高速大流量二位三通开关式电磁阀.pdf

6 阀 门 2 1 I 1 年第 2 期 文章编号 1 0 0 2 5 0 5 5 2 0 0 1 0 2 0 0 0 6 0 3 高速大 流量 二位 三通开 关 式 电磁 阀 张 小军 。朱 国 伟 ． 崔可润 1 ． 中国科学院光电拉术研究所 ．四川成都6 1 0 2 0 9 ； 2 ． 武汉 理 工 大学能 源 与动 力工 程学 院 ，湖 北武汉4 3 0 0 6 3 摘 要介 绍 T一种新 型 高速大流 量位三 通开 关式 电磁 阀．阐述 7其组成 、I作原 理 和特 点， 并对该 阀的性 能做 T洲试 。实践 和洲试结果 证 明．新设计 的电磁 阀具 有 高速 动态响应性能 、大流 量性 能和优 良的工 艺性能 。 差 蕾 词电 越 闫 ；津 量特 性 ；结 构 中圉分 类号 T P 2 1 4 文 献标 识 码 A Hi g h s pe e d a nd g r e a t r a t e of flo w s o l e no i d v al v e ZHANG Xi a o - J u n ，ZHU Gu o - W e i 2 ， CUI Ke - r u n 1 ． Th e I r t i U i t e o f Op t i c s a n d E l e c t r o n i c s c h i n e s e A e s d e my。 f S c i e n c e * ．Ch e n g d u 6 1 0 2 0 9 。 C h i n a ； 2 ． Wu hnn un i 惴； 计 0 f T e c h n o l o g y ，W u hnn 4 3 0 0 6 3 ．c J o i n Ab s t r a c t I n t hi s p a p e r a n e w h i g b s p e e d a n d g r e a t r a t e o f flo w s o l e n o i d v a l v e i s p r e s e n t e d ． I t s c o n s t r u c t i o n ． wo r k p r i n c i p l e a n d c h a r a c t e r s i s i n t r o d u c e d a nd i t s p e r f o r ma n c e i s t e s t e d． Ex p e r i me n t s p r o v e t he n e w s o l e n o i d v a l v e h a s t he a d v a n t a g e s o f h i g h s p e e d ， g r e a t r a t e o f fl o w a n d e x c e l l e n t t e c h mc a l p r o p e r t i e s ． Ke y wo r d s s o l e n o i d v a l v e； Ch a r a c t e r i s t i e o f flo w ；s t r u c t u r e l 引 言 由于 高速开关 式 电磁 阀在 P WM 脉 宽调 制 信 号作用 下 ．可对流体 系统 的压力和流量 进行 直接数字控制．因而在现代流体系统 中得到越 来越 广泛 的应用 。现有 的高速开 关式 电磁 阀一 般为球 阀式和锥 阀式结构 。这是 因为 球 阀式 结 构简单 ，密封可靠 ，工 艺性 好，行程 短，动 作 灵敏 ，因而动态特性 好 。但是球 阀式 结构 由于 作 用在铜球上 的液压力 不平衡 ．所 以只能做成 小通径阀或做为先导阀．不适宜流量要求较大 的场合 。锥 阀式 结构可 蹦克服 球 阀式 结构 的液 压 力不平衡 问题 ．是 高速开关 式 电磁 阀的一种 较理 想 的阀芯结构形 式。但是 ． 由于受其工 艺 性 能的影 响，一般 只做成 二位 二通 式高速开关 阀．而 做成 二 位 三通 高速 开 关 式 锥 阀的 则 较 少 。传统的二 位三通式 锥阀如 图 1所示 。