【文章內容簡介】 靠的復位，這就是它的工作可靠性。電磁換向閥的工作可靠性主要取決于設計和制造。從設計角度講就是指閥的結構是否合理，對各種力的計算和估計是否正確。其中復位彈簧的剛度和預壓縮量的選擇是電磁閥設計中的一個重要環(huán)節(jié)。在設計中有些反力用計算的方法很難得到精確的數(shù)字，如推桿和Ｏ形圈之間的摩擦力、液壓卡緊力和液流力等。從制造角度講主要是指閥體孔和閥芯的加工精度，特別是它們的幾何精度和粗糙度是影響電磁閥工作可靠性的重要因素。尤其是閥體孔與閥芯表面在精加工后出現(xiàn)的毛刺，它常常在油壓的作用下嚴重影響閥的換向和復位，應在制造中特別引起重視。２） 壓力損失　電磁換向閥因閥的開口比較小。如10mm通徑的電磁閥開口僅2mm左右。加之電磁閥的體積很小，各流道的通油面積也受到很大的限制。這樣就使液流通過電磁閥時造成較大的壓力損失，相應也限制了通過電磁閥的流量。如何降低電磁閥的壓力損失是國內外普遍重視的問題。一般來說，機加工的流道和鑄造流道相比，前者的壓力損失比較大。因為鑄造流道可采用非圓截面，充分利用閥體內的空間，盡量加大通油面積，有助于降低液流通過時的壓力損失。即使允許電磁閥有較大的壓力損失，但也不能因此隨意提高電磁閥的流量。因超過了換向界限的最大允許流量，電磁閥就不能可靠地工作。同一個電磁閥各口之間的壓力損失－流量曲線并不都是重合的，因為所經(jīng)過的油道不同，還牽涉到閥體和閥芯加工的對稱性，從而造成壓力損失的差別。3)內泄漏量電磁閥的內泄漏量是指它在各個不同的工作位置，在規(guī)定的工作壓力下，從高壓腔到低壓腔的泄漏量。4)換向和復位時間電磁閥的換向時間是指從電磁鐵通電到閥芯換向終止的時間，復位時間是指從電磁鐵斷電到閥芯恢復到初始位置的時間。換向時間和恢復時間都由兩部分組成。一部分是滯后時間t1。它是從電磁鐵開始通電或斷電至閥芯剛開始移動所需要的時間；另一部分是動作時間t2,它是從閥芯開始移動到行程終止所需的時間。如圖4－３所示圖4－３從提高工作效率和執(zhí)行機構的靈敏度來說，希望盡量縮短換向和復位時間。但歡喜和復位時間越短，容易引起液壓沖擊，產(chǎn)生振動和噪聲。所以換向和復位時間是一個供不同場合選用時的參考數(shù)據(jù)。一般來說交流電磁換向時間較短，～，換向沖擊較大。而直流電磁閥的換向時間較長，～，換向沖擊較小，通常復位時間比換向時間稍長。復位時間與電磁鐵無關。但換向和復位時間與滑閥機能有關。5）換向頻率電磁換向閥的換向頻率是在單位時間內閥允許的換向次數(shù)。主要取決于電磁閥所用電磁鐵允許的最高吸合頻率。雙電磁鐵的電磁閥的換向頻率是單電磁鐵的兩倍。目前單電磁鐵電磁閥換向頻率一般為60次/分鐘，有些電磁閥的換向頻率最高可達240次/分鐘。6）使用壽命電磁換向閥使用壽命是指電磁閥使用到它的某一個零部件損壞，不能進行正常的換向和復位動作，或者使用到電磁閥的主要性能指標明顯惡化，超過規(guī)定指標時所經(jīng)歷的換向次數(shù)。電磁閥的使用壽命很大程度上取決于電磁鐵的壽命。