矿用电磁阀电机械转换装置及特性分析

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液压支架电液控制系统是综采工作面的重要组成部分,对工作面的高产高效起着决定性的作用。矿用电磁先导阀是液压支架电液控制系统中的重要组成部分,通过控制主阀的通断从而使液压支架完成既定动作。电机械转换装置作为电磁先导阀的核心元件,其性能的好坏直接制约着整个电液控制系统的正常工作。在矿用条件下,为了保证井下的安全,电机械转换装置需要满足本质安全条件,即在低功耗条件下满足工况的动作要求,因此,本文针对上述要求,设计并分析了两种不同的矿用电磁阀电机械转换装置。本文首先分析了电机械转换装置的分类以及国内外的研究现状,分析了各电机械转换装置的优缺点,并以此为基础,提出了电磁铁和音圈电机两种适用于矿用电磁阀上的电机械转换装置。其次以电磁场和磁路相关理论为基础,对电磁铁和音圈电机进行数学建模,并分析了各自的动态响应过程。对矿用电磁阀上的电机械转换装置进行受力分析,计算出了其所受的负载,并以此为基础对电磁铁和音圈电机进行材料的选择和结构设计。再次通过使用Ansoft Maxwell分别对电磁铁和音圈电机进行动静态特性分析,分别研究了二者在磁场中的磁感应强度和磁通量变化,分析了二者的力位移特性,得出了电磁力和气隙以及磁势的关系;此外,还分别研究了结构及关键参数对电磁铁和音圈电机电磁力特性的影响,对其结构做出了优化。最后研究了电磁铁和音圈电机分别在空载和有负载的情况下的动态特性曲线,通过使用不同频率的PWM信号去激励,得出了电磁铁在空载下的动态响应曲线以及相应的电流参数和最快频率响应,并通过试验得出电磁铁在空载和有负载下的动态特性;同样研究了音圈电机在空载和有负载下的动态响应曲线,得出了相应的电流参数和最快频率响应。通过上述分析,所设计的电磁铁和音圈电机在矿用本安条件下,可以满足相应的工况要求完成既定动作,本文为矿用电磁阀上的电机械转换装置的设计和研究提供了理论和工程参考价值。
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