比例电磁铁在插装电磁阀上的应用

李军，田野

（西安双特智能传动有限公司，陕西西安710119）

比例电磁铁在插装电磁阀上的应用

李军，田野

（西安双特智能传动有限公司，陕西西安710119）

介绍一种新型插装式电磁阀，它采用二级控制，将先导阀和主阀芯集成在一起，组成一个插装件。与传统的插装式电磁阀相比，该电磁阀的电磁铁采用比例电磁铁，根据电磁吸力与弹簧力的平衡调节先导阀的启闭，使主阀芯出口压力保持恒定，应用于小流量恒压控制系统中，极大地提高了液压系统的安全性。

插装式电磁阀；比例电磁铁；弹簧刚度

0 引言

传统的插装式电磁阀是一种开关电磁阀，在 “开”、“关”两种状态下，用于控制流体的方向，通电时，电磁线圈产生电磁力使阀芯与阀座分离，进油口和控制油口接通，液压执行元件开始动作；断电时，电磁力消失，阀芯在弹簧力作用下复位，回油口和控制油口接通，液压执行元件停止动作。它工作可靠，与计算机接口方便连接，抗干扰性好，且易于维修，广泛应用于汽车工程、机械工程、农业机械等液压系统中［1－2］。

但是随着近代液压技术的快速发展，传统开关电磁阀工作噪声大、启闭有冲击等现象突出，国外一些单位已经开展开关比例式插装电磁阀的研究工作，并取得很大的成果。由于国内液压技术起步较晚，以及机加工技术的限制，这方面的研究还处于理论阶段。文中介绍的插装式电磁阀是将先导阀与主阀芯集成一体，并利用比例电磁铁的特性，研制出的一种新型的插装式电磁阀。点，其工作原理类似于先导级减压阀。当先导级电磁阀断电，电磁阀工作在右边位置，电磁力消失，主阀芯在弹簧力作用下复位，油口B和油口C接通，控制油压通过小孔流回油箱，主油压由阻尼孔R1和R2流回油箱。

1 插装式电磁阀结构与工作原理

该阀是两级控制插装式电磁阀，先导级为两位两通的电磁阀，相当于一个溢流阀；主阀芯为一个三通式的插装阀，如图1所示。

主阀芯的开启由先导级电磁阀决定，如图2所示，当先导级电磁阀通电，电磁阀工作在左边位置，主油压A通过阻尼孔R1作用于电磁阀上，此时由于电磁线圈产生电磁力的作用，将主油压截止，随着液压油量的增加，主油压在主阀芯下端越来越多，主阀芯克服弹簧力推动主阀芯向上运动，此时主油压A与控制油压C相通，液压执行元件动作。当主油压A增大或减小时，在电磁力的作用下主阀芯都会重新达到一个新的平衡

2 比例电磁铁的特性

电磁铁是一种依靠电磁系统产生的电磁吸力，使衔铁对外作功的一种电动装置。其基本特性可以表示为衔铁在运动过程中受到的电磁力F与行程x之间的关系，即F＝f（x），这个关系为电磁铁的吸力特性。图3所示为普通电磁铁与比例电磁铁的静态吸力特性。相比普通电磁铁，比例电磁铁具有水平的吸力特性［3］。

在电磁铁的运动过程中，需要克服机械负载和阻力作功，对于普通电磁铁，一般要求电磁力大于负载反力，衔铁在两极位置之间快速吸合，这样的电磁铁驱动的阀是数字式的，流量通道不是完全打开就是关闭。而对于比例电磁铁，衔铁处于电磁力与负载反力平衡的状态。它的衔铁位置取决于电信号的强度，可以停留在两个极限位置之间的任一位置上。不同的输入电流可以产生一系列的工作行程区，当弹簧曲线叠加于该曲线族上时，产生许多交点，在这些交点处弹簧力和电磁吸力相等，如图4所示。当输入电流发生变化时，电磁铁可以停留在某一位置［4］。

同时不同的弹簧刚度对电磁力的影响较大，当使用比例电磁铁时，选用高刚度的弹簧可以使系统更稳定。但是弹簧刚度越大，为了产生较大的电磁力，就需要更大的电流，而大电流会引起发热问题。

比例电磁铁根据与负载匹配的情况以及弹簧刚度的不同，可以分为力输出型和位置输出型。文中介绍的插装式电磁阀最大工作电压为直流24V，直流比例电磁铁的最大输入电压也为直流24V，正好满足该插装式电磁阀的要求。比例电磁铁的电磁吸力根据不同的输入电流水平上下移动，可以始终保持与弹簧力的平衡。随着液压控制技术要求的提高，比例电磁铁将发挥越来越重要的作用。

3 结论

（1）与传统的开关式电磁阀相比，该插装式电磁阀采用比例电磁铁可以使阀口开度保持在某一位置，实现开关电磁阀的比例控制功能。

（2）设计的先导阀和主阀结构简单，调整方便。

（3）根据弹簧刚度的不同比例电磁铁可以分为力输出和位置输出两种，力输出型以输出电磁推力为主要目的，位置输出型以输出一定的位移为主要目的。

（4）由于流量小且控制口压力恒定，该插装式电磁阀可以应用于自动变速器的离合器控制系统中，同时可以在小流量控制系统且对安装空间要求严格的场合广泛使用。

【1】周福章，李力千，刘志伟，等.高速开关阀的设计与研究［J］.机械工程学报，1998，34（5）：38－39.

【2】杜巧连，陈旭辉，吴文山，等.PWM高速开关阀的特性分析与应用研究［J］.液压气动与密封，2002（3）：10－11.

【3】黎啟柏.液压比例控制与数字控制系统［M］.北京：机械工业出版社，1997：26－28.

【4】刘祖前.比例电磁铁简介［J］.液压与气动，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

李军（1983—），男，工程师，主要从事汽车自动变速器液压研究工作。E-mail：li＿jun＠xafcit.com。