为 了 2个锥 面处能 可靠 的密封 ，要求 2个 阀 座具 有 严格 的同轴 度 ．这 对于 一些 工 作在 特殊 环 境， 如柴 油机 电控 燃 油 喷射 系统 中的 电磁 阀来 说， 为 了保 证可 靠的密封和 阀芯不被 卡死，加工 精 度要求非 常高 。所以 ．传 统的二位 三通式 锥 阀 工艺性 能较 差 ，加工难 度大 ．制 造成本高 ，而 且电磁 阀的工 作间隙调整 困难。针对这些 问 韪 ．本文提 出了一种结构新 颖的二 位三 通式锥 作者简介 张小军 1 9 7 3 一 ．男．胡南永州人．博士后。从事机电一体化研究 维普资讯 VALVE DESIGN QQ40444436 VALVE DESIGN QQ群号40444436 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 2 0 0 1 年第 2 期 阀 门 7 阀结构 。 2 结构设计 新型 二位三通 式锥 阀的阀芯 由 1个外 阀套 和 2个 自由内 锥 阀芯 组 成 图 2 。该 阀的 左 内锥 阀芯 和右 内锥 阀芯 可 以在 外 阀 中 自由滑 动，加工 时它们与 各 自的接 触柱 面 、台 阶面进 行 研配 ，以保证 可 靠的动密封 。两个 内锥 阀之 间无 同轴度 要求 ，使其 加工工艺性 能接近于 二 位二通 式锥 阀。外 阀外 表面与 阀体 的 内孔进行 研 配，属于 动密封 ，它与 动铁芯做成 一体，可 以在阀体 内左 、右运动 。外 阀为 空心 结构 ，质 量 轻。外 阀上最 小 内孔直 径与左 内锥 阀芯和右 内锥阀芯的密封 柱面直径相 差小 ，减 少了静 态 液动 力的 影响 。静 铁 芯采 用 环 状 多 极 式 E型 结构 ，可 以获得大 的 电磁 力和快的响应 速度 。 图 1 传 统 二位 三通 式 锥 阀 I I I 1 ． 左内锥阀芯2 ． 静铁芯3 ． 复位弹簧4 动铁芯5 ． 压 盖6 ． 外阀7 ． 阿体8 ． 右内锥阿苍 图 2新 型 二位 三 通式 锥 阀 设计 时，从 液 动力 和工艺性 角度 考虑 ，左 内锥 阀芯的直径 略大于右 内锥 阀芯的直径 ，在 外 阀左端 加工 出一个直 径与右 内锥 阀芯直径近 似 相等 的 台阶孔 。它一 方面改善 了加工工艺性 能 ，可 以保证 左 内锥 阀芯 与 阀座 可 靠 的密 封， 另一 方面部 分 的抵 消了右 端作用 的液 动力，减 小 了液动力 对 阀的开启 和关 闭的影 响，尤 其可 使外 阀的 回位动作 加快 ，加 速 电磁 阀闭阀的动 态 响 应速 度 。 3工作原 理 做常 开 式 阀用 时， 其左 端 油道 I为 进 油 口， 中间油道 Ⅲ为控制 口，右 端油道 Ⅱ为 回油 口。 当电磁 阀通 电时 ，在 电磁力 的作用下， 动 铁 芯和外 阀克服复 位弹簧 阻力 向左运 动，直到 外 阀与 左 内锥 阀芯 压紧 ，与右 内锥 阀芯 分 离。 此 时，进油 E l 与控 制 口断开 ， 回油 口与控制 E l 连通 ， 电磁 阀处于 关 闭状态 ；断 电时，动衔铁 和外 阀在复位 弹簧 的作 用下 ， 向右运动 ．直到 外阀与右 内锥 阀 芯压 紧 ，与左 内锥 阀芯分 离 。 此时 ，进油 口与控制 E l 连通 ， 回油 口与控翻 口 断开， 电磁 阀处于开 启状态 。 做常 闭式 阀用 时 ，其 右端 油 道 为进 油 E 1 ． 中间油道为 控制 口，左 端油道 为 回油 E l 。当电 磁阀通 电时 ，在 电磁力 的作用下 ，动铁芯和外 阀克服 复 位弹簧 的阻力 向左运动 ，直 到外 阀与 左 内锥 阀芯 压紧 ， 由于液 压力的作用 ，右 内锥 阀芯仍 处于最 右 位置 ，与 外阀分离。此 时．进 油 E l 与控翻 口连通 ， 回油 口与 控制 口断 开， 电 磁 阀处 于开 启状 态。断 电时，动铁芯和外 阀在 复位弹 簧的作 用下 ，向右运动 ，直到外 阀与 右 内锥 阀芯 压紧 ， 由于液 压力的作用 ，左 内锥 阀 芯 仍处于 最左位 置，与 外 阀分 离。