螺纹插装阀介绍之三__电磁换向阀 1 螺纹插装阀介绍之三螺纹插装阀介绍之三螺纹插装阀介绍之三螺纹插装阀介绍之三 电磁换向电磁换向电磁换向电磁换向阀阀阀阀 张海平张海平张海平张海平 摘要摘要摘要摘要：：：：本文介绍了不同类型的制成螺纹插装形式的电磁换向阀的性能和选用时必须注意的特性。 关键词关键词关键词关键词：：：：螺纹插装阀, 电磁换向阀 概述概述概述概述 如所周知，方向阀一般根据其功能分为单向阀和换向阀两大类，其中换向阀依其操纵方式分为电动，液动和 气动等，电动阀又可按其工作形...
1 螺纹插装阀介绍之三螺纹插装阀介绍之三螺纹插装阀介绍之三螺纹插装阀介绍之三 电磁换向电磁换向电磁换向电磁换向阀阀阀阀 张海平张海平张海平张海平 摘要摘要摘要摘要：：：：本文介绍了不同类型的制成螺纹插装形式的电磁换向阀的性能和选用时必须注意的特性。 关键词关键词关键词关键词：：：：螺纹插装阀, 电磁换向阀 概述概述概述概述 如所周知，方向阀一般根据其功能分为单向阀和换向阀两大类，其中换向阀依其操纵方式分为电动，液动和 气动等，电动阀又可按其工作形式分为开关型和比例型。开关型的电动换向阀，通常称为电磁换向阀(Solenoid Valve)亚美体育官网下载。制成螺纹插装形式的电磁换向阀(以下简称电磁阀)经过几十年的开发，已形成一个完整的型谱，见
1。 为满足不同应用场合的需要，部分也是为绕开专利保护，以及满足老顾客的需要，出现了许许多多的形式亚美体育官网下载。特别是 二位二通阀，其在得失电状态下的连通形式，较板式阀多得多。为帮助初涉者正确选用亚美体育官网下载，本文将在介绍了它们的通 用特性后，结合其结构特点，分类详细介绍，列出相似产品，供比较选择。本文参考了世界上几个最大的螺纹插装 阀的专业生产商［美］HydraForce 公司(以下简写为 HF))，［美］SUN Hydraulics 公司(以下简写为 SUN)，［英］Sterling Hydraulics 公司(已在 2005 年被 Parker 公司收购，以下简写为 ST)和［英］Integrated Hydraulics 公司(以下简写为 ih) 的近期产品样本。由于这些生产商的产品样本至今都仍采用 bar 而不用 MPa 作为压力的单位，本文中也使用 bar， 以减少换算亚美体育官网下载。文中数据，错误难免，仅供参考。 位 通 二位 三位 二通 直动式滑阀，先导式阀 - 三通 直动式滑阀 直动式滑阀 四通 直动式滑阀 直动式滑阀 六通 直动式滑阀 - 表表表表 1 螺纹插装电磁阀的型谱 1111. . . . 通用特性通用特性通用特性通用特性 1.11.11.11.1 许用压力许用压力许用压力许用压力 市场常见的电磁阀的许用压力主要有两档: 210 bar (或 3000 psi = 207 bar) 及 350 bar (或 5000 psi = 345 bar)。但也有 240 bar(= 3500 psi) 亚美体育官网下载，250 bar(= 3600 psi) 及 285 bar(= 4000 psi) 等。HP 和 ih 公司的产品 以 210 bar 为主，ST 和 SUN 公司以 350 bar 居多。许用压力不同的阀，其元件使用的材料及性能不同，加工精度 及工艺不同，价格自然也会不同亚美体育官网下载亚美体育官网下载，所以不能盲目追求高许用压力。 各通口的许用压力除个别 T口较低外一般都相同，但并不意味着都能在此压力下可靠工作和切换亚美体育官网下载亚美体育官网下载，见 1.3 节。 