先導電磁閥在壓力控制系統中的應用研究

毛杉海 顏丙剛

摘要：在直驅電磁閥大量被使用之前，先導控制方案在自動變速箱，尤其是液力自動變速箱的壓力控制中一直被廣泛應用。由于先導電磁閥本身的優勢也決定了其也使其在壓力控制系統中仍有很大的應用空間。因此對于先導電磁閥在壓力控制系統中的應用進行研究，仍有一定的理論與實際意義。本文首先介紹了先導電磁閥的工作原理和結構特點，然后針對先導電磁閥在壓力控制系統中的應用詳細分析了先導電磁閥的壓力控制特點。

關鍵詞：先導電磁閥;壓力控制;應用研究;工程設備

先導式壓力控制方案為采用先導電磁閥與機械滑閥配合使用的方式，實現壓力的控制，其壓力控制的性能主要取決于電磁閥與機械滑閥的配合狀態。在直驅電磁閥大量被使用之前，先導控制方案在自動變速箱，尤其是液力自動變速箱的壓力控制中一直被廣泛應用。由于其泄漏量大、控制精度較差等特點，在不斷追求高精度、高效率的液壓系統技術發展過程中，先導電磁閥的應用在逐漸減少。但是在某些特殊的應用場景情下，先導電磁閥在壓力控制系統中仍發揮著重大作用。尤其是其成本相對較低，通流能力相對較強的特點也使其在壓力控制系統中仍有很大的應用空間。因此對于先導電磁閥在壓力控制系統中的應用進行研究，仍有一定的理論與實際意義。

一、先導電磁閥的工作原理

先導電磁閥的結構主要由閥體、主閥芯、導套、動鐵芯、線圈和靜鐵芯等結構組成。根據先導電磁閥實際工作過程，可以將其劃分為三個階段，分別為初始階段、動鐵芯單獨運動階段以及電磁閥打開階段。在初始階段，彈簧上支撐件頂在靜鐵芯上，使彈簧處于壓縮狀態。將密封圓片緊壓在小平面上，由于密封圓片的面積大于小平面的面積，所以密封圓片可以將先導小孔密封。動鐵芯和主閥芯均可在導套內軸向滑動，由主閥芯和導套之間的軸向滑動形成環形縫隙。電磁閥全部安裝完成后，導套內形成一個開口系統，即氣隙腔，該氣隙腔通過環形縫隙向內充氣，也可通過先導小孔向外放氣。電磁閥安裝于儲氣瓶口后，氣體從進氣口進入，通過閥體與主閥芯之間的空隙，再通過環形縫隙進入氣隙腔，使主閥上部均處在高壓氣體中。由于氣壓差的作用，使主閥芯緊壓在出氣口上，使進出氣口不連通，此時電磁閥處于關閉狀態。線圈通電后吸引動鐵芯先向上運動一小段位移，帶動密封圓片向上運動，打開先導小孔，氣體從先導小孔經出口進入和第一級減壓器連接的管道。當氣隙腔內壓力高于設定值時，阻塞將堵住噴嘴。由于輸出氣孔的管道體積小，所以管道內的壓力逐漸增大，從而作用在主閥芯上的氣壓差力也逐漸降低。在先導小孔打開后，動鐵芯處于壓力平衡狀態，因此只受到彈簧的反力作用，在電磁力作用下動鐵芯繼續向上運動直到動鐵芯接觸擋環，從而卡在主閥芯上，使兩者成為一個整體。由于此時作用于主閥芯上的氣壓差力大于電磁力，動鐵芯停止運動。在電磁閥和減壓器之間管道壓力增加的過程中，電磁力逐漸增大，而作用在主閥芯上的氣壓差力逐漸降低，最終電磁力大于氣壓差力后，動鐵芯繼續向上運動帶動主閥芯向上運動，進出口接通。

二、先導電磁閥的結構特點

（一）先導電磁閥的主體結構

一般先導電磁閥的主閥芯與先導結構分開進行設置，其中先導結構擁有單獨的先導閥芯。工作時先導閥芯先打開，然后建立出口背壓最終利用背壓或者背壓與電磁力結合將電磁閥打開。先導電磁閥通電后，電磁力帶動先導閥向一側運動，接通不同的閥室，其中一個閥室的壓力增大，另一個閥室的壓力降低，從而主閥芯上部和下部形成壓差，當壓差足夠克服閥芯重力和彈簧力的時候電磁閥打開。為了簡化先導電磁閥結構，從而達到減小尺寸降低成本的目的。先導電磁閥閥芯組的O型密封橡膠圈安裝在密封圈安裝槽。動鐵芯下部通過環形缺口安裝在主閥芯上，動鐵芯下部和動鐵芯上部通過螺紋連接在一起組成動鐵芯。動鐵芯可在主閥芯運動槽上做一定位移的軸向運動，同時擋環限制動鐵芯的軸向位移。設計初始安裝時彈簧上支撐件項在靜鐵芯上使彈簧處于壓縮狀態，彈簧壓縮力將動鐵芯緊緊壓在主閥芯上，由于小凸臺的存在導致密封圓片也緊壓在小平面上，同時所述小圓片也將先導小孔密封。動鐵芯可在導套內軸向滑動并形成環形縫隙。全部安裝完成后導套內形成一個氣隙腔，該氣隙腔通過環形縫隙向內充氣，也可通過先導小孔向外放氣。

（二）先導電磁閥的密封結構

由于先導電磁閥存在先導結構，所以在先導小孔和主閥芯處都需要設計良好的密封，這樣才能保證整個電磁閥密封性能良好。密封性能的優劣是衡量氣動元件性能優劣的重要指標之一。先導電磁閥的密封結構一般分動密封和靜密封。而動密封又分為接觸型的密封和非接觸型密封。靜密封根據其材質不同也可以分為非金屬密封和金屬密封。目前一般的先導電磁閥既包含靜密封又包含動密封，其中先導結構的密封采用非金屬密封，由于先到結構中先導小孔的直徑很小而主閥芯的結構相對特殊，因此需要采用特殊設計密封結構。另外由于整個電磁閥無油潤滑，所以密封件一般需要采用耐磨性和耐溫性能都優良的填充聚四氟乙烯材料。由于電磁閥處于常閉狀態時，彈簧下支撐件上部處于一定壓力的工作環境，所產生的氣壓力可以將密封圓片緊壓在先導小孔上，從而保證良好的密封性。而主閥芯密封采用接觸式的金屬線密封和接觸式的O形圈密封雙重密封設置，從而保證電磁閥常閉時的密封。

三、結論

對于壓力控制系統來說，無論是選擇先導電磁閥壓力控制還是選擇直驅控制，在不同的應用環境下沒有絕對意義上的好與壞，而更多表現出的是合適與不合適。其選擇的重點在于如何基于實際應用環境與壓力控制的需求目標，選擇出更適合當前系統的壓力控制方案。整體來講，在能夠滿足系統一般成本、性能需求的情況下，先導控制壓力響應特性快、成本低的特點比較明顯，而其控制精度稍差、一致性稍差、布置空間較大的特點也不可避免。在壓力控制系統中，基于市場產品競爭壓力的增加，對整體性價比有了更高的要求，先導控制方案的深入研究為在系統方案選擇提供更多的選擇，對于提升產品力也具有更大的意義。

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