电磁先导阀动态特性仿真与分析

　　引 言

　　电磁先导阀具有高响应以及高可靠性双重优点，被广泛应用于机械、电气以及液压等领域。其中电磁铁作为电磁先导阀的电液转换执行器，其动态特性直接影响电磁阀的动态特性。如何能更加合理简便地进行内部结构的设计，并且还能达到预期的性能要求，是设计人员最需要找到的方法。早期的电磁铁设计缺少理论分析，主要通过经验估计以及大量的试验来确定最终的设计方案，不仅耗费巨大，也不能达到最优化处理[1]。

　　随着仿真技术的发展，机电液压行业开始出现很多比较专业的仿真软件，并且凸显其优势。Ansoft是有限元分析软件，成为工程设计人员对电磁场分析必不可少的重要工具。AMESim拥有丰富的机械、液压数据库，能够根据产品结构的物理模型来构建整个仿真模型。两种软件各有所长，具有相互补充的功能，为电磁先导阀模型的准确搭建奠定了基础。

　　1 电磁铁仿真模型的建立与验证

　　1.1 电磁铁结构及原理

　　驱动先导阀的电磁铁结构形式为螺管式，利用载流铁心线圈产生的电磁吸力来操纵机械装置，以完成预期动作的一种电器。它是将电能转换为机械能的一种电磁元件。整个电磁铁主要包括壳体、底座、动铁芯、线圈、隔磁环和出线线路。主要工作原理：当线圈通电后，铁心和衔铁被磁化，成为极性相反的两块磁铁，它们之间产生电磁吸力，驱动中间的动铁芯进行直线运动。动铁芯经过一段空行程，带动先导阀芯一起运动，打开先导阀口;当线圈中的电流小于某一定值或中断供电时，电磁吸力小于弹簧的反作用力，动铁芯在反作用力的作用下返回原来的释放位置。电磁铁的结构示意图见图1。

　　1.2 电磁铁仿真模型建立

　　利用Ansoft软件建立电磁铁仿真模型，根据对称结构进行简化处理。电磁铁仿真简化模型见图2，电磁铁有限元求解的相关技术参数见表1。

　　1.3 电磁铁仿真结果分析

　　在动铁芯的实际运动过程中，线圈产生的磁感对动铁芯表现为吸力特性，这个吸力是电磁铁动铁芯运动的主要驱动力，常以静态吸力特性作为电磁铁的基本特性。对影响电磁铁磁通量的气隙和匝数进行变参分析，得出电磁铁有限元静态仿真结果。气隙为3 mm 时的磁力线分布见图3。电磁铁静态吸力与安匝数关系曲线见图4。

　　对气隙以及电流进行二维变参分析，得出二维变参下的电磁铁输出力以及电感强度，通过函数处理得出电磁铁输出力以及电感强度随气隙和电流变化下的三维数据表。电感强度随气隙和电流的变化见图5。电磁铁输出力随气隙和电流的变化见图6。