電磁閥是一種廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行器，具有體積小、質(zhì)量輕、動(dòng)作靈活可靠、響應(yīng)速度快和自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，廣泛適用于系統(tǒng)中流體的自動(dòng)通斷控制和切換控制。目前國內(nèi)對上述電磁閥產(chǎn)品的需求量很大，大都集中在冶金、化工、航空、航天、電站及某些特殊的高端控制系統(tǒng)中。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和自動(dòng)化控制水平的提高，不僅對電磁閥體積、密封可靠性及響應(yīng)時(shí)間等方面提出了更高的要求，而且對電磁閥的工作壓力方面要求越來越高�？s小體積一般是為了實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的模塊化，提高密封可靠性是為了保證系統(tǒng)運(yùn)行過程中更安全，縮小響應(yīng)時(shí)間可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的快速反應(yīng)和精確控制，從而體現(xiàn)整個(gè)控制系統(tǒng)的高端科技水平。

技術(shù)分析

<　　對于普通的高壓電磁閥而言，工作壓力的提高即是要求電磁閥鐵吸力要提高，電磁鐵的體積就要隨之加大。但這種微型高可靠性超高壓電磁閥( 圖1) 卻要求縮小體積，因此研制出一種高吸力、低功率的微型電磁鐵是完成整個(gè)產(chǎn)品研制的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。

圖1 微型高可靠性超高壓電磁閥

　　(1) 電磁閥應(yīng)采用先導(dǎo)式結(jié)構(gòu)，可以大大縮小電磁鐵的體積，通過流體力學(xué)分析與計(jì)算，確定先導(dǎo)閥口的直徑，再結(jié)合最大工作壓力及必須比壓，計(jì)算出所需的最大電磁吸力。

　　(2) 電磁鐵的導(dǎo)磁材料應(yīng)選用高導(dǎo)磁率的軟磁合金不銹鋼，通過相關(guān)的磁路分析與計(jì)算，得出外殼、上蓋及導(dǎo)磁板等零件導(dǎo)磁所需的最小厚度或最小直徑。

　　( 3) 盡量加大銜鐵的橫截面積以實(shí)現(xiàn)大吸力的目的。

　　(4) 應(yīng)反復(fù)調(diào)整線圈直徑與高度的比例，使線圈能產(chǎn)生合理的磁路，減少漏磁，以實(shí)現(xiàn)小功率目的。

　　(5) 通過反復(fù)驗(yàn)證性試驗(yàn)，驗(yàn)證其拉力的符合性。

先導(dǎo)閥密封

　　普通的高壓電磁閥先導(dǎo)閥密封副，由于受結(jié)構(gòu)和選材等方面的限制，無法實(shí)現(xiàn)在超高壓條件下可靠動(dòng)作和密封，必須研制出一種新型的先導(dǎo)閥密封副結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)超高壓條件的需求。雙作用式先導(dǎo)閥密封副改變了傳統(tǒng)的先導(dǎo)閥密封副結(jié)構(gòu)，由活門座、減荷活門、密封墊及彈簧等零件組成。減荷活門分為上、下密封面，為滿足超高壓的要求，上密封面可采用錐形的剛性密封面，下密封可采用高強(qiáng)度尼龍合金滾壓而成，并通過活門座與減荷活門之間合理的間隙進(jìn)行導(dǎo)向，完全可以實(shí)現(xiàn)在超高壓條件下可靠動(dòng)作并保證密封。經(jīng)驗(yàn)證，該結(jié)構(gòu)形式可保證在動(dòng)作5 000 次后密封面不受損。

主閥密封

　　閥門的最大工作壓力可達(dá)40MPa，而實(shí)際工作中要求閥門在高壓或低壓狀態(tài)下都應(yīng)保證密封，因此設(shè)計(jì)出一種超高壓至低壓全壓差段無泄漏的主閥密封副是解決這一問題的關(guān)鍵。閥門的工作介質(zhì)為壓縮空氣，對密封性的要求很高，采用純剛性的密封形式是無法實(shí)現(xiàn)的。經(jīng)過廣泛的調(diào)研以及大量的驗(yàn)證試驗(yàn)，該閥的密封材料可選用一種高密度的尼龍合金。此材料既堅(jiān)硬又具有一定的彈性，還具有良好的耐磨性、耐蝕性和耐沖擊性，可以滿足閥門的密封和使用要求。另外，還要解決活塞與閥體之間的間隙和密封問題，使活塞在運(yùn)動(dòng)過程中靈活，阻力小，保證活塞與閥體之間密封，避免產(chǎn)生活塞上腔與下腔串氣的現(xiàn)象。實(shí)踐證明，可以采用雙密封結(jié)構(gòu)，即在活塞上正反各安裝1 個(gè)Y 形圈，實(shí)現(xiàn)雙向密封，而活塞與閥體的間隙需在正確的理論計(jì)算和反復(fù)的試驗(yàn)基礎(chǔ)上方可確定。目前，適用于超高壓至低壓全壓差段的無泄漏的主閥密封結(jié)構(gòu)已經(jīng)研制成功。

快速響應(yīng)技術(shù)

　　目前，國內(nèi)對此類電磁閥的響應(yīng)時(shí)間要求一般為≤0. 1s。經(jīng)對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、導(dǎo)閥行程、氣路設(shè)計(jì)和電磁拉力等因素的研制和分析，產(chǎn)品使用數(shù)據(jù)證明其響應(yīng)時(shí)間最小可達(dá)0. 05s，完全可以滿足≤0. 1s 的規(guī)定。

　　(1) 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)由于先導(dǎo)式結(jié)構(gòu)的導(dǎo)閥行程遠(yuǎn)小于主閥行程，而主閥是靠介質(zhì)壓力開啟或關(guān)閉，因此在電磁閥的直動(dòng)式、反沖式和先導(dǎo)式結(jié)構(gòu)形式中先導(dǎo)式電磁閥的響應(yīng)時(shí)間最短，即電磁閥的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)設(shè)計(jì)為先導(dǎo)式。

　　(2) 導(dǎo)閥行程在考慮先導(dǎo)閥閥口直徑滿足功能需求的情況下盡量減小，以縮小先導(dǎo)閥行程。先導(dǎo)閥行程縮小，響應(yīng)時(shí)間自然縮短。

　　(3) 氣路設(shè)計(jì)對先導(dǎo)閥與主閥氣路連接的設(shè)計(jì)中，應(yīng)保證氣孔直徑裕量，盡量避免直角過渡。動(dòng)鐵芯與管組件之間、活塞與閥體之間的間隙設(shè)定合理，必要時(shí)應(yīng)考慮設(shè)置導(dǎo)氣槽，以保證氣路暢通，縮小響應(yīng)時(shí)間。

　　( 4) 電磁拉力在滿足電磁閥動(dòng)作需要的前提下，電磁鐵的拉力應(yīng)適當(dāng)加大，留有至少10% 的裕量，也是縮小響應(yīng)時(shí)間的一個(gè)途徑。

結(jié)語

　　隨著國內(nèi)冶金、化工、航空、航天、電站及某些特殊的高端產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，微型高可靠性超高壓電磁閥的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)解決，產(chǎn)品已經(jīng)在相關(guān)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。