两种直动式高速电磁阀数值模拟与动态响应对比分析

针对直动式高速电磁阀动铁芯与阀芯加工、装配工艺要求高,一致性较差的问题,提出了一种动铁芯与阀芯可分离的结构,基于AMESim平台建立此款电磁阀电–磁–机–气多物理场耦合模型,考虑了动铁芯与阀芯撞击与分离的情况,并在试验台上进行了验证。然后与另一种动铁芯与阀芯“绑定”的结构形式进行比较分析。结果表明:两种电磁阀在动态响应与影响动态响应的关键参数存在差别。在同等条件下,第一种结构形式的电磁阀动态响应整体略差,但是其对动铁芯–阀芯加工、装配工艺的要求较低。

核级电磁阀在稳压器安全阀中的应用分析研究

电磁阀在国内核电站应用越加广泛,在稳压器安全阀中的作用越加突出,属于核安全关键设备,须保证核反应堆系统的可靠运行。为充分发挥核级电磁阀的作用和优点,针对性地开展电磁阀的设计,合理配置选用电磁阀,本研究从目前国内核电厂稳压器安全阀用电磁阀的应用现状、应用原理进行分析,阐述了各种核级电磁阀的配置方案、结构功能及性能特点,比较分析了单列电磁阀、双联电磁阀、双稳态电磁阀的应用场景和工作原理,针对各种核反应堆的设计理念,给出了核级电磁阀不同的应用建议。

失效率预计法在电磁阀控制回路优化中的应用

为避免核电厂快关电磁阀误动作,降低其失效率,采用冗余设计提升其控制回路的可靠性,同时应用失效率预计法,确定可靠性框图,建立相应数学模型,进行控制回路失效率预计,同时对改造后方案进行论证,证明其提升设备运行可靠性,从而保障核电厂可靠运行。

汽车发动机电控燃油系统电磁阀特性仿真

为了定量分析电磁阀参数对其动态响应特性的影响,基于电磁理论建立了电磁阀的数学模型,并使用仿真模型开展了仿真研究。模拟了电磁阀在恒电压驱动下的动态响应过程,研究了驱动电压、初始气隙、弹簧预紧力和线圈匝数四个参数对电磁阀动态特性的影响,给出了电磁阀在不同参数下的位移变化曲线,从理论上确定了电磁阀的动态响应特性与其结构参数和控制参数之间的关系,为电磁阀的参数匹配及电控燃油系统的优化设计提供了依据。

电磁阀异步启闭的PWM喷雾系统设计与试验

PWM变量喷雾是国内外精准农业领域的研究热点,但PWM变量喷雾过程中电磁阀的快速启闭在管路内易形成压力脉冲,致使喷头喷雾压力发生变化,导致喷雾质量下降。为了降低压力脉冲,设计了一种相邻电磁阀异步启闭的PWM喷雾系统,由移动底盘、药箱、隔膜泵、稳压罐、PWM控制器、电磁阀及压力表等组成,通过延时控制,实现电磁阀异步启闭。在室内无风环境条件下,探究了喷雾系统电磁阀前管路内压力波动特性和沉积量分布均匀性。试验表明:与电磁阀同步启闭的PWM喷雾系统相比,电磁阀异步启闭可有效降低管路内压力峰值,不同PWM频率工况条件下,50%占空比时降幅最大,降幅最高为14%;20Hz频率条件下,异步启闭PWM喷雾的沉积量分布均匀性变异系数略高于常规连续喷雾,但均小于15%。上述结果符合喷杆喷雾机技术性能国家标准。

隔膜式电磁阀内部流场数值模型构建与流动特性分析

基于k-ε(k为湍流动能,ε为湍流耗散率)湍流模型,以进口质量流量、出口静压为数值计算条件,建立了隔膜阀内部流场的数值模拟模型,并对模型的精度进行了试验验证。在此基础上,应用该模型分析了不同进口流量(2.787~33.273 kg/s)条件下阀体内部流动特性及压力场分布规律,并建立了进口流量与阀体水头损失的精确数量关系。结果表明:(1)数值模拟能较好的预测不同流量条件下阀体的水头损失,在进口流量分别为5.546、11.091和16.637 kg/s时,试验与数值模拟相对误差仅为-6.433%、4.619%和7.264%。(2)在进口流量恒定的条件下,从进口至出口,流道内的静压总体沿程呈减小趋势,在阀体内部由于阀坎的阻挡造成流道收缩以及水流撞击隔膜产生折流而出现较大的静压变化梯度。(3)水流在经过阀坎上的窄流道后,在阀体下游形成明显的空化区,伴随着有一定的回流现象,阀体下游的空化区主要出现在距出口1/3流体域处,随着进口流量的增大,阀体下游的涡流更加剧烈,回流现象更为显著,但回流区的范围并未显著增加。(4)在模型精度验证的基础上,应用该模型进一步分析了18种进口流量条件下阀体内部流动特性及压力场分布规律,并建立了进口质量流量Q与阀体水头损失?P的数量关系,当进口质量流量Q从2.787~15.428 kg/s,雷诺数从37927~215984时的拟合方程为?P=2076.31Q-7567.49,R^(2)=0.964;进口质量流量从17.141~33.273 kg/s,雷诺数从240097~467009时的拟合方程为?P=5688.02Q-67317.39,R^(2)=0.993,为灌溉管网水力计算提供了参考依据。