1.21.21.21.2 名义流名义流名义流名义流量量量量(nominal flow)(nominal flow)(nominal flow)(nominal flow) 产品样本一般都给出压力损失为 5 bar 时的流量作为名义流量，下文中也引用此参数作为阀的一个性能指标。 2 但必须指出，这个参数的价值是很有限的。这是因为，由于受体积和结构的限制亚美体育官网下载，不同流通方向的压力损失常常不 同。所以有些产品样本干脆不给出名义流量，而是让使用者自己去查流量压差曲线。 此外，能否可靠地工作和切换亚美体育官网下载，要去查产品样本上另给出的工作范围曲线，名义流量对此也不承担什么责任。 1.31.31.31.3 工作范围工作范围工作范围工作范围 工作范围曲线)用以表述电磁阀能否可靠地保持在或切换到某一工作位置的性能。工作范围的测定可参 见 ISO 6403：1988 或参考其制定的 GB 8106-87。有些产品简单地给出一个额定流量(Rating Flow 或 Flow) ，即 最大允许流量，来代替工作范围曲线，一般高于名义流量。 图图图图 1111----1111 工作范围曲线 阻碍阀芯切换到或使阀芯偏离工作位置的是各通口的液压力的合力，与流量大致成正比的液动力亚美体育官网下载亚美体育官网下载。使阀芯保持 在或回到失电位置的是复位弹簧力。使阀芯切换到或保持在得电位置的则是电磁力减去弹簧力(直动式)。螺纹插装 电磁阀的电磁线W 之间，电磁力十分有限。这些因素就限定了电磁阀的工作范围。 好的
，通过降低工作和切换时的液动力，减小以至平衡作用在阀芯上的液压合力亚美体育官网下载，恰当匹配弹簧力和电磁 力，从而，可以在同样体积和电功率的条件下亚美体育官网下载，达到较大的工作范围。ST 公司采用高功率线圈，来使相同的阀达 到较大的流量(见 2.1.1b 等)。SUN 公司称，通过改进电磁铁的位移-力曲线)，使之在切换开始时已有较大 的电磁力，以克服液动力，从而获得了较大的工作范围(图图图图 1111----3a,b3a,b3a,b3a,b) 3 图图图图 1111----2 2 2 2 电磁铁的位移-力曲线对比 a. 普通产品 b. 改进产品 图图图图 1111----3333 工作范围曲线对比 先导式电磁阀由于有差动液压力辅助推动主阀芯，工作范围较大亚美体育官网下载。 产品样本上给出的工作范围曲线一般都是在理想的实验室条件下作出的: 清洁的 32 cSt 矿物油，油温 40°， 额定电压-10%。若实际工作条件偏差较大时，应选得保守些。因篇幅限制，本文中不一一列出具体产品的工作范围 曲线，请读者在选购前务必查阅相应产品样本。 1.41.41.41.4 切换过程中的连通状况切换过程中的连通状况切换过程中的连通状况切换过程中的连通状况 选用电磁阀时，在某些应用场合下亚美体育官网下载，还要注意切换过程中的连通状况。 例如图 1-4a 中，若在切换过程中，P 口被短时间封闭，即所谓开口“正覆盖”亚美体育官网下载，则此时泵出的油必须经溢流 阀溢出亚美体育官网下载，形成瞬间高压。而若此高压正好接近或超过阀的工作范围，阀芯就可能被卡在中位，成为“进退两难”的 局面。选用 1-4b 型就不会有问题亚美体育官网下载。 图图图图 1111----4a4a4a4a 切换过程中的连通状况 开口“正覆盖” 图图图图 1111----4b4b4b4b 开口“负覆盖” 1.51.51.51.5 电磁线圈电磁线圈电磁线圈电磁线圈 螺纹插装电磁阀的衔铁都是湿式亚美体育官网下载。工作方式有推式和拉式两种，见图 1-5，使用相同的线 个线圈，一推一拉。线圈都使用螺母固定，以便于单独更换亚美体育官网下载。 