比例電磁鐵在插裝電磁閥上的應用

李軍，田野

（西安雙特智能傳動有限公司，陜西西安710119）

比例電磁鐵在插裝電磁閥上的應用

李軍，田野

（西安雙特智能傳動有限公司，陜西西安710119）

介紹一種新型插裝式電磁閥，它采用二級控制，將先導閥和主閥芯集成在一起，組成一個插裝件。與傳統的插裝式電磁閥相比，該電磁閥的電磁鐵采用比例電磁鐵，根據電磁吸力與彈簧力的平衡調節先導閥的啟閉，使主閥芯出口壓力保持恒定，應用于小流量恒壓控制系統中，極大地提高了液壓系統的安全性。

插裝式電磁閥；比例電磁鐵；彈簧剛度

0 引言

傳統的插裝式電磁閥是一種開關電磁閥，在 “開”、“關”兩種狀態下，用于控制流體的方向，通電時，電磁線圈產生電磁力使閥芯與閥座分離，進油口和控制油口接通，液壓執行元件開始動作；斷電時，電磁力消失，閥芯在彈簧力作用下復位，回油口和控制油口接通，液壓執行元件停止動作。它工作可靠，與計算機接口方便連接，抗干擾性好，且易于維修，廣泛應用于汽車工程、機械工程、農業機械等液壓系統中［1－2］。

但是隨著近代液壓技術的快速發展，傳統開關電磁閥工作噪聲大、啟閉有沖擊等現象突出，國外一些單位已經開展開關比例式插裝電磁閥的研究工作，并取得很大的成果。由于國內液壓技術起步較晚，以及機加工技術的限制，這方面的研究還處于理論階段。文中介紹的插裝式電磁閥是將先導閥與主閥芯集成一體，并利用比例電磁鐵的特性，研制出的一種新型的插裝式電磁閥。點，其工作原理類似于先導級減壓閥。當先導級電磁閥斷電，電磁閥工作在右邊位置，電磁力消失，主閥芯在彈簧力作用下復位，油口B和油口C接通，控制油壓通過小孔流回油箱，主油壓由阻尼孔R1和R2流回油箱。

1 插裝式電磁閥結構與工作原理

該閥是兩級控制插裝式電磁閥，先導級為兩位兩通的電磁閥，相當于一個溢流閥；主閥芯為一個三通式的插裝閥，如圖1所示。

主閥芯的開啟由先導級電磁閥決定，如圖2所示，當先導級電磁閥通電，電磁閥工作在左邊位置，主油壓A通過阻尼孔R1作用于電磁閥上，此時由于電磁線圈產生電磁力的作用，將主油壓截止，隨著液壓油量的增加，主油壓在主閥芯下端越來越多，主閥芯克服彈簧力推動主閥芯向上運動，此時主油壓A與控制油壓C相通，液壓執行元件動作。當主油壓A增大或減小時，在電磁力的作用下主閥芯都會重新達到一個新的平衡

2 比例電磁鐵的特性

電磁鐵是一種依靠電磁系統產生的電磁吸力，使銜鐵對外作功的一種電動裝置。其基本特性可以表示為銜鐵在運動過程中受到的電磁力F與行程x之間的關系，即F＝f（x），這個關系為電磁鐵的吸力特性。圖3所示為普通電磁鐵與比例電磁鐵的靜態吸力特性。相比普通電磁鐵，比例電磁鐵具有水平的吸力特性［3］。

在電磁鐵的運動過程中，需要克服機械負載和阻力作功，對于普通電磁鐵，一般要求電磁力大于負載反力，銜鐵在兩極位置之間快速吸合，這樣的電磁鐵驅動的閥是數字式的，流量通道不是完全打開就是關閉。而對于比例電磁鐵，銜鐵處于電磁力與負載反力平衡的狀態。它的銜鐵位置取決于電信號的強度，可以停留在兩個極限位置之間的任一位置上。不同的輸入電流可以產生一系列的工作行程區，當彈簧曲線疊加于該曲線族上時，產生許多交點，在這些交點處彈簧力和電磁吸力相等，如圖4所示。當輸入電流發生變化時，電磁鐵可以停留在某一位置［4］。

同時不同的彈簧剛度對電磁力的影響較大，當使用比例電磁鐵時，選用高剛度的彈簧可以使系統更穩定。但是彈簧剛度越大，為了產生較大的電磁力，就需要更大的電流，而大電流會引起發熱問題。

比例電磁鐵根據與負載匹配的情況以及彈簧剛度的不同，可以分為力輸出型和位置輸出型。文中介紹的插裝式電磁閥最大工作電壓為直流24V，直流比例電磁鐵的最大輸入電壓也為直流24V，正好滿足該插裝式電磁閥的要求。比例電磁鐵的電磁吸力根據不同的輸入電流水平上下移動，可以始終保持與彈簧力的平衡。隨著液壓控制技術要求的提高，比例電磁鐵將發揮越來越重要的作用。

3 結論

（1）與傳統的開關式電磁閥相比，該插裝式電磁閥采用比例電磁鐵可以使閥口開度保持在某一位置，實現開關電磁閥的比例控制功能。

（2）設計的先導閥和主閥結構簡單，調整方便。

（3）根據彈簧剛度的不同比例電磁鐵可以分為力輸出和位置輸出兩種，力輸出型以輸出電磁推力為主要目的，位置輸出型以輸出一定的位移為主要目的。

（4）由于流量小且控制口壓力恒定，該插裝式電磁閥可以應用于自動變速器的離合器控制系統中，同時可以在小流量控制系統且對安裝空間要求嚴格的場合廣泛使用。

【1】周福章，李力千，劉志偉，等.高速開關閥的設計與研究［J］.機械工程學報，1998，34（5）：38－39.

【2】杜巧連，陳旭輝，吳文山，等.PWM高速開關閥的特性分析與應用研究［J］.液壓氣動與密封，2002（3）：10－11.

【3】黎啟柏.液壓比例控制與數字控制系統［M］.北京：機械工業出版社，1997：26－28.

【4】劉祖前.比例電磁鐵簡介［J］.液壓與氣動，1986（2）：48－50.

Application of Proportional Solenoid in Cartridge Valve

LI Jun，TIAN Ye
（Xi'an FC Intelligence Transmission Co.，Ltd.，Xi'an Shaanxi710119，China）

A new cartridge solenoid valvewas introduced.In the valve，secondary controlwas used to integrate the pilot valve and main spool together to form a cartridge.Comparing to conventional cartridge solenoid valve，this valve's solenoid was proportional solenoid，which could be used to adjust pilot valve open and close according to the electromagnetic force and spring force，tomakemain spool outlet pressure maintain a constance.Applying the valve to small flow system，the safety of the hydraulic system is improved greatly.

Cartridge solenoid valve；Proportional solenoid；Spring rate

2014－01－20

李軍（1983—），男，工程師，主要從事汽車自動變速器液壓研究工作。E-mail：li＿jun＠xafcit.com。