基于GA-BP神经网络的CDC减振器电磁阀优化研究

针对CDC减振器电磁阀研究中,只针对单一参数对电磁特性进行影响分析,且获得电磁阀最优结构参数组合速度较慢的不足,本文提出了基于GA-BP神经网络的电磁阀特性优化方法。首先,利用ANSYS Maxwell仿真分析,得到不同参数组合下的电磁力,然后训练样本集建立BP神经网络电磁力预测模型,再采用遗传算法优化,寻得最优的参数组合,建立GA-BP神经网络模型。结果表明,将GA-BP神经网络算法应用于电磁力的预测,能有效提高电磁阀的设计效率。

双向复位高速开关电磁阀动态响应特性仿真研究

高速开关电磁阀作为典型的伺服液压系统执行元件,逐渐成为高精密液压系统的核心部件之一。针对双复位弹簧式高速开关电磁阀的动态响应特性开展研究,建立高速开关电磁阀的多场耦合动力学模型,系统研究了高速开关电磁阀阀芯内径、弹簧刚度、线圈线径、工作温度、控制频率及占空比等对高速开关电磁阀阀芯所受到的电磁力和阀芯运动位移的影响,得到了高速开关电磁阀的优化设计参数,为进一步研制响应速度快、性能稳定、流量及承压范围大、环境适应性强的高速开关电磁阀奠定了一定的理论基础。

常开燃油电磁阀高低温流场特性

常开燃油电磁阀作为共轨燃油喷射系统的关键控制部件,研究启闭两种工作过程中,温度的高低变化对电磁阀流场特性的影响规律,在燃油阀材料的选择和结构优化设计上具有重要意义。首先,对常开燃油电磁阀的工作原理进行分析,并且利用Workbench建立热固耦合有限元仿真模型。其次,深入研究该燃油阀受高低温影响的形变规律,以及阀芯在开启和关闭过程中所受液压力的变化规律。最后,采用Fluent流场仿真软件,研究阀口不同开度下,温度对燃油阀流量-压差特性的影响规律。结果表明,温度对阀口形变影响较小;在启闭两种工作过程中,阀芯所受液压力均呈先增加再减小的变化规律;在同一条件下,燃油介质温度越低压差越大。对燃油电磁阀高低温的仿真分析,在常开燃油电磁阀的初始设计阶段,具有重要实践意义。

衔铁偏心对高速电磁阀全工况电磁力的影响

高速电磁阀(HSV)是电控燃油喷射系统的关键部件,其衔铁偏心作用是影响高速电磁阀静、动态特性的重要因素.为了揭示高速电磁阀衔铁偏心作用对其全工况电磁力的影响规律,结合试验和数值模拟方法,建立了高速电磁阀有限元仿真模型,并通过与试验电磁力对比验证了其精度,最大误差为4.8%;分析了衔铁中心偏移和偏转及其交互作用对高速电磁阀电磁力的影响.结果表明:随着衔铁中心偏移率增大,轴向电磁力逐渐变小,而径向电磁力逐渐增大,但总体对电磁力的影响不显著;随着衔铁中心偏转角增大,轴向电磁力近似呈线性下降,轴向电磁力最大降低率为59.5%,而径向电磁力虽然逐渐增大,但增幅不明显;衔铁中心偏移与绕偏移方向偏转交互作用对轴向电磁力的影响最显著,全工况下该交互因子与轴向电磁力的相关系数绝对值最小为0.471,最大为0.624.

