电磁阀设计计算

则F 1 2G 2
其中: G
=
G1G 2 G1 + G2
G1 衔铁与铁芯间的气隙磁导;
G2 衔铁与壳体间的气隙磁导;
G1 = 0 s1 = 0
(d2 - d 2 ) 4
G2 = 0 s1 = 0
(D 2 - D 2 ) 4
已知:
0 = 1 25 10- 6 ( H /m ) , = 0 4 10- 3m, d = 20 10- 3m, d = 7 10- 3m,
收稿日期: 2007- 08- 16
( 上接第 10页 ) 圈失电, 电动机脱离电源。 5 3 电动机保护的展望
为了更好地解决电动机的保护问题, 现代技术正 在提供更加广阔的途径。例如, 利用发热时间常数小 的新型 PTC 热敏电阻, 增加电动机绕组对热敏电阻的 热传导; 发展高性能和多功能综合保护装置, 其主要方 向是取代电动原则而采用固态集成电路和微处理器作 为电流、电压、时间、频率、相位和功率方面等检测和逻 辑单元。
路被隔断, 同时阀杆组合与右阀座分离, 输出口与排气 口相通, 放空输出端多余气体, 电磁阀停止工作。
2 电磁阀结构和工作原理
2 1 电磁阀结构组成 该电磁阀主要应用在某型号地面测试仪的气源系
统中, 在导弹测试过程中控制给导弹供气, 主要结构由 螺塞、弹簧、壳体、衬套、左右阀座、阀杆组合、顶杆、电 磁铁和衔铁等组成, 图 1所示为电磁阀结构图。 2 2 电磁阀工作原理
电气开关 ( 2008. N o. 3)
密封力由气体密封力和弹簧力共同提供, 既保证了电 磁阀闭合时所需要的密封力, 同时可以降低了弹簧的 设计强度, 延长弹簧的使用寿命。 3 2 电磁阀理论计算 3 2 1 电磁力计算
电磁铁设计形式为 型电磁铁, 具体外形见图 4。
图 2 阀杆工作原理图
在电磁阀的设计当中, 通过改变阀杆结构形式, 将 原来阀杆两端锥面密封形式改为一侧端面密封, 另一 侧保持锥面密封。这样锥面的同轴度和端面的垂直度 和跳动度用普通数控机床可以在一次定位中 加工出 来, 阀杆的设计精度就比较容易保证, 同时降低了加工 成本。图 3为阀杆改型设计简图。
m agnetic valve by im prov ing the qua lity and reliab ility of the valve. T heoretic calcu lation is g iven to prove the rat iona lity of the design.
对于频繁反复启、制动和重载启动的笼型电动机 以及大容量电动机, 它们的转子温升比定子绕组温升 高。较好的办法是检测转子的温度, 国外已有用红外 线保护装置的实际应用, 用红外线温度计从外部检测 转子温度并加以保护。
电动机故障中, 轴承故障也相当普遍, 检测轴承异 常情况是实现轴承故障早期发现的方法。通过轴承的 温度、振动、油膜和声音可以早期发现异常情况, 通过 报警, 进而切断电动机电源。
电气开关 ( 2008. N o. 3)
11
文章编号: 1004- 289X ( 2008) 03- 0011- 03
电磁阀设计计算
刘啸, 聂文杰
(中国空空导弹研究院, 洛阳 471009)
摘 要: 通过对两位三通大流量电磁阀的计算分析, 改进了进口电磁阀的设计形式, 提高了该类型产品的质量和
可靠性, 并通过理论计算证明设计的合理性。
2 1
=
38
47
10- 6 m2
S2 =
d
2 2
=
30
18
4
10- 6 m2
已知 P1 = 21M pa, d1 = 7 10- 3 m, d2 = 6 2
( 3)
( 4) 10- 3
m;
则输入气体密封力为:
13
F1 = F 1 - F 2 = P0 S1 - P0 S2 = 174 1N 经过上述计算可知, 电磁铁的吸力远大于气体密 封力与弹簧反力的和。所以, 通电后, 阀杆在电磁铁吸 力的作用下能够克服密封力, 打开输出口, 满足电磁阀 通电通气的功能要求。
关键词: 电磁阀; 电磁力; 密封力; 弹簧; 阀杆; 同轴度
中图分类号: TM 574
文献标识码: B
Design of an E lectromagnetic V alve
LIU X iao, N IE W en jie ( Ch ina A ir- to- A ir Gu idedM issile R esearch Institute, Luoyang 471009, Ch ina) A bstract: On the basis of analyzing a much flux e lectrom agnet ic va lue, the autho r am e liorates a type of im port electro
图 3 阀杆简图
3 1 2 密封力的设计 在电磁阀设计中, 引进气动密封力概念, 即通过改
变进气口两端面的横截面积 S1、S2, 使截面 S1 > S2, 在 通入高压气体 P0 时, 作用 在两截面的气体压 力分别 是:
