电磁高速开关阀的设计方案研究
基于AMESim的电磁高速开关阀动静态特性研究.
68液压与气动2010年第2期基于A MESi m 的电磁高速开关阀动静态特性研究苏明, 陈伦军1, 21Dyna m ic Characteristic Research ofH i gh Speed On -off Solenoi dV al ve Based on AMES m iS U M i n g , C H E N Lun -jun1, 21(1. 贵州大学机械工程学院, 贵州贵阳 550003; 2. 贵州省机电研究设计院, 贵州贵阳 550003摘要:在分析电磁高速开关阀磁路及机液结构的基础上, 采用AMES i m 建立了电磁高速开关阀模型, 基于该模型在不同占空比及不同工作频率情况下进行了仿真, 分析了P WM 信号、电流、阀芯位移关系, 从控制角度提出了改善电磁高速开关阀性能的思路。
关键词:AMES i m ; 电磁高速开关阀; 动态模型; 仿真中图分类号TH 137 文献标识码:B 文章编号:1000-4858(2010 02-0068-051 引言电磁高速开关阀作为一种流体控制的新型控制元件, 采用P WM 控制方法, 可容易与计算机接口直接相连, 实现计算机技术与流体控制技术的良性有机结合, 进行液压系统的直接数字控制。
同比例阀、伺服阀等相比, 电磁高速开关阀且具有结构简单、抗污染能力强等特点。
电磁高速开关阀涉及机、电、磁、液多种领域知识, 很难建立其精确数学模型, 而且流体脉宽调制P WM 控制系统是一类本质非线性控制系统, 由于流体控制阀的响应速度限制, 调制频率不可能很高, 系统的分析[5]和设计比较困难。
法国I M AG I N E 公司于1995年推出的专门用于工程系统建模、仿真及动力学分析的AM ES i m 软件, 为流体动力、机械、热、电磁、控制等工程系统提供了一个完善的综合仿真环境及灵活的解决方案, 具有丰富的模型库, 可以采用基本元素法按照实际物理系统来构建自定义模块或者仿真模型, 而不需要去推导复杂的数学模型, 这可使研究人员将更多精力投入到实际物理模型的研究当中。
高速电磁阀软开关驱动控制系统设计
（2） 软开关的分类
1）.准谐振电路 2）.零开关PWM电路 3）.零转换PWM电路
（3）设计初步电磁阀驱动原理图
24V 5V 12V 阀 光光耦耦
单片机
3 驱动控制信号的形成
运用单片机知识编写程序
ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0100H MAIN: CLR P1.0 MOV TMOD, #21H MOV TH0, #15H MOV TH0, #0A0H MOV TH1, #0E7H MOV TH1, #0E7H SETB TR0 JNB TF0, $ CLR TF0 SETB TR1 LOOP: CPL P1.0 JNB TF1, $ CLR TF1 LJMP LOOP END
高速电磁阀软开关驱动控制系统设计
同组人：丛叶斌（电气0802） 王彩云（电气优0802）
工作总结
1 基本了解电磁开关阀工作原理 2 基本掌握软开关技术 3 重点解决驱动控制信号的形成
1电磁开关阀基本工作原理
通电 吸合 断电
电磁力
动铁芯与静铁芯
动铁心与静铁芯分开
2 软开关技术
（1） 硬开关------>软开关
一种高速开关电磁阀智能驱动模块的设计
触动时间。
驱动
ｆ ＝ 【 ｉ ＝
０
Ｓ
１ １４ 释 放 触 动 阶段 ： ｅ段 ．． ｄ
Ｓ ｘ ｍａ
Ｉ 伺 芯
始 于驱 动 信 号 结 束 ， 于 阀 芯 自最 大 位 置 处 开 始 运 动 。 动 止 驱
始 于 阀 芯从 初 始 位 置 开 始运 动 ， 于 阀 芯 到 达 最 大 位 置 处 。 止
此过程 中， 电流 继 续 增 长 ， 线 圈 电 流增 大 到 ｂ点 后 ， 磁 力 大 当 电 于阻力 ， 阀芯 开 始 运 动 ， 隙 逐 渐 减 小 ， 阻 变 大 ， 磁通 的 变 化 气 磁 而 将 在线 圈 内感 应 出 反 电 动 势 以 阻 止 线 圈 电流 的增 长 。 当 阀 芯 到
《 业 控 制 计 算 ￣ ｝ ０ １年 第 ２ 工 ２１ ４卷 第 ２期
８ ９
一
种高速开关电磁阀智能驱动模块的设计
Ｄｅ ｉ ｆ Ｉｔ ｌｇｅ ｔ Ｄｒ ｉｇ Ｍｏ ｕｅ ｆ ｒ Ｈｉ ｈ ｓ ｅ ｄ ｗｉ ｈ Ｓ ｌｎ ｉ Ｖ ｌｅ ｓｇｎ ｏ ｎｅ ｌ ｎ ｉ ｎ ｉ ｖ ｄ ｌ ｏ ｇ － ｐ ｅ Ｓ ｔ ｏ ｅ ｏｄ ａｖ ｃ
１１ 高 速 开 关 电磁 阀 的 动态 特 性 ． 在 外 部 驱 动 信 号 的作 用 下 ，高 速 开 关 电 磁 阀 的 阀 芯 行 程 Ｓ
和 时间 ｔ 的关 系构 成 了 阀 的 动 态 特性 ，高 速 开 关 电 磁 阀 的 工 作
过 程 可 分 成 六个 阶段 ， 图 １ 示 。 如 所
达 最 大 位 置 后 ， 隙最 小 ， 电磁 力公 式 可 知 线 圈 在 同样 的 电流 气 由 下 ， 产 生更 大 的 电磁 作 用 力 。 此 外 ， 阶 段 结 束 时 的 电流 值 是 将 该 下 一 阶 段 即释 放 触 动 阶 段 的 初 始 瞬 间 电 流 值 ，故 此 阶段 需 减 小