图图图图 1111----5555 推式和拉式推式和拉式推式和拉式推式和拉式衔铁衔铁衔铁衔铁 一般生产商都能提供使用直流 12V，24V 及交流 110(115)V，220(230)V 的电磁线圈亚美体育官网下载。有的还可以提供更多类型， 以满足客户特殊要求。例如，HF 还可提供直流 10V，36V，48V，110V 及交流 24V，并接受直流 6V，20V亚美体育官网下载，30V 及 72V 的订货。同一生产商，功率相同电压不同的线圈亚美体育官网下载，装配尺寸都相同，可互换。 如所周知，交流线圈有一缺点，即，在切换时，衔铁若不能达到闭合位置，电流会急剧上升，可能烧毁线圈。 因此螺纹插装电磁阀都不使用交流线圈。有些厂家，如 ST，HF 和 SUN，线圈里带有全桥整流回路，可以直接用于 交流电。ih 的则无，用于交流电时，插头里必须有整流二极管。 由于线圈的电感效应，在失电时会产生一个很高的反向电压峰，据 SUN 公司的测试，可能达到-600V(图 1-6)。 线圈里的绝缘层很容易被损坏。因此 SUN 公司在线圈中加入反向二极管，可以降到-70V亚美体育官网下载。 a) 不带反向二极管 b)带反向二极管 图图图图 1111----6666 失电时的反向电压峰 电磁阀的线%工作制。有关
规定，应该允许输入电压有±10%的偏差。HF 公司声称亚美体育官网下载， 他们的产品允许输入电压偏差±15%。SUN 公司则称，允许±20%。但要注意的是，因为线圈的电阻随温度上升而增 加，会导致工作电流下降，从而电磁力下降。所以要保持正常工作的输入电压与环境温度大致有如图 1-7 所示的关 5 系(各生产商有差异)。电压略超，关系不大。反之，电压不足，则在较低的环境温度下还能工作，但当环境温度升 高时，就不行了。因此亚美体育官网下载，有的生产商，例如 ST，要求，至少要达到 75%的额定工作电流。 图图图图 1111----7 7 7 7 输入电压与环境温度的关系 绝缘等级至少为 F级亚美体育官网下载，即最高耐温 155°C。也有使用 H级(HF 和 SUN 公司) 和 N级(ST 公司)，最高耐温分别为 180°C 和 200°C亚美体育官网下载。 线圈都是注塑密封的，有的生产商还在塑料中加入玻璃纤维，以增加线圈刚性。 为使线匝产生的磁力形成环路，线匝外必须要有钢制外套。此套有内置式(图 1-8a)和外置式(图 1-8b)。内置 式的导磁性能较好，但由于钢和塑料的热膨胀系数不一样，在热涨冷缩的过程中，容易产生间隙。过高的螺母紧固 力矩也可能导致塑料外壳产生裂纹。 另外，线圈工作时都会发热，线匝间的空气会膨胀，从引入线接头与注塑外壳之间及其他缝隙中逸出。等冷却 后，内部压力降低，又可能会吸入空气。即所谓的„呼吸“现象。这样就可能把水汽带入线圈，导致腐蚀及短路。 这在农业及建筑机械的实际工作环境中，是一个很现实的问题：一些线圈可能直接暴露日晒雨淋中。为此提出了“热 剧冷测试(thermal shock dunk test)“: 线 小时。然后立即放入 0°C 的水中浸 2 小 时。重复 10次亚美体育官网下载。水不允许进入线圈，线圈还能正常工作。HF 公司宣称，他们的带 Deutsch 和 Metri-Pack 插头的 E 系列线b)可以经受“热剧冷测试“。 a) 钢套内置式 b) 钢套外置式 图图图图 1111----8888 电磁线 电气连接形式电气连接形式电气连接形式电气连接形式 插头形式对防止水渗入线圈极为重要亚美体育官网下载。