二位四通高压电磁阀的设计研究

二位四通高压电磁阀的设计研究

秦虎成 刘福瑞

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摘要：在技术水平不断提升的过程中，气动系统、液压系统得到了广泛应用。而二位四通高压电磁阀是气动系统与液压系统的关键元件，因此本文对二位四通高压电磁阀的工作原理以及设计进行了研究与探讨。在探究过程中发现二位四通高压电磁阀中含有阀体、钢套、活塞、密封圈等诸多部分，所以设计人员需要综合分析各个部分的设计难点并通过有效措施提高设计质量。
关键词：电磁阀；工作原理；电磁线圈

前言：

在工业不断发展的过程中，人们对气动系统、液压系统等系统提出了更高的要求。二位四通高压电磁阀是其中至关重要的控制元件，只有做好设计工作才能够提高控制质量，因此需要深入研究二位四通高压电磁阀的设计。

1.二位四通高压电磁阀概述

1.1概念

电磁阀指的是用电磁控制的工业设备，可以控制流体，在介质调整中发挥着重要作用^【1】。高压电磁阀主要包括直动式与先导式这两种类型，主要技术参数包括阀体材质、适用介质、温度范围、介质粘度、防护性能、接线方式、控制方式、电源电压、连接方式以及泄漏量等。其中二位四通高压电磁阀一共有四个接口，所以其工作方式较为丰富。

1.2特点

相比于传统的高压电磁阀，二位四通高压电磁阀具有动作可靠、维修难度小、使用寿命长等特点。

2.二位四通高压电磁阀的工作原理

二位四通高压电磁阀主要是由阀体、钢套、弹簧、密封圈、先导阀以及电磁线圈等诸多部分共同构成的，主要参数有尺寸、压力、使用介质、电源电压等。在不通电的情况下，先导阀处于关闭状态，弹簧也会使活塞处于常规位置。同时，压缩气体会从第一个接口进入到阀腔当中并通过第二个接口进入到阀门执行气缸的一侧中，而气缸的另一侧气体会从第三个接口进入阀腔并从第四个接口排出去^【2】。在通电的情况下，先导阀会处于开启状态中，压缩气体会先进入到先导阀的阀腔中并推动活塞移动。在这种情况下，电磁阀会换向，气源气体就会从第一个接口与第三个接口进入到气缸中，气缸中的气体会从第二个接口与第四个接口排出去。

3.二位四通高压电磁阀的设计策略

在设计二位四通高压电磁阀时，设计人员应做好活塞与钢套、弹簧、阀体、先导阀座与阀瓣等各个部分的设计工作。

3.1活塞与钢套设计

活塞与钢套是二位四通高压电磁阀的关键构成部分，所以设计人员需要优化活塞与钢套设计。首先，设计人员需要科学选择密封圈。高压介质会对密封圈产生相应的影响，只有选择材料优质的密封圈才能够减少高压介质的影响，所以设计人员应优先选择聚四氟乙烯组合密封圈。其次，设计人员需要科学选择密封圈的安装位置。之前，大多数设计人员都会将密封圈安装在活塞这一结构上，无法完全满足系统要求。为此，设计人员可以将密封圈安装在钢套上，从而加大对密封圈的保护力度、提升密封圈的密封性能。

3.2弹簧设计

弹簧在二位四通高压电磁阀中占据着重要地位，会对活塞的位移产生一定影响。因此，设计人员需要全面分析弹簧在电磁阀中的作用及电磁阀对弹簧的要求。首先，设计人员需要科学计算弹簧力并确保密封圈与阀座之间的接触应力大于10MPa。其次，设计人员需要根据弹簧力以及电磁阀的空间结构尺寸优化弹簧设计，增强弹簧设计的科学性。

3.3阀体结构参数设计

在二位四通高压电磁阀中阀体是电磁线圈的导磁体，所以设计人员需要确保阀体设计符合要求。一般情况下，设计人员需要确保阀体的截面积大于或等于阀芯的截面积。其次，从磁路角度来看，隔磁环与工作磁隙属于并联磁路，所以需要确保隔磁环的磁阻比工作磁隙磁阻大十倍，从而使更多的磁路通过工作磁隙。此外，在进行阀体结构尺寸设计时需要充分考虑绝缘层的厚度与线圈的厚度。