高速电磁开关阀电、磁、机、液解耦的一种新算法
［］ ｊ ［ ］ ＋ ＝ ｓｆ ＋ Ｍ ｛ ｝ ０ Ａ
其中
一
（ ６ ）
Ｉ ｃ强制它降到保持电流 。
在第二阶段 ． 电瓶电压和感应电压一起克服二
极管的击穿电压 而使其导通。Ｉ Ｃ成为电流变换 器 而二极管成为非线性导体 。这时的电路方程为
一 一 一
（ 寸 （） 一 筹～ ） 筹＋ ： （ ｚ （ 一 ￣ ） ㈣ 聂２ 篑 ｒ ｒ ，
张胜 昌 钟廷 修 许仰 曾 施 光林
摘 薹 奉 文描述 了高速 电磁开关 阀中电、 、 、 磁 机 液耦台 问题解耦 的一种新算法 。用 有限元方法 分析 了耦台 问题 中的瞬态非线性 场 ， 并考虑 到了磁饱 和、 涡流和衔 铁的运动 ； 非线性 电子控制 回路用与 磁子 系统相耦 台的等效 电路方程来重新 表示 ， 并用 迭代 方法进行并行计算 。并 进行 了仿真与 实验 对 比 预测 的高速 电磁 开关 阀的性能 与 实验结果相吻台 。 关■诩 高速电磁开关 阀 耦台 性能预测 优化算法 中圈分类号 ： １３ 文献标 识码 ： 文章编号 ：０ ８ ８ ３ ２０ ） —１ —０ Ｔ－ ９ １ Ａ １０ —０ １ （０ ２ １ ６ ４
ｉ ＋ｉ ＝
其中 ｇ （ 是二极管的反向电压近似 为 ｇ （： ＝ Ｉｉ ） Ｉ ） Ｖ ／ｉ＋ｉ） 是 二极 管的导通 电流， 是漏 电 （ｌ ， 流 ， 是击穿电压。 第三阶段开始于当 降到 ， 结束于触发信号 终止。二极管变为开路 ， Ｉ 为电流变换器 ， 而 Ｃ仍 电 路为直流电阶段 ：
１ 引言
近年来汽车电子控制燃油喷射系统中越来越多 采用高 速电磁 开关 阀这 一 数字 式 控 制元 件 ， 用 电 应 子控制单元（ （ 驱动高速 电磁开关阀来 控制调 Ｅ１ Ｕ）
高速电磁开关阀的研究与应用
高速电磁开关阀的研究与应用施光林,钟廷修(上海交通大学机电控制研究所,200030)摘要:本文介绍了高速电磁开关阀的研究现状和两个典型的应用实例,并对高速电磁开关阀今后的研究与开发前景进行了展望。
关键词:高速电磁开关阀;研究现状;响应时间;电控燃油喷射;防抱制动装置0 引言进入二十世纪八十年代以来,由于人们对高频响、抗污染能力强、成本低廉的电液控制系统的日益新需求,特别是由于汽车工业的蓬勃发展,包括汽车发动机电控燃油喷射、车身悬架控制、车轮防抱制动装置、以及离合器自动操纵等在内的众多新技术,都是采用高速电磁开关阀这一数字式控制元件作为电子计算机与被控对象间的联系桥梁,从而使得人们能够直接利用电子计算机来完成对被控对象的控制任务。
正因为如此,近二十多年来对高速电磁开关阀的理论与应用研究也就越来越得到人们的重视,并首先在少数工业发达国家得到了优先开展。
顾名思义,高速电磁开关阀是借助于控制电磁铁所产生的吸力,使得阀芯高速正、反向运动,从而实现液流在阀口处的交替通、断功能的电液控制元件。
高速响应能力是高速电磁开关阀应具备的最重要的特性。
目前大多数高速电磁开关阀的响应时间一般在几ms和几十ms之间,而响应时间小于1ms的高速电磁开关阀产品还只在日本、美国、德国和英国等少数国家有报道。
在我国有关高速电磁开关阀的研究始于二十世纪八十年代后期,到目前为止,还不曾有响应时间不大于1ms的高速电磁开关阀产品的报道。
本文旨在介绍高速电磁开关阀的国内外研究现状和两个典型的应用实例,并对我国高速电磁开关阀今后的研究与开发前景进行展望。
1 国内外研究现状自二十世纪七十年代末起,英国Lucas公司的A.H.Seilly率先开始了高速电磁开关阀的研究,并开发出两种特殊结构的高速电磁开关阀,即Helenoid阀【1】和C olenoid阀【2】。
Helenoid阀的电磁铁为螺管形结构,而C olenoid阀的电磁铁则为圆锥形结构。
高速电磁开关阀快速关闭方法设计与实现
高速电磁开关阀快速关闭方法设计与实现刘宇刚;苏明【摘要】以高速电磁开关阀快速关闭的关键技术为研究对象,针对现有高速电磁开关阀关闭时间不能令人满意的问题,采用理论分析和试验研究相结合的方法,深入分析了提高高速电磁开关阀的关闭特性.提出了在高速电磁开关阀关闭过程中,通过检测线圈两端电压,动态调整续流支路电阻值,提高线圈放电速度;构建了高速电磁开关阀线圈放电速度电路及其控制系统.试验验证了该系统能够加快电流的下降速度,提高高速电磁开关阀的关闭特性.