纯水高速开关阀的设计与耦合仿真分析

设计了一种纯水高速开关阀，考虑阀中电磁回路、机械部分、液压系统之间的强耦合作用，建立了耦合数学模型，并利用专用软件构建了耦合仿真模型。仿真发现，当控制脉冲采用过小或过大的占空比时，开关阀流量控制会出现死区及非线性特征；而采用较大占空比时，开关阀流量受压降影响相对较小。由于阀芯与阀套间存在较大的粘性阻尼与摩擦力，阀芯位移的阶跃响应曲线并未出现超调现象，阀芯稳定时间较短，但受电磁铁磁滞的影响，阀芯关闭时间大于开启时间；同时发现阀芯线性度随控制脉冲频率的增大而降低，减小开关阀的开启、关闭时间，有利于扩大阀芯的线性度范围。     

基于AMESim的高速开关阀动态特性仿真研究

以某型号电子限滑差速器中的无复位弹簧式高速开关阀为研究对象，分析了该高速开关阀的结构及工作原理，并建立了机、电、磁、液等各个耦合部分的数学模型。运用AMESim建模仿真平台建立高速开关阀的阀芯位移动态响应模型，基于该模型对高速开关阀在一定PWM信号下进行动态时间响应特性仿真，分析了阀芯质量、驱动电压、黏性阻尼系数等参数对高速开关阀阀芯位移响应时间各个阶段的影响，通过仿真结果分析了响应时间滞后的原因，并从提高阀芯响应时间方面提出参数优化调整建议。     

基于AMESim的高速电磁开关阀动态特性研究

根据高速电磁开关阀机电液结构,采用AMESim建立了高速电磁开关阀仿真模型,基于该模型对高速电磁开关阀在PWM信号下进行动态特性仿真,通过PWM信号、电流、阀芯位移间的动态响应关系,分析了脉冲调制(PWM)控制信号对高速电磁开关阀动态特性的影响,对从信号控制方面改善高速电磁开关阀性能提供理论基础。     

基于AMT气动伺服系统的高速开关阀设计与优化

目前AMT伺服系统大多采用液压或者电机驱动,与这两种方式相比,气动系统具有安全、环保、动作较快等优势。作为其核心控制元件,高速开关阀的性能决定了系统的整体性能。以阀的动作频率、线圈温升与声速流导为指标,设计了一种高速开关阀。首先通过计算确定了阀的主要尺寸及参数,然后仿真分析了阀的动静态电磁特性、阀芯位移响应曲线与阀的温度场,结果表明,阀的动作频率与线圈温升均满足设计要求;接着,对影响阀性能的参数进行了因素分析,根据分析结果进行了多目标参数优化,既降低了线圈功耗与温升,又满足了设计要求;最后通过实验验证了第一代阀基本满足设计要求。     

高速开关阀电磁滞后特性的联合仿真研究

以某型电子限滑差速器中的高速开关阀为研究对象,介绍了高速开关阀的基本结构、工作原理、电磁滞后特性及其对阀芯动态过程的影响,并建立了高速开关阀整体的数学模型。在MATLAB/Simulink中搭建电、磁部分仿真模型,在AMESim中搭建机、液部分仿真模型。运用Simulink-AMESim联合仿真,研究了线圈匝数、驱动电压和初始气隙对电磁滞后特性的影响。结果表明:线圈匝数增加时,关闭/开启电磁滞后时间均增加;驱动电压增加时,关闭电磁滞后时间缩短,开启电磁滞后时间增加,且当驱动电压低于9. 1 V时,阀芯无法关闭;初始气隙增加时,总电磁滞后时间先延长后缩短。     

基于AMEsim的超磁致伸缩高速响应电磁开关阀仿真

针对所设计的超磁致伸缩致高速响应电磁开关阀(GMV)进行了结构分析。采用AMEsim软件建立超磁致伸缩高速响应电磁开关阀模型,在模型下仿真分析了不同占空比、不同工作频率下PWM信号、电流、阀芯位移的关系,同时分析了不同占空比、不同压力、不同电流对GMV流量的影响。通过仿真结果提出改进方法,找到最适合超磁致伸缩高速响应电磁阀设计要求的占空比和流体压力。     

涡轮增压系统用高速开关阀的响应特性研究

高速开关阀是涡轮增压系统的重要部件,响应的快速性直接影响增压器的压比。根据高速开关阀的结构及工作原理,建立其数学方程。运用AMESim建立动态模型并进行了电流、阀芯位移、控制口的压力仿真分析,结合示波器测量的实际响应时间,证实仿真结果的可靠性。由于高速开关阀响应时间具有滞后性,研究分析改变阀芯质量、驱动电压、弹簧预紧力对响应特性的影响,并根据仿真提出了优化调整建议。     

