電磁閥響應(yīng)速度的影響因素

胡華

摘? 要：在現(xiàn)代工業(yè)制造中自動(dòng)化程度越來越高，氣動(dòng)元件的應(yīng)用則毫無疑問變得越來越廣范。氣動(dòng)電磁閥作為氣動(dòng)系統(tǒng)中的控制元件，其性能參數(shù)是氣路系統(tǒng)優(yōu)劣的重要因素之一。氣動(dòng)電磁閥最重要的一個(gè)性能參數(shù)即是電磁閥的響應(yīng)時(shí)間，目前各廠家的電磁閥響應(yīng)時(shí)間也參差不齊，但國產(chǎn)電磁閥的響應(yīng)速度普遍比國外品牌電磁閥的響應(yīng)速度要慢，壽命和穩(wěn)定性也要差，這是我們不容回避的客觀事實(shí)。文章將對(duì)電磁閥的響應(yīng)速度的影響因素進(jìn)行分析，為國產(chǎn)電磁閥的性能改善提供參考。

關(guān)鍵詞：氣動(dòng)元件;電磁閥;自動(dòng)化;響應(yīng)速度;氣路系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TH134 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）17-0058-02

Abstract： In modern industrial manufacturing， the degree of automation is getting higher and higher， there is no doubt that the application of pneumatic components is becoming more and more extensive. As the control element of pneumatic system， the performance parameters of pneumatic solenoid valve are one of the important factors of the advantages and disadvantages of pneumatic system. One of the most important performance parameters of pneumatic solenoid valve is the response time of solenoid valve. At present， the response time of solenoid valve of various manufacturers is also uneven， but the response speed of domestic solenoid valve is generally slower than that of foreign brand solenoid valve. Duration and stability are also poor， which is an objective fact that we cannot avoid. In this paper， the factors affecting the response speed of the solenoid valve are analyzed， which provides a reference for the performance improvement of the domestic solenoid valve.

Keywords： pneumatic components; solenoid valve; automation; response speed; gas path system

引言

目前氣動(dòng)電磁閥的換向方式主要有“膜片式”和“閥桿式”，本文以閥桿式換向的電磁閥為例，對(duì)市場(chǎng)上最常見的兩位五通先導(dǎo)式單電控電磁閥進(jìn)行分析，也是目前國內(nèi)市場(chǎng)用量最多的一款電磁閥，后面我們?nèi)亢?jiǎn)稱“電磁閥”。為方便說明，附電磁閥的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（如圖1）。

我們現(xiàn)在對(duì)影響電磁閥響應(yīng)速度的因素分析，主要有以下幾個(gè)方面。

1 復(fù)位彈簧力的大小

（1）復(fù)位彈簧一般是壓縮彈簧，電磁閥在關(guān)閉時(shí)彈簧為伸出狀態(tài)，如果彈簧力設(shè)計(jì)太小，彈簧不能最快的將閥桿復(fù)位，則電磁閥關(guān)閉動(dòng)作的響應(yīng)速度會(huì)慢。

（2）電磁閥打開是線圈得電，先導(dǎo)部分通氣，使活塞動(dòng)作推動(dòng)閥桿換向。因此彈簧力設(shè)計(jì)過大，則電磁閥打開時(shí)，活塞推動(dòng)閥桿的阻力會(huì)變大，而使電磁閥打開的響應(yīng)速度變慢。

（3）彈簧力在設(shè)計(jì)選用時(shí)，要考慮電磁閥打開和關(guān)閉的響應(yīng)速度的平衡。有些氣復(fù)位的電磁閥后蓋端不選用彈簧設(shè)計(jì)，而是同先導(dǎo)端一樣使用活塞設(shè)計(jì)氣復(fù)位的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)復(fù)位活塞的有效截面積大小時(shí)同樣考慮電磁閥打開與關(guān)閉的響應(yīng)速度的平衡。

2 閥體與閥桿密封圈的過盈量

（1）閥桿上的密封圈與閥體之間的過盈配合是為了將電磁閥的進(jìn)氣與排氣各路分開，密封圈起密封的作用。但是過盈量大，閥桿在閥體內(nèi)摩擦系數(shù)變大，動(dòng)作阻力也會(huì)相應(yīng)的變大。且密封圈磨損速度會(huì)加快，磨損后產(chǎn)生的異物進(jìn)入到先導(dǎo)部分，影響閥的穩(wěn)定性。響應(yīng)速度也自然會(huì)慢很多。

（2）過盈量小，閥芯動(dòng)作阻力小，響應(yīng)速度快。但是易有內(nèi)部泄漏，因密封圈為橡膠材質(zhì)，其本身亦有制造公差，因此批量生產(chǎn)成品率會(huì)低。或在使用一段時(shí)間后，密封圈稍有磨損即出現(xiàn)泄漏，影響了閥的使用壽命。

（3）目前閥桿密封圈常規(guī)使用的有NBR（丁腈）材質(zhì)，根據(jù)用戶的使用環(huán)境也有些使用HNBR（氫化丁腈）材質(zhì)，F(xiàn)KM（氟化橡膠）在電磁閥的閥桿密封上目前很少使用。綜合密封性與摩擦力，密封圈硬度在紹氏A70度時(shí)，建意雙邊過盈量設(shè)計(jì)在0.05～0.08之間。

