先導(dǎo)電磁閥在壓力控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

毛杉海 顏丙剛

摘要：在直驅(qū)電磁閥大量被使用之前，先導(dǎo)控制方案在自動(dòng)變速箱，尤其是液力自動(dòng)變速箱的壓力控制中一直被廣泛應(yīng)用。由于先導(dǎo)電磁閥本身的優(yōu)勢(shì)也決定了其也使其在壓力控制系統(tǒng)中仍有很大的應(yīng)用空間。因此對(duì)于先導(dǎo)電磁閥在壓力控制系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，仍有一定的理論與實(shí)際意義。本文首先介紹了先導(dǎo)電磁閥的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，然后針對(duì)先導(dǎo)電磁閥在壓力控制系統(tǒng)中的應(yīng)用詳細(xì)分析了先導(dǎo)電磁閥的壓力控制特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：先導(dǎo)電磁閥;壓力控制;應(yīng)用研究;工程設(shè)備

先導(dǎo)式壓力控制方案為采用先導(dǎo)電磁閥與機(jī)械滑閥配合使用的方式，實(shí)現(xiàn)壓力的控制，其壓力控制的性能主要取決于電磁閥與機(jī)械滑閥的配合狀態(tài)。在直驅(qū)電磁閥大量被使用之前，先導(dǎo)控制方案在自動(dòng)變速箱，尤其是液力自動(dòng)變速箱的壓力控制中一直被廣泛應(yīng)用。由于其泄漏量大、控制精度較差等特點(diǎn)，在不斷追求高精度、高效率的液壓系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，先導(dǎo)電磁閥的應(yīng)用在逐漸減少。但是在某些特殊的應(yīng)用場(chǎng)景情下，先導(dǎo)電磁閥在壓力控制系統(tǒng)中仍發(fā)揮著重大作用。尤其是其成本相對(duì)較低，通流能力相對(duì)較強(qiáng)的特點(diǎn)也使其在壓力控制系統(tǒng)中仍有很大的應(yīng)用空間。因此對(duì)于先導(dǎo)電磁閥在壓力控制系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，仍有一定的理論與實(shí)際意義。

一、先導(dǎo)電磁閥的工作原理

先導(dǎo)電磁閥的結(jié)構(gòu)主要由閥體、主閥芯、導(dǎo)套、動(dòng)鐵芯、線圈和靜鐵芯等結(jié)構(gòu)組成。根據(jù)先導(dǎo)電磁閥實(shí)際工作過(guò)程，可以將其劃分為三個(gè)階段，分別為初始階段、動(dòng)鐵芯單獨(dú)運(yùn)動(dòng)階段以及電磁閥打開(kāi)階段。在初始階段，彈簧上支撐件頂在靜鐵芯上，使彈簧處于壓縮狀態(tài)。將密封圓片緊壓在小平面上，由于密封圓片的面積大于小平面的面積，所以密封圓片可以將先導(dǎo)小孔密封。動(dòng)鐵芯和主閥芯均可在導(dǎo)套內(nèi)軸向滑動(dòng)，由主閥芯和導(dǎo)套之間的軸向滑動(dòng)形成環(huán)形縫隙。電磁閥全部安裝完成后，導(dǎo)套內(nèi)形成一個(gè)開(kāi)口系統(tǒng)，即氣隙腔，該氣隙腔通過(guò)環(huán)形縫隙向內(nèi)充氣，也可通過(guò)先導(dǎo)小孔向外放氣。電磁閥安裝于儲(chǔ)氣瓶口后，氣體從進(jìn)氣口進(jìn)入，通過(guò)閥體與主閥芯之間的空隙，再通過(guò)環(huán)形縫隙進(jìn)入氣隙腔，使主閥上部均處在高壓氣體中。由于氣壓差的作用，使主閥芯緊壓在出氣口上，使進(jìn)出氣口不連通，此時(shí)電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)。線圈通電后吸引動(dòng)鐵芯先向上運(yùn)動(dòng)一小段位移，帶動(dòng)密封圓片向上運(yùn)動(dòng)，打開(kāi)先導(dǎo)小孔，氣體從先導(dǎo)小孔經(jīng)出口進(jìn)入和第一級(jí)減壓器連接的管道。當(dāng)氣隙腔內(nèi)壓力高于設(shè)定值時(shí)，阻塞將堵住噴嘴。由于輸出氣孔的管道體積小，所以管道內(nèi)的壓力逐漸增大，從而作用在主閥芯上的氣壓差力也逐漸降低。在先導(dǎo)小孔打開(kāi)后，動(dòng)鐵芯處于壓力平衡狀態(tài)，因此只受到彈簧的反力作用，在電磁力作用下動(dòng)鐵芯繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)直到動(dòng)鐵芯接觸擋環(huán)，從而卡在主閥芯上，使兩者成為一個(gè)整體。由于此時(shí)作用于主閥芯上的氣壓差力大于電磁力，動(dòng)鐵芯停止運(yùn)動(dòng)。在電磁閥和減壓器之間管道壓力增加的過(guò)程中，電磁力逐漸增大，而作用在主閥芯上的氣壓差力逐漸降低，最終電磁力大于氣壓差力后，動(dòng)鐵芯繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)主閥芯向上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)出口接通。

