比例电磁铁综述_第1页
比例电磁铁综述_第2页
比例电磁铁综述_第3页
比例电磁铁综述_第4页
比例电磁铁综述_第5页
已阅读5页,还剩5页未读 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

1、1.比例电磁铁的结构原理比例电磁铁结构主要由衔铁、导套、极靴、壳体、线圈、推杆等组成。其工作原理是:磁力线总是具有沿着磁阻最小的路径闭合,并有力图缩短磁通路径以减小磁阻。图1比例电磁铁的结构动子由两种不同的材料组成,中间的是导磁材料(电磁纯铁一中间开孔),左边的推杆导磁,右边的推杆非导磁。动子由油布轴承支承,推杆用以输出力。为了动子可以左右运动,在左端右挡板,在右端装有弹簧组成的调零机构。导套前后两段由导磁材料制成,中间用一段非导磁材料一隔磁环。导套前段和极靴组合,形成带锥形端部的盆形极靴,导套和外筒间配置同心螺线管式控制线圈。外壳采用导磁材料,以形成磁回路。本电磁铁中因为有导套中隔磁环的特殊

2、设计才有了输出力是准恒定的特性。图2隔磁环(焊铜)在一定的位移范围内,动子的输出力为一准恒定值。根据电磁铁基本工作原理,在动子运动过程中,磁阻会越来越小,动子受力越来越大,不会出现输出力恒定的情况,为了使电磁铁能在一定位移内输出近视恒定的力,电磁铁采用结构的特殊一隔磁环就是使动子输出力恒定的原因。当给比例电磁铁控制线圈通入一定电流时,在线圈电流控制磁势左右下,形成两条磁路,一条磁路由由前端盖经盆形极靴底部沿轴向工作气隙进入衔铁,穿过导套后段、导磁外壳回到前端盖极靴,产生轴向力Fai;另一条磁路外经盆形极靴锥形周边(导套前段)径向穿过工作气隙,再进入衔铁,而后与可汇合形成附加轴向力Fa2,二者综

3、合得到比例电磁铁输出力Fa相对于衔铁位移的水平特性。*1产生的端面力为:Fm产网+犷,币号*2产生的轴向附加力为:图6 (不同电流下)比例电磁铁的力一一位移曲线略磁导体中涡流的影响, 当线圈信号切除后, 放触动时间接近于零,远较吸合触动时间短。电流立即降为零,衔铁随即开始运动,故其释图5电磁铁的电流曲线图4不同时刻电磁铁内部磁力线分布2 .比例电磁铁的工作过程对工作中的电磁铁来说,在通电或断电或一定电流(电压)下动子能快速准确地到达指定位置,但实际上由于存在电感和动子质量,或负载的原因,使得动子的运动过程变得复杂。电磁阀吸合运动过程可分为两个阶段:吸合触动时间ti和吸合运动时间t2,ti是从线

4、圈得到电压起到电流按指数曲线增至吸合电流为止的过程,在此过程中衔铁尚未运动,这段时间是由于电与磁的惯性引起的滞后时间,取决于电磁铁的结构、材料、线圈电压、电感的大小和弹簧预紧力大小;进入t2阶段后,吸力大于预紧力,衔铁开始运动,电流变化规律就比较复杂:由于工作气隙在衔铁运动过程中逐渐减小,使线圈电感逐渐增大并产生反电势,它与线圈自感电势一起,共同阻止线圈电流的增长,致使线圈电流增大到一定程度后不仅不再增大,反而有减小趋势,直到衔铁闭合,工作气隙不再变化,反电势为零,电流按新的指数曲线上升至稳态电流。这段时间取决于阀芯所受的各种阻力。对于电磁阀的释放过程,如果忽121Ni2一电磁力的大小为Fm=

