电液复合调速器中比例电磁铁的多参数优化

比例电磁铁是柴油机电液复合调速系统的电磁驱动元件,其电磁力特性影响到整个调速系统的精确度与稳定性。首先利用Ansys Maxwell软件搭建比例电磁铁的仿真模型,并通过电磁阀测试平台验证模型的准确性。随后对电磁铁各结构尺寸进行参数化分析,得到影响比例电磁铁电磁力特性的关键参数组合。最后使用响应面法建立平均电磁力、电磁力均方差与上隔磁角、隔磁环位置、衔铁半径3个因素的二次回归模型,并结合遗传算法进行多目标优化。结果表明,相较于原方案,遗传算法优化得到的结构参数组合方案使比例电磁铁的电磁力特性得到明显改善,平均电磁力提高了8.56%,电磁力均方差下降了59.63%。

磁热耦合下的比例电磁铁热稳健性再设计

针对工程机械比例阀用电磁铁的耐久性问题,为提高在随机载荷条件下抵抗热失效的能力,综合多物理场耦合理论与稳健性优化理论,提出了比例电磁铁的参数化再设计模型。以一种具有盆式吸合结构的比例电磁铁为研究对象,通过稳态电磁测试和温度分布测试,验证了所提出的参数化模型的有效性,并在保证电磁算力精度的前提下,标定了系统中量值模糊的导磁、传热等参数;以电磁铁和线圈主要结构参数为控制因子,以生产工艺条件不确定性导致的线圈漆包铜导线线径随机误差为噪声因子,基于田口方法设计正交试验,定义了多因素加权的比例电磁铁热稳健性再设计评价函数;以挖掘机现场试验获得的比例电磁铁热负载作为响应计算热源,在不导致线圈绝缘破损失效的许用温升约束下,进行关键结构参数在噪声扰动下系统响应变异最小的再设计。研究结果表明:线圈长度和匝数是影响电磁铁热稳健性的主要因素,由绕线工艺决定的线圈窗口形态决定了系统的导磁、传热能力。文中提出的比例电磁铁热稳健性再设计方法对于磁热耦合下的机电产品定制化设计具有工程化参考价值。

先导式节流阀比例电磁铁参数设计及优化

保证丘陵山地拖拉机在起伏山地或土质较硬地块作业时的牵引力和耕深之间的最佳匹配状态是丘陵山地拖拉机悬挂系统设计的重要指标。比例电磁铁作为节流阀电—机转换的主要元件,其性能优劣对控制节流口开度、实现流量的比例调节具有重要意义。针对丘陵山地拖拉机悬挂系统作业需求和电液比例阀设计要求,设计一种用于悬挂液压系统姿态调整的先导式节流阀比例电磁铁,对其关键结构参数进行设计,建立比例电磁铁数学模型,通过Maxwell对阀组流量特性的影响进行仿真分析。同时利用遗传算法对隔磁导向套厚度、隔磁环角度、隔磁环宽度和定子铁心深度等参数进行匹配优化,通过Maxwell对优化前后的比例电磁铁进行有限元分析。仿真结果表明:优化后的比例电磁铁在1~3 mm时电磁力几乎与X轴平行,具有更好的位移—力特性。建立先导式节流阀数学模型,通过Simulink对其进行动态特性和静态特性仿真,验证所设计的比例电磁铁参数的合理性。

基于Ansoft的比例电磁铁建模与仿真

针对比例电磁铁结构参数难以获得问题,提出基于其组成结构及设计原理、依据样本输出特性反求电磁铁结构参数的方法,据此利用Ansoft软件建立比例电磁铁有限元模型。不同输入电流下仿真所得行程-力特性曲线表明,其趋势与理论分析相一致、数值上与样本特性参数相吻合,说明所建比例电磁铁模型能正确反映其工作特性,可借助联合仿真将其作为比例电磁阀AM ESim模型中的信号转换单元,从而为含有比例电磁阀液压系统的AM ESim仿真提供基础保障。

基于Ansoft的比例电磁铁电磁力的有限元分析

在Ansoft的Maxwe112D有限元软件中建立模型,分析比例电磁铁固定铁芯与可动铁芯锥面形状、吸合面位置、磁性材料对电磁铁电磁力的影响。计算表明不同的锥面形状、不同的锥面长度和厚度、吸合面位置在零点之上、选用高饱和磁感应强度的材料可获得较好电磁力,计算结果可以用于比例电磁铁的优化设计。