脉宽调制先导级高速开关阀特性研究

在大型工程机械和农用车辆上,广泛采用电液比例阀作为工作装置控制元件。PWM先导级高速开关阀在100 Hz时良好的开关性能是决定电液比例阀性能的重要因素。该研究建立了高速开关阀的数学模型,并应用基于Simulation X系统的PWM高速开关先导阀的仿真模型,对高速开关阀阀芯位移响应特性进行研究,分析了弹簧刚度、工作气隙、衔铁质量、线圈电流等参数对阀芯位移响应的影响以及高速开关阀的流量特性,给出流量控制时PWM占空比的修正公式。     

新型微电机驱动开关阀仿真与试验研究

针对农用车辆动力换挡系统,设计了一种采用微型直流电机驱动和丝杠进给机构传动的新型开关阀,阐述了开关阀内部结构及其工作原理,基于Matlab/Simulink建立了微型直流电机和丝杠进给机构耦合的动力学模型,分别对阀的阶跃响应特性和静态流量特性进行了仿真,并在动力换挡试验台架上进行了试验研究。结果表明,试验结果与仿真结果基本吻合,验证了模型的有效性。该新型开关阀能够实现油路通断控制和流量调节,为进一步研究新型开关阀提供了理论参考。     

基于AMESim的自动液力变速器高速开关阀动态仿真研究

以某型自动液力变速器高速开关电磁阀为研究对象,针对建模和开关阀部分主要参数对响应特性的影响进行了研究。分析高速开关阀的工作原理,建立了机械、电路和磁路数学模型,运用AMEsim软件建立了高速开关阀仿真模型,并分析了线圈匝数、励磁电压、介质压力等参数对高速开关阀位移响应的影响。仿真结果与性能检测试验数据对比表明,仿真模型能够比较准确地描述开关阀的动态性能,为高速开关阀特性和参数优化的研究提供理论参考。     

Development of a Novel Parallel-spool Pilot Operated High-pressure Solenoid Valve with High Flow Rate and High Speed

High-pressure solenoid valve with high flow rate and high speed is a key component in an underwater driving system.However,traditional single spool pilot operated valve cannot meet the demands of both high flow rate and high speed simultaneously.A new structure for a high pressure solenoid valve is needed to meet the demand of the underwater driving system.A novel parallel-spool pilot operated high-pressure solenoid valve is proposed to overcome the drawback of the current single spool design.Mathematical models of the opening process and flow rate of the valve are established.Opening response time of the valve is subdivided into 4 parts to analyze the properties of the opening response.Corresponding formulas to solve 4 parts of the response time are derived.Key factors that influence the opening response time are analyzed.According to the mathematical model of the valve,a simulation of the opening process is carried out by MATLAB.Parameters are chosen based on theoretical analysis to design the test prototype of the new type of valve.Opening response time of the designed valve is tested by verifying response of the current in the coil and displacement of the main valve spool.The experimental results are in agreement with the simulated results,therefore the validity of the theoretical analysis is verified.Experimental opening response time of the valve is 48.3 ms at working pressure of 10 MPa.The flow capacity test shows that the largest effective area is 126 mm2 and the largest air flow rate is 2320 L/s.According to the result of the load driving test,the valve can meet the demands of the driving system.The proposed valve with parallel spools provides a new method for the design of a high-pressure valve with fast response and large flow rate.     

混合动力变速箱中比例电磁阀变频控制研究

脉宽调制技术（PWM）依靠改变频率和占空比形成不同的目标电流,广泛用于比例电磁阀的驱动。但由于受到比例电磁阀磁路特性和脉宽调制技术的双重制约,使得比例电磁阀各项性能难以发挥,甚至影响整个液压系统的平稳运行。因此,根据目标电流变化以及控制环境不同而改变PWM频率的控制方法被用于驱动比例电磁阀。试验结果证明：使用变频的控制方法在维持比例电磁阀输出电流稳定的前提下,缩短了电流响应时间,维持了阀芯小幅颤振,降低比例电磁阀的功率损耗。     

新型矿用比例方向阀动态特性及控制方法分析

适用于液压支架的比例方向阀代替现有的开关型方向阀,是液压支架智能化的重要组成部分。提出了一款适用于液压支架系统的比例方向阀方案,其兼有手动开关控制模式和电液比例控制模式,建立了其数学模型和仿真模型,分析了其动静态特性。研究表明:主阀进液阀芯位移与输入信号占空比呈线性反比例关系;合理设计反馈槽宽度和进液阀芯面积比可以提高阀芯的响应速度;当仅有液压反馈时,进液阀芯位移仍受控于输入信号,避免了因传感器失效对控制系统造成的灾难性事故的发生;通过增加电反馈与原有液压反馈构成双反馈控制的方式,大幅提高了阀的响应速度、线性度、滞环等特性。     