5、()NoS,与线圈匝数平方成正比,与气隙间隙平20S2、.方成反比。在电磁阀其它结构参数和驱动电流以及气隙宽度大小相同时,线圈匝数越多,气隙的磁场强度就越强,则气隙磁感应强度也越大,电磁吸力也就越大。但实际上线圈匝数不是越多越好,随着匝数的增加,会使线圈电感和线圈电阻增大,从而在衔铁吸合初始阶段限制了驱动电流的迅速增大,在释放过程中使电流衰减速度变慢。电磁阀气隙宽度包括衔铁工作行程和残余间隙宽度两个部分。当衔铁完全开启时,此时气隙宽度等于衔铁工作行程和残余间隙宽度之和。当衔铁完全吸合时,气隙宽度等于残余间隙宽度。随着气隙宽度的增大,将使电磁吸力减小。衔铁工作过程中,气隙宽度减小,有利于电磁阀的

6、打开。在残余间隙不变的前提下,如果衔铁工作行程增加,则在关闭过程和重新打开过程的时间增加,电磁力增加速度平缓,电磁阀的动态特性变差。同时,驱动电路的形式及参数直接决定线圈电流波形,并极大地影响电磁阀的响应速度。驱动电压为24V时,电磁阀响应时间为0.4ms,当驱动电压为48V时,电磁阀响应时间为0.25ms,驱动电压的升高对电磁阀的响应速度有着明显的影响。不过,驱动电压从48V到100V之间,响应时间的提高率为o.02ms/2OV,驱动电压从100V提高到120V,响应时间缩减的幅度更小了,仅为0.01ms。气总氏度工气面长度工工柞区间(a)理想电磁铁(b)比例电磁铁气隙民度气瓶长度开关电磁铁

7、(d)非线性电磁铁图7不同电磁铁工作特性曲线3 .比例电磁铁试验台测控系统系统主要由工业机、数据采集单元、输出制单元、传感器和比例阀测试试验台等组成。工控机是整个测试系统的主控机它通过人机界面接收用户指令,并根据试验内容选择相应的程序进行数据采集处理、显示、打印和输出指令信号控制比例阀测试试验台的动作。传感器单元括三个压力传感器和两个位移传感器,负责将表征被测系统的物理量转化为标电信号,送入数据采集卡进行显示或处理。输出控制单元包括4路数字量输出1路模拟量输出,负责将工控机的指令信号进行转换和放大,最终控制比例阀验台的执行元件。图8试验台测控系统的组成图9比例电磁铁测试装置4 .比例电磁铁的材

8、料电磁阀的铁芯采用铁磁性材料,不同的铁磁性材料具有不同的磁化曲线,其磁感应强度B与磁场强度H的关系为B=H,它对电磁阀的性能产生重大的影响,因此必须根据电磁阀的设计与性能要求进行合理的选择。表1和表2列出一些常用软磁材料的主要特点、应用范围和主要性能参数。比较和分析这些参数,电工纯铁的极限磁感应强度很高,磁化曲线在宽广的范围内具有较高的磁导率,并且该材料的冷加工性能良好,价格适中,所以应选用铁芯材料为电工纯铁的电磁阀用于电控泵一管一阀一嘴燃油喷射系统中。电磁阀的锥阀阀芯部分山于在运动过程中阀芯锥形头部不断撞击阀体,因此可考虑锥阀阀芯的主体部分采用电工纯铁,而阀体头部选用硬度高,耐磨性好,抗振动

9、冲击性能好的材料,如铁铝合金。具有高饱和磁通密度和高电阻率的材料非常适合用于制造高速电磁阀。高饱和磁通密度意味着材料能将更多的电能转化为磁能,而高电阻率则意味着涡流损失更小,磁场渗透速度更快,电能转化为磁能的速度越快。另外,矫顽磁力对响应速度的影响并不明显,原因在于由于用强电能激励,产生强的外部磁场使磁材料迅速饱和,相较于外部表1软磁材料的品种、主要特点及应用范围品种主要樽点i应用范围电工用纯快或怅礁电工钢含碾里山长也由勃,瓦高f达工】5T),口不太大.H不太小,电阻率低,冷加工性能好一般用于直流磁系统,13号纲的随性能和电工相炖饿差不多帙镀含金此,耳,很高,开,很小.8、不高,价格贵,做性能

