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        純水高速開關閥的設計與耦合仿真分析

        稿件來源:液壓與氣動 Chinese Hydraulics & Pneumatics 2019年09期  作者:武鵬飛 點擊:23次 發布時間:2019-11-18
         
        【摘要】

        設計了一種純水高速開關閥,考慮閥中電磁回路、機械部分、液壓系統之間的強耦合作用,建立了耦合數學模型,并利用專用軟件構建了耦合仿真模型。仿真發現,當控制脈沖采用過小或過大的占空比時,開關閥流量控制會出現死區及非線性特征;而采用較大占空比時,開關閥流量受壓降影響相對較小。由于閥芯與閥套間存在較大的粘性阻尼與摩擦力,閥芯位移的階躍響應曲線并未出現超調現象,閥芯穩定時間較短,但受電磁鐵磁滯的影響,閥芯關閉時間大于開啟時間;同時發現閥芯線性度隨控制脈沖頻率的增大而降低,減小開關閥的開啟、關閉時間,有利于擴大閥芯的線性度范圍。


        【正文試讀】

        1 引言

        伴隨著計算機控制技術的發展,數字控制的液壓 系統已廣泛應用于航空航天、汽車、冶金、農業機械、工 程機械等重要領域,數字控制液壓技術也稱為液壓技術重要的發展趨勢之一[1 -5]。高速開關閥是利用脈沖 信號對閥芯的啟閉進行高頻控制,以實現對液體流量 的調節,其無需 D/A 轉換器即可實現穩定的數值化電 液控制,具有結構簡單、價格低廉、抗污染能力強的優 點,獲得了科研人員的廣泛關注[6]。近年來,由于液 壓系統對高頻響應、高速控制以及綠色制造的需求,對 高速開關閥提出了新的要求。

        日本不二越公司設計的一種帶有隔磁環的高速開 關閥,可減小電感,以達到加快響應速度的目的[7]。 FRANTISEK MACH 等[8]則設計了一種由雙電磁鐵驅 動的高速開關閥,電磁鐵分別對閥芯進行啟閉操作,通 過電磁鐵的作用加快閥芯閉合時間。滿軍等[9]設計 了一種用于高速開關閥的永磁屏蔽式電磁鐵,通過在 銜鐵與線圈骨架之間嵌入的環形永磁鐵,改變經過銜 鐵和氣隙的磁路,從而改變電磁鐵力的大小以加快開 關閥的響應速度。劉向陽等[10]提出了一種用音圈電 機作為驅動器的直驅式高速開關閥,在閥芯和位移傳 感器上構成閉環控制系統,大大提高了開關閥的靜態 特性。任好玲[11]、孟愛紅[12]等設計了一種常閉式高 速開關閥,并分析了閥芯動態性能。本研究設計了 一種采用純水介質的二位三通高速開關閥,并考慮 開關閥中電氣、磁場、機械、液壓四部分的相互作用, 建立了耦合數學模型,并通過其靜動態性能進行了 仿真分析。

        2 純水高速開關閥的結構設計

        1800 年英國人 Bramab 發明了第一臺工業應用的 水壓機,這標志著液壓傳動技術的成熟,至19 世紀末, 水壓傳動技術已在歐洲各國廣泛使用。但由于水介質 的物理化學特性,極易使水壓系統或元件產生氣蝕、泄 漏、侵蝕、沖蝕、腐蝕、水擊、振動、噪聲等,因而逐漸被 液壓油介質所取代。但時至今日,以上缺陷已經可以 通過設計合理的結構、采用新的工程材料以及選用有 效的密封形式所克服。本研究所設計的純水高速開 關閥密封選用耐熱性、耐磨性和抗沖擊性能良好碳 石墨材料、主閥閥芯采用高強度、耐蝕性、抗菌性能 優異的處理馬氏體不銹鋼制造,閥套則采用耐磨損、 耐腐蝕性以及自潤滑性能優良的金屬石墨材料制 造。圖 1 為本課題所設計的二位三通純水高速開關 閥的結構簡圖。通,當脈沖信號為高電壓時,電磁鐵通電,銜鐵 6 克服 彈簧力,推動主閥閥芯 4 向左運動, P 口與 A 口接通, 實現對執行機構流量、壓力的控制。



         
         
        【關鍵詞】:純水高速開關閥; 結構設計; 耦合模型; 仿真分析;
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