3 閥體內(nèi)孔加工的精度

（1）內(nèi)孔的光潔度

內(nèi)孔的光潔度也是影響閥桿與閥體動(dòng)作摩擦阻力的重要因素，好的光潔度可以有效的降低摩擦系數(shù)。品牌的電磁閥的內(nèi)孔粗糙度可以達(dá)到RZ1.6以下，約是Ra0.2。隨著國內(nèi)的制造加工工藝與材料技術(shù)的逐漸成熟，也是完全可以達(dá)到。建意使用金剛石刀具數(shù)控加工后，內(nèi)孔進(jìn)行滾壓或珩磨處理。閥體在表面處理后與閥芯裝配前再拋光處理。

（2）內(nèi)孔的直線度

很多國內(nèi)制造商不注意該形位公差，但是很多閥的響應(yīng)速度不快，或動(dòng)作不穩(wěn)定都是因?yàn)殚y體加工的內(nèi)孔直線度不好。一般氣動(dòng)電磁閥的閥體內(nèi)孔都是小孔，常用直徑在5～12mm，加工難度大，加工的刀具細(xì)長，加工時(shí)刀具易出現(xiàn)讓刀現(xiàn)象，成型的孔直線度就會(huì)不好。所以在前期設(shè)計(jì)刀具時(shí)刀桿的剛性是優(yōu)先考慮的，內(nèi)孔再通過后續(xù)的珩磨與拋光處理，將直線度控制在0.01以下。

（3）內(nèi)孔各臺(tái)階過渡角的順暢度

電磁閥在換向動(dòng)作時(shí)閥桿要經(jīng)過一個(gè)臺(tái)階，此處是閥桿在整個(gè)動(dòng)作行程中阻力最大的地方，如果過渡不順暢，會(huì)嚴(yán)重的影響閥桿的動(dòng)作速度。國內(nèi)很多制造商直接將此處加工成R圓弧角。但這并不是最佳的過渡輪廓，需要依據(jù)密封圈的接觸輪廓設(shè)計(jì)出最佳的切線，再經(jīng)過圓弧過渡，才能使過渡阻力最小。

該過渡輪廓在生產(chǎn)制造中需嚴(yán)格管控，因?yàn)樵诂F(xiàn)代制造中都是用CNC車床進(jìn)行加工，但是因?yàn)榈毒哂械都釸角，在編程中如不補(bǔ)償R的大小，實(shí)際加工出的和設(shè)計(jì)需求的會(huì)相差甚遠(yuǎn)。建議使用的刀具刀尖圓弧不大于R0.2，數(shù)控編程與調(diào)機(jī)時(shí)需將刀尖補(bǔ)償進(jìn)，并且建議投入輪廓儀進(jìn)行檢測(cè)。

4 先導(dǎo)座活塞的動(dòng)作靈敏度

（1）電磁閥打開是靠先導(dǎo)部分的活塞推動(dòng)閥桿，所以活塞的動(dòng)作靈敏度也是其中的一個(gè)影響因素?；钊芊馊εc先導(dǎo)座孔的過盈量最好不要按照標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)，要依據(jù)密封圈的實(shí)際尺寸進(jìn)行配作設(shè)計(jì)，在保證不漏氣的情況下將活塞的阻力降低，建意過盈量在0.1mm。

（2）同閥體與閥桿的道理，先導(dǎo)座孔的光潔度也會(huì)影響到活塞動(dòng)作時(shí)摩擦系數(shù)，為降低該部位的摩擦系數(shù)，先導(dǎo)座模具上需做鏡面拋光處理。

（3）根據(jù)電磁閥的大小規(guī)格不同，活塞厚度設(shè)計(jì)也不同，但是在空間允許的情況下活塞的厚度尺寸要做大，方便設(shè)計(jì)添加導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，否則活塞在初始動(dòng)作時(shí)可能會(huì)動(dòng)作不穩(wěn)定。

5 油脂的選用

使用油脂潤滑，是降低閥體與閥桿、活塞與先導(dǎo)座的摩擦系數(shù)的非常有效的方法?，F(xiàn)在使用較多的是氟油和硅油兩類，高性能的電磁閥多采用氟油。其特點(diǎn)是可以與塑料相容、在高溫下具有良好的穩(wěn)定性、抗氧化能力強(qiáng)、低蒸汽壓，在200℃時(shí)24小時(shí)測(cè)試，它的析出量與蒸發(fā)量都是極低的。所以各動(dòng)密封部涂抹適量的優(yōu)質(zhì)氟油脂，可以使電磁閥的響應(yīng)速度有明顯改善，且長期潤滑的效果較其它油品要好，電磁閥的壽命會(huì)提高。

6 其它先導(dǎo)與電磁部分的影響

另外先導(dǎo)座的進(jìn)氣流量與電磁線圈的功率、動(dòng)靜鐵芯勵(lì)磁的時(shí)間等也是影響電磁閥響應(yīng)速度的因素。但具體規(guī)格的電磁閥對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)空間與材質(zhì)使用基本固定，這幾項(xiàng)參數(shù)相對(duì)不變，所以我們?cè)谶@里不具體分析了。

7 結(jié)束語

近幾年國內(nèi)也出現(xiàn)一些制造的較好的電磁閥，感謝他們?yōu)橹袊圃焖龅呐?，希望此文?duì)大家有所幫助，不正之處還望不吝指正！

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