并聯(lián)閥芯式高壓氣動(dòng)電磁閥的研究.pdf

1、某水下驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以高壓壓縮空氣為動(dòng)力源，可實(shí)現(xiàn)負(fù)載的高速發(fā)射。該水下驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由高壓儲(chǔ)氣瓶、電磁控制閥、驅(qū)動(dòng)氣缸和負(fù)載等組成，通過(guò)電磁控制閥實(shí)現(xiàn)負(fù)載的高速驅(qū)動(dòng)控制。為實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)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(jí)可調(diào)的特性?，F(xiàn)有高壓大通徑氣動(dòng)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(diǎn)，電磁閥的通徑越大，開(kāi)啟響應(yīng)速度越慢，難以同時(shí)滿足驅(qū)動(dòng)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(chǎng)上和相關(guān)報(bào)道中還沒(méi)有高壓氣動(dòng)電磁閥的性能能夠滿足該高壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求。為解決這一問(wèn)題，提出一種新型并聯(lián)閥芯式高壓氣動(dòng)電磁閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，針對(duì)該新型電磁閥，展開(kāi)一系列的研究工作，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)建模、仿真、優(yōu)化及性能試驗(yàn)等。
　　論文首先針對(duì)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(wèn)題，提出了一種并聯(lián)閥芯式電磁閥的設(shè)計(jì)思想，即以三個(gè)響應(yīng)速度較快的小通徑電磁閥集成并聯(lián)構(gòu)成一個(gè)大通徑電磁閥，該大通徑電磁閥可同時(shí)滿足大流量

3、、快速響應(yīng)及流量可調(diào)的需求。通過(guò)對(duì)單個(gè)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(gè)先導(dǎo)式電磁閥并聯(lián)的高壓氣動(dòng)電磁閥的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。運(yùn)用CFD仿真軟件對(duì)主閥單元和流道布局進(jìn)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(shí)現(xiàn)。
　　深入分析了并聯(lián)閥芯式高壓氣動(dòng)電磁閥的開(kāi)啟過(guò)程，建立了先導(dǎo)式高壓氣動(dòng)電磁閥開(kāi)啟過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)先導(dǎo)式電磁閥的開(kāi)啟響應(yīng)特性，將電磁閥的開(kāi)啟響應(yīng)時(shí)間分為銜鐵觸動(dòng)時(shí)間、銜鐵運(yùn)動(dòng)時(shí)間、氣控腔定容放氣時(shí)間和主閥

4、芯運(yùn)動(dòng)時(shí)間四個(gè)部分，理論推導(dǎo)了四部分響應(yīng)時(shí)間與結(jié)構(gòu)參數(shù)的解析表達(dá)式，為研究電磁閥主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)開(kāi)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(dòng)電磁閥開(kāi)啟過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，對(duì)電磁閥的開(kāi)啟響應(yīng)進(jìn)行了仿真研究，分析了勵(lì)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(duì)開(kāi)啟響應(yīng)時(shí)間影響的基本規(guī)律。以電磁閥的開(kāi)啟響應(yīng)時(shí)間為優(yōu)化目標(biāo)，運(yùn)用多種群遺傳算法，對(duì)電磁閥進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，為滿足控制閥開(kāi)啟響應(yīng)時(shí)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(dòng)電磁閥的試驗(yàn)樣機(jī)，并設(shè)計(jì)試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)電磁閥的開(kāi)啟響應(yīng)、流量特性、密封性能及其在模擬驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的表現(xiàn)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。為檢測(cè)電磁閥主閥芯的開(kāi)啟響應(yīng)，設(shè)計(jì)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(cè)量裝置，該裝置可以在高壓可靠密封和不影響主閥動(dòng)作的條件下，直接測(cè)量主閥芯開(kāi)啟過(guò)程，準(zhǔn)確獲得了電磁閥的開(kāi)啟響應(yīng)時(shí)間這一關(guān)鍵性能參數(shù)。在10MPa壓力下，測(cè)得電磁閥的開(kāi)啟響應(yīng)時(shí)間為48.2ms，且三個(gè)并聯(lián)閥芯開(kāi)啟同步性較好。利用聲速

6、排氣法測(cè)得三主閥芯同時(shí)開(kāi)啟時(shí)，電磁閥的有效面積可達(dá)l19.8mm2，三級(jí)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(dòng)電磁閥的數(shù)學(xué)模型，建立了水下驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了仿真研究，分析了開(kāi)啟閥芯數(shù)和儲(chǔ)氣瓶初始?jí)毫?duì)負(fù)載速度的影響。根據(jù)等效質(zhì)量負(fù)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(dòng)系統(tǒng)，對(duì)并聯(lián)閥芯閥在模擬驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用效果進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，在安全條件許可的