此 时，进 油 E l 与控 制 口断 开 ，回油 口与控制 口连通， 电磁 阀处于 关 闭状 态 。 4 特 点 与 国内外其 他二 位三通 高速 开关 式 电磁 阀 相 比．新型 电磁 阀具有如下 特点 ①采 用双 自由内锥 阀 芯结 构 ，可 降 低左 、 右锥 阀座 的 同轴 度 要求 ，工 艺性 能好 ，易于 加 工 。 ◎双 自由 内锥 阀芯 在使用过程 中 ，有效 利 维普资讯 VALVE DESIGN QQ40444436 VALVE DESIGN QQ群号40444436 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 阀 门 2 0 0 1 年第 2期 用 了系 统 液 压 力 ，在 无 须 电磁 力 驱 动 的情 况 下 ．两 自由内锥 阀芯 便 已处于 工作位 置，工 作 时 只有外 阀套做往复 运动 ，这 样就减 小了运 动 件 的质量 和数量 。 ③双 自由内锥 阀芯结构可 以方便 地调整外 阀的行程 和 电磁铁 工 作 气 酸，二 者独 立 调节 ． 调节精度高 ．容易保证 电磁 阀的工作 一致性 。 ④ 由于 阀的结构 和尺寸 的合理性 ，外阀承 受 的液动力 很 小 ．在 结 构 不做 改动 的情况 下 ． 既可 以作常 闭式 阀用 。叉可 以作 常开 式 阀用 ． 拓 宽了其应 用范 围。 5特 性 测 试 以通流 面积为 7 mm2 的 电磁阀 该 电磁 阀 已在所开发 的柴油机 电控喷油 和进 、排 气系 统 中应用 为例，介绍新 型二位 三通 电磁 阀的特 性 。 5 ． 1空载流量特 性 空载流量 特性 是指 在控 制周期 一定 时．平 均流 量与控制 脉冲宽度 的关 系 ，基本 上反映 了 电磁阀对流体 系统 的流量控 制能力 。 图 3为流 量 系数取 0． 7 5 ，工作 压力 为 1 0 MPa时 的理想 空载 流量 、理 论空载流量及 实 际空载 流量特性 曲线。 i 时 同／ ms 图 3电磁 阀的 空载 流 量特 性 曲线 从 图中可 以看 出．新 设计 的高速大流 量 电 磁 阀不 但 具 有 较 大 的 空 载 流 量 1 0 MP a时， 约 5 0 L ／ rai n ，而 且 其 流量 在 很 大 范 围 内与 控 制 脉冲宽度 成 线性关 系，这 对于基 于脉冲宽度 控 制原理工 作 的高 速 开关 式 电磁 阀来说，显得 非 常重要 。线性度 范 围越大 。说 明高速开关 式 电磁 阀对 系统控制 能力越强 。 5 ． 2动 态响应 特性 衡量 电磁 阀动 态 响应性 能 的两个 重要参数 是 电磁阀的开 启延 迟 时间和关 闭延迟 时间 。表 1反映了 电磁阀在 不 同驱 动 电压 时的 开 启延迟 时间和关 闭延迟时 间 。 衰 l电磁 阀 的开 启和 关 闭 延迟 时 间 6 结 论 试制 、特性 测试 和应用结果 表 明．新 型二 位三通 开关式 电磁 阀具 有大流量 特性 和 高速动 态响应 特性。证 明该 阀结构具有 优 良的工 艺性 能。这 种电磁 阀在发动 机 电子控制 系统等 对流 量和 动态 响应 速 度 有特 殊要 求 的 电液 系统 中， 具有广泛 的应用 前景 。 参考文献 [ 1 】 雷 天觉液压工 程手册[ M】 ．北京 ；机械工业出版 杜 ． 1 粥 9 [ 2 】 s F．G l a me y ， HEUV A Ne w Di r e c ti o n f o r Di e s e l E n 一 r Fu e l Sy s t e m ， A R ． St oc k m ， a n d M A Fl i n n． S蛆93 0 2 70 [ 3 ] 张冠 生， 电器 学[ M】 ．北 京 机 械 工 业 出 版 社． 1 9 7 9． f 收铺 日期 2 0 0 0． 1 1 ． 8 欢 迎 投 稿 欢 迎 订 阅 欢 迎 刊 登 广 告 维普资讯 VALVE DESIGN QQ40444436 VALVE DESIGN QQ群号40444436 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载