二、先導(dǎo)電磁閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（一）先導(dǎo)電磁閥的主體結(jié)構(gòu)

一般先導(dǎo)電磁閥的主閥芯與先導(dǎo)結(jié)構(gòu)分開(kāi)進(jìn)行設(shè)置，其中先導(dǎo)結(jié)構(gòu)擁有單獨(dú)的先導(dǎo)閥芯。工作時(shí)先導(dǎo)閥芯先打開(kāi)，然后建立出口背壓最終利用背壓或者背壓與電磁力結(jié)合將電磁閥打開(kāi)。先導(dǎo)電磁閥通電后，電磁力帶動(dòng)先導(dǎo)閥向一側(cè)運(yùn)動(dòng)，接通不同的閥室，其中一個(gè)閥室的壓力增大，另一個(gè)閥室的壓力降低，從而主閥芯上部和下部形成壓差，當(dāng)壓差足夠克服閥芯重力和彈簧力的時(shí)候電磁閥打開(kāi)。為了簡(jiǎn)化先導(dǎo)電磁閥結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到減小尺寸降低成本的目的。先導(dǎo)電磁閥閥芯組的O型密封橡膠圈安裝在密封圈安裝槽。動(dòng)鐵芯下部通過(guò)環(huán)形缺口安裝在主閥芯上，動(dòng)鐵芯下部和動(dòng)鐵芯上部通過(guò)螺紋連接在一起組成動(dòng)鐵芯。動(dòng)鐵芯可在主閥芯運(yùn)動(dòng)槽上做一定位移的軸向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)擋環(huán)限制動(dòng)鐵芯的軸向位移。設(shè)計(jì)初始安裝時(shí)彈簧上支撐件項(xiàng)在靜鐵芯上使彈簧處于壓縮狀態(tài)，彈簧壓縮力將動(dòng)鐵芯緊緊壓在主閥芯上，由于小凸臺(tái)的存在導(dǎo)致密封圓片也緊壓在小平面上，同時(shí)所述小圓片也將先導(dǎo)小孔密封。動(dòng)鐵芯可在導(dǎo)套內(nèi)軸向滑動(dòng)并形成環(huán)形縫隙。全部安裝完成后導(dǎo)套內(nèi)形成一個(gè)氣隙腔，該氣隙腔通過(guò)環(huán)形縫隙向內(nèi)充氣，也可通過(guò)先導(dǎo)小孔向外放氣。

（二）先導(dǎo)電磁閥的密封結(jié)構(gòu)

由于先導(dǎo)電磁閥存在先導(dǎo)結(jié)構(gòu)，所以在先導(dǎo)小孔和主閥芯處都需要設(shè)計(jì)良好的密封，這樣才能保證整個(gè)電磁閥密封性能良好。密封性能的優(yōu)劣是衡量氣動(dòng)元件性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。先導(dǎo)電磁閥的密封結(jié)構(gòu)一般分動(dòng)密封和靜密封。而動(dòng)密封又分為接觸型的密封和非接觸型密封。靜密封根據(jù)其材質(zhì)不同也可以分為非金屬密封和金屬密封。目前一般的先導(dǎo)電磁閥既包含靜密封又包含動(dòng)密封，其中先導(dǎo)結(jié)構(gòu)的密封采用非金屬密封，由于先到結(jié)構(gòu)中先導(dǎo)小孔的直徑很小而主閥芯的結(jié)構(gòu)相對(duì)特殊，因此需要采用特殊設(shè)計(jì)密封結(jié)構(gòu)。另外由于整個(gè)電磁閥無(wú)油潤(rùn)滑，所以密封件一般需要采用耐磨性和耐溫性能都優(yōu)良的填充聚四氟乙烯材料。由于電磁閥處于常閉狀態(tài)時(shí)，彈簧下支撐件上部處于一定壓力的工作環(huán)境，所產(chǎn)生的氣壓力可以將密封圓片緊壓在先導(dǎo)小孔上，從而保證良好的密封性。而主閥芯密封采用接觸式的金屬線密封和接觸式的O形圈密封雙重密封設(shè)置，從而保證電磁閥常閉時(shí)的密封。

三、結(jié)論

對(duì)于壓力控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，無(wú)論是選擇先導(dǎo)電磁閥壓力控制還是選擇直驅(qū)控制，在不同的應(yīng)用環(huán)境下沒(méi)有絕對(duì)意義上的好與壞，而更多表現(xiàn)出的是合適與不合適。其選擇的重點(diǎn)在于如何基于實(shí)際應(yīng)用環(huán)境與壓力控制的需求目標(biāo)，選擇出更適合當(dāng)前系統(tǒng)的壓力控制方案。整體來(lái)講，在能夠滿足系統(tǒng)一般成本、性能需求的情況下，先導(dǎo)控制壓力響應(yīng)特性快、成本低的特點(diǎn)比較明顯，而其控制精度稍差、一致性稍差、布置空間較大的特點(diǎn)也不可避免。在壓力控制系統(tǒng)中，基于市場(chǎng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)壓力的增加，對(duì)整體性價(jià)比有了更高的要求，先導(dǎo)控制方案的深入研究為在系統(tǒng)方案選擇提供更多的選擇，對(duì)于提升產(chǎn)品力也具有更大的意義。

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