F 1 = P0 S1 F 2 = P0 S2 这样, 当电磁阀闭合时, 由于两截面均密封, 在截 面两端形成压力差 F 1 - F 2, 产生气动密封力 (具体计 算见 3 2 3 气体密封力计算 ) 。此时电磁阀闭合时的
1. 螺塞, 2. 弹簧, 3. 壳体, 4. 衬套, 5. 右阀座, 6. 阀杆组合, 7. 左阀座, 8. 顶杆, 9. 电磁铁, 10. 衔铁
图 1 电磁阀结构图
3 电磁阀设计
电磁阀设计要解决的主要问题是密封问题, 必须 通过对电磁力、弹簧力和气体压力的计算确保电磁阀 断电时气路被隔断, 在通电时电磁力能够克服弹簧力 和气体压力迅速打开气路。同时合理设计密封结构, 选用合适的材料保证电磁阀在高温 ( + 50 ) 和低温 ( - 20 ) 环境中正常工作。 3 1 电磁阀结构设计
图 5 弹簧简图
已知该弹簧材料的切变模量 G = 8000kgf /mm2, 则
由 弹簧设计手册 中弹簧刚度为:
K
=
G
8D
3 2
d4 = n
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( 2)
其中: d - 钢丝直径 ( mm ) ;
D 2 - 弹簧中径 ( mm ); N - 有效圈数; 又因为弹簧最大压缩量⊿ S= 7 25mm, 则弹簧最
D = 45 10- 3 m, D = 38 10- 3 m;
可得: G = 536 77 10- 9
线圈磁势: 0 = IW = RUW 已知: U= 27V , R = 32 5 , W = 2000匝;
电气开关 ( 2008. N o. 3)
所以, 0 = 275 56 103; 由上代入公式 ( 6) 得: F = 1848 9N 3 2 2 弹簧力计算 该弹簧的作用是在电磁阀断电时提供隔断气路的 密封力, 图 5为弹簧简图。
要实现电磁阀密封要求, 首先要保证主要密封件
12
的结构设计合理, 加工容易保证。参考进口减压阀的 工作原理, 进行了如下改进设计。 3 1 1 阀杆的设计
进口电磁阀的密封形式是利用阀杆两端锥面, 通 过阀杆的移动分别密封入口端和放气口端。这种密封 形式要求阀杆的加工精度很高, 特别是阀杆两端锥面 的同轴度要求在 0 01mm 以内。这两锥面用一般数控 机床加工必须经过在两次定位分别加工, 锥面同轴度 要求很难保证, 因此进口电磁阀在使用过程中性能很 不稳定, 使用寿命较短, 而国内传统电磁阀只能应用于 低压工作范围, 图 2为阀杆工作原理图。
图 4 电磁铁简化图
在该磁系统的磁路中, 由于工作气隙较小, 故虽然
存在漏磁通, 但相对于主磁通来说可以忽略, 故由 平
衡力电磁铁设计计算及实验研究 中电磁铁对衔铁的
吸力 F 为:
F
1 2 dG 2d
( 1)
其中:
线圈磁势 (H /m );
G 工作气隙磁导;
工作气隙。
又: < 0 2, 可认为相对极面间磁场为均匀磁场, D
当电磁阀不工作时, 在弹簧力和气体压力作用下, 阀杆左侧端面和左阀座紧密接合, 将进气口与出气口、 排气口隔开, 气路被隔断。工作时, 电磁铁通电产生电 磁力, 衔铁被电磁铁吸引, 通过顶杆推动阀杆组合向右 移动, 阀杆组合与左阀座分离, 进气口与输出口连通, 同时阀杆组合右锥面与右阀座紧密结合, 关闭排气口, 保证输入高压气体由进气口流向电磁阀输出口供工作 使用。电磁阀断电后, 阀杆组合在弹簧力的作用下向 左移动, 阀杆组合与左阀座接合, 进气口与输出口间气
K ey word s: e lectrom agnetic va lve; e lectrom agnetic force; pressurizing force; spring; valve rod; concentric ity
1 引言
为满足军工产品需要, 本文介绍了在进口电磁阀基 础上改进设计的新型两位三通大流量电磁阀 (简称电磁 阀 ), 并通过计算分析为该电磁阀设计提供理论支持。
收稿日期: 2007- 08- 05
大反力: F 2 = K* ⊿ S= 174N 3 2 3 气体密封力计算
气体密封力是电磁阀气路被隔断时高压气体对阀
杆两密封端截面的压力差, 图 6为气体密封力简图。
图 6 气体密封力简图
图中, P0 为输入气体压力, d1、d2 为左右密封面的
直径, 由 液压气动设计手册 中密封面积:
S1 =
d 4
4 结论
以上计算结果从理论上证明了该电磁阀设计的合 理性, 同时这种高压大流量电磁阀已应用在某型号地 面测试仪中, 实践证明使用可靠, 性能稳定。它的研制 成功解决了以往产品依赖进口的现象, 并为同类产品 的研制提供了可借鉴的方法。
参考文献 [ 1] 吴天德. 平衡力电磁铁设计计算及实验研究 [M ]. [ 2] 黄席椿. 电磁能与电磁力 [M ]. [ 3] 汪曾祥, 魏先英. 弹簧设计手册 [ Z]. [ 4] 路甬祥. 液压气动设计手册 [ Z]. 机械工业出版社. [ 5] 吴宗泽. 机械设计手册 [ Z]. 机械工业出版社.