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.     

基于Maxwell方程的电磁阀开启过程动态特性仿真研究

利用电磁有限元软件Ansoft Maxwell的参数化计算功能,对不同主工作气隙、不同驱动电压条件下的模型进行计算,得到开启过程的各种动态特性曲线。通过开启过程的电流变化曲线判断出电磁阀完全开启所需时间,并且进行相应的实验测试,对数值仿真计算结果进行验证。     

基于Ansoft Maxwell仿真的电磁阀关闭过程动态特性研究

利用电磁场有限元分析软件Ansoft Maxwell的参数化计算功能,对不同工作气隙、不同驱动电压条件下的模型进行计算,得到关闭过程的各种动态特性曲线.通过关闭过程的电流变化曲线判断出电磁阀完全关闭所需时间,并且进行相应的实验测试,对数值仿真的计算结果进行验证,为类似产品的设计提供参考.     

A study on the design and application of optimized solenoid for diesel unit injector

With the Environmental Protection Agency (EPA) regulating the amount of NOx, Particulate, HC and CO at all driving conditions, emission standards for diesel engines are becoming more stringent than ever. To meet future emission regulations, researchers have proposed two solutions based on injection control, the common-rail type injection system, and the unit injection system. Most researchers agree that the electronically controlled unit injector, which realizes high injection pressure and precise control of SOI (Start Of Injection) and injection quantity, has an advantage in meeting future emission regulations. In order to control the start and end of injection, each unit injector contains a time-controlled high speed solenoid valve. Thus, the fuel injection quantity is determined by the time interval between closing and opening of the solenoid valve. This study introduces a method for the design of the solenoid which is installed in the unit injector. It is shown that there are certain significant parameters to be optimized to improve solenoid performance: inductance, stroke, input voltage, coil resistance, load and switching time.     

基于双电压驱动下高速开关阀的特性研究

为了提高高速开关阀的响应特性,采用双电压驱动的控制方法。运用AMESim建立高速开关阀的动态仿真模型,仿真分析得出不同控制方法下（单电压驱动、双电压驱动）高速开关阀的动态特性曲线及其特征值,通过试验测试证实了仿真结果的可靠性。结果表明：当高压源为25 V时,双电压驱动下开关阀的吸合时间减少了28.3%,释放时间减少了44.2%。仿真分析基于该高速开关阀在工作因素不变的情况下,不同控制方法对其动态特性的影响,结果进一步证实了双电压驱动控制方法的优越性。     

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。     

高速开关阀控制策略研究

流量和频响是衡量高速开关阀性能的两大重要指标,同时也是最大的内在矛盾。对于诸多成品高速开关阀而言,其流量特性已经在生产装配完成时基本确定,但是其频响特性却可以通过后续控制策略的优化来提升,从而在一定程度上缓解流量和频响这对内在矛盾。通过搭建高速电磁铁的仿真模型,并分析基于该高速电磁铁的高速开关阀在流量特性不变的情况下,不同控制策略对其动态特性的影响。通过仿真验证了三电压控制策略的优越性。     

影响高速开关阀响应特性的主要设计参数分析

为研究影响数字比例阀先导级高速开关阀响应特性的主要因素,以常闭高速开关阀为研究对象,阐述了该阀结构特征及工作原理,分析了数学机理,运用ANSYS电磁仿真软件建立高速开关阀轴对称二维瞬态电磁模型。通过对高速开关阀电磁特性分析及实验测试,验证了所建模型的正确性。基于该模型在不同线圈匝数、阀芯质量、线圈内阻、复位弹簧刚度、衔铁与挡铁吸合接触面积时,对高速开关阀阀芯运动各阶段进行动态模拟,分析了影响高速开关阀响应特性的主要设计参数。结果表明:线圈匝数对高速开关阀响应速度的影响最大,当线圈匝数增加67%时,高速开关阀开启时间延长27.8%,关闭时间延长11.6%,总响应时间延长21.6%;线圈内阻、阀芯质量与复位弹簧刚度3个因素对高速开关阀响应速度的影响次之,环形接触面积对高速开关阀总响应时间影响较小,磁轭壁厚对高速开关阀运动各阶段响应时间基本没有影响。     

