔、19-顶杆、20-衔铁、21-磁钢、22-中心孔、23-螺纹孔、24-圆头螺钉、25-弹簧、26-调整垫圈、27-阀座、28-阀芯组件、29-导向套、30-销钉、31-螺帽、32-活塞、33-密封垫圈、34-活塞弹簧、35-调整螺套、36-弹簧调整垫圈、37-活塞调整垫圈、38-活塞密封垫、39-外螺纹、40-泛塞密封圈、41-导向环、42-销钉槽、43-O型圈、44-排气孔、45-线圈、
46-外壳、47-XZ-1填料、48-螺栓、49-排气套、50-锁紧钢丝。
具体实施方式
[0016] 下面结合附图和
实施例对本发明作进一步的详细说明,但不作为对本发明的任何限制。
[0017] 一种用于卫星拦截器的控制组件,如图1所示:包括壳体1,壳体上设有燃烧剂进口2、燃烧剂出口3、氧化剂进口4、氧化剂出口5,以及连通相通燃烧剂进口和燃烧剂出口的燃烧剂通道6和连通氧化剂进口和氧化剂出口的氧化剂通道7;燃烧剂通道和氧化剂通道经活塞腔8相通;活塞腔一端设有先导阀组件9;燃烧剂通道内设有燃烧剂控制组件10;氧化剂通道内设有氧化剂控制组件11。如图2所示,所述先导阀组件9经螺栓48安装在壳体1上,螺栓经锁紧钢丝50固定;先导阀组件外设有排气套49。如图3 和图4所示,先导阀组件9包括阀体组件12和线圈组件13,阀体组件12内设有阀芯14,阀芯底部设有下阀座15,阀芯顶部设有上阀座16,上下阀座之间的阀芯外面设有导向筒17;上下阀座的中心均设有通孔18,上阀座的通孔内设有顶杆19,顶杆与线圈组件底部的衔铁20连接;衔铁位于线圈组件内的磁钢21底部,磁钢底面设有中心孔22,中心孔顶部设有螺纹孔23,螺纹孔内设有圆头螺钉24;中心孔内设有弹簧25,弹簧顶部设有调整垫圈26。线圈组件13的线圈45与外壳46之间设有XZ-1填料47;线圈匝数为600~700匝之间。如图5所示,燃烧剂控制组件10和氧化剂控制组件11结构相同;均包括设在燃烧剂进口2和燃烧剂出口3之间或氧化剂进口4和氧化剂出口5之间的阀座27,阀座中央设有通孔18,阀座上设有阀芯组件28,阀芯组件外套有导向套29,导向套外圆经销钉30与壳体1连接;阀芯组件上段经螺帽31与活塞32连接;活塞与阀芯组件之间设有活塞调整垫圈37,螺帽与活塞之间设有密封垫圈33;螺帽外套有活塞弹簧34,活塞弹簧顶部设有弹簧调整垫圈36,弹簧调整垫圈顶部设有调整螺套35,调整螺套与燃烧剂通道或氧化剂通道口的壳体螺纹连接。氧化剂通道7中的活塞弹簧弹力大于燃烧剂通道6中的活塞弹簧弹力。阀座27底部设有O型圈43,阀座27外圆与燃烧剂通道6和氧化剂通道7的孔为过盈配合,与O型圈一起构成双重密封结构。如图6所示,阀芯组件28底部设有环槽,环槽底部设有排气孔44,环槽内设有活塞密封垫38,阀芯组件上段设有外螺纹39,外螺纹与经螺帽31与活塞32连接;阀芯组件中段套有导向套29,导向套内孔两端靠孔口处设有环槽,环槽内设有泛塞密封圈40,两个泛塞密封圈之间设有导向环41;导向套外圆设有销钉槽42和O型圈43。导向环41采用掺有碳添加剂的高等级纯聚四氟乙烯基材料。
实施例