一般來說電磁鐵的壽命往往低于電磁閥本體部分的壽命。干式電磁鐵的使用壽命較短，為數(shù)十萬次到數(shù)百萬次，長的可達2000萬次。而濕式電磁鐵的使用壽命較長，一般為數(shù)千萬次，有的甚至可達幾億次。無論干式或濕式電磁鐵，直流電磁鐵的使用壽命總要比交流電磁鐵要長。電磁閥本體部分影響使用壽命的因素主要是閥芯和閥體孔的磨損，另外一個因素是復位彈簧的疲勞斷裂。第四節(jié)．電磁鐵的選用電磁鐵有干式電磁鐵和濕式電磁鐵兩種。傳統(tǒng)的干式閥用電磁鐵結構上存在不足之處。例如，由于電磁鐵不允許油液進入，必須在閥的推桿處采用動密封，而密封圈的抱緊力往往影響工作可靠性。密封圈磨損后又會造成工作介質的泄漏。又由于換向時沒有緩沖，銜鐵在空氣中運動，贓物易入其間，引起換向振動甚至導致線圈損壞。濕式電磁鐵在結構上消除了這些缺點。其結構入圖4－４所示。圖4－４濕式電磁鐵的優(yōu)點是：1) 導磁套和閥體采用靜密封連接，減去了推桿處的O形密封圈的抱緊力。2) 不受密封磨損和泄漏等問題的影響3) 干式閥的背壓受到O形圈抱緊力的限制，而濕式電磁換向閥的背壓取決于導磁套承受油壓的水平，目前有的濕式電磁鐵已能承受21Mpa的油壓4) 具有良好的散熱性能，有利于提高電磁鐵的吸力5) 換向時噪聲小6) 具有長的工作壽命，不論交流、直流電磁鐵其工作壽命均在10000000小時以上。其缺點是：1) 價格比同類電磁鐵價格高2) 交流濕式電磁鐵由于銜鐵、導磁套等采用整體加工材料，漩渦損耗增大，總的損耗也隨之增大。由于該液壓閥用于水路系統(tǒng)，水的粘滯性要比油低的很多，因此該閥的流量可以達到最大２００Ｌ／ｍｉｎ，符合要求，如采用電液閥，要增加油泵和液壓缸，成本提高，因此我們采用濕式電磁閥。第五節(jié)．電磁閥的設計計算１． 工作原理如下圖是普通三位四通閥的結構圖，圖示配用閥芯為“Ｏ”型，滑閥機能，（即中間位置Ｐ、Ａ、Ｂ、Ｏ四個口封閉），當右邊的電磁鐵通電，通過推桿５電磁鐵１把閥芯３推到左邊位置，使Ｐ－〉Ａ和Ｂ－〉Ｏ的油路溝通，右邊的電磁鐵１斷電時，左邊對中彈簧２把閥芯３推到中間位置，使Ｐ－〉Ａ和Ｂ－〉Ｏ的路封閉，反之，當左邊的電磁鐵１通電或斷電時，可使Ｐ－〉Ｂ和Ａ－〉Ｏ的通路溝通或封閉。２． 滑閥機能為了擴大換向閥的應用范圍，可用不同閥芯于同一閥體中，以改變閥芯在中間位置或原始位置時各口相通的情況，換向閥閥芯在中間位置或原始位置時各口溝通情況稱為換向閥的滑閥機能。在高壓噴水車中我們采用二位二通換向閥。３． 設計要求換向閥的設計要求是１）公稱壓力　?。校剑保埃停穑幔玻┕Q流量　?。眩剑保担玻蹋恚椋睿常┩ㄟ^公稱流量時的壓力損失　　ΔＰ＝０．４Ｍｐａ４）內泄漏量　?。瘛埽埃矗蹋恚椋睿担Q向時間　　ｔ≤０．０１ｓ６）對中時間　?。簟埽埃埃保螅罚毫_擊量　ΔＰ≤７Ｍｐａ８）回油口允許背壓?。小埽常玻停穑幔矗?結構設計１） 閥芯換向閥的閥芯與閥體配合后要實現(xiàn)各種滑閥機能，這時應保證必要的油封長度和閥口處的開口量，以滿足內泄漏量和壓力損失的設計要求，并且閥芯與閥體臺肩尺寸的確定，要盡量使各種滑閥機能在不同油封處的油封長度和閥口開口量趨于一致，這樣不僅使閥芯的結構緊湊，而且有利于閥芯的動作。