比例电磁阀内置式CDC减振器设计与验证

设计了一种比例电磁阀内置式连续阻尼可调(Continuously Damping Control,CDC)减振器,分析了其主要结构组成及工作原理,并基于流体力学建立了参数化仿真模型。通过仿真和试验的方法获得了该CDC减振器的示功特性曲线和速度特性曲线,并从2组特性曲线的形态变化来分析了其阻尼特性的可调范围和调节特点。结果表明:仿真和试验结果相对误差小于10%,仿真模型准确有效;该CDC减振器的阻尼力随着激励电流的增大而减小,这种减小趋势的速率随着激励电流的增加先增大后减小;速度特性曲线的斜率在“拐点速度”之前逐渐变大,在“拐点速度”之后基本不变,且随着激励电流的增大而逐渐减小;该CDC减振器在复原行程的阻尼力可调范围为1544~4914 N,压缩行程的阻尼力可调范围为-1415~-1937.7 N。

脉冲电磁阀的集成分类器故障诊断方法

脉冲电磁阀因具有结构简单、成本低、动作快速等优点,被广泛应用于布袋除尘领域,故其元件的健康状态对系统运行安全具有重大的意义。针对脉冲电磁阀常见故障的诊断方法展开深入研究,利用接近开关检测主阀芯开启滞后时间和保持时间作为特征后,构建Bagging-DT(RF)分类器模型进行故障诊断,通过对多种模拟故障的实验结果和多种模型的对比,结果表明,构建的Bagging-DT模型的精确率、召回率、F1值均优于其他模型,且其准确率达到86%,实现了对脉冲电磁阀5种及以上故障更加准确的预测与判断,解决了实际工作中工作人员依靠主观经验,诊断效果可信度较低的问题。

先导式比例电磁阀电磁力水平特性分析及优化

阻尼可调减振器作为悬架系统的核心部件,对汽车行驶平顺性至关重要,而先导式比例电磁阀作为减振器中的重要元件,对减振器性能起到关键作用。介绍了电磁阀的结构及工作原理,利用Maxwell 2D有限元仿真软件建立电磁铁仿真模型,对静态下的电磁力-位移水平特性进行仿真计算,并根据仿真结果对电磁铁隔磁环倾角、导套厚度、衔铁长度、衔铁宽度等结构参数进行调整分析,通过电磁力水平特性试验,验证仿真模型的准确性。引入正交实验法,对各参数进行协同优化,采用标准差这一指标衡量电磁力水平特性,优化后的产品电磁力标准差为0.635888,优化效果提升7.98%。为阀体的机-电-液-磁耦合仿真分析奠定了基础。

高速燃油电磁阀电磁特性

高速燃油电磁阀作为航空发动机用叶片调节器的关键控制部件,其电磁特性直接影响叶片调节器的控制精度。首先基于Maxwell建立电磁阀数值模型。其次,深入研究磁路材料和外壳壁厚对电磁阀电磁力的影响规律。然后,对比研究极面形状和工作气隙相对位置对电磁力的影响规律。最后,研制了高速燃油电磁阀样机,进行实验验证。结果表明:磁路材料均为1J22时,电磁力最大;外壳壁厚0.75~1.5 mm时,各工作气隙下电磁力几乎不变;厚度小于0.75 mm时,电磁力随外壳壁厚的减小而下降;工作气隙小时,锥形极面衔铁电磁力小于平面极面,反之,锥形极面衔铁电磁力较大;工作气隙相对位置对电磁力影响有限。实验结果与仿真结果具有较好的吻合度,验证了仿真模型的正确性和研究方法的可行性。研究成果对高速燃油电磁阀电磁性能优化提升,提供了理论基础和数据支撑,具有实践意义。

电磁阀半主动悬架线性变参数μ综合鲁棒控制

针对电磁阀半主动悬架系统中的非线性和不确定性问题以及多个性能目标之间的矛盾,设计了一种线性变参数(linear parameter varying,LPV)μ综合鲁棒控制器。建立电磁阀非线性阻尼力力学模型并开展台架试验验证模型的准确性,构建了七自由度悬架系统的非线性LPV模型;对悬架参数不确定性和系统建模误差进行分析,并考虑传感器测量噪声的影响,设计了一种基于非线性和混合不确定性的LPV-μ综合鲁棒控制器;最后进行整车电磁阀悬架系统仿真和实车试验。仿真结果表明:在随机扰动下该控制器使车身垂向加速度均方根值降低46.47%,俯仰角加速度降低46.47%,侧倾角加速度降低50.68%,具有良好的抗干扰能力和可控性。试验结果表明:LPV-μ综合控制下车身垂向加速度、俯仰角加速度和侧倾角加速度均方根值分别降低36.6%、30.14%和39.47%,并且保证悬架动挠度小于0.06 m,验证了该控制策略的有效性。