因为在板式阀中普遍使用的 ISO/DIN43650 插头仅能达到 IEC144 和 DIN40050-9 规定的密封等级 IP65，因此出现了多种其他形式的插头，以满足不同的、特别是工程机械的需要，图 1-9 列出了几种为例，其中，c、d 和 e，插头内带密封圈。一般都可以达到 IP67。HF 宣称，他们的 b、c型和 d 型 可以达到 IP69K。 IP65: 该密封等级要求能防止灰尘进入亚美体育官网下载，并能承受距离在 3 米外的低压水枪的冲击。 IP67: 该密封等级要求能防止灰尘进入，并能浸入 1米深的水中 30 分钟而不引起损坏。 IP69K：该密封等级要求能防止灰尘进入，并能承受距离在 10 到 15cm 内的高压(100 bar) 高温(80°C) 混有 洗涤剂的水柱的冲击。 a) ISO/DIN43650 b) 双引出线 c) AMP Junior d) deutsch(DT04-4P) e) Metri-Pack 图图图图 1111----9999 电源引线 切换时间切换时间切换时间切换时间 电磁阀的切换时间一般在 50ms 上下。SUN 的一些产品(M***-S*)利用衔铁两端的空腔作为阻尼腔，在衔铁中加 入阻尼孔，来延迟衔铁的移动，从而把切换时间延长到 200 至 300ms，可以有效地减少切换时的冲击(图 1-10)。 图 1-10 软切换阀 1.81.81.81.8 手动应急机构手动应急机构手动应急机构手动应急机构((((Manual Override)Manual Override)Manual Override)Manual Override) 7 在电控系统出故障时，用手动应急机构可使阀芯切换到得电位置。分为可卡住型和自动复位型。 可卡住型: 阀芯可以保持在到得电位置，这样操纵者可以腾出手来操作其他阀。缺点是: 如忘记复原，系统则 会出现误动作。 自动复位型无此缺点。但若由于种种原因，仅有一人能操作，则采用自动复位的阀不能多于两个。 以下分类介绍电磁阀的连通形式和市场可购产品。为简化，易于比较，图形符号不明显区分电动和电液动亚美体育官网下载。一 般而言，电磁阀中仅有二通阀有先导式即电液动的亚美体育官网下载，其他类型都是直动式滑阀，即电动的。为节省篇幅，阀的剖 面图中电磁线圈部分一般从略。箭头表示得电后阀芯的移动方向。 2.2.2.2. 二通阀二通阀二通阀二通阀 二通电磁阀当然只有二位的。据其在线圈失电时的连通状况可分为常闭与常开两大类。 2.1 2.1 2.1 2.1 常闭型常闭型常闭型常闭型 市场可购的二位二通常闭型电磁阀产品大致可以归纳成如表 2-1 所列的一些类型。以下作一分类介绍， 得电 失电 aaaa bbbb 单向可通，反向仅有少量泄漏 双向可通 1111 关闭但不 完全密封 1a 1b 2222 仅单向关 闭密封，反 向可通 2a 2b 3333 关闭且双 向密封 - 3b 表表表表 2222----1 1 1 1 二位二通常闭型电磁阀的大致类型 2.1.1a 这是普通滑阀。失电时，关闭但不完全密封。得电时，仅单向可通亚美体育官网下载。因为反向流的液动力可能超过电磁力，导 致通道关闭。ih 的 S613 就属于这种类型，其许用压力 250 bar，名义流量 90 L/min亚美体育官网下载，内泄漏
2)，则会自动关闭，就好像结合了一个单 向阀亚美体育官网下载。f 型是滑阀带锥面，以取得较好的密封效果亚美体育官网下载。 3.2 三位三通阀 21 图 3.2-1 系 ST 公司的三位三通电磁滑阀 GS0261，使用 14W 或 19W 电磁线L/min，内泄漏
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