文红武

(海军装备部,陕西 西安 710077)

高速数字电磁阀作为航空发动机电子控制系统的电液转换装置，是电子控制器的关键执行元件[1](见图1)，在机电液一体化系统中是电子与机械液压机构间理想的接口元件。其基本工作状态是: 阀全开或阀全关两种状态。通过改变“单位时间”内的阀全开时间与阀全关时间的比例，即可实现对“单位时间”内的介质通过量进行控制[2-3]。其结构简单，使用元件较少，对污染不敏感；工作平稳，响应迅速；驱动方式灵活，控制精度较高等优点，正是航天发动机调节系统所需。采用脉宽调制的数字电磁阀动作频率高，每秒钟开关40次。其运动行程短，它的油嘴与挡板间的开距一般只有0.2～0.25mm。在这种开距的情况下，油嘴的全开直径只能有0.8～1.0mm，工作流量范围受到极大限制。

图1 数字电磁阀结构简图

1 传统数字电磁阀所面临的问题

由于脉宽调制式数字电磁阀油嘴开度很小，在要求大流量的电磁阀中必然会遇到一系列技术难题。

1.1 数字电磁阀所需的电磁力

例如：在6MPa压差情况下，用电磁阀控制10L/min的油路，按流量公式(1)计算可得：

式中：

Q——容积流量(米3/秒)；

A——阀门通道面积(米2)；

△p——进出口油压力差(MPa或公斤/米2)；

ρ——油液密度(公斤/米3)；

g——重力加速度(米/秒2)；

μ——流量系数，粗略计算时取μ=0.62。

则阀门的通道面积：

A=1.933mm2，

保证密封的挡板力：

F=Δp×S=11.6N，

但数字电磁阀开度只有0.2～0.25mm。为保证阀口通道面积，只能在0.2mm宽环缝处供油，其环缝周长L=A/0.2=9.665mm，所以油嘴直径Φ=L/π=3.078mm，则受力面积变成S=7.44mm2，这时的封口力变成F=44.64N，密封力增大了3.85倍，由于电磁阀都对泄漏量有要求，一般为电磁阀最大压力，所以弹簧的预紧力至少大于封口力，给电磁阀通电时，在没有工作介质的情况下，电磁力应克服弹簧的预紧力。……