%The key technology of high speed Solenoid valve rapid closing as the research object,aiming at the existing high-speed solenoid valve closing time unsatisfactory problems,a combination of theoretical analysis and experimental research is used,and closing characteristics of high speed electromagnetic shutoff are analyzed in depth.In the process of closing the high speed electromagnetic switch valve,the resistance value of the continuous flow branch is dynamically adjusted by detecting the voltage at both ends of the coil,and the discharge speed of the coil is improved.The discharge speed circuit and control system of high speed electromagnetic switch valve coil are constructed.The test verifies that the system can accelerate the decrease of current and improve the closing characteristic of high-speed electromagnetic switch valve.【期刊名称】《自动化与仪表》【年(卷),期】2018(033)002【总页数】4页(P62-64,98)【关键词】高速电磁开关阀;电阻阵列;放电速度【作者】刘宇刚;苏明【作者单位】贵州师范大学机械与电气工程学院,贵阳 550025;贵州师范大学大数据与计算机科学学院,贵阳 550025【正文语种】中文【中图分类】TH134高速开关阀是一种新型的电液数字阀。
PWM调压的高速电磁开关阀双电压驱动器研究
Ｐ ＷＭ调压的高速 电磁开关阀双 电压驱动器研究
苏 明 ， （．贵 州 师范 大学机械 与 电气 工程 学院 ，贵 州贵 阳 ５０ １ １ ５０４； ２ ．贵 州师 范大学机械 与控 制仿 真 实验 室 ，贵 州贵 阳 ５０ １ ） Ｉ Ｉ ５０４
摘 要 ：分析 了影 响高速 电磁开关 阀开启 和关 闭特性 的电气 因素 ，设计 了一种 Ｐ ＷＭ 调压 的高速 电磁开关 阀双 电压驱 动
第ｌ ５期
苏 明 ：Ｐ ＷＭ调压 的高速 电磁开关 阀双 电压驱动器研究
・ ９・ ３
（ ＿ 一） １ ｅ寺
（）
开关 阀双 电压驱动器 ，结构示意图如图 ３所示 。
ＰＷ Ｍ １ ＰＷ Ｍ ３
式中： ｒ
面 ／ 。 ． ａ
当Ｐ ＷＭ信号为 ０时 ，开关 断开 ，线 圈与续 流二 极管接通 ，忽略续流 二极管两端 电压 ，在 ｔ≤ ＜Ｔ范 。
图 １ 开关 阀线圈 启 、闭 电路
图２ Ｐ ＷＭ信号
当Ｐ ＷＭ信号为 １ ，开关通 ，驱动 电源与 线 圈 时 接通 ，在 ０ ＜ ≤ｔ ｔ 范围 内，电压方程为 ：
Ｕ ＝（ Ｒ ） Ｌ Ｒ ＋ Ｅ Ｒ＋ Ｅ ＋ ＝（ 。 Ｒ ） ＋
样机 的基础上 ，进行 了高速 电磁开关 阀动态特性的试
ｓａ ｄ ｗ ｓ ｅ ｔｂ ｉｈ ｄ Ｔ ｅ ｅｆｃ ｉｅ ｅ ｓ ｏ ｍｐ ｏ ｉ ｇｔ ｅ ｄ ｎ ｍｉ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｔ ｓｏ ｅｄ ａ ｏｔ ｇ ｒ ｅ ｆｈ ｇ — ｐ ｅ ｗｉ ｈｎ Ｏ ｔ ｎ ａ ｓａ ｌ ｅ ． ｈ ｆ ｔ ｎ ｓ ｆ ｓ ｅ ｖ ｉ ｒ ｖｎ ｈ ｙ ａ ｃ ｈ ｒ ｃｅ ｓｉ ｆｔ ｕ ｌ ｌ ｅｄ ｖ ｒｏ ｉ ｈ ｓ ｅ ｄ ｓ ｔ ｉ ｇ Ｓ — ｉ ｃ ｈ ｖ ａ ｉ ｃ
电磁阀技术方案范文
电磁阀技术方案范文电磁阀是一种将电能转化为机械能的设备，通过电磁力将阀门打开或关闭。
电磁阀广泛应用于工业控制系统中，用于控制气体或液体的流动。
本文将介绍电磁阀的工作原理、结构、分类以及相关应用技术方案。
一、工作原理电磁阀是通过电流通过线圈产生的磁场来控制阀门开启或关闭。
其基本原理如下：1.当电流通过线圈时，线圈所产生的磁场会使阀芯上的磁性材料受到吸引，从而实现阀门的打开。
2.当电流断开时，磁场消失，阀芯的弹簧会将阀芯恢复到初始位置，从而实现阀门的关闭。
二、结构电磁阀的结构包括线圈、阀芯、弹簧、阀体等部分组成。
1.线圈：线圈是电磁阀的电源部分，通过电流通过线圈产生磁场，从而控制阀门的开关。
2.阀芯：阀芯是电磁阀的关键部分，其上面有磁性材料，通过磁场的作用来实现开启或关闭阀门。
3.弹簧：弹簧是用来恢复阀芯到初始位置的部分，当电流断开时，弹簧会将阀芯恢复到关闭状态。
4.阀体：阀体是将阀芯和弹簧等部分组装在一起的部分，起到固定和支撑的作用。
同时，阀体还有控制介质流动的通道。
三、分类根据电磁阀的控制介质不同，可以分为气动电磁阀和液动电磁阀两大类。
其中，液动电磁阀又可分为直动式和导向式两种。
1.气动电磁阀气动电磁阀主要用于控制气体的流动，广泛应用于压力控制、流量控制、流速控制等领域。
其优点是体积小，价格低廉，响应速度快，适用于高频、高速的工作环境。
