滑阀式快速电磁阀

　　前 言

　　随着电子技术的发展，快速和超快速电磁铁的出现，快速电磁阀的开关响应时间已经达到毫秒级。通过对脉宽、频率的调制，可对电磁铁电流进行精确的控制，实现对流体流量和压力的调节（用作调节阀），或对流体进行快速通断控制（用作快速启闭电磁阀）。在汽车、石油、化工、制药及自动控制系统中得到了应用。

　　目前，电磁阀普遍采用截止阀结构，靠复位弹簧自行复位，关闭电磁阀。当电磁铁得电时，电磁线圈产生的电磁吸力必须克服复位弹簧的弹簧力和阀芯受到的液动力，才能使阀芯离开阀座，打开液流通道[1]。一旦液流压力波动或出现紊流，使进出口压差发生变化，电磁阀的阀芯将出现振动，影响电磁阀的控制精度，限制了快速电磁阀的应用。鉴于此，设计了滑阀式快速电磁阀。

　　1 结 构

　　滑阀式快速电磁阀结构如图 1 所示[2][3]。阀的两端均设有电磁线圈，当流体压力变化时，可通过改变两端的电磁线圈电流对阀芯的开度进行差动控制，及时调节流体流量，减小控制误差。在阀芯两端的杆部开有阻尼孔，且阀杆与阀盖端部内孔以小间隙配合，阀盖外部内孔与阀杆配合间隙较大，形不成密封，只有当阀杆运动至阀盖底部的小孔时，阻尼孔才起作用，减缓阀芯的运动速度，以减小阀芯对阀盖的冲击。该阀取消了复位弹簧，降低了阀芯的固有振动频率。当流过电磁阀的流体压差发生变化或产生紊流时，阀芯振动较小，降低了电磁阀的噪声，避免了复位弹簧对电磁吸力的影响，可提高阀口的控制精度。

　　2 运行分析

　　2.1 稳态分析

　　取阀芯为分离体，对其进行受力分析，如图 2 所示。

　　由参考文献[2]可知，电磁阀阀芯受到的液动力和通过阀口的流体流量分别为

　　式中，C_d为流量系数；

　　D 为阀芯台肩直径；

　　x 为阀口开度；

　　θ 为速度方向角，一般取 69°；

　　p₁为入口压力；

　　p₂为出口压力；

　　ρ 为流体密度。

　　电磁铁对阀芯的作用力为

　　F_B= F_B1－F_B2(3)

　　式中 F_B1、F_B2为两端电磁铁对阀芯的作用力。

　　稳态时，电磁铁对阀芯的作用力和阀芯受到的液动力平衡，即

　　F_B-F=0 　　(4)

　　联立式(1)、(2)、(3)、(4)，得

　　由式(5)可知，电磁阀工作于稳态时，流体密度 ρ基本保持恒定，阀芯受到的液动力与流体流量 q 和流体压差 Δp=p₁-p₂有关。当流体进出口压差 Δp 变化时，只要控制好两端电磁铁对阀芯的作用力即可较准确的控制流体流量。