高速开关阀的设计与研究

介绍了一种新型的二级高速开头阀,它采用柱塞式液压增益放大结构,以高速开头电磁阀为先导级,通过二级锥阀的放大,使数字阀最大流量超过80 l/min,且保持较高的切换速度,解决了大流量和快速性之间的矛盾。阀的控制器采用PWM控制原理和降幅双压驱动技术,加速电压持续时间和工作电压幅值均可调节,优化了阀的切换特性。     

先导式电磁开关阀的控制方法优化

踏板行程模拟装置作为集成制动系统(IBS)的关键部件之一,其作用是为驾驶员提供良好的踏板感觉,保证制动的安全性。该装置核心部件——先导式电磁开关阀的性能直接关系到踏板感觉的效果,对其进行深入的研究,建立先导式电磁开关阀不同子系统的数学模型,并运用AMESim软件搭建多场耦合模型并进行仿真,分析了环境温度、驱动电压对电磁阀性能的影响。通过仿真与实验分析发现,传统控制方法存在电磁阀发热量较大的问题,这极大地限制了电磁阀的使用。针对该问题,提出一种变电压控制方法,实验结果表明,新控制方法可以保证电磁阀长时间正常工作,有效提高电磁阀的工作能力。     

高速开关阀特性试验研究

高速开关阀作为实现电液数字控制技术的关键元件,其工作特性关系到整个系统的工作性能。对目前国内普遍使用的HSV高速开关阀进行了试验研究,分析了卸荷电路、载波频率、供油压力等对高速开关阀动静态特性的影响。结果表明：该阀具有较快的开关响应和良好的线性控制范围。     

矿用电磁先导阀驱动策略

针对液压支架矿用电磁先导阀存在动态响应速度慢、维持阶段功率损耗大等问题,在不改变电磁铁机械结构的情况下,对驱动策略进行了研究。在分析了电磁铁工作原理的基础上,通过Ansoft Maxwell软件搭建电磁铁的仿真模型进行静态特性仿真,把得到的电磁仿真数据结果导入AMESim仿真模型中进行动态分析,并通过实验验证了仿真模型的正确性;分别研究了双极性电压控制、三电压控制和PWM维持占空比控制方式下的电磁先导阀动态特性,并对仿真结果进行了分析。结果表明:双极性电压的控制方式可以明显提升电磁先导阀的动态响应,而三电压和PWM维持占空比的控制方式在提升动态特性的基础上,还有效降低了功耗。     

离合起步用高速开关阀工作特性与驱动方法研究

在普通脉宽调制(PWM)信号驱动下,高速开关电磁阀的开启和关闭时间较长,反应慢,影响了高速开关电磁阀的控制性能。为了进一步提高高速开关阀的控制性能,在分析高速开关阀工作特性的基础上,提出了多路混合驱动方法,缩短了高速开关阀的开启和关闭时间,减小了压力控制时的压力波动,改善了高速开关阀的控制性能。在汽车离合器起步控制中,使用该方法很好地改善了汽车的起步性能,发动机转速比较平稳,从动盘转速增加趋势的波动较小。     

先导式大流量高速开关阀的关键技术研究

介绍了一种新型的先导式大流量高速开关阀。先导阀采用无弹簧复位式双电磁铁驱动,大大提高了先导阀芯的开、关速度;先导阀结构形式采用二位三通滑阀式结构,加快了主阀芯上腔压力的上升与下降速度,从而提高了主阀芯的开启/关闭速度。试验结果表明,该阀在进口压力8 MPa的情况下,主阀开启/关闭时间均在0.8～1.0 ms之间。在阀口压差为1 MPa的情况下,测得的流量大于49.68 L/min。     

ABS高速开关阀液压力影响因素研究

高频小流量高速开关阀用于汽车防抱死制动系统 (ABS)增压与减压的控制,在不同温度环境下,其可靠的动态特性是ABS正常工作的重要指标。高速开关阀阀芯高频运动过程中,主要受到电磁力、液压力等因素的影响。针对液压力,建立高速开关阀不同温度、阀口两端压差、阀口开度的有限元仿真模型,分析温度、阀口两端压差和阀口开度不同时,高速开关阀液压力的变化规律。仿真结果得知,在相同的阀口开度和压差下,液压力随温度的升高而减小;阀口开度越大,液压力受温度的影响越大;同一压差和温度下,液压力随阀口开度的增大而减小。通过探寻温度、阀口两端压差及阀口开度大小对高速开关阀液压力的影响,为准确研究高速开关阀动态特性提供理论依据,从而为提高汽车ABS响应特性奠定理论基础。     