一种微型比例电磁铁研究开发

精密气体比例阀应用于各种重要气动控制领域。提出了一种动极靴方式的比例电磁铁结构,并介绍了比例电磁铁的设计开发过程。利用有限元分析软件Ansys Workbench平台对极靴的各项参数进行优化设计分析,得到了各项参数的最有值。开发设计了适应结构需求的柔性弹簧,实物刚度的测试结果验证了设计的有效性。由此组成了一款微型比例电磁铁样机,试验表明该样机满足电磁铁比例性能的要求。该形式的微型气体比例电磁铁,具有结构紧凑、性能可靠的特点,可以应用到各种气体比例控制场合。

动力总成用比例电磁铁的优化设计

介绍了比例电磁铁的类型、基本结构和工作原理,总结分析了比例电磁铁的设计和优化方法,简要说明了目前软磁材料热处理技术的典型方法,为自主比例电磁铁的开发提供了参考。

比例阀线性双向电磁铁设计与试验研究

比例电磁铁是控制比例阀先导级阀芯动作的电磁驱动元件,其性能在很大程度上决定比例阀的整体性能。针对传统比例电磁铁线性度差、比例范围短、隔磁环安装困难等不足,设计一种新型结构的比例电磁铁,这种比例电磁铁采用永磁体与线圈产生的复合磁场力驱动衔铁运动,同时新型结构的比例电磁铁中取消传统比例电磁铁的隔磁环结构,降低加工难度并且具有较传统的比例电磁铁更好的性能。对设计的新型电磁铁进行数学建模和理论分析验证其理论的可行性,并且对同等尺寸的比例电磁铁进行仿真优化设计,获得尺寸条件限制下的性能最佳的比例电磁铁设计。在理论分析的基础上,通过对样机的电磁力测试获得的试验数据与理论分析数据一致,验证了这种新型结构的比例电磁铁的实用性。

基于Ansoft及AMESim的电磁铁动态特性仿真分析

介绍了电磁铁及电磁阀的结构及工作原理,建立了基于Ansoft的电磁铁仿真模型和基于AMESim的电磁阀整体仿真模型。通过将电磁铁Ansoft模型分析结果导入AMESim仿真模型中,实现电磁回路、机械部件和液压系统之间耦合,获得比较准确的电磁铁动态特性仿真结果,避免了采用磁路原理计算时存在的问题,提高了电磁铁仿真的精度。

电液伺服转阀耐高压双向旋转比例电磁铁

针对传统旋转比例电磁铁不耐高压的不足,提出一种耐高压的旋转比例电磁铁结构。永磁体产生的极化磁通与线圈产生的控制磁通相互叠加,使电磁铁输出与控制电流成比例的双向转矩(转角)。通过磁路、磁场仿真分析和试验研究,分析其静态力矩特性和动态幅频特性,仿真结果与试验结果基本吻合,表明该旋转比例电磁铁结构紧凑、无控制零位死区、输出力矩大(最大输出力矩为±0.65 N·m)、响应快(幅频宽约为190 Hz),具有正磁弹簧刚度、良好的线性度(非线性误差小于3%)及较小的滞环(小于4.5%),可用于直接驱动电液伺服转阀。

耐高压双向旋转比例电磁铁的静态力矩特性

针对传统旋转比例电磁铁不具备耐高压能力的不足,设计了一种新型耐高压双向驱动旋转比例电磁铁.永磁体产生的偏置磁通与线圈产生的控制磁通形成差动磁场作用于衔铁转子,使电磁铁输出与控制电流成比例的双向转矩.通过建立二维有限元模型,仿真分析了该旋转比例电磁铁在不同控制电流和转角下的磁场分布,探讨了其双向驱动机理,并结合转角-力矩特性分析了该电磁铁的静态性能.试验结果与仿真结果基本吻合,该比例电磁铁具有正磁弹簧刚度、良好的线性度以及较小的滞环,静态力矩特性的非线性误差小于3%,滞环小于4.5%.

改善比例电磁铁行程力特性的仿真研究

建立了比例电磁铁磁场的数学模型,利用Ansoft仿真软件分析了比例电磁铁的行程力特性。针对传统比例电磁铁行程力特性不够理想的问题,提出了在隔磁环前端导套上加工倒角的改进措施,并对倒角的大小和初始位置对比例电磁铁行程力特性的影响进行了仿真分析。仿真表明:在隔磁环前端导套上加工倒角能够改进比例电磁铁行程力特性。

新型耐压湿式比例电磁铁的研制与对比试验研究

为了简化加工工艺、减少制造成本,提出一种基于一体式导磁套的新型耐压湿式比例电磁铁结构,采用磁栅隔磁环结构代替传统的非导磁材料隔磁环结构.对此新型电磁铁和传统的非导磁材料隔磁环电磁铁分别进行磁场仿真和试验研究,结果表明:在静态试验中,两者的工作区域分别为2.4mm和2.2mm,且其最大力输出分别为22N和15N;在动态试验中,两者具有相似的动态力输出响应特性.与传统隔磁环比例电磁铁相比,该新型比例电磁铁具有近似的静动态性能,可以广泛应用于电液比例控制阀.