由于受到電磁鐵推力的限制，在設計電磁閥的閥芯時應考慮穩(wěn)態(tài)液動力的影響，使其有利于閥芯的動作。二臺肩閥芯與三臺肩閥芯相比，對于減少穩(wěn)態(tài)液動力對閥芯動作的影響比較好，目前，國內電磁閥配用的電磁鐵，在不影響閥的外形尺寸的情況下，其推力都在力求進一步提高，這是為了在允許加大一些壓力損失的情況下，把通過電磁閥的流量提上去，增加流量將使穩(wěn)態(tài)液動力顯著的加大，故二臺肩比三臺肩閥芯更能適應大流量下的工作。２） 電磁推桿電磁閥推桿常用有兩種結構，“Ｔ”形推桿和光桿，我們采用“Ｔ”形槽，這樣推桿可以和閥芯連接起來，實現(xiàn)閥芯的精確定位。３） 電磁閥彈簧復位機構電磁閥彈簧復位機構形式很多，但不管結構如何變化，都應使閥的結構緊湊，并保證閥芯復位可靠。此次所設計的電磁閥為二位二通閥，采用一個電磁鐵驅動，采用彈簧進行復位，電磁鐵推動力壓縮彈簧使閥口打開。４） 電磁鐵的選擇閥用電磁鐵一般采用螺管式結構，它由線圈和鐵芯組成，鐵芯包括靜鐵芯和動鐵芯兩部分，為減輕銜鐵的負擔和便于安裝，線圈總是裝在靜鐵芯上，閥用電磁鐵均不帶復位彈簧。線圈通電后，在靜鐵芯、銜鐵和氣隙中產(chǎn)生磁通Φ，在磁通Φ的作用下產(chǎn)生電磁吸力Ｆ，將銜鐵吸向靜鐵芯。通過推桿推動閥芯運動，斷電后，電磁吸力消失，靠閥內的復位彈簧力，把銜鐵推回起始位置。不論是交流還是直流電，都能使電磁鐵產(chǎn)生吸力，但交流電產(chǎn)生的磁通Φ是交變的，所以吸力也是脈動的。交流與直流閥用電磁鐵在材料和結構性能如上各有不同的特點和要求，交流用電磁鐵用硅鋼片作為導磁材料，采用層疊結構，磁極的形狀為平面型，而直流電磁鐵導磁材料為電工純鐵，磁極加工成錐形或盆口型。直流電磁鐵采用電工純鐵作為導磁材料，一定結構參數(shù)的直流電磁鐵，吸力大小與流過線圈的電流大小成正比，電流僅取決于電阻ｒ而于電磁鐵的行程無關。直流電磁鐵與交流電磁鐵的對比如下表性能　　　交流電磁鐵　　　直流電磁鐵　　　啟動電流為吸持電流的２～５倍與吸持電流相同　　　浪涌電流　　　一般　　　　較大　　　吸力特性　　　平坦　　　能任意改變　溫升引起的吸力下降　　　　小　　　　大　　動作時間　　　　快　　　較慢　　容許切換頻率　　　較低　　　　高　　換向時機械沖擊　　　大　　　　小　　配合特性靜態(tài)吸力－行程特性在閥口開的瞬間可低于閥的反力靜態(tài)吸力－行程特性在任意點均要高于閥的反力　　剩磁隨電源斷開時間而變，操作一段時間后，隨工作氣隙變小而增大　　　　　不變　線圈損壞　　　　有　　　極少綜合以上比較，我們采用直流電磁鐵。傳統(tǒng)的干式電磁鐵結構上有不足之處，例如，由于電磁鐵內不允許水進入，必須在閥的推桿處采用動密封，而密封圈的抱緊力往往影響工作可靠性。密封圈磨損后又會造成水的泄漏，又由于換向時沒有緩沖，銜鐵在空氣中運動，贓物易入其間，引起換向振動甚至導致線圈的損壞，濕式電磁鐵在結構上除了這些缺點。