[0018] 本例如图1所示,主要由氧化剂通道7、燃烧剂通道6和先导阀组件9三部分构成。先导阀组件安装在壳体1上,氧化剂通道和燃烧剂通道位于壳体内。壳体采用锻
铝7075-T6,表面进行EtA(S)Cl(A)处理。其
抗拉强度为505MPa~510MPa,
屈服强度为420MPa~435MPa,满足强度设计要求。氧化剂和燃烧剂通道是在壳体上加工出的不同孔径的孔,孔内安装有氧化剂和燃烧剂控制组件。
[0019] 氧化剂和燃烧剂通道(以下简称介质通道)在结构上是相同的,其结构如图5所示。装配时参见图6,先将0型圈43、套在活塞阀座27上,将套有0型圈的活塞阀座安装在壳体
1内介质(氧化剂或燃烧剂)入口与出口的孔中,活塞阀座与孔采用过盈配合,通过过盈配合和0型圈双重密封以防止介质的泄露。然后再如图6所示,在导向套29内孔的环槽内装上泛塞密封圈40和导向环41,套在活塞阀芯组件28的轴上,再在导向套29外圆上套上0形圈43,将阀芯组件28和导向套29一起装在壳体的介质通道内,然后在阀芯组件28的轴肩上安装活塞调整
垫片37,调整垫片的厚度和数量是本发明的关键,直接影响阀芯组件28的行程,通过增减活塞调整垫片37的厚度和数量来调节阀芯组件28的行程,调节完成后先将泛塞密封圈40和导向环41装在壳体内的环槽内再将活塞32装入壳体的介质通道中,装配活塞32时要求和活塞阀芯组件上的孔和槽对齐,再将活塞
密封垫片33和螺帽31装在活塞密封组件27上,装配螺帽31时在螺纹处涂乐泰263,拧紧螺帽31的拧紧力矩为0.1Nm~
0.2 Nm,最后将活塞弹簧34、弹簧调整垫片36、调整螺套35一起装入壳体的介质通道中,通过调整螺套35来保证氧化剂通道满足流量要求。
[0020] 先导阀的结构如图3和图4所示,装置时,将先导阀、密封垫、排气套装入先导阀通道中,其中通过选配不同厚度的密封垫以保证密封垫的压缩量不大于0.1mm。上述工作完成后如图2所示,用螺栓48将先导阀组件9固定在壳体上,螺栓48的旋拧力矩为0.1Nm~0.2 Nm,拧紧后用锁紧钢丝50将螺栓48锁死,锁紧方向应是圆柱头螺钉的拧紧方向。
[0021] 装配过程中应采取以下措施:为保证活塞32的开启和关闭时间,将活塞的开启气压力调整为弹簧力的3倍;为提高电磁阀的关闭速度,在设计活塞弹簧34时,弹簧力为进出口液压等反力合力的1.4倍。
[0022] 为满足燃烧剂通道的阀口先开启后关闭要求,在装配调整过程中,通过增加弹簧调整垫片36以调整氧化剂和燃烧剂通道的活塞弹簧力,使得氧化剂通道的弹簧力大于燃烧剂通道的弹簧力,从而使得在相同的燃气压力下达到设计要求。
[0023] 流量的控制主要通过控制关键尺寸精度,并通调节行程来保证。首先,为保证两个通道的流量要求,先根据
挡板阀的工作原理及流量计算公式,并进行流量仿真验证,除此以外,将阀座孔尺寸定为关键尺寸。
[0024] 由于主机外形尺寸的限制,先导阀的线圈绕制空间已确定,电磁阀最大绕制匝数为659匝。
[0025] 电磁阀匝数为659匝时常温下的开启时间为3.4ms,满足设计小于4ms的要求。
[0026] 本发明中各零组件的结构特点1、为提高壳体内孔对活塞的导向能力,增加了耐磨导向环(材料是高等级的纯聚四氟乙烯基材料,掺有碳添加剂)设计,即提高了滑套运动的灵活性和稳定性,也提高了电磁阀的整体响应时间。
