并聯(lián)閥芯式高壓氣動電磁閥的研究.pdf

1、某水下驅(qū)動系統(tǒng)，以高壓壓縮空氣為動力源，可實現(xiàn)負載的高速發(fā)射。該水下驅(qū)動系統(tǒng)由高壓儲氣瓶、電磁控制閥、驅(qū)動氣缸和負載等組成，通過電磁控制閥實現(xiàn)負載的高速驅(qū)動控制。為實現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)功能，要求該控制閥具有高壓、大流量、快速響應(yīng)和流量三級可調(diào)的特性?，F(xiàn)有高壓大通徑氣動電磁閥普遍采用先導(dǎo)式結(jié)構(gòu)，存在響應(yīng)速度和流通能力相互制約的缺點，電磁閥的通徑越大，開啟響應(yīng)速度越慢，難以同時滿足驅(qū)動系統(tǒng)控制閥的快速響應(yīng)和大流量的要求，且都不具備流量調(diào)節(jié)功能。經(jīng)調(diào)

2、研，目前市場上和相關(guān)報道中還沒有高壓氣動電磁閥的性能能夠滿足該高壓驅(qū)動系統(tǒng)的要求。為解決這一問題，提出一種新型并聯(lián)閥芯式高壓氣動電磁閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計，針對該新型電磁閥，展開一系列的研究工作，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計、數(shù)學(xué)建模、仿真、優(yōu)化及性能試驗等。
　　論文首先針對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)電磁閥大流量與快速響應(yīng)相互制約的技術(shù)問題，提出了一種并聯(lián)閥芯式電磁閥的設(shè)計思想，即以三個響應(yīng)速度較快的小通徑電磁閥集成并聯(lián)構(gòu)成一個大通徑電磁閥，該大通徑電磁閥可同時滿足大流量

3、、快速響應(yīng)及流量可調(diào)的需求。通過對單個電磁結(jié)構(gòu)及并聯(lián)閥排布方式的研究，完成了采用三個先導(dǎo)式電磁閥并聯(lián)的高壓氣動電磁閥的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計。運用CFD仿真軟件對主閥單元和流道布局進行了仿真研究，使結(jié)構(gòu)形式有利于閥的總體技術(shù)性能的實現(xiàn)。
　　深入分析了并聯(lián)閥芯式高壓氣動電磁閥的開啟過程，建立了先導(dǎo)式高壓氣動電磁閥開啟過程的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)先導(dǎo)式電磁閥的開啟響應(yīng)特性，將電磁閥的開啟響應(yīng)時間分為銜鐵觸動時間、銜鐵運動時間、氣控腔定容放氣時間和主閥

4、芯運動時間四個部分，理論推導(dǎo)了四部分響應(yīng)時間與結(jié)構(gòu)參數(shù)的解析表達式，為研究電磁閥主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對開啟響應(yīng)的影響提供了理論基礎(chǔ)。結(jié)合所建立的先導(dǎo)式高壓氣動電磁閥開啟過程的數(shù)學(xué)模型，對電磁閥的開啟響應(yīng)進行了仿真研究，分析了勵磁電壓、先導(dǎo)閥通徑、操作壓力、主閥芯直徑和行程等參數(shù)對開啟響應(yīng)時間影響的基本規(guī)律。以電磁閥的開啟響應(yīng)時間為優(yōu)化目標(biāo)，運用多種群遺傳算法，對電磁閥進行參數(shù)優(yōu)化，為滿足控制閥開啟響應(yīng)時間指標(biāo)提供了基本保證。
　　研制了并

5、聯(lián)閥芯式高壓氣動電磁閥的試驗樣機，并設(shè)計試驗系統(tǒng)對電磁閥的開啟響應(yīng)、流量特性、密封性能及其在模擬驅(qū)動系統(tǒng)中的表現(xiàn)進行了試驗研究。為檢測電磁閥主閥芯的開啟響應(yīng)，設(shè)計了導(dǎo)桿外引、膠管外套式全行程柔性密封的主閥芯位移測量裝置，該裝置可以在高壓可靠密封和不影響主閥動作的條件下，直接測量主閥芯開啟過程，準(zhǔn)確獲得了電磁閥的開啟響應(yīng)時間這一關(guān)鍵性能參數(shù)。在10MPa壓力下，測得電磁閥的開啟響應(yīng)時間為48.2ms，且三個并聯(lián)閥芯開啟同步性較好。利用聲速

6、排氣法測得三主閥芯同時開啟時，電磁閥的有效面積可達l19.8mm2，三級可調(diào)流量分別為890L/s、1600L/s和2100L/s。
　　結(jié)合并聯(lián)閥芯式高壓氣動電磁閥的數(shù)學(xué)模型，建立了水下驅(qū)動系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并進行了仿真研究，分析了開啟閥芯數(shù)和儲氣瓶初始壓力對負載速度的影響。根據(jù)等效質(zhì)量負載原理，以所研制的并聯(lián)閥芯電磁閥為控制閥構(gòu)建了模擬驅(qū)動系統(tǒng)，對并聯(lián)閥芯閥在模擬驅(qū)動系統(tǒng)中的應(yīng)用效果進行了試驗研究。試驗結(jié)果表明，在安全條件許可的