【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电磁控制技术和流体控制，更具体的说是涉及一种高速大流量电磁阀的阀芯设计方法及阀芯。
技术介绍
1、目前，高速大流量电磁阀在现代工业应用中具有关键作用，其研究背景主要集中在材料科学、流体动力学、电磁技术和智能控制系统等多个领域；随着技术进步，电磁阀在流体控制、自动化和智能化方面的需求日益增加。
2、然而，研究过程中面临的主要难题包括：如何在高速流动条件下实现稳定的流体控制，如何提高响应速度和控制精度。
3、为了保证电磁阀的流通能力需要阀口流通面积足够大；同时为了兼顾整个电磁阀的动态特性，要求电磁阀具有较小的阀芯行程和运动质量；此外，还要考虑阀芯的加工工艺性等因素，但是电磁阀的流通能力和响应速度的提高往往是相互冲突的，大流量要求增大阀口流通面积，这会造成运动质量或者阀芯行程的增加，影响电磁阀快速响应特性。
4、因此，如何设计高速大流量电磁阀，能够同时兼顾响应速度和流通能力是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种高速大流量电磁阀的阀芯设计方法及阀芯以解决
技术介绍
中提到的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种高速大流量电磁阀的阀芯设计方法，包括以下步骤：
4、s1.进行电磁阀选型，选用双自由内锥阀芯两位三通电磁阀，设计为常开式结构，阀芯包括外阀芯和两个内锥阀芯；
5、s2.根据电磁阀的设计技术要求，控制边压差和阀口流量，基
6、s3.基于阀口流通面积，设计外阀芯的中径、行程和锥角，兼顾电磁阀的运动质量及阀芯行程，确定外阀芯的阀口中径和阀芯行程；
7、s4.根据确定的外阀芯的阀口中径和阀芯行程，进行外阀芯受力分析和验证以保证电磁阀响应速度。
8、优选的，步骤s2中，电磁阀的阀口流量计算公式为：
9、
10、其中，q为阀口流量，cd为流量系数，a为几何流通面积，δp为前后压差，ρ为液压油密度；
11、根据电磁阀的设计技术要求，控制边压差δp和阀口流量q要求，由公式(1)计算得阀口流通面积a。
12、优选的，步骤s3中，电磁阀的阀口为锥阀式结构，锥阀的阀口流通面积计算公式为：
13、a＝π·l·sin(θ)·(d-l sin(θ)cos(θ)) (2)
14、其中，d为外阀芯的中径，l为外阀芯行程，θ为阀口锥角，取45°；
15、根据电磁阀的流通能力要求，电磁阀阀口的流通面积a一定情况下，由式(2)计算得到满足流通面积的不同中径d和行程l之间的配对值。
16、优选的，步骤s4中进行外阀芯受力分析和验证的过程为：
17、根据外阀芯的阀口中径，考虑材料的密度和动衔铁直径及厚度，得到外阀芯加动衔铁的质量；
18、根据外阀芯的行程，以及电磁阀的响应时间和电磁阀的机械延迟t，则得到外阀芯受到的合力为：
19、
20、其中，m为外阀芯加动衔铁的质量，l为外阀芯行程，t为电磁阀的机械延迟；
21、外阀芯受到的合力由电磁力fm和液压力ff组成，在电磁阀通电吸合时满足条件fm-ff≥f0，电磁阀断电复位时满足条件ff-fm≥f0；
22、由阀芯的结构尺寸以及伺服油压力值范围计算阀芯在不同位置所受液压力；
23、根据阀芯在不同位置所受液压力和计算得到的外阀芯受到的合力f0，基于开启响应时间的要求，得到阀芯右位时电磁力；
24、基于关闭响应时间的要求，根据阀芯左位时最小液压力和断电后电磁力，验证断电后外阀芯受到的合力是否满足电磁阀断电复位的条件。
25、优选的，阀芯在不同位置所受液压力具体为：工作液压力为200bar～300bar，伺服油压力为范围最大值300bar时，阀芯右位，进油口打开，回油口关闭，液压力ff1为100n；阀芯左位，进油口口关闭，回油口打开，液压力ff2为150n；伺服油压力为范围最小值200bar时，阀芯右位为液压力ff3为67n，阀芯左位液压力ff4为100n；
26、根据开启响应时间的要求，阀芯右位时电磁力不小于fm＝f0+ff1＝189.6n；
27、根据关闭响应时间的要求，阀芯左位时最小液压力ff4为100n，断电后电磁力fm＝0n，断电后外阀芯受到的合力fm＝100n＞f0，断电后液压力作为复位力能够保证电磁阀关闭响应速度要求。
28、一种高速大流量电磁阀的阀芯，用于双自由内锥阀芯两位三通电磁阀，基于所述的一种高速大流量电磁阀的阀芯设计方法设计一种高速大流量电磁阀的阀芯，包括外阀芯、左内锥阀芯、右内锥阀芯和阀腔；