[0027] 2、活塞阀芯组件28与导向套29的动密封采用泛塞密封圈40的结构,由于产品中燃气、燃烧剂和氧化剂混合即发生爆炸,因此燃烧剂腔、氧化剂腔和燃气通道间的密封尤为重要,因此此处的密封采取泛塞圈式动密封机构,提高了电磁阀的安全性。
[0028] 3、壳体采用锻铝7075-T6,该材料的抗拉强度为505MPa~510MPa,屈服强度为420MPa~435MPa,满足强度设计要求。锻铝7075-T6的精加工通过机加保证,表面进行EtA(S)Cl(A)处理。
[0029] 4、活塞阀座27可以满足非金属
变形限制的要求,对其进行金属限位。
[0030] 5、本发明的介质为一甲基肼、四氧化二氮及无
水肼,该介质
腐蚀性大、与材料的相容性要求高,因此电磁阀中金属件采用
不锈钢和锻铝7075-T6,非金属件采用聚四氟乙烯。
[0031] 6、为提高电磁阀中先导阀的电
磁性能,同时降低电磁阀的重量,该电磁阀的线圈罩、极靴、垫圈和衔铁都采用了高饱和磁感应强度的软磁材料1J22,该材料易腐蚀,因此增加了表面化学
镀镍,同时为提高电磁性能,按厂家提供的
热处理要求对材料进行热处理。
[0032] 7、电磁阀与主机采用
压板式安装,可自由拆装,先导阀和壳体的连接采用螺栓
法兰式安装并用锁紧钢丝锁紧,维修性良好。
[0033] 8、活塞阀座采用挡板式非金属软密封,同时阀座与壳体采用过盈配合和O形圈双重密封结构。确保燃烧剂和氧化剂通道的阀门达到无
泄漏密封要求。
[0034] 本发明的工作过程及原理当先导阀通电时,其燃气进口打开,燃气进入活塞腔,燃气压力推动活塞32和活塞阀芯组件28向上运动并开启燃烧剂和氧化剂通道,通过控制活塞弹簧34的弹簧力使得燃烧剂通道先打开,氧化剂通道后打开。最终氧化剂与燃烧剂共同进入到燃烧腔内混合进行燃烧。
[0035] 当先导阀断电时,燃气进口关闭,排气口打开,活塞腔内的燃气从先导阀排气口流出,活塞腔内压力减小,活塞弹簧34推动活塞32和活塞阀芯组件28向下运动并关闭燃烧剂和氧化剂通道,氧化剂出口先关闭,燃烧剂出口后关闭,最终实现氧化剂与燃烧剂的关闭。
[0036] 本发明的电磁阀还分别有一个冷却剂进口和出口,其中冷却剂进口和燃烧剂进口相同,根据实际工作时的要求可通过与电磁阀配合的安装板的不同开通或关闭冷却剂进口和出口。
[0037] 如图3所示,先导阀组件9中的阀芯组件14与阀体组件12之间和线圈组件13与阀体组件之间均进行激光焊,通过修磨衔铁20的顶杆19端面来保证先导阀的行程,增减调整垫片26的个数来调整弹簧25的弹簧力不大于52N,圆头螺钉24的拧紧力矩为0.1Nm~0.2 Nm,且拧圆头螺钉时在螺纹上涂乐泰263。
[0038] 线圈组件主要有线圈45、外壳46和XZ-1填料组成。线圈组件下方设有衔铁组件,衔铁组件包括顶杆19和衔铁20。阀芯组件如图3所示,主要由下阀座15、导向筒17、阀芯组件14和上阀座16组成;如图4所示通过修磨导向筒的A面来保证尺寸B的值,尺寸B的值是在阀芯组件的阀芯密封垫38完全变形时的行程值。