濕式電磁鐵結構如圖外套采用耐溫１５５176。Ｃ的封裝塑料把磁軛和線圈包復在一起，因此能經(jīng)受起惡劣條件的考驗，導磁套又稱耐油套，用導磁和非導磁材料焊接而成，它容許壓力油進入其中，銜鐵外表渡有非導磁材料，帶有通油孔或通油槽，它在油液中運動，銜鐵的推桿和滑閥相連。濕式電磁鐵的優(yōu)點是：① 導磁套和閥體采用靜密封連接，減去了推桿出的Ｏ形圈的抱緊力② 不受密封磨損和泄油問題的影響。③ 干式閥的背壓受到Ｏ形圈抱緊力的限制，而濕式電磁換向閥的背壓取決于導磁套承受油壓的水平，目前，有的濕式電磁鐵已能夠承受２１Ｍｐａ的油壓④ 具有良好的散熱性能，有利于提高電磁鐵的吸力⑤ 換向時噪聲小⑥ 具有長的工作壽命，不論交流、直流電磁鐵其工作壽命在１０００００００以上。　其缺點是：① 價格均比同類電磁鐵的價格高② 交流式電磁鐵由于銜鐵、導磁套等采用整體材料加工，渦流損耗增大?；谶@些優(yōu)點，我們采用濕式電磁鐵直流電磁鐵對電源的要求① 穩(wěn)壓源，蓄電池或橋式全波整流裝置等電源裝置，只要容量滿足要求都能使直流電磁鐵可靠的工作。② 在橋式全波整流裝置的輸出端，不需并聯(lián)慮波電容。因直流電磁鐵的線圈本身就帶有電感的性質。而容量不足的慮波，電容反而會造成電磁鐵輸入電壓下降③ 電磁鐵通斷的開關應安裝在直流輸出端，以免切斷電源時，整流電流成為電磁鐵線圈的放電回路，延長電磁鐵的釋放時間。④ 為保護開關觸點，用戶往往在直流電磁鐵線圈兩端并接放電二極管，此法會延長電磁鐵的釋放時間，在要求釋放時間短的場合，可并接與輸入電源相匹配的壓敏電阻。５． 計算方法（１）幾何尺寸的確定標準中規(guī)定的高壓板式液壓閥連接尺寸　　　　進出口直徑最大值為１１．２，?。保薄矗薄?閥芯臺肩大直徑Ｄ和小直徑ｄ根據(jù)式　Ｄ≥０．２２０．６５＝１７．５ｍｍ取?。摹荩玻埃恚砀鶕?jù)式　　ｄ１≥Ｄ＝２０＝１０〈２〉 滑閥閥口最大開口量δ根據(jù)式δｍａｘ≤０．１８７５Ｄ＝０．１８７５２０＝３．７５取　δｍａｘ＝３ｍｍ〈３〉 進、出口直徑ｄ高壓噴槍的公稱流量為　１５２Ｌ／ｍｉｎ　　速度為５．２ｍ／ｓ高壓噴霧時前噴管的流量為３５Ｌ／ｍｉｎ　　速度?。担玻恚蟾邏簢婌F時后噴管公稱流量為８３Ｌ／ｍｉｎ　　速度４．４ｍ／ｓ灑水時前噴管公稱流量為　?。保担梗蹋恚椋睢∷俣龋担矗恚鬄⑺畷r后噴管公稱流量為　２００Ｌ／ｍｉｎ　　速度為６．３ｍ／ｓ計算的值分別為２９．２，　　?。叮罚　　。保福福?，　?。玻梗矗　。等∽畲笾怠。玻梗锤鶕?jù)　?。洹荩埃矗叮常剑埃矗叮常剑玻担恚碛捎谒恼硿Ρ扔托?，取系數(shù)０．６５所以　?。洹荩玻担埃叮担剑保丁矗础?有效油封長度Ｌｆ和油封長度根據(jù)式Ｌｆ≥０．６５４＝０．６５４＝１ｍｍ?。蹋妫剑玻恚砀鶕?jù)式　Ｌｆ＝ｌｆ＋Ｚｂ＝２３ｍｍ〈５〉 閥芯行程根據(jù)Ｓ＝δｍａ＋ｌｆ得Ｓ＝３＋２．５＝５．３ｍｍ（２）受力計算〈１〉 閥芯運動阻力?。疲?、Ｆｖ１、Ｆｖ２、Ｆｖ３Ｆｖ＝Ｆｖ１＝Ｆｖ２＝Ｆｖ３＝　取?。蹋剑福恚?，閥芯運動速度