29、外阀芯与电磁阀的动衔铁相连，与动衔铁相连的外阀芯在电磁力及负载力的交替作用下进行往复运动；
30、左右两个内锥阀芯在阀腔液压力的作用下，固定于工电磁阀两端；
31、外阀芯的锥角θ为45°，阀口中径d为8mm，阀芯行程l为0.32mm。
32、优选的，双自由内锥阀芯两位三通电磁阀包括阀体、动衔铁、进油口、回油口、控制口、静铁芯、静铁芯盖和励磁线圈；
33、电磁阀通电时，衔铁及外阀芯在电磁力的作用下，克服静液压力向左移动，直到外阀芯进油口阀座与左内锥阀芯锥面压紧，此时进油口关闭，回油口打开，控制腔压力由高压逐渐降低至回油压力；
34、断电时电磁力消失，衔铁及外阀芯在进油口液压力的作用下向右移动，直到外阀芯回油口阀座与右内锥阀芯锥面压紧，此时进油口打开，回油口关闭，控制腔压力由回油压力逐渐回升至进油压力。
35、优选的，进油工作液压力为200bar～300bar。
36、优选的，外阀芯的壁厚设计为2mm，电磁阀的响应时间为1ms，电磁阀的机械延迟t≤0.5ms。
37、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种高速大流量电磁阀的阀芯设计方法及阀芯，通过对电磁阀的流通能力进行初步设计，确定了电磁阀的阀口中径和行程，完成了阀芯结构尺寸设计，阀芯设计合理，可以快速地响应控制信号，实现快速开关；同时，阀芯通道宽度较大，可以承受更大的流量，适用于需要大流量控制的场合；阀芯结构简单，拆卸和维护方便。
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1.一种高速大流量电磁阀的阀芯设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高速大流量电磁阀的阀芯设计方法，其特征在于，步骤S2中，电磁阀的阀口流量计算公式为：
3.根据权利要求1所述的一种高速大流量电磁阀的阀芯设计方法，其特征在于，步骤S3中，电磁阀的阀口为锥阀式结构，锥阀的阀口流通面积计算公式为：
4.根据权利要求1所述的一种高速大流量电磁阀的阀芯设计方法，其特征在于，步骤S4中进行外阀芯受力分析和验证的过程为：
5.根据权利要求4所述的一种高速大流量电磁阀的阀芯设计方法，其特征在于，阀芯在不同位置所受液压力具体为：工作液压力为200bar～300bar，伺服油压力为范围最大值300bar时，阀芯右位，进油口打开，回油口关闭，液压力Ff1为100N；阀芯左位，进油口口关闭，回油口打开，液压力Ff2为150N；伺服油压力为范围最小值200bar时，阀芯右位为液压力Ff3为67N，阀芯左位液压力Ff4为100N；
6.一种高速大流量电磁阀的阀芯，用于双自由内锥阀芯两位三通电磁阀，其特征在于，基于权利要
7.根据权利要求6所述的一种高速大流量电磁阀的阀芯，其特征在于，双自由内锥阀芯两位三通电磁阀包括阀体、动衔铁、进油口、回油口、控制口、静铁芯、静铁芯盖和励磁线圈；
8.根据权利要求6所述的一种高速大流量电磁阀的阀芯，其特征在于，进油工作液压力为200bar～300bar。
9.根据权利要求6所述的一种高速大流量电磁阀的阀芯，其特征在于，外阀芯的壁厚设计为2mm，电磁阀的响应时间为1ms，电磁阀的机械延迟t≤0.5ms。
...【技术特征摘要】
1.一种高速大流量电磁阀的阀芯设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高速大流量电磁阀的阀芯设计方法，其特征在于，步骤s2中，电磁阀的阀口流量计算公式为：
3.根据权利要求1所述的一种高速大流量电磁阀的阀芯设计方法，其特征在于，步骤s3中，电磁阀的阀口为锥阀式结构，锥阀的阀口流通面积计算公式为：
4.根据权利要求1所述的一种高速大流量电磁阀的阀芯设计方法，其特征在于，步骤s4中进行外阀芯受力分析和验证的过程为：
5.根据权利要求4所述的一种高速大流量电磁阀的阀芯设计方法，其特征在于，阀芯在不同位置所受液压力具体为：工作液压力为200bar～300bar，伺服油压力为范围最大值300bar时，阀芯右位，进油口打开，回油口关闭，液压力ff1为100n；阀芯左位，进油口口关闭，回油口打开，液压力ff2为150n；伺...
【专利技术属性】
技术研发人员：石岩，聂玉龙，杨治国，王一轩，许少峰，牛燕霞，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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