电磁阀响应速度的影响因素

胡华

摘  要：在现代工业制造中自动化程度越来越高，气动元件的应用则毫无疑问变得越来越广范。气动电磁阀作为气动系统中的控制元件，其性能参数是气路系统优劣的重要因素之一。气动电磁阀最重要的一个性能参数即是电磁阀的响应时间，目前各厂家的电磁阀响应时间也参差不齐，但国产电磁阀的响应速度普遍比国外品牌电磁阀的响应速度要慢，寿命和稳定性也要差，这是我们不容回避的客观事实。文章将对电磁阀的响应速度的影响因素进行分析，为国产电磁阀的性能改善提供参考。

关键词：气动元件;电磁阀;自动化;响应速度;气路系统

中图分类号：TH134 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）17-0058-02

Abstract： In modern industrial manufacturing， the degree of automation is getting higher and higher， there is no doubt that the application of pneumatic components is becoming more and more extensive. As the control element of pneumatic system， the performance parameters of pneumatic solenoid valve are one of the important factors of the advantages and disadvantages of pneumatic system. One of the most important performance parameters of pneumatic solenoid valve is the response time of solenoid valve. At present， the response time of solenoid valve of various manufacturers is also uneven， but the response speed of domestic solenoid valve is generally slower than that of foreign brand solenoid valve. Duration and stability are also poor， which is an objective fact that we cannot avoid. In this paper， the factors affecting the response speed of the solenoid valve are analyzed， which provides a reference for the performance improvement of the domestic solenoid valve.

Keywords： pneumatic components; solenoid valve; automation; response speed; gas path system

引言

目前氣动电磁阀的换向方式主要有“膜片式”和“阀杆式”，本文以阀杆式换向的电磁阀为例，对市场上最常见的两位五通先导式单电控电磁阀进行分析，也是目前国内市场用量最多的一款电磁阀，后面我们全部简称“电磁阀”。为方便说明，附电磁阀的结构简图（如图1）。

我们现在对影响电磁阀响应速度的因素分析，主要有以下几个方面。

1 复位弹簧力的大小

（1）复位弹簧一般是压缩弹簧，电磁阀在关闭时弹簧为伸出状态，如果弹簧力设计太小，弹簧不能最快的将阀杆复位，则电磁阀关闭动作的响应速度会慢。

（2）电磁阀打开是线圈得电，先导部分通气，使活塞动作推动阀杆换向。因此弹簧力设计过大，则电磁阀打开时，活塞推动阀杆的阻力会变大，而使电磁阀打开的响应速度变慢。

（3）弹簧力在设计选用时，要考虑电磁阀打开和关闭的响应速度的平衡。有些气复位的电磁阀后盖端不选用弹簧设计，而是同先导端一样使用活塞设计气复位的结构，设计复位活塞的有效截面积大小时同样考虑电磁阀打开与关闭的响应速度的平衡。

2 阀体与阀杆密封圈的过盈量

（1）阀杆上的密封圈与阀体之间的过盈配合是为了将电磁阀的进气与排气各路分开，密封圈起密封的作用。但是过盈量大，阀杆在阀体内摩擦系数变大，动作阻力也会相应的变大。且密封圈磨损速度会加快，磨损后产生的异物进入到先导部分，影响阀的稳定性。响应速度也自然会慢很多。

（2）过盈量小，阀芯动作阻力小，响应速度快。但是易有内部泄漏，因密封圈为橡胶材质，其本身亦有制造公差，因此批量生产成品率会低。或在使用一段时间后，密封圈稍有磨损即出现泄漏，影响了阀的使用寿命。

（3）目前阀杆密封圈常规使用的有NBR（丁腈）材质，根据用户的使用环境也有些使用HNBR（氢化丁腈）材质，FKM（氟化橡胶）在电磁阀的阀杆密封上目前很少使用。综合密封性与摩擦力，密封圈硬度在绍氏A70度时，建意双边过盈量设计在0.05～0.08之间。