2.液动电磁阀液动电磁阀主要用于控制液体的流动，广泛应用于自动化生产线、供水系统、冷却系统等领域。
液动电磁阀根据结构的不同，分为直动式和导向式两种。
-直动式液动电磁阀：直动式电磁阀结构简单、体积小，并且响应速度快。
直动式电磁阀通过电流对阀芯产生的磁场直接作用，从而实现开关阀门。
这种电磁阀适用于中小流量和压力的控制。
-导向式液动电磁阀：导向式电磁阀结构较复杂，但具有较大的流量和较高的工作压力。
导向式电磁阀通过电流对阀芯产生的磁场间接作用，通过阀门导向来实现开关阀门。
高速开关阀
高速开关阀1 高速开关阀的发展国外早在50年代末就开始了数字阀的研制工作，但在1975年以前只限于实验室研究。
高速电磁开关阀自二十世纪七十年代问世以来，国内外许多厂家、公司，竞相研制出不少的型式结构，对高速开关阀的研究和应用已经成为液压界的一个重要课题。
1.1 国外研究状况英国最先开展高速开关阀研究，开发出两种特殊结构的高速开关阀，分别采用筒状、锥状的结构设计从而提高了阀体结构刚度，克服了传统电磁开关阀电磁作用力越大衔铁加速度越小的矛盾，使得当阀芯行程小于1mm时，阀的响应时间不大于1ms。
美国公司则于1984年推出了一种三通球形高速电磁开关阀，该阀的响应时间为：开启时间3ms，关闭时间2ms，工作压力10Mpa。
德国一公司成功地开发出一种适用于超高压下工作的高速电磁开关阀，该阀的开启时间为0.3ms，关闭时间为0.65ms。
德国另一公司研制响应时间为0.2ms，工作压力为135MPa的超高压高速电磁开关阀。
日本一公司研制的高速电磁开关阀，为三位四通滑阀结构，最高工作压力为50MPa，响应时间为1ms，。
此类型高速开关阀的工作流量都甚小，需要的额定电磁力就较小。
各有特点，各有不同的实用范围，需要根据系统对电磁阀的性能、安装尺寸的具体要求选择合适的电磁阀结构设计。
1.2 国内研究状况与国外相比，我国的高速电磁开关阀的开发研究工作起步相对较晚，有关高速电磁开关阀的研究始于二十世纪八十年代后期，所开展的工作大致可以分为两个方面，即一方面是跟踪国外的研究，探索电磁开关阀实现快速响应的基础理论；另一方面则是自主或合作开发高速电磁开关阀样机及与之配套的驱动控制装置。
国内某厂研制成功了HSV系列高速电磁开关阀，该阀为螺纹插装式结构，阀的开启时间为3ms，关闭时间为2ms，最高额定工作压力为20MPa，额定流量为2-9L/min。
2 高速开关阀的分类2.1 按照阀芯的运动形式分类按照阀芯的运动形式，可分为：滑阀、球阀、锥阀、平板阀等。
高速开关阀的设计与研究
高速开关阀的设计与研究*周福章李力千刘志玮任德志(洛阳工学院机电工程系洛阳471039)摘要介绍了一种新型的二级高速开关阀，它采用柱塞式液压增益放大结构，以高速开关电磁阀为先导级，通过二级锥阀的放大，使数字阀最大流量超过80l/min，且保持较高的切换速度，解决了大流量和快速性之间的矛盾。
阀的控制器采用PWM控制原理和降幅双压驱动技术，加速电压持续时间和工作电压幅值均可调节，优化了阀的切换特性。
叙词：数字阀高速开关柱塞式液压增益放大PWM降幅双压驱动中图分类号：TP2710前言目前的电液控制中，虽然模拟控制仍占主导地位，但是随着微机的广泛应用，人们越来越注意到数字控制系统和数字元件的重要性。
高速开关数字阀工作在“开”、“关”两种状态下，与计算机接口非常容易，且价格低廉、抗污染能力强、抗干扰性好、易于维护。
通常采用调制脉冲宽度的方法进行控制，放大器结构简单，功耗小。
国内外一些单位已开展了对其的研究工作，开发了多种结构的高速开关阀，但是都未达到推广阶段，主要原因之一就是目前研制出的一些切换速度较快的单级阀流量较小，不能满足实际工程的需要，而二级阀虽然流量大，切换速度却非常慢。
研制一种新型的高速二级开关阀解决快速性和大流量之间的矛盾就势在必行。
1二级阀工作原理图1二级阀结构原理图1.负载2.主阀芯3.弹簧14.弹簧25.控制活塞6.先导阀7.阻尼孔二级阀原理如图1所示。
当先导阀6开启，容腔3压力接近系统压力，活塞5推动主阀芯开启，当先导阀6关闭，容腔3压力下降，主阀芯推动控制活塞关闭。
采用这种柱塞式增益放大结构，二级阀在获得大流量的同时，仍有较快的切换速度。
图1中阻尼孔7将先导阀输出流量分流，其孔径大小决定了容腔3的压力，是影响主阀芯开关速度的主要参数。
两端弹簧刚度很低，仅用于初定位，对阀的开关几乎没有影响。
先导阀6采用日本不二越公司生产的高速开关电磁阀(HS-G01-AR-D1)，其性能参数分别为：最高切换频率50 Hz，最大流量8 l/min，最高压力17 MPa，开启时间4 ms～6 ms，关闭时间1.5 ms～2.5 ms，控制电压12 V，最大电流2.4 A。
基于AMESim的电磁高速开关阀动静态特性研究
力投入 到实际物 理模 型的研 究 当中。
图 １ 电磁 高速 开 关 阀 的 结构 简 图
根据 高速 开关 阀 的结 构 ， 绘制 出高速 开 关 阀主 要 磁通 路径及 等效 磁路 如图 ２所 示 。磁 路 中主要 有 ３个 气隙， 分别 为 主气 隙 （ 作气 隙 ） 工 和两 个次 气 隙（ 隙 Ｉ 气 和气 隙 Ｉ 。 图 ２中， 为气 隙 中 主磁 通路 径 ， 和③ Ｉ ） ① ② 为边缘 磁通路 径 ， 和⑤ 为漏磁通 路径 ， ④ 假设磁 通或磁
