中北大学机械与动力工程学院 任海涛 张翼

1 引言

为确定该企业的电控液压阀的电压阀能够正常工作，本文对电磁阀的电磁场进行了有限元分析计算，得到电磁力，验证其合理性，同时分析了工作气隙和安匝数对电磁力大小的影响。

2 电磁阀的结构和工作原理

该电磁阀主要由壳体、复位弹簧、线圈、线圈架、隔磁环、动铁芯和定铁芯组成。（如图2.1所示）

图2.1 电磁阀结构图

该电磁阀工作原理为：通过电磁力和弹簧的复位力驱动动铁芯，并带动推杆移动，以达到阀的开启与闭合。在给线圈施加电流之前，在弹簧作用下，动铁芯与定铁芯处于分离状态，动铁芯下端推杆的球阀与阀座紧密结合，使阀处于关闭状态；给线圈施加电流后，随着电流逐渐增加，磁场增强，定铁芯对动铁芯的电磁力逐渐增大，直到克服弹簧作用力和摩擦力，开始带动动铁芯向上运动，阀即被打开。

3 电磁阀有限元分析

3.1 电磁阀有限元模型

本文中将电磁阀简化为轴对称模型，对其进行计算分析。考虑到复位弹簧的相对磁导率与空气的相对磁导率接近，将弹簧按空气处理，对计算结果的影响可以忽略不计。为提高电磁场求解精确度，选定划分网格的单元类型为PLANE53(四边形八节点插值函数)，自由度选用AZ，且为轴对称，简化后建立模型如图3.1所示。

图3.1 电磁阀简化模型

3.2 定义材料属性

电磁阀有限元模型中有7种材料区域：定义空气的相对磁导率为1；动铁芯和定铁芯材料为电磁纯铁，属于软磁材料，其磁化曲线如图3.2所示；……