论文部分内容阅读
[摘 要]本文简要介绍了电磁阀的结构及工作原理，分析了常规电磁阀和机械保持电磁阀的优缺点，以及总结了常用电磁阀的故障原因，通过反复分析，多年研究，设计了一种新型低功耗直流电磁阀的结构及工作原理，使产品更趋于结构简单，成本合理，性能稳定，安全节能，具有一定的创新性和应用价值。
[关键词]低功耗 直流电磁阀 结构性能 安全节能 创新设计
中图分类号：TP214 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）09-0123-01
电磁阀是一种控制元件，主要由电磁阀线圈和电磁阀阀体两部分组成。它是用来控制流体的自动化关键元件，属于执行器，广泛应用于工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其它的参数。电磁阀通常可分为以下几种形式，一是常规电磁阀，按供电方式的不同包括交流电磁阀和直流电磁阀，二是机械保持电磁阀，两种形式的电磁阀各有自己的优缺点，本文通过对上述两种电磁阀的分析综合，提出一种节能可靠的电磁阀的创新改造设计，具有一定的推广应用价值。其主要功能是通过电磁阀线圈的得失电状态来切换，从而达到控制的目的。
1 電磁阀的故障原因
电磁阀故障导致生产较大波动，严重影响生产。根据日常发生的现象来看，一般是因为电磁阀线圈开路，从而导致电磁阀失电，致使仪表阀门动作，导致分离区域局部失控。出现电磁阀线圈开路这种现象可能有以下几种原因所致：
一是电磁阀人为损坏；二是电磁阀线圈进水；三是电磁阀线圈耐温较低，散热效果不好；四是电磁阀阀芯严重堵塞；五是电磁阀线圈质量问题。经过电磁阀故障检查，排除人为损坏、电磁阀线圈进水、电磁阀阀芯堵塞这三类情况，另外对电磁阀表面温度进行抽样测量，最高温度超过 40°，实际分析和电磁阀资料，确认电磁阀功率高线圈耐温较低，线圈长期带电，电磁阀散热效果较差而导致线圈开路的原因比较普遍。
2 两种电磁阀的优缺点
常规电磁阀一般包括阀体和线圈两部分，阀体包括阀座、套管、动铁芯、静铁芯和复位弹簧，线圈包括导磁架、引出脚，以及在导磁架内的线圈架，线圈架上绕有线圈，线圈与引出线相连接。线圈套在阀体上，采用螺钉固定。其工作原理是：当线圈通电时，线圈产生磁场，动铁芯在电磁力的作用下克服弹簧力与静铁芯吸合，阀体阀口打开，阀体进口与出口通路。当线圈断电时，由于线圈没有电流流过，没有磁场产生，动铁芯的复位弹簧的作用下，与静铁芯分离，阀体阀口关闭，阀体进口与出口关断。
可见，常规电磁阀若要保持工作状态，线圈需要一直通电，直至退出工作状态，因而线圈的功耗较高，线圈易发热，长期保持通电工作状态容易引起线圈烧毁。
机械保持电磁阀在普通电磁阀的基础上集成了一套机械保持机构，这种电磁阀若要保持工作状态，在线圈断电时可由机械保持机构维持阀的工作状态，这时线圈不通电，没有电能消耗，从而实现电磁阀的低能耗。但这种电磁阀的机械保持机构对阀的加工精度较高，从而使电磁阀的制造工艺复杂，成本高，从另一方面来讲，机械保持机构的加入容易引起电磁阀的机械故障。
3 低功耗直流电磁阀
针对上述情况，需要解决的关键问题是提供一种耗电省、结构简单、成本较低、运行可靠性较高的的电磁阀。具体确定如下：采用直流供电方式；舍弃机械保持机构，改为磁力保持机构。
在实际应用过程中，我们采用了保持常规电磁阀的结构不变，将电磁阀的动铁芯改为永久磁铁，通过调整充磁量和复位弹簧刚度的大小，确保电磁阀的正常工作。因为只调整了动铁芯的材料，而没有改变电磁阀的结构，因而这种电磁阀的结构特别简单。
其工作原理如下：电磁阀在关断状态时，线圈不通电，没有电能消耗，线圈不发热，由于介质压力和弹簧力的存在，动铁芯产生的吸力不足以使动、静铁芯吸合，当线圈通电时，线圈产生吸力，动铁芯在电磁吸力和永久磁铁产生的吸力的共同作用下克服弹簧力和介质压力，与静铁芯吸合，电磁阀开启，阀体阀口打开，阀体进口与出口通路，这时可切断线圈电源，动、静铁芯依然保持吸合状态，电磁阀保持开阀状态不变。当电磁阀需要关闭时，线圈通以反向电流，产生的磁场和动铁芯产生的磁场方向相反，从而同性相斥，减弱了动铁芯对静铁芯的吸引力，使动、静铁芯分离，阀体阀口关闭。
电磁阀的控制电路如图2所示，开关可以采用有中位的双刀双掷开关，也可采用继电器或电子电路来实现，在产品试制过程中，本着节约、直观的原则，我们采用双刀双掷开关来实现控制。
4 结束语
由于采用了磁力保持机构，大大降低了线圈的电能消耗，线圈发热现象得到了控制，从而有效降低了线圈的故障率，使设备长期可靠运行。同时采用常规电磁阀的结构，与机械保持电磁阀相比，使产品的结构大大简化，因而原有的生产设备和零件得到最大化的利用，能够有效控制生产成本，减少电磁阀的机械故障。
参考文献
[1] 夏天伟，丁明道，电器学[M].北京：机械工业出版社，2011年.