１ 引 言
左运 动 ， 供油 口与控制 口接通 ； 使 在供 油球 阀左 移的 同
电磁 高速开 关 阀作 为一种 流体控 制 的新 型控 制元 件， 用 Ｐ 采 ＷＭ 控制 方法 ， 可容 易 与计 算机 接 口直 接相
时 ， 过分离 销 的作 用推 动 回油球 阀 ５紧靠密封座 面 ， 通 使 回油 口与供 油 口断 开 ， 制 口为 高压 。 当 电磁 铁 通 控 电时 ， 铁 ｌ 生 的电磁 推 力 通过 顶 杆 和分 离销 ６使 衔 产 回油球 阀 ５与供 油球 阀 ７一起 右移 ， 直至 供油 球 阀 紧
靠其 密封 座面 ， 此时 回油球 阀 ５打 开关 闭 ， 油球 阀 ７ 供
连， 实现计算 机技术 与流体 控制 技术 的 良性有机 结合 ，
进行液 压系统 的直 接 数字 控 制 。同 比例 阀 、 服 阀等 伺
相比， 电磁高速 开关 阀且具有 结构 简单 、 污染能 力强 抗
等特点 。
基 于该模型在 不 同 占空 比及 不 同工作频 率情 况下进行 了仿真 ， 分析 了 Ｐ ＷＭ 信 号 、 电流、 阀芯位 移 关 系， 控 从
超磁致伸缩型液压高速开关阀的研究
超磁致伸缩型液压高速开关阀的研究石延平Study on G iant Magnetostrictive High S peed Hydraulic On2off ValveShi Y an2ping(连云港化工高等专科学校机械系,江苏连云港 222001) 摘 要:对基于超磁致伸缩驱动器的高速液压开关阀进行了初步的研究,设计了单联和双联锥体式阀芯的高速开关阀结构,还对这种阀的主要性能参数做了简要分析。
关键词:超磁致伸缩;高速液压开关阀;驱动器中图分类号:TH137 文献标识码:B 文章编号:100024858(2003)01200202031 引言采用PW M脉宽调制的数字液压控制应用越来越广泛。
但目前能够适应这种数字控制的高速液压开关阀却不多。
国内外已经开发的一些高速液压开关阀,大多仍然采用电磁铁作为驱动器,因此阀的切换速度慢;压电晶体型驱动器虽然提高了切换速度,但所需电压高,消耗功率大。
因此研制新型高速开关阀是推广PW M数字液压控制的关键。
近年来,对于稀土铁化物超磁致伸缩效应的应用研究受到重视。
铁磁材料和亚铁磁材料在恒定磁场的作用下将导致其体积和长度发生微小的变化,这一现象被称为磁致伸缩。
但常见的铁磁材料如铁、镍、钴、玻莫合金等的磁致伸缩系数仅为10-6数量级,这样小的伸缩效应,实际应用意义不大。
而把Ni、C o和Fe加到稀土中所形成的一些化合物和非晶合金具有很大的磁致伸缩系数,其数量级是普通铁磁材料的100至10000倍。
用这种材料制成微位移驱动器,并应用于精密仪表和仪器,能够获得极高的响应速度。
对此国内外都进行了深入的研究。
本文拟对把这种超磁致伸缩线形驱动器作为高速液压开关阀的电2机转换器进行初步研究。
2 超磁致伸缩驱动器的工作原理典型的超磁致伸缩驱动器的结构如图1所示,中心的超磁致伸缩材料棒的下端用夹具固定,上端通过伸缩传递轴和弹簧给磁致伸缩材料加上预应力。
磁致伸缩材料的周围是产生驱动场的激励线圈和冷却线圈用的铜水管。
高速电磁开关阀快速关闭方法设计与实现_概述说明
高速电磁开关阀快速关闭方法设计与实现概述说明1. 引言1.1 概述本文针对高速电磁开关阀的快速关闭方法进行了设计与实现。
传统的开关阀存在着关闭速度慢、失效率高等问题，对于某些需要快速切断流体通路的应用而言并不适用。
针对这一问题，本文提出了一种新的设计方案，旨在通过改进电磁开关阀的结构和控制方式，实现更快速、更可靠的关闭操作。
1.2 文章结构本文共分为五个部分进行介绍。
除此引言外，还包括“2. 高速电磁开关阀快速关闭方法设计与实现”、“3. 实验结果与分析”、“4. 应用前景和展望”以及“5. 结论”。
在“2. 高速电磁开关阀快速关闭方法设计与实现”部分中，将详细描述我们所提出的方法的具体步骤，并解释其原理。
同时还将介绍我们进行了哪些验证实验以评估该方法的性能和可行性。
接下来，在“3. 实验结果与分析”部分中，将列举我们所收集到的数据，并对这些数据进行处理和分析。
通过对比与传统方法及其他相关研究成果的比较，我们将对该方法的实际效果进行全面评估，并提供深入的讨论和分析。
在“4. 应用前景和展望”部分中，我们将探讨现有应用领域中该方法的潜在价值，并分析其发展趋势以及可能面临的挑战。
这将为进一步推动该技术的应用和发展提供重要参考。
最后，在“5. 结论”部分中，我们将对整个研究进行总结，并指出其中的创新点与不足之处。
同时，我们还会提出未来研究方向，以期进一步完善和优化这一方法。
1.3 目的本文旨在研究高速电磁开关阀快速关闭方法的设计与实现。
通过改进已有开关阀的结构和控制方式，提出一种更加高效、可靠且适用于各种流体通路切断需求的解决方案。
通过实验结果与分析，探讨该方法在应用领域中的前景和潜力，并为进一步研究提供方向。
