先导电磁阀在压力控制系统中的应用研究

毛杉海 颜丙刚

摘要：在直驱电磁阀大量被使用之前，先导控制方案在自动变速箱，尤其是液力自动变速箱的压力控制中一直被广泛应用。由于先导电磁阀本身的优势也决定了其也使其在压力控制系统中仍有很大的应用空间。因此对于先导电磁阀在压力控制系统中的应用进行研究，仍有一定的理论与实际意义。本文首先介绍了先导电磁阀的工作原理和结构特点，然后针对先导电磁阀在压力控制系统中的应用详细分析了先导电磁阀的压力控制特点。

关键词：先导电磁阀;压力控制;应用研究;工程设备

先导式压力控制方案为采用先导电磁阀与机械滑阀配合使用的方式，实现压力的控制，其压力控制的性能主要取决于电磁阀与机械滑阀的配合状态。在直驱电磁阀大量被使用之前，先导控制方案在自动变速箱，尤其是液力自动变速箱的压力控制中一直被广泛应用。由于其泄漏量大、控制精度较差等特点，在不断追求高精度、高效率的液压系统技术发展过程中，先导电磁阀的应用在逐渐减少。但是在某些特殊的应用场景情下，先导电磁阀在压力控制系统中仍发挥着重大作用。尤其是其成本相对较低，通流能力相对较强的特点也使其在压力控制系统中仍有很大的应用空间。因此对于先导电磁阀在压力控制系统中的应用进行研究，仍有一定的理论与实际意义。

一、先导电磁阀的工作原理

先导电磁阀的结构主要由阀体、主阀芯、导套、动铁芯、线圈和静铁芯等结构组成。根据先导电磁阀实际工作过程，可以将其划分为三个阶段，分别为初始阶段、动铁芯单独运动阶段以及电磁阀打开阶段。在初始阶段，弹簧上支撑件顶在静铁芯上，使弹簧处于压缩状态。将密封圆片紧压在小平面上，由于密封圆片的面积大于小平面的面积，所以密封圆片可以将先导小孔密封。动铁芯和主阀芯均可在导套内轴向滑动，由主阀芯和导套之间的轴向滑动形成环形缝隙。电磁阀全部安装完成后，导套内形成一个开口系统，即气隙腔，该气隙腔通过环形缝隙向内充气，也可通过先导小孔向外放气。电磁阀安装于储气瓶口后，气体从进气口进入，通过阀体与主阀芯之间的空隙，再通过环形缝隙进入气隙腔，使主阀上部均处在高压气体中。由于气压差的作用，使主阀芯紧压在出气口上，使进出气口不连通，此时电磁阀处于关闭状态。线圈通电后吸引动铁芯先向上运动一小段位移，带动密封圆片向上运动，打开先导小孔，气体从先导小孔经出口进入和第一级减压器连接的管道。当气隙腔内压力高于设定值时，阻塞将堵住喷嘴。由于输出气孔的管道体积小，所以管道内的压力逐渐增大，从而作用在主阀芯上的气压差力也逐渐降低。在先导小孔打开后，动铁芯处于压力平衡状态，因此只受到弹簧的反力作用，在电磁力作用下动铁芯继续向上运动直到动铁芯接触挡环，从而卡在主阀芯上，使两者成为一个整体。由于此时作用于主阀芯上的气压差力大于電磁力，动铁芯停止运动。在电磁阀和减压器之间管道压力增加的过程中，电磁力逐渐增大，而作用在主阀芯上的气压差力逐渐降低，最终电磁力大于气压差力后，动铁芯继续向上运动带动主阀芯向上运动，进出口接通。

二、先导电磁阀的结构特点

（一）先导电磁阀的主体结构

一般先导电磁阀的主阀芯与先导结构分开进行设置，其中先导结构拥有单独的先导阀芯。工作时先导阀芯先打开，然后建立出口背压最终利用背压或者背压与电磁力结合将电磁阀打开。先导电磁阀通电后，电磁力带动先导阀向一侧运动，接通不同的阀室，其中一个阀室的压力增大，另一个阀室的压力降低，从而主阀芯上部和下部形成压差，当压差足够克服阀芯重力和弹簧力的时候电磁阀打开。为了简化先导电磁阀结构，从而达到减小尺寸降低成本的目的。先导电磁阀阀芯组的O型密封橡胶圈安装在密封圈安装槽。动铁芯下部通过环形缺口安装在主阀芯上，动铁芯下部和动铁芯上部通过螺纹连接在一起组成动铁芯。动铁芯可在主阀芯运动槽上做一定位移的轴向运动，同时挡环限制动铁芯的轴向位移。设计初始安装时弹簧上支撑件项在静铁芯上使弹簧处于压缩状态，弹簧压缩力将动铁芯紧紧压在主阀芯上，由于小凸台的存在导致密封圆片也紧压在小平面上，同时所述小圆片也将先导小孔密封。动铁芯可在导套内轴向滑动并形成环形缝隙。全部安装完成后导套内形成一个气隙腔，该气隙腔通过环形缝隙向内充气，也可通过先导小孔向外放气。

（二）先导电磁阀的密封结构

由于先导电磁阀存在先导结构，所以在先导小孔和主阀芯处都需要设计良好的密封，这样才能保证整个电磁阀密封性能良好。密封性能的优劣是衡量气动元件性能优劣的重要指标之一。先导电磁阀的密封结构一般分动密封和静密封。而动密封又分为接触型的密封和非接触型密封。静密封根据其材质不同也可以分为非金属密封和金属密封。目前一般的先导电磁阀既包含静密封又包含动密封，其中先导结构的密封采用非金属密封，由于先到结构中先导小孔的直径很小而主阀芯的结构相对特殊，因此需要采用特殊设计密封结构。另外由于整个电磁阀无油润滑，所以密封件一般需要采用耐磨性和耐温性能都优良的填充聚四氟乙烯材料。由于电磁阀处于常闭状态时，弹簧下支撑件上部处于一定压力的工作环境，所产生的气压力可以将密封圆片紧压在先导小孔上，从而保证良好的密封性。而主阀芯密封采用接触式的金属线密封和接触式的O形圈密封双重密封设置，从而保证电磁阀常闭时的密封。

三、结论

对于压力控制系统来说，无论是选择先导电磁阀压力控制还是选择直驱控制，在不同的应用环境下没有绝对意义上的好与坏，而更多表现出的是合适与不合适。其选择的重点在于如何基于实际应用环境与压力控制的需求目标，选择出更适合当前系统的压力控制方案。整体来讲，在能够满足系统一般成本、性能需求的情况下，先导控制压力响应特性快、成本低的特点比较明显，而其控制精度稍差、一致性稍差、布置空间较大的特点也不可避免。在压力控制系统中，基于市场产品竞争压力的增加，对整体性价比有了更高的要求，先导控制方案的深入研究为在系统方案选择提供更多的选择，对于提升产品力也具有更大的意义。

参考文献：

[1]温华明，杨士先，郑海兵. 先导电磁阀在压力控制系统中的应用研究[J]. 汽车实用技术，2021，46（20）：114-116.

[2]张文，李厚伦，杨春华. 安全双联阀用先导电磁阀故障失效模式分析[J]. 锻压装备与制造技术，2020，55（04）：66-76.

[3]陆艺，郭斌，潘小旺，范伟军. 直动型气动电磁阀综合性能测试系统研究[J]. 仪器仪表学报，2011，32（04）：795-800.