10、对机械应力敏感高喊感电系统,弱磁场下工作的融系统、磁放火器铁铝合金电明率离“比甬小,口不太大.”,很小.硬庾高,耐剧性好.抗振动冲击性能好可以代普某些铁像合金及辞制片作做电机蛇维电器硅铜片代较高,电阻率高.扶堀小,导热性较豪,硬度高,循性增大交流磁系统饯钻合金用特别高位大斗人居里点局,(达9%匕L电阴率不高、价珞贵适合做重盘轻,体积小,耐高温的航空及空间元件软磁铁氧体;神辞覆锦桦为豆合氧化物烧结体.电阻率很高,耳低.温度度定性差高频及较高频(几千赫到几百蟀)用电僦元件表2软磁材料的主要性能参数材料比打Br/THf/(A/)必加OQV3。00电工纯铁2.HLH1000.23.56.010号钢13

11、H.3河曲27铁镀合金】1501.50U.810-H2.8i&f4a铁诧合金IJ7B0.75u.An,6l.后Z422100-JHO铁银杏金1J61150-1.503-6铁捌舍今1口80.65-0.75L8li.44H50-I0D热轧if牖冲MLW0.5-0,B2836UM7.59.0冷轧畦辆片刹2.伽12-310.716-33双砧合金1JW2.36L.31.4侬1600.74.5材料机/p*l(T*密度/(fl/em)TJZ.r*tR0.90101T.E5770io号辆0.757.8S770快快昔命1JM0,5?45徜队加弼快漠合金1J沔0.4255前H.60450铁便合金1J6707.2f

12、t730钺9合金IJI6140-1W6.50400辑札城阴片Oil0.6535J5-727.S5690710冷儿咛钢片则0.7ft45r557.70陇Q-740铁锌合金B21.1027H.209椭5 .电磁阀设计方法电液比例阀是介于普通液压阀和电液伺服阀之间的一种液压阀,它可以接受电信号的指令,连续成比例地控制系统的压力、流量等参数,使之与输入电信号成比例的变化。电液比例阀多用于开环系统中,实现对液压参数的遥控,也可作为信号转换与放大元件用于闭环控制系统。与手动调节和通断控制的普通液压阀相比,它能大大提高液压系统的控制水平;与电液伺服阀相比,虽然它的动静态性能有些逊色,但结构简单、成本低,已能

13、满足多数对动静态指标要求不很高的场合。大多数比例阀的频宽为(550)Hz范围,而超高速比例阀达到300450Hz滞环误差多在1%7%间。设计电磁铁的一般步骤:首先根据电磁吸力的要求及衔铁结构形式估算衔铁直径,然后估算线圈的外径及长度、确定线圈的匝数、磁势等,最后是确定整个磁路结构。电磁铁所使用的软磁材料应具有高的磁导率、高的饱和磁感应强度和低的矫顽力;静铁芯和衔铁的结构采用“大铁芯小衔铁”的原则;电磁阀的功率驱动采用双电压驱动等。电磁线圈的直径、热扩散系数,阻抗之间相互关联,增加线圈直径可以减小电阻,但是随着线圈阻抗的降低,线圈的发热损耗会增加,造成阀内温度升高,使得阀中油液粘性降低,加剧了摩