最终目标是推动该技术在相关领域中得到广泛应用，为工业生产、能源领域等带来更高效、可靠且安全的解决方案。
2. 高速电磁开关阀快速关闭方法设计与实现2.1 方法介绍高速电磁开关阀是一种用于控制介质流动的重要设备，在许多工业领域都有广泛的应用。
高速开关电磁阀的模型分析及控制方法研究
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电气应用 ! " " #年第! $卷第% %期
/ 较小，开关阀不能完全开启。这种情况对阀体 本身没有什么损害，也不存在深度饱和，功耗增
大，温升等问题。
! 控制方法
! " # $ %& 与闭环反馈控制 脉冲宽度调制 （ ，是在控制系统中经常 " #$） 用到的信号调制方法，原理简单，技术成熟，在此 不再赘述。 当调压阀出口压力值 （ 由出口传感器测得）与 给定压力值不相等时，单片机用输出压力值与给定 压力值的偏差驱动进、排气电磁阀，实现对先导腔 压力的调节，直到偏差为零，进、排气电磁阀均关 闭，主阀芯在新的位置上达到平衡，从而得到一个 与输入信号成比例的输出压力。按偏差信号进行控 制的方法，就是闭环反馈控制。" #$ 与闭环反馈 ］ ’ 控制结合，在气动伺服系统中应用得比较广泛［ 。 ! " ’ 二次调制 高速开关阀是感性组件，其开启、关闭动作相 对于控制信号有一定的滞后，其滞后时间主要由驱 动能量和驱动方式决定。阀上电后，电磁部分产生 电磁力，衔铁在电磁力的作用下上下运动，公式为
高速开关电磁阀的研究及测试
文章编号:1000-0925(2004)01-038-05250010高速开关电磁阀的研究及测试刘兴华,李广荣(北京理工大学机械与车辆工程学院,北京,100081)R esearch and T est of High Speed Switch Electromag netic V alveL IU Xing 2hu a ,L I G u ang 2rong(School of mechanical and Vehicle Engineering ,Beijing Inst.of Technology ,Beijing 100081,China )Abstract :The high 2speed switch electromagnetic valve is a key equipment in the electromagnetic control sys 2tem ,whose performance will influence the whole electromagnetic control system greatly.In this paper ,a new kind of high 2speed swicth electromagnetic valve with two loops is designed and tested.Some advise in the design of elec 2tromagnetic valve are given and its application to the control system is introduced.摘要:高速开关电磁阀在电磁控制系统中是一种结构简单、易于实现计算机控制的关键控制元件,它的性能指标对整个电液系统有很大的影响。
本文设计了一种新型的双线圈结构的高速开关阀,并对其性能进行了测试和研究,给出电磁阀设计过程中需注意的几点建议,最后,给出了电磁阀在电控系统中的应用方法。
高速开关电磁阀的性能分析及优化研究
高速开关电磁阀的性能分析及优化研究张廷羽张国贤(上海大学机电工程与自动化学院上海 200072)摘要：本文建立了高速电磁阀的电、磁、机、液模型，并利用ANSYS、AMESim软件，将上述模型联系起来求解，在此基础上，对影响电磁阀流量和响应时间等性能的各个因素，进行了定性的分析，提出了进一步改进和优化高速电磁阀的方案。
关键词：电磁阀 ANSYS AMESim 仿真Abstract: In this paper, a mathematical model for solenoid is built, including the magnetic model、current model、mechanical model and hydraulic model. With ANSYS、AMESim software, the model is calculated and the factors which effect the performance of solenoid are analyzed. Keyword : solenoid ANSYS AMESim simulation1、概述高速开关电磁阀是很多控制系统的关键执行元件，例如在汽车制动防抱死系统（ABS）、电控柴油喷射系统、无凸轮电控液压驱动气门系统上都需要具有大流量、快速响应的开关电磁阀。
它通过接受电子控制单元的控制信号实现快速的启闭，额定流量和动作时间是衡量电磁阀的重要指标，其直接影响系统的稳定性和可控性，电磁阀的额定流量越大，响应时间越快，系统的控制精度和稳定性越好。
