先导式大流量高速开关阀的关键技术研究

先导式大流量高速开关阀的关键技术研究

唐兵;刘宇辉;司国雷;杨国来

【摘要】A new type of piloted large flow rate high speed on/off valve is introduced.The pilot valve is driven by a double solenoid without spring reset,which greatly improves on and off speed of pilot valve core.The pilot valve adopts a two-position three-port slide valve structure to speed up rising and falling speed of upper cavity pressure of the main valve core,thus improving the on and off speed of the main valve element.The test results show that the on and off time of the main valve is between 0.8 ms and 1.0 ms under the inlet pressure of 8 MPa.When the pressure difference of the main valve port is 1 MPa,the measured flow rate is greater than 49.68 L/min.%介绍了一种新型的先导式大流量高速开关阀.先导阀采用无弹簧复位式双电磁铁驱动,大大提高了先导阀芯的开、关速度;先导阀结构形式采用二位三通滑阀式结构,加快了主阀芯上腔压力的上升与下降速度,从而提高了主阀芯的开启/关闭速度.试验结果表明,该阀在进口压力8 MPa的情况下,主阀开启/关闭时间均在0.8～1.0ms之间.在阀口压差为1 MPa的情况下,测得的流量大于49.68 L/min.

【期刊名称】《液压与气动》

【年(卷),期】2018(000)006

【总页数】8页(P76-83)

【关键词】无弹簧复位式;双电磁铁驱动装置;续流电路;高速开关阀

【作者】唐兵;刘宇辉;司国雷;杨国来

【作者单位】四川航天烽火伺服控制技术有限公司,四川成都611130;四川航天烽

火伺服控制技术有限公司,四川成都611130;四川航天烽火伺服控制技术有限公司,

四川成都611130;兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050

【正文语种】中文

【中图分类】TH137.52+3

引言

高速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开关阀应具备的最重要的特性。20世纪80年代以来，由于柴油机电控共轨燃油喷射技

术的迫切需要, 响应时间小于1 ms的超高压高速开关阀相继研制成功，实现了燃

油压力和喷射规律的独立控制[1]。

脉冲爆震发动机(PDE)是一种利用脉冲爆震波产生的周期性冲量的非定常推进系统。由于其间歇性工作的特点，燃料和氧化剂应满足间歇性供应要求，其工作方式与柴油机的燃油喷射控制技术具有相似性[2]。相关研究表明， PDE的推力随工作频率的提高而线性增加。工作频率越高，由推力不连续性造成的振动越小，发动机工作状态越接近于稳态。因此，在爆震管内得到稳定高频的爆震波，对提高PDE性能

具有重要意义[3]。为了提高PDE的工作频率，需要选择高频率的开关阀控制燃料、氧化剂以及隔离气体的间歇性供给。因此要提高PDE的工作频率，有必要采用响

应速度更快的大流量高速开关阀，要求其开启、关闭时间均不超过1 ms，在阀口

压差1 MPa的情况下，流量要大于47 L/min。

目前国外对高速开关阀的研究起步较早，大多数高速开关阀的响应时间一般在几毫秒和几十毫秒之间, 而响应时间小于1 ms的高速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，但是这些超高压高速开关阀主要针对高压共轨燃油控制系统研制的，故其工作流量都甚小[1]。

与国外相比，我国高速开关阀的开发研究工作起步相对较晚，始于20世纪80年代后期。到目前为止，各种文献介绍得最多且有产品出售的为美国BKM公司与贵阳红林集团合作开发的一种螺纹插装式高速强力电磁阀(HSV)。该阀的开启和关闭时间很短，分别为3 ms和2 ms，但是通流能力较小，流量2～9 L/min。2009年兰州理工大学和中国航天科技集团公司烽火机械厂联合研制了一种用于高压径向柱塞泵主动式配流的磁闩式高速开关阀，其组成结构如图1所示。主要性能参数：阀芯行程0.5 mm，开启、关闭时间均不大于0.6 ms，在阀口压差1 MPa的情况下，测得的流量大于18.31 L/min，额定压力63 MPa；可在频率为830 Hz、占空比为50%的方波信号下正常工作。

1.外壳

2.线圈

3.隔磁组件

4.衔铁

5.导磁套

6.定位套

7.阀套

8.阀芯

9.导向柱 10.弹簧 11.推杆 12.销钉 13.密封圈 14.导磁环 15.磁钢 16.弹簧座图1 磁闩式高速开关阀

图2为磁闩式高速开关阀与柱塞缸一体化设计的产品，目前已经成功应用于高压径向柱塞泵的主动式配流。

一些高校例如北京理工大学、清华大学、浙江大学[1]、洛阳工学院[4]以及淮海工学院[5]等都有这方面的论文，但是响应时间均在几毫秒和几十毫秒之间，空载流量最大的120 L/min。

图2 磁闩式高速开关阀与柱塞缸

由国内、外的研究现状可知，现有的高速开关阀无法同时满足PDE燃料供给系统对其开启、关闭时间和额定流量的要求，为此，本研究提出并研制了一种新型的先