提高电磁开关阀响应速度的芯套双动方法研究

　　1 前言

　　现在,由于人们对高频响应、抗污染能力强、成本低廉的电液控制系统的日益新需求,特别是由于汽车工业的蓬勃发展,包括汽车发动机电控燃油喷射、车身悬架控制、以及离合器自动操纵等在内的众多新技术,都是采用高速电磁开关阀这一数字式控制元件作为电子计算机与被控对象间的联系桥梁,从而使得人们能够直接利用电子计算机来完成对被控对象的控制任务。因此对高速电磁开关阀的理论与应用研究也就越来越得到人们的重视。

　　高速电磁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电磁开关阀应具备的最重要的特性。但是,高速电磁开关阀存在有大流量与高速响应之间的矛盾。如何解决这一矛盾,国内外的学者进行了很多研究,下面根据对开关阀的研究,我们提出一种提高电磁开关阀响应速度的芯套双动法。

　　2 锥阀的结构特性分析

　　电磁开关阀的阀芯多为锥阀、球阀或喷嘴挡板阀,由于锥阀具有响应速度快、通流量大、结构简单、紧凑,油路最短,流量、压力损失最小,因此我们的研究是以锥阀为主体的。先对锥阀的特性做简单的研究。锥阀通过改变锥阀芯与阀座之间的间隙来控制与调节油液的压力或流量。

　　如图1,锥阀具有半锥角9,当阀口开度为x时,由几何关系可得到阀芯与阀座间过流间隙高度为:

　　由此可见,过流间隙高度h与位移x是线性关系。有了上述关系后,就可以确定锥阀的流通能力。流通能力是由锥阀的通流截面所决定的,流通面积A刚好是过流间隙高度h所处的/喉部0圆台的曲面面积:

　　3 芯套双动法的数学模型

　　如图2假定:阀腔进口处的压力为ps,阀腔内的流速为Vs;锥阀进口处的压力为p1,流速为V1;锥阀出口处的流速为V2,压力为p2;锥阀在轴线方向上的投影面积为为阀套的厚度。在运动的过程中,阀芯升起的高度为x1,阀套下降的高度为x2,由几何关系可以得到:

　　于是可以得到阀芯、阀套的运动方程。

　　在稳定流动时,应用动量法则求出作用在锥阀芯的稳态轴向推力F为:

　　其中等式右面的3项分别是锥阀底面的液压力、锥阀倒角上的压力、液动力(使锥阀向关闭方向运动)。

　　对阀芯:

　　其中m1,m2为阀芯阀套的质量,T为作用在阀套上的外力,B为油液的黏性阻尼系数,k1,k2为弹簧的刚度,x01,x02为弹簧的预压缩量。