3 阀体内孔加工的精度

（1）内孔的光洁度

内孔的光洁度也是影响阀杆与阀体动作摩擦阻力的重要因素，好的光洁度可以有效的降低摩擦系数。品牌的电磁阀的内孔粗糙度可以达到RZ1.6以下，约是Ra0.2。随着国内的制造加工工艺与材料技术的逐渐成熟，也是完全可以达到。建意使用金刚石刀具数控加工后，内孔进行滚压或珩磨处理。阀体在表面处理后与阀芯装配前再抛光处理。

（2）内孔的直线度

很多国内制造商不注意该形位公差，但是很多阀的响应速度不快，或动作不稳定都是因为阀体加工的内孔直线度不好。一般气动电磁阀的阀体内孔都是小孔，常用直径在5～12mm，加工难度大，加工的刀具细长，加工时刀具易出现让刀现象，成型的孔直线度就会不好。所以在前期设计刀具时刀杆的刚性是优先考虑的，内孔再通过后续的珩磨与抛光处理，将直线度控制在0.01以下。

（3）內孔各台阶过渡角的顺畅度

电磁阀在换向动作时阀杆要经过一个台阶，此处是阀杆在整个动作行程中阻力最大的地方，如果过渡不顺畅，会严重的影响阀杆的动作速度。国内很多制造商直接将此处加工成R圆弧角。但这并不是最佳的过渡轮廓，需要依据密封圈的接触轮廓设计出最佳的切线，再经过圆弧过渡，才能使过渡阻力最小。

该过渡轮廓在生产制造中需严格管控，因为在现代制造中都是用CNC车床进行加工，但是因为刀具有刀尖R角，在编程中如不补偿R的大小，实际加工出的和设计需求的会相差甚远。建议使用的刀具刀尖圆弧不大于R0.2，数控编程与调机时需将刀尖补偿进，并且建议投入轮廓仪进行检测。

4 先导座活塞的动作灵敏度

（1）电磁阀打开是靠先导部分的活塞推动阀杆，所以活塞的动作灵敏度也是其中的一个影响因素。活塞密封圈与先导座孔的过盈量最好不要按照标准的设计，要依据密封圈的实际尺寸进行配作设计，在保证不漏气的情况下将活塞的阻力降低，建意过盈量在0.1mm。

（2）同阀体与阀杆的道理，先导座孔的光洁度也会影响到活塞动作时摩擦系数，为降低该部位的摩擦系数，先导座模具上需做镜面抛光处理。

（3）根据电磁阀的大小规格不同，活塞厚度设计也不同，但是在空间允许的情况下活塞的厚度尺寸要做大，方便设计添加导向结构，否则活塞在初始动作时可能会动作不稳定。

5 油脂的选用

使用油脂润滑，是降低阀体与阀杆、活塞与先导座的摩擦系数的非常有效的方法。现在使用较多的是氟油和硅油两类，高性能的电磁阀多采用氟油。其特点是可以与塑料相容、在高温下具有良好的稳定性、抗氧化能力强、低蒸汽压，在200℃时24小时测试，它的析出量与蒸发量都是极低的。所以各动密封部涂抹适量的优质氟油脂，可以使电磁阀的响应速度有明显改善，且长期润滑的效果较其它油品要好，电磁阀的寿命会提高。

6 其它先导与电磁部分的影响

另外先导座的进气流量与电磁线圈的功率、动静铁芯励磁的时间等也是影响电磁阀响应速度的因素。但具体规格的电磁阀对应的设计空间与材质使用基本固定，这几项参数相对不变，所以我们在这里不具体分析了。

7 结束语

近几年国内也出现一些制造的较好的电磁阀，感谢他们为中国制造所做的努力，希望此文对大家有所帮助，不正之处还望不吝指正！

参考文献：

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[2]吴小明，等.现代气动元件与系统[M].北京：化学工业出版社，2018：78-117.

[3]姜佩东，张雅琴，李军.液压与气动技术[M].北京：高等教育出版社，2000：142-170.