目前，具有大流量、高响应的电磁阀只在少数发达国家生产制造，早在20世纪70年代末，英国Lucas公司就研制了Colenoid电磁阀，开启时间为0.75ms，关闭时间为0.8ms，被用于该公司的电控单体泵中，且由于其行程长（最大可达20mm），可达到很高流量；日本Zexel公司的DISOLE电磁阀，当最大行程为0.4mm时，其响应时间为0.74ms，被用于该公司研制的Model-1型电控分配泵中。
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电磁高速开关阀的设计方案研究Ξ杨继隆,阮 健,俞浙青(浙江工业大学机电工程学院,杭州310032)摘要:高速开关元件种类繁多、用途各异,正确选择设计方案是提高其性能水平的重要保证。
本文用相似理论分析了阀的尺寸大小、驱动方式及工作时制与开关元件快速性之间的关系。
电磁高速开关元件的开关时间与尺寸成正比,大通径的高速开关阀宜采用多级(两级或三级)的结构;设计电磁-机械转换器时,采用双稳开关电磁铁(力马达)其温升比长时制的电磁-机械转换器的温升减少,工作效率明显提高。
关键词:高速开关阀;相似分析;设计方案中图分类号:TH137 文献标识码:A 文章编号:1001-3881(2001)2-018-30 引言随着数控技术的日益发展和不断成熟,人们试图将最早出现在电机控制技术中的脉宽调制(PW M )技术引入流体动力系统的控制,以期达到或接近比例控制的效果。
脉宽调制控制系统的性能取决于所采用的高速开关阀的启闭速度。
此外,在工业生产和人类日常生活中往往需要一种瞬时能释放大量能量对外作机械功的机构,如机车的紧急刹闸,电网的切断开关及一些机械式人身安全防护装置等。
这类机构的特点是一旦接收到外界信号就能快速动作。
流体的能量传递性好,具有这方面的特点。
液压系统的工作压力高,功率惯量比很大,因而具有很好的快速性。
气动系统的工作压力较低,但气体具有粘性小,密度低等特点,很容易获得接近音速的气流。
尽管液压油或压缩空气具有能量快速释放的特性,但是在一个快速执行机构中,其动作靠高速开关元件加以控制,因而阀的快速性便成为制约系统特性的关键因素之一。
基于上述原因高速开关元件成为流体快速执行机构的关键元件,许多研究人员对其开展了研究,出现了各种形式的高速开关元件。
(1)按照电驱动元件(电磁铁)的结构形式可分(a ) (b ) (c )图1 几种高速开关元件的设计方案为:①螺管式电磁铁驱动,如图1(a )所示,这种驱动方式具有较大的位移力特性;②扳合式电磁铁驱动,如图1(b )所示,这种电磁铁的吸力较大,尤其在初始位置;③力矩马达式,如图1(c )所示,这种驱动可获得较短的动作时间,由于力矩马达的功率一般较小,整个阀的通径不可能做得很大;④电致变形元件驱动,其基本原理就是利用某些材料通电后产生的变形,控制阀口的启闭,是一种具有很好的发展前景的阀的驱动方式,但目前只能用于小功率的高速开关元件。
(2)按照阀芯的运动形式,可分为:滑阀、球阀、锥阀、平板阀等。
因球阀、锥阀及平板阀不容易实现静态力平衡,一般只用于小通径或低压的场合。
(3)按工作时制不同,可分为:①直接驱动方式,电磁阀的驱动电流与阀口开启波形相同,阀芯靠弹簧复位,一般用于普通的电磁元件,见图2(a );②冲击电压驱动方式,为了提高阀动作的快速性,在阀动作的瞬间加一冲击电流使其快速换向,当阀动作后,电流稳定在一较小的值,使阀芯定位,见图2(b );③脉冲驱动方式,在阀动作的瞬间通强电流,一旦阀动作完毕,阀芯自动处于定位状态,见图2(c ),这种结构的阀具有双稳的工作特性即具有记忆功能,这种阀对于阀芯的位置为脉宽调制,而对电流信号为脉频调制,从减少发热及快速性的角度而言,脉冲驱动方式最为有利。
(a ) (b ) (c )图2 高速开关元件的三种驱动方式虽然,国内外已开发了各种高速开关元件,但是仍存在以下几个问题:①速度不够快,测试国外的几种高速开关元件后发现,通径为<4—<8的,调制频率只能做到20-30H z ,通径在<3以下的,其调制频率没有超过100H z 的。
②零件易磨损及疲劳破坏,尤其是工作在PW M状态下。
③噪声较大。
由于现有的阀的工作频率均在人的听觉范围之内,故给人以不适感,只有高频率大于20kH z 以上的超声波,对人体的听觉才无影响。
从目前的发展来看,高速开关元件的调制频率要超过20kH z・81・《机床与液压》20011N o 13Ξ浙江省自然科学基金资助项目(598092)似乎有困难。
1 高速开关元件的相似性分析在工程实际中,每一个产品元件的设计皆受一定规律的限制,这种限制便决定了产品元件的性能指标。
然而,在追求系列产品元件的某种性能指标的最佳过程中,各种不同规格、尺寸、性能指标却表现出某种相似性。
对电磁高速开关元件而言亦为如此,它由驱动电磁铁和阀体两部分构成,电磁铁的动作时间在很大程度上决定了整个阀的动作时间。
在选择设计方案之前,采用相似的方法对各种不同结构尺寸的电磁铁及阀的尺寸作一估计,不仅是必要的,而且可能是工程设计的最适用方法。