基于ARM7的喷气织机电磁阀控制电路

为完成喷气织机高频电磁阀的实时控制,提升对电磁阀工作时的故障检测能力,设计了基于ARM7的电磁阀高速驱动和电流检测反馈控制系统。以ARM7处理器的芯片LPC2478为微控制器,并在数据、地址总线基础上,通过采用复杂可编程逻辑器件(CPLD)扩展了输出口线;针对喷气织机电磁阀高频特性,设计了高、低压复合的驱动控制电路;为判断电磁阀工作性能的优劣,增加了电流检测环节。试验结果表明,该系统运行稳定、高效,通过对电流检测反馈数据的分析,提高了喷气织机生产的质量和效率。     

滚珠丝杠压扭型2D电液比例方向阀动态特性研究

提出了一种滚珠丝杠型压扭联轴器,该联轴器能将输出力放大约20倍,有效地解决了因比例电磁铁磁饱和造成直动比例方向阀无法实现大流量的问题。该联轴器将2D方向阀和比例电磁铁相连接,利用压扭放大驱动技术,将电磁力转化为阀芯左右两端不平衡的液压力,以克服摩擦力、卡紧力和液动力等非线性因素的影响。对主阀P-A处与导控级的压力分布和流场分布进行了仿真分析,理论与实验研究表明：压扭联轴器有效地放大了电磁力,在流量约为210L/min的情况下,阀的阶跃响应约为0.35s,该阀-90°频率为4Hz左右。叠加一定颤振对改善阀的阶跃响应不明显,但能较好保证阀芯位移与电磁铁位移之间的跟随性。     

大流量气动高速开关阀的优化设计

针对大流量高速开关阀切换时间长的问题,对高速开关阀流量特性进行了分析,获得了电磁铁工作气隙与阀芯直径的匹配关系;对高速开关阀动作过程进行了分析,建立了开关阀运动耦合瞬态场模型;对电磁铁结构参数进行了Ansoft Maxwell2D仿真,研究了衔铁中心开孔大小、衔铁厚度、绕组匝数对开关阀开启时间的影响。在理论仿真分析的基础上,提出了一种兼顾响应时间的大流量高速开关阀。研究结果表明,经过优化后的开关阀,在进口压力为7 bar时,流量可达720 L/min,而切换时间仅为9.5 ms。     

Development of a novel two-dimensional(2D) three-way(3W) fuel flow control servo valve with constant pressure difference

To solve the problems of large volume, and low integration of traditional electro-hydraulic servo valve with constant pressure differential fuel metering device, a new two-dimensional three-way constant pressure differential fuel flow control servo valve (2D3WFFCSV) is developed. It innovatively adopts the advantages of lightweight of “two-dimensional hydraulic technology”, The constant differential pressure function and flow regulation function are integrated into a two-dimensional (2D) main spool with two degrees of freedom (rotational and axial degrees of freedom). The flow control process of 2D3WFFCSV is as follows: firstly, the armature of the torque motor and the two-dimensional piston are coaxially installed at the end of the two-dimensional piston, so the torque motor can directly drive the two-dimensional piston to rotate; secondly the “hydraulic servo screw mechanism”, which can amplify the power, is used to drive the two-dimensional piston to move in line; Finally, a pair of conversion mechanisms (roller group and spiral track conversion mechanism) are converted into the angular displacement of 2D main spool to control the area of flow valve port. The axial degree of freedom of 2D main spool realizes the function of constant differential pressure. To improve the flow control accuracy of the servo valve, the axial position of the 2D piston is detected by the linear displacement sensor (LVDT), and the signal is transmitted to the controller to realize the closed-loop control. To explore its open-loop characteristics, the mathematical models of torque motor, two-dimensional piston and main spool are established to obtain its open-loop transfer function. Then the AMESIM simulation model is built. To optimize the design of the system, through the dynamic simulation of the system, the influence of key parameters on the dynamic response of the system can be studied. An experimental study is carried out to verify the design feasibility of the servo valve. The experimental results show that under the condition of no-load and full-scale input, the closed-loop delay of the servo valve is 1.84%, the linearity is 2.14%, the step response time is 43 ms, and the dynamic frequency response is 38 Hz. The newly developed 2D3WFFCSV has the advantages of high integration, small size, light weight (801.5 g) and high response and control accuracy. It can replace the constant differential pressure, metering valve and hydraulic servo valve in the aeroengine fuel regulator.     

基于超磁致伸缩致动器的脉冲喷射开关阀建模与仿真

利用超磁致伸缩致动器(Giant magnetostrictive actuator, GMA)应变率大、响应频率高的优点和脉冲喷射装置的结构特点设计了基于GMA的脉冲喷射开关阀,分别分析GMA和脉冲喷射开关阀本体在动态工作条件下的系统传递函数,综合分析后建立阀的流量、喷射速度与驱动电流之间的系统方框图和传递函数。Simulink的开关阀动态仿真结果显示,基于GMA的脉冲喷射开关阀的工作频带宽度大于400 Hz,可满足大部分喷射装置的工作要求。GMA位移扫频试验结果表明,该模型在低频范围内可正确反映开关阀的动态特性,高频范围内需考虑温度和磁滞的影响。