3.4先导阀座与阀瓣设计

在设计过程中，设计人员需要通过有效手段优化先导阀座与阀瓣设计。第一，优化先导阀进口密封结构。为了满足二位四通高压电磁阀的要求，设计人员需要优化先导阀进口的密封结构。例如，设计人员可以将先导阀进口密封结构设计为针型金属密封结构。同时，设计人员需要在密封面堆焊硬质合金，从而延长密封结构的使用寿命。第二，优化先导阀出口密封结构。若想充分发挥二位四通高压电磁阀的作用，设计人员不仅需要优化先导阀进口的密封结构，也需要优化出口密封结构。例如，设计人员可以将先导阀出口密封结构设计为浮动非金属密封结构，延长密封结构的使用寿命^【3】。总之，设计人员需要将金属密封结构与非金属密封结构结合起来，从而降低电磁阀的加工难度。

3.5电磁线圈设计

电磁线圈是二位四通高压电磁阀的关键构成部分，设计人员需要优化设计工作、提高设计质量。首先，先导阀进口密封主要依靠弹簧力，而出口密封主要依靠介质压力，所以设计人员可以优先选择常开型电磁线圈。同时，设计人员需要确保常开型电磁线圈的电磁力可以克服介质压力以及密封比压力。其次，设计人员需要科学设计电磁线圈的匝数。设计人员可以根据电磁线圈的额定工作电压以及额定功率计算电磁线圈的直流电阻以及工作电流。之后设计人员需要根据这些参数计算电磁线圈的匝数。再次，设计人员需要优化电磁线圈的长度。设计人员需要根据电磁线圈的散热面积、轴向结构尺寸设计电磁线圈的长度。此外，设计人员需要优化壳体参数设计。壳体是电磁线圈磁路的关键构成部分，只有具备较大的导磁面积与良好的导磁性能才能满足电磁阀的运行需求。因此，设计人员可以应用软磁不锈钢材料设计壳体并确保壳体的导磁面积与阀芯的导磁面积相等。

3.6主阀密封设计

设计人员需要根据二位四通高压电磁阀的应用情况进行主阀密封设计。第一，液压系统中的工作介质为液压油，即使电磁阀存在泄露情况也不会出现故障^【4】。所以若在液压控制系统中应用二位四通高压电磁阀就需要将主阀密封设计为非零泄漏金属密封结构。第二，常规气动系统中的工作介质为气体，所以电磁阀在常规气源压力下不会出现故障，但是在高压介质的挤压下会出现密封圈损坏、主阀切换失灵等情况。为此，设计人员需要将主阀密封结构设计为O形圈密封结构，减小高压介质对主阀密封结构的影响。

3.7先导阀密封设计

设计人员在完成主阀密封设计后需要做好先导阀密封设计工作。从实际情况来看，设计人员需要根据电磁阀的应用情况设计先导阀密封结构。例如，液压控制系统允许二位四通高压电磁阀出现轻微泄露情况，所以设计人员可以将先导阀密封设计为金属密封结构。而气动系统不允许二位四通高压电磁阀出现泄露情况，所以设计人员需要将先导阀密封设计为非金属密封结构。同时，设计人员需要将先导阀密封结构的承受压力设计在15MPa以内，避免出现介质外漏等情况。
结语：

二位四通高压电磁阀的构成较为复杂，所以设计人员需要全面分析电磁阀的构成部分与工作原理，并通过有效手段控制优化活塞与钢套设计、先导阀座与阀瓣设计、阀体设计、弹簧设计、电磁线圈设计，确保电磁阀的设计符合工况要求。
参考文献：

[1]韩旭,范正吉,景金荣,何鑫,洪应平.基于STM32的电磁阀智能控制系统设计[J].电子器件,2021,44(06):1333-1338.

[2]郗开冲,孟繁辉,郭宗斌,刘运东,迟鹏新.自主化制动控制电磁阀设计与试验验证[J].电力机车与城轨车辆,2021,44(05):60-64.

[3]袁晨晖,姜克壮,张璐,金侠杰.一种流量控制电磁阀性能测试系统[J].计量与测试技术,2022,49(01):35-37.

[4]羊荣金,陈敏捷,张志红,朱伟东.基于Android的便携式电磁阀性能测试系统设计[J].机床与液压,2022,50(09):140-143.