[发明专利]一种螺管式电磁阀的优化设计方法

说明书

本申请提供一种螺管式电磁阀的优化设计方法，属于电磁阀设计技术领域。包括以下步骤：首先，利用经验公式对电磁阀的基本结构尺寸参数进行初步设计计算，其中，尺寸参数主要包括衔铁直径、衔铁长度、线圈内径以及线圈外径。其次，对电磁阀进行有限元仿真分析，包括构建电磁阀的有限元模型和对模型进行有限元仿真分析。最后，以在有限的电流激励下获得最大电磁力以及最小的响应时间为目标，对电磁阀结构优化设计，并对优化后的电磁阀结构进行实验验证。本申请根据国内螺管式电磁阀的主流结构建立了其简化模型，给出了一种对螺管式电磁阀进行优化设计的更高效、更经济的方法；用仿真的方法简化了传统设计过程中不断制造样品的繁琐过程，提高工作效率。

技术领域

本发明属于电磁阀设计技术领域，涉及一种螺管式电磁阀的优化设计方法。

背景技术

随着现代生产过程中自动化、机械化程度的不断提高，人们对控制精度高、响应时间短的电、气控制系统的需求越来越大。电磁阀作为电、液、气控制系统中的核心部件和重要组成部分，有着结构简单、动作稳定可靠、体积小、重量轻、价格低廉等优点，广泛应用于流体传动和控制系统中。因此，电磁阀的控制特性、可靠性和响应速度等性能的好坏，决定着电、液、气控制系统的性能。

对于电磁阀的设计，传统的设计方法存在的主要问题在于：(1)只能通过经验公式初算出的结构尺寸进行静态结果分析，与工作中的电磁阀实测结果一致性低，无法考虑电磁阀在工作状态下的诸多动态参数。(2)结果输出参数少，只能单一的考虑磁场强度和少许静态磁场参数，而不能分析同样对最终产品性能参数影响巨大的电、磁场及其耦合后的结果，致使产品在工作过程中出现诸多不可预测问题，使用寿命低。

采用数值分析法对螺管式电磁阀进行仿真优化设计，可以方便快捷地查看电磁阀结构设计过程中的关键参数，与传统的设计过程相比效率更高，且设计过程更具科学性。专利CN 111353248 A 面向大型复杂电磁设备的仿真优化设计，提出了一种电磁仿真优化方法及系统，但此方法不便于分析电磁阀这类小型电磁元件的动态特性。专利CN 110263463A提出了一种基于Ansys Maxwell软件电磁感应特性分析方法，此方法利用软件的涡流场求解器，分析了密绕螺线管圆筒的磁感应强度等电磁特性，但此方法不便于对电磁元件的动态特性参数进行定量分析。专利CN 109308376 A提出了一种开关磁阻电机有限元分析方法，采用有限元分析法对开关磁阻电机进行优化设计，提高了电机的能量利用率，但受限于电机与电磁阀的结构差异，该方法不适用于螺管式电磁阀的结构设计。针对上述问题，本专利旨在使用数值模拟仿真对电磁阀动态特性进行定量分析，并给出一种适用于螺管式电磁阀的优化设计方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种螺管式电磁阀的优化设计方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明采用的技术方案为：

一种管式电磁阀的优化设计方法，包括以下步骤：

第一步：利用经验公式对电磁阀的基本结构尺寸参数进行初步设计计算。其中，尺寸参数主要包括衔铁直径、衔铁长度、线圈内径以及线圈外径。

由麦克斯韦方程组推导出的电磁吸力方程式推算出衔铁直径大小，推导出的电磁吸力方程式如下：

式中：F为初始电磁力大小(N)、B_σ为气隙磁通密度(T)、d_x为衔铁直径大小(mm)、l为导油槽深度(mm)、h为导油槽宽度(mm)、σ为衔铁有效行程(mm)。

根据式l_x＝σ+l₁+b₁+b₂计算出衔铁长度大小，式中：l_x为衔铁长度(mm)、l₁为初始位置衔铁伸入线圈的长度、σ为衔铁有效行程(mm)、b₁为线圈骨架在y方向上的厚度(mm)、b₂为导磁套在y方向上的厚度(mm)。