[2] 雷天觉.液压工程手册[M].北京： 机械工业出版社，1990.
[3] GB/T 786.1-93，液压气动图形符号[S].
[关键词]低功耗 直流电磁阀 结构性能 安全节能 创新设计
中图分类号：TP214 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）09-0123-01
电磁阀是一种控制元件，主要由电磁阀线圈和电磁阀阀体两部分组成。它是用来控制流体的自动化关键元件，属于执行器，广泛应用于工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其它的参数。电磁阀通常可分为以下几种形式，一是常规电磁阀，按供电方式的不同包括交流电磁阀和直流电磁阀，二是机械保持电磁阀，两种形式的电磁阀各有自己的优缺点，本文通过对上述两种电磁阀的分析综合，提出一种节能可靠的电磁阀的创新改造设计，具有一定的推广应用价值。其主要功能是通过电磁阀线圈的得失电状态来切换，从而达到控制的目的。
1 電磁阀的故障原因
电磁阀故障导致生产较大波动，严重影响生产。根据日常发生的现象来看，一般是因为电磁阀线圈开路，从而导致电磁阀失电，致使仪表阀门动作，导致分离区域局部失控。出现电磁阀线圈开路这种现象可能有以下几种原因所致：
一是电磁阀人为损坏；二是电磁阀线圈进水；三是电磁阀线圈耐温较低，散热效果不好；四是电磁阀阀芯严重堵塞；五是电磁阀线圈质量问题。经过电磁阀故障检查，排除人为损坏、电磁阀线圈进水、电磁阀阀芯堵塞这三类情况，另外对电磁阀表面温度进行抽样测量，最高温度超过 40°，实际分析和电磁阀资料，确认电磁阀功率高线圈耐温较低，线圈长期带电，电磁阀散热效果较差而导致线圈开路的原因比较普遍。
2 两种电磁阀的优缺点
常规电磁阀一般包括阀体和线圈两部分，阀体包括阀座、套管、动铁芯、静铁芯和复位弹簧，线圈包括导磁架、引出脚，以及在导磁架内的线圈架，线圈架上绕有线圈，线圈与引出线相连接。线圈套在阀体上，采用螺钉固定。其工作原理是：当线圈通电时，线圈产生磁场，动铁芯在电磁力的作用下克服弹簧力与静铁芯吸合，阀体阀口打开，阀体进口与出口通路。当线圈断电时，由于线圈没有电流流过，没有磁场产生，动铁芯的复位弹簧的作用下，与静铁芯分离，阀体阀口关闭，阀体进口与出口关断。
可见，常规电磁阀若要保持工作状态，线圈需要一直通电，直至退出工作状态，因而线圈的功耗较高，线圈易发热，长期保持通电工作状态容易引起线圈烧毁。
机械保持电磁阀在普通电磁阀的基础上集成了一套机械保持机构，这种电磁阀若要保持工作状态，在线圈断电时可由机械保持机构维持阀的工作状态，这时线圈不通电，没有电能消耗，从而实现电磁阀的低能耗。但这种电磁阀的机械保持机构对阀的加工精度较高，从而使电磁阀的制造工艺复杂，成本高，从另一方面来讲，机械保持机构的加入容易引起电磁阀的机械故障。
3 低功耗直流电磁阀
针对上述情况，需要解决的关键问题是提供一种耗电省、结构简单、成本较低、运行可靠性较高的的电磁阀。具体确定如下：采用直流供电方式；舍弃机械保持机构，改为磁力保持机构。
在实际应用过程中，我们采用了保持常规电磁阀的结构不变，将电磁阀的动铁芯改为永久磁铁，通过调整充磁量和复位弹簧刚度的大小，确保电磁阀的正常工作。因为只调整了动铁芯的材料，而没有改变电磁阀的结构，因而这种电磁阀的结构特别简单。
其工作原理如下：电磁阀在关断状态时，线圈不通电，没有电能消耗，线圈不发热，由于介质压力和弹簧力的存在，动铁芯产生的吸力不足以使动、静铁芯吸合，当线圈通电时，线圈产生吸力，动铁芯在电磁吸力和永久磁铁产生的吸力的共同作用下克服弹簧力和介质压力，与静铁芯吸合，电磁阀开启，阀体阀口打开，阀体进口与出口通路，这时可切断线圈电源，动、静铁芯依然保持吸合状态，电磁阀保持开阀状态不变。当电磁阀需要关闭时，线圈通以反向电流，产生的磁场和动铁芯产生的磁场方向相反，从而同性相斥，减弱了动铁芯对静铁芯的吸引力，使动、静铁芯分离，阀体阀口关闭。
电磁阀的控制电路如图2所示，开关可以采用有中位的双刀双掷开关，也可采用继电器或电子电路来实现，在产品试制过程中，本着节约、直观的原则，我们采用双刀双掷开关来实现控制。
4 结束语
由于采用了磁力保持机构，大大降低了线圈的电能消耗，线圈发热现象得到了控制，从而有效降低了线圈的故障率，使设备长期可靠运行。同时采用常规电磁阀的结构，与机械保持电磁阀相比，使产品的结构大大简化，因而原有的生产设备和零件得到最大化的利用，能够有效控制生产成本，减少电磁阀的机械故障。
参考文献
[1] 夏天伟，丁明道，电器学[M].北京：机械工业出版社，2011年.
[2] 雷天觉.液压工程手册[M].北京： 机械工业出版社，1990.
[3] GB/T 786.1-93，液压气动图形符号[S].