开关型电磁铁控制比例伺服阀的方法及实验研究

提出利用开关电磁铁构成单电磁铁式电液比例伺服阀的方案。在闭环控制基础上,提出自适应前馈补偿方法,解决开关电磁铁的非线性问题;采用抗饱和积分控制方法,在消除稳态误差的基础上,减小电磁铁动态响应时间。在理论上解释2种方法的原理,试验验证2种控制方法的效果。另外,利用电磁铁心速度反馈,增大闭环回路增益,进一步减小电磁铁的动态响应时间。结果表明,与现有采用比例电磁铁的技术相比,新方案具有设计简单、成本低的优点。

基于Ansoft的交流电磁铁吸力特性研究

以吸入式交流电磁铁为研究对象,使用有限元分析软件Ansoft对交流电磁铁的电磁吸力特性进行仿真研究,深入分析分磁环对电磁吸力的影响、电磁铁平均吸力的变化趋势及影响因素以及电磁铁工作过程中各部分产生的涡流对电磁力的影响,并针对仿真计算结果与实验结果进行对比分析。

低功耗力控制型比例电磁铁的研究

针对传统比例电磁铁驱动大负载时线圈温升高的不足,提出一种基于阶梯环形极靴和衔铁结构的低功耗力控制型比例电磁铁,其磁路在工作气隙附近分成3部分,形成由1个轴向力和2个径向力综合而成的水平力特性.通过建立有限元模型,仿真分析了该比例电磁铁的磁场分布,探讨了其静态力特性,仿真结果与实验结果吻合,表明该比例电磁铁行程-力特性的水平段行程为1.4 mm,非线性小于4%,滞环小于2%;电流-力特性的非线性小于3%,滞环小于3%;水平力与电流比可达148 N/A,额定功耗仅为7.9 W,与国外Rexroth公司研发的同型号力控制型比例电磁铁相比较,在同等输出能力下,水平力与电流比提高23%,额定功耗降低37%.

比例电磁铁性能测试系统的研制

为准确、可靠、方便地测试比例控制系统中的关键单元—比例电磁铁的静态性能,根据比例电磁铁的结构特征及其性能特点,结合传感与控制技术,研制了比例电磁铁静态特性测试平台。以Lab-VIEW为开发环境,结合数据库技术设计了相应的测试软件,实现了比例电磁铁静态性能的自动化精准测试,并对某型号的比例电磁铁进行了具体试验与分析。研究结果表明,该测试系统操作方便安全,测试结果准确可靠,适用于常见比例电磁铁静态特性的测试。

比例电磁铁行程力特性仿真与实验研究

由于采用经验公式的结构设计方法较为粗略 ,建立了比例电磁铁磁场的数学模型 ,利用有限元方法探讨了比例电磁铁的行程力特性 ,并通过实验进行了验证。在此基础上 ,对影响比例电磁铁行程力特性的衔铁长度、径向间隙、隔磁角、隔磁曲线以及导套厚度等主要结构参数进行了仿真分析。

吸合面位置对比例电磁铁行程-力特性的影响

建立了比例电磁铁有限元仿真模型,在考虑衔铁尾部端面位置的情况下,利用Ansoft Maxwell2D电磁场有限元仿真软件,分析了吸合面位置对比例电磁铁行程-力特性的影响。仿真结果表明:衔铁尾部端面位置不变时,吸合面位置对比例电磁铁行程-力特性的影响较小。衔铁长度不变时,随着吸合面位置的前移,比例电磁铁行程-力特性水平程度变差,工作行程内电磁力减小,且衔铁越短,工作行程内电磁力的减小程度越显著。

涡轮增压器用电液比例阀电磁铁的研究

依据涡轮增压器用电液比例阀对比例电磁铁提出的参数指标,进行了主要包括衔铁直径线圈导线直径、线圈匝数和线圈宽度的初步设计计算,通过电磁吸力以及线圈温升的复算验证了初步设计参数的合理性;接着对比例电磁铁的其他结构参数进行了设计,其中复位弹簧设计是个关键;最后从理论上对比例电磁铁的位移-力特性以及电流-力特性进行了分析;为后续的整个电液比例阀的研制解打下了基础。