高温磁悬浮轴承定子电磁线圈封装技术研究

高温电磁线圈是高温磁悬浮轴承系统的关键元件,为了延长高温电磁线圈的可靠性及使用寿命,提高磁悬浮轴承系统的性能,需要对高温电磁线圈进行封装。主要介绍了高温磁悬浮轴承系统,设计了高温磁悬浮轴承定子线圈的封装结构以及线圈陶瓷骨架结构,探讨了电磁线圈的封装材料及线圈封装工艺。     

Detecting the position of the moving-iron solenoid by non-displacement sensor based on parameter identification of flux linkage characteristics

Currently, most researches use signals, such as the coil current or voltage of solenoid, to identify parameters; typically, parameter identification method based on variation rate of coil current is applied for position estimation. The problem exists in these researches that the detected signals are prone to interference and difficult to obtain. This paper proposes a new method for detecting the core position by using flux characteristic quantity, which adds a new group of secondary winding to the coil of the ordinary switching electromagnet. On the basis of electromagnetic coupling theory analysis and simulation research of the magnetic field regarding the primary and secondary winding coils, and in accordance with the fact that under PWM control mode varying core position and operating current of windings produce different characteristic of flux increment of the secondary winding. The flux increment of the electromagnet winding can be obtained by conducting time domain integration for the induced voltage signal of the extracted secondary winding, and the core position from the two-dimensional fitting curve of the operating winding current and flux-linkage characteristic quantity of solenoid are calculated. The detecting and testing system of solenoid core position is developed based on the theoretical research. The testing results show that the flux characteristic quantity of switching electromagnet magnetic circuit is able to effectively show the core position and thus to accomplish the non-displacement transducer detection of the said core position of the switching electromagnet. This paper proposes a new method for detecting the core position by using flux characteristic quantity, which provides a new theory and method for switch solenoid to control the proportional valve.     

面向飞机刹车压力伺服阀的电磁切断阀开启特性优化研究

电磁切断阀是飞机刹车系统的重要组成部分,电磁切断阀的动态响应对刹车压力快速控制有着重要影响。通过构建电磁切断阀AMESim模型,利用仿真分析研究切断阀的动态响应特性,并找出主要影响因素;为解决切断阀开启过程中负载腔出现的压力振荡现象,通过活塞左端油路添加节流阻尼孔、主阀芯重叠处开先导槽两种优化结构进行仿真分析,发现增加节流阻尼孔,能够降低压力振荡的最大压力值,但是会延长压力上升时间;而阀芯重叠处开先导槽的方法尽管对于压力振荡基本没有影响,但能在一定程度上缩短压力上升时间,加快压力响应,进而实现更快速的刹车压力控制。     

直动型气动电磁阀综合性能测试系统研究

针对目前国内对直动式气动电磁阀测试存在的不足问题,采用高速数据采集系统,应用计算机控制技术,设计了电磁阀综合性能检测系统.测试项目主要有动态特性检测、密封性检测、疲劳寿命测试,并首次引入了最低先导压力的测试,突破了以往只针对单个参数测试的局限.为验证系统的准确性,设计完善了一种基于MATLAB/Simulink的电磁阀动态仿真模型,可应用于电磁阀设计时的多参数仿真和优化设计.运用仿真模型和测试系统,测试、分析了气路压力条件对电磁阀性能的影响,确定了电磁阀测试或使用时的最佳气路压力条件.实验结果表明:该系统能很好地对电磁阀的综合性能进行评判,系统时间分辨率达到0.1ms,压力分辨率0.1 kPa.     

基于电流调制的电磁开关阀开关特性研究

电磁开关阀是阀控液压系统中重要的基础流控原件，其开关特性决定系统整体性能。传统驱动方式下，阀芯位移响应滞后于励磁驱动电流，阻碍频响的提高。提出通过建立位移反馈提升阀芯在阶跃励磁电流作用下的电磁力的响应特性，进而提升电磁阀位移频响的方法。对二位二通电磁开关阀建立了动力学与电磁学方程，搭建了阀芯电磁-动力学关键参数测量装置。试验验证了试验装置可行性并获得了阀芯位移响应的开环传递函数。结合试验数据，在Simulink中搭建了反馈对电磁开关阀开关特性影响的验证系统。仿真结果表明，通过利用电磁阀位移反馈，阀芯位移对励磁线圈的阶跃响应改善显著，响应时间相比开环阀芯驱动缩短了近53%。