14、擦损耗。同时随着线圈直径的增大,线圈的始动安匝数也减小,电感也相应减小,这样会影响到线圈其它性能参数(如出力不够等等)。图2给出了导套和隔磁环的截面图,图中D代表导套和隔磁环的厚度,D=0.22mmL代表隔磁环长度,L=0.3mm,a和。分别为隔磁环和导套前、后端的倾角,a=0,。=48,h和L分别是导套后端结构尺寸,h=3mmL=1.3mmi当然,比例技术也存在着明显的缺陷,主要是成本较高,技术较复杂。这也正是比例阀没有得到飞速发展的原因,同时又是研究比例阀所要解决的问题。开美网比例阀伺服阀数字幅介质过浦精度(Pm)%25525阀内用力损失0.5以下0.5-270.52控制功率(1)15-4

15、010-2S0.S5-10频宽*L0以卜107020*-2005滞林(制】30.1-0.5一英貌精攻拓)0.5-10.5-161中何死区有有无有温度漂移1%)582希格比1371口3图4-3为耐高压直流比例电磁帙的结沟原理图。其磁路由前噜盖极靴短工作气源,轴向可#动布快.神附业工作气版,那套n8罡外浣回到前端盖极低。导套前后二段由导磁材料制成,中间用一段非守段材料焊接.前段聚用经过优化设计的带锥型端部和极靴组合.形成叁型极低它的尺寸决定了比例电磁铁的福态特性曲线的形状口导套具有足然的耐压强度,可承受海MPa静压力,内孔经精确加工,加播帙外周用低摩擦非导磴材料做成的一对支承坤形成轴向移动轴承制,

16、身套和究体之间装入同心螺缠管式控制故阈.衙铁的前崩装有推杆,用以揪出力或位移.用端装宥由弹簧和调节螺初生成的调零机的.可在一定范围内对电磁铁的特性曲畿进行网强。通常的比例电谶铁当线固电波给定时在工作行程孤围I内具有水平的位移力特性(图4Tb),但在气隙接近于零的区域输出力用什!耐高理直施比例电磁耕的婚构和绮性1暧合K一工作行区区.一空行夜区急剧上升,称为吸合区I,一般架用非导盛材料的限位垫片将其排除。而当气隙过大时,轴出力明显下降,称为比例电施铁的空行程区.TAF总图1博世伺服比例阀典型结构通常把摩援作为液压元件的干扰辑之一,指的是库仑摩擦,产搞说来是指边界摩擦。由于液压元件的滑动而之间具有极

17、好地自润滑条忤,设计时选择的间隙足以形成一定强度的油膜。因而在正常工况下液压元件内部以流体摩擦和边界摩擦为主,相应地润滑状态即为流体润滑和边界润滑0居于两者之间的为过渡润滑。庠仑摩擦的干扰作用表现为控制元件的稳态特性具有死区和滞环,或表现为动态特性的不稳定因素。流体摩抹力由流体粘性引起,其大小取决于流体的粕度、油膜压力的建立方式、滑动面的形状和大小、间隙(油膜厚度)以及滑动面的相对速度。在轴承的研究中,油膜压力的建立方式分为两种。靠滑动而自身运动建立的称为动压式,由稳定油源供给的称为静压式。在液压元件的间蹶密封处,油膜压力分布取决于间隙两边的压差及滑动面的几何特性。压差可以是稳定或交交的,其方

18、向可以是单向或双向的。一般具有固定间隙,如在向间隙密封,也可是浮动何糠,如采用浮动健板的端面容封。对这类问题按照缝隙层流流动来分析.库仑摩擦引起的死区和滞环,可通过在控制信号上加或振信号而加以消除。但是引起死区或滞环的因素还有滑阀阀口的重叠量,机构松动配合或变形引起的游隙,电磁元件的磁滞等。振信号对重叠量和游隙不起作用.对一些电磁元件的磁滞也有影响.阀体设计国内外发展趋势是:从机理上争取采用平衡式受力,改进流道结构,改善流场分布方面入手,优化节流口的形式,使节流阀的压力、流量控制更好地服务于现场操作。在石油工业管道输送系统中,除了长直区段外,还大量存在几何形状不规则的区段,这些区段内的流体一般都处于湍流状态,运

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

最新文档

评论

0/150

提交评论