虽然,目前计算机的水平和发展趋势已近乎达到对任何科学计算无所不能的程度,但是在设计过程中,有许多要确定的参数在一定程度上往往是模糊的和经验性的,而这正是计算机的短处所在,因此,采用估计的方法可能是惟一可行的。
具体而言,电磁铁的性能指标受到三方面因素的制约:①温升;②磁路饱和;③线圈电流滞后。
以图3所示螺管型电磁铁为例,假如经某种优化设计而获(a )模型 (b )实物图3 螺管型电磁铁得的电磁铁为模型(记为m ),另一个将要设计的电磁铁为实物(记为p ),它们之间存在着相似性。
但是若要它们同时满足以上三个约束条件往往是矛盾的。
在此认为这两个电磁铁磁路的磁感应强度B 相同,即: B m =B p(1)并存在着如下的几何相似律:l ml p=K S m S p=K 2V m V p =M m M p=K 3(2)(1)尺寸与动作时间t根据公式(1)(2),可得到力的关系式: F m F p =B m S mB p S p=K 2加速度的关系式:a m a p =F m M p M m F p =1K最后得出动作时间与尺寸之间的关系式:t m t p =l m a p l p a m =K =l ml p(3)从式(3)可以看出,电磁铁的动作时间与它的结构尺寸成正比。
(2)尺寸与线圈的时间常数T在相同的驱动电压下,由公式(1)可得出线圈的时间常数T 与尺寸的关系:T m T p =L m R p L p R m =N 2m S m R p l p N 2p S p R m l m =l 2ml 2p(4)从式(4)可以看出,线圈的滞后时间常数T 与电磁铁的尺寸的平方成正比。
(3)电磁、气、液驱动的快速性注意到公式(3)同样也适用于采用相似规律而设计的液/气阀(主阀)。
将动作时间换一种表达方式,并注意到加速度α与p/l 成正比,则有: t =2la =βl p式中:β=C ρ;ρ—密度;C —无量纲常数;p —单位面积的作用力。
对电磁铁而言,p 为电磁力密度;对液(气)控阀,p 即为系统的工作压力。
若某一只液控或气控阀(主阀)与电磁铁驱动的阀具有相同的开关时间,即:t m =t f ,则有:l fl m=p f p m上式中,下标f 表示液控或气控。
对于电磁阀,单位面积的作用力p m 可以表示为:p m =B22μ0以现有的稀土磁性材料为例,B 取为114特斯拉,则p m =718×105N/m 2=0178MPa对液压控制阀,取p f =3115MPal fl m=31150178=6135对气动阀,取p f =0178MPa l fl m=1在相同的开关时间下,液控阀的尺寸可以做得比电磁阀的大。
对于大通径的阀,为了保证其快速性,宜做成多级的。
而对气动阀,其动作时间与电磁阀动作时间相当,但由于电磁线圈的电流滞后,加上电磁铁的输出力对阀位移变化敏感,仍宜采用双级或多级的结构。
(4)力矩马达与直动式电磁铁的比较力矩马达与直动式电磁铁本质上没有什麽区别,・91・《机床与液压》20011N o 13都是按磁阻变化原理工作的电磁-机械能转换装置,只是这两种装置运动部件的运动形式不一样,一个是旋转运动,另一个为直线运动。
若用驱动功率相等的力矩马达和直动式电磁铁分别驱动一个阀芯的摆动和直动,那么在相同的线位移下,可推得两者的动作时间之比为:t r t L =12(6)上式表明相同功率的旋转电磁铁和直动式电磁铁,在工作线性位移相同的情况下,旋转电磁铁动作时间只有直动式电磁铁动作时间的一半。
以上只是一种近似的估计,因为在流体元件转阀与直动阀有许多不同的特点,在相同的线性位移下,直动阀台阶可以做到全周边开口,使得其面积梯度远比转阀的面积梯度大得多,但只从一个开关时间上看,并不能反映出转阀与直动阀在结构上的优劣。
利用双自由度原理,将转动作为先导级,直动作为功率级,则可兼顾快速性和大功率的特点。
(5)工作时制不同的电磁铁温升情况电磁铁线圈在工作过程中存在着电流i ,使其温度升高,当线圈温度高于环境温度时,其散发的热量与温升呈递增的关系,因而电磁铁自身呈现出一种动态的热平衡。
假定在相同的温升条件下,设电磁铁在一种工作时制下的通电时间为t r 1,在另一种工作时制下为t r 2,则由热平衡关系,可推得通电的电流与通电的时间有如下关系:i 1i 2=t r 2t r 1(7)显然短期制工作制的电磁铁的快速性要比连续通电的电磁铁的快速性要好。
从能量转换的角度考虑,电磁铁只是在衔铁动作的瞬间才输出有用的机械功,而在其他时刻所通的电流只是为了保持某种状态,这些时刻流经线圈的电流转化成热量,使线圈温度升高,造成能量损失。
2 结论(1)电磁高速开关元件的开关时间与尺寸成正比。
据此,大通径的高速开关阀宜采用多级(两级或三级)的结构,电液阀尤应如此。
(2)旋转式的电磁-机械转换器其快速性较直线式的电磁-机械转换器提高一倍。
故现有的高性能伺服阀一般皆采用力矩马达驱动。
(3)在电磁-机械转换器的设计中,热平衡成为制约其快速性的重要因素,采用双稳开关电磁铁(力马达),其温升比长时制的电磁-机械转换器的温升减少,工作效率明显提高。
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