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1、《机床与液压》20061No19·139·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: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开关电磁阀的方案。关键词:电磁阀;ANSYS;AMESim;仿真中图分类号:TP211+153文献标识码:A文章编号:1001-3881(2006)9-139-4PerformanceAnalysisandInv
2、estigationtoHighSpeedDigitalValveZHANGTingyu,ZHANGGuoxian(MechanicalAutomationSchoolofShanghaiUniversity,Shanghai200072,China)Abstract:Amathematicalmodelforsolenoidwasbuilt,includingthemagneticmodel,currentmodel,mechanicalmodelandhy2draulicmodel1WithANSYS,AMESimsoftware,themo
3、delwascalculatedandthefactorswhicheffecttheperformanceofsolenoidwereanalyzed1Keywords:Solenoid;ANSYS;AMESim;Simulation0概述素,侧重于主要因素,以达到优化设计的目的。高速开关电磁阀是很多控制系统的关键元件,例为分析复杂磁路,并迅速有效求解非线性问题,如在汽车制动防抱死系统(ABS)、电控柴油喷射系本文应用了ANSYS作为工具,对高速电磁阀的电磁统、无凸轮电控液压驱动气门系统上都需要具有大流部分进行分析,并在此基础上建立了电磁阀整体
4、仿真量、快速响应的开关电磁阀。它通过接受电子控制单模型,对影响电磁阀的各个因素进行了计算和分析,元的控制信号实现快速的启闭,额定流量和动作时间并提出了优化的方案。是衡量电磁阀的重要指标,其直接影响系统的稳定性1高速电磁阀的计算模型和可控性,电磁阀的额定流量越大,响应时间越快,111高速电磁阀结构及其理论模型系统的控制精度和稳定性越好。本文以直流驱动目前,具有大流量、高响应的电磁阀只有少数发的电磁阀作为研究对达国家能生产和制造,早在20世纪70年代末,英国象,如图1所示。Lucas公司就研制了Colenoid电磁阀,开启时间为根据电磁阀特点,017
5、5ms,关闭时间为018ms,被用于该公司的电控单可将其分解为3个子模体泵中,且由于其行程长(最大可达20mm),可达型,包括电路模型、到很高流量;日本Zexel公司的DISOLE电磁阀,当磁路模型和机械模型,图1电磁阀计算模型结构最大行程为014mm时,其响应时间为0174ms,被用这三者是有机联系的。于该公司研制的Model-1型电控分配泵中。相比之电路模型:下,国内的研究起步较晚,研究单位不多,且还处于dΨd(LI)U=RI+=RI+(1)dtdt研究阶段,实际应用更少,清华大学所开发的高速电2N磁阀开启时间0156ms,关闭时间1ms,但
6、流量很小,L=(2)Rm+Rδ+Rl贵阳红林机械厂的螺纹插装式高速开关阀,开启时间式中:U为电路的驱动电压;R为电路的等效电阻;3ms,关闭时间2ms,额定流量9L/min。国内的研究Ψ为线圈在磁场中产生的磁链;L为线圈的等效电机构尽管取得了一定的成就,但还有一些关键技术问感;N为线圈匝数;Rm为等效磁路磁阻;Rδ为等效题没有解决,特别是快速响应和大流量的问题,限制工作气隙磁阻;Rl为等效非工作气隙磁阻。了高速电磁阀的实际应用,因此对高速电磁阀展开研磁路模型:究有着深远的意义。IN=Φ(Rm+Rδ+Rl)(3)电磁阀是电、磁、机、液强耦合系统,在
7、电磁阀δlδ-xvalve的设计和分析过程中,特别在设计快速开关阀时,必Rδ=μS=μS(4)δδδδ须建立正确的数学模型,找出影响电磁阀性能特性的lmRm=(5)各个因素以及其相互之间的制约关系,忽略次要因μSmm·140·《机床与液压》20061No19式中:Φ为工作气隙磁通;δl为工作气隙长度;μδ为ANSYS对电路和磁路的各种因素如软磁材料、激励工作气隙处的磁导率;Sδ为工作气隙的截面积;lm为电压等等进行了求解分析,并进行电磁力的计算。磁导体的等效长度;μm为磁导体的磁导率;Sm为磁导体的等效截面积;δ为阀在初始位置的工作气隙长度;xv
8、alve为阀在电磁力作用下产生的位移。机械模型:2λΦFm=(6)μgAgmx¨valve=Fm-Fk-Ff-Fflow(7)其中:0<