汽车连续阻尼控制减振器电磁阀建模与关键参数影响分析

获得汽车连续阻尼控制(CDC)减振器电磁阀关键参数对电磁力的影响规律,在ANSYS Maxwell环境下建立CDC减振器电磁阀二维仿真模型,并对工作气隙、材料属性、动铁芯半径等参数进行仿真分析,得到CDC减振器电磁阀电磁力随各参数变化的关系曲线,分析了不同结构参数变化对CDC减振器电磁阀电磁力的影响。结果表明:电磁铁材料属性、动铁芯半径对电磁阀的电磁力与位移关系曲线影响较为显著,可通过改变相关参数对电磁阀开展优化设计。

直流电磁阀电磁特性研究

以自主设计的高压、低功耗直流电磁阀为研究对象,采用ANSYS Maxwell软件进行有限元分析,研究了直流电磁阀运行工作气隙、线圈匝数、电流、材料等关键结构参数对直流电磁阀的磁力性能及动态响应特性的影响并进行详细分析和优化。采用AMESim仿真模型,实现了电磁、机械和液压系统之间的多物理量耦合。通过试验比对验证了模型的精确性和静动态特征,避免了采用磁路原理计算时存在的问题,提高了电磁阀设计的准确性和精度,可为后续的高压、低功耗直流电磁阀高精度控制系统设计提供参考。

高压空气电磁阀电磁特性研究

以自主设计的高压空气电磁阀为研究对象,建立了电磁阀在不同条件下的数学模型,并基于ANSYS Maxwell软件对其进行参数化分析,研究了电磁阀电磁铁组件的隔磁环位置、衔铁长度及直径等关键结构参数对其动、静态性能的影响。通过电磁阀测试系统,对结构优化后的电磁阀试验件进行动、静态性能测试。根据仿真与试验结果对比分析,验证了电磁阀电磁铁组件仿真模型的正确性和可行性,提高了所设计电磁阀的动静态性能,为高压空气电磁阀高精度控制系统设计提供参考。

润滑油黏滞特性致电磁阀复位延迟故障仿真研究

针对核电领域的某型电磁阀中润滑油黏滞特性导致阀芯复位延迟故障的现象,使用有限元仿真和试验相结合的方式对故障机制进行研究。通过建立无油膜的电磁阀有限元模型,仿真得到正常的阀芯复位时间,发现摩擦因数对阀芯复位时间无影响。通过阀芯复位时间试验和油膜黏力试验,分别得到样品的复位延迟时间和活塞油膜和O形圈油膜的力学特性,结果表明,活塞油膜和O形圈油膜的黏力是造成阀芯复位延迟故障的主要原因,其中活塞油膜黏力占主导。使用Cohesive单元对具有双线性本构的活塞油膜进行模拟,采用呈指数式衰减的集中力来模拟O形圈油膜黏力,分别建立活塞油膜和O形圈油膜模型,并对黏力作用下的阀芯复位过程进行有限元仿真。仿真得到复位延迟时间与试验结果相比误差较小,证明该仿真方法可有效地模拟电磁阀阀芯的延迟复位过程。

本安型电磁阀动静态特性分析及影响参数优化研究

针对在驱动功率和电磁阀体积约束下存在的电磁铁驱动力不足、电磁阀响应速度慢的问题,分析了电磁阀的动静态特性,通过仿真分析和样机试验验证了提高本安型电磁铁电磁力可明显改善电磁阀的响应特性,确定了通过优化电磁力改善电磁阀响应特性的方案。提出了本安型电磁铁特性评价指标:有效行程指标、平均电磁力指标和静态综合性能指标,解决了因电磁铁行程不同而造成的电磁铁性能评价困难的问题。利用Maxwell电磁仿真软件分析了导向筒深度变化量δ_(a)、衔铁半径变化量δ_(b)、非工作气隙变化量δ_(c1)、非工作气隙变化量δ_(c2)、盆口高度变化量δd对电磁铁静态特性的影响,得到不同参数对静态特性的敏感度,为参数优化中尺寸控制范围的选择提供参考依据。通过正交试验结果构建了铁芯结构参数对电磁铁综合特性评价指标的二阶响应面模型,利用遗传算法对铁芯参数进行优化。样机试验结果表明:优化后电磁铁水平段电磁力提升了50%,有效行程提高了26%,本安型电磁阀的开启响应时间缩短了52.5%。