高频阀调研

电磁阀的切换频率到底有多快

SMC的2通高频电磁阀SX10系列，可以连续动作的频率高达1200Hz。 SX10系列属于低流量型（50L/min），最大功率为80W，对应的切换频率为1200Hz，最小的功率4W对应的切换频率为350Hz，使用寿命高达50亿次，还有带过滤器的选项。SMC高频电磁阀还有中等流量（100L/mnin）和大流量（150L/min）的系列，最大功率80W对应的切换频率分别为650Hz和600Hz，最小功率4W对应的切换频率分别为200Hz和150Hz。

SX10系列电磁阀采用了独特的阀与线圈构造，才能实现这么高的切换频率，相应阀的响应时间，在ON时为0.45ms，OFF时为0.4ms，下面两图分别是该系列响应时间与切换频率的示意图表。

国内电磁阀切换速度

常规的5Hz,高频的20Hz

研发目标：50Hz

建议参考对象：MAC100系列电磁阀

高速开关阀简介

就工作原理而言，高速开关电磁阀与普通电磁阀并无本质区别，是直接根据一系列脉冲电信号控制电磁铁产生吸力，使得阀芯高速正、反运动，从而实现液流在阀口处的交替通断功能，无需D/A转换接口即可实现可靠的数字化电液控制但高速开关电磁阀由于阀芯的质量和行程都很小，因而能以很高的响应速度来跟踪控制信号，便于进行实时控制

三种电液控制阀的特点比较

名称 高速开关阀 比例阀 伺服阀 响应速度 快 慢 较快

与电子电路配合 很好 较好 好

抗污染能力 极强 较强 弱 价格 低 较贵 较贵 结构 简单 较简单 复杂 控制精度 较好 较好 好

由表可知,高速开关阀对介质清洁度无特殊要求,制造成本低廉,压力损失小,稳态和动态控制性能满足一部分工作控制的要求。

特性

激励电流越大,电磁吸力越大,则响应速度越快,控制精度越高。 减小气隙，有利于阀更快工作，但应与流量大小综合考虑。

选用强度高，密度低的材料和对动铁采用钻孔，减小外径等方法减小动铁质量，可提高工作性能。

高饱和磁通密度和高磁导率的材料有利于提高动作时间。

一些使用场合

色选机和卷烟机上,使用电磁阀控制喷嘴,将残次品吹出。

由于结构紧凑，底座安装阀的安装密度很大。在振动控制系统中，通过空气喷流进行分类操作时，或进行粘结、定量给料和包装时，快速阀是必不可少的。快速阀也适用于真空应用场合、电子行业、轻型装配行业、医药工程行业、纺织机械气动控制、食品机械、农业机械、焊接切割等产品配套及相关行业的自动化控制系统。

一些高速开关阀举例

nachi（不二越）高速开关阀

该阀采用螺管电磁铁，并对动铁式电-机转换器的盆型极靴进行优化。当隔磁环位置低于磁极端面时，电磁力降低，电感减小，加快响应速度。该阀阀芯为锥形，通过径向开孔来对液动力进行补偿减小运动阻力。该高速开关阀控制电压为24V，最大电流为0.6A，工作行程为0.3mm,在压力为7MPa时，流量为8L/min,开启和关闭时间均在20ms以内，可耐最高压力21MPa。

HSV高速开关阀（美国BKB公司）

螺纹插装式高速强力电磁阀，采用液压复位，开启时间为3.5ms,关闭时间为2.5ms，广泛应用于液压系统的流量和压力控制中，但通流能力较差，空载流量小于10L/min.若用于先导级控制主阀，可实现大流量控制。

锥阀式高速开关阀（美国卡特彼勒）

锥阀式高速开关阀，是一种采用脉宽调制的方式对该阀进行控制的高速大流量电磁阀，用于中压共轨燃油喷射系统，阀开启与关闭时间均为1ms左右，但由于加工难度大，所以制作成本高。

双自由内锥阀芯高速开关阀

一种采用双自由度锥阀芯结构，左右两内锥阀与阀套可相对滑动，用于中压共轨液力增压式燃油喷射系统。由于2个内锥阀相互，无同轴度要求，加工工艺接近二位二通锥阀，加工成本大大降低。外阀套为空心结构，质量较轻，可与衔铁做成一体结构在阀内滑动，当工作时，仅有阀套一个运动件，从而大大减小了运动件的质量，加快了响应速度。该阀的电-机转换器采用多级式电磁铁，电磁力大，响应快，使得该二位三通阀具有调整动态响应特性以及较大的流量。该阀额定电压为110V，空载流量为78L/min(20MPa),开启时间为0.78ms,关闭时间约为1.1ms。

MAC高频阀

短行程------高的电磁力与弹簧回力,阀门不阻塞

工作原理:

当线圈通电时,电磁阀在磁力作用下运动,带动推杆向下压阀芯.

可移动的磁极块在磁力作用下向上运动和磁极枢吸合,补偿线圈形成和阀芯行程的差,因此,磁极枢与磁极块和阀的位置无关.

优点:

线圈短行程产生高通电出力

强力弹簧与高出力线圈,产生大的通电出力和回位出力 内置磨损补偿,阀芯行程小于线圈行程

线圈磁路闭合和阀的位置无关,交流使用时线圈不会烧毁

平衡式三通阀

平衡式阀芯=一致的高出力 排气污染不经过线圈=干净的线圈

平衡式的设计要点:

密封面积相等

端部密封 平衡阀芯密封 气压产生的力两边相等 气压改变不影响出力

优点

阀的出力时恒定的,不受气压影响

强力的线圈和弹簧力保证高速和重复精度 排气污染不经过线圈 手动开关是标准配置

包括先导阀在内,在整个压力范围内提供恒定的大流量 全流量排气

多功能接口,一个阀六个功能

小型直动阀

设计原理:

4个平衡式轴封在一个阀杆上

尾端的轴封首先接触到锥形的座上,提供缓冲给进气轴封,减少磨损 进气压力不作用在排气密封上,减少摩擦力 可提供内置埋入式流量控制器

短行程、平衡式轴封可以使直动式线圈提供大的出力，极小的摩擦力，快的反应速度和大流量，小体积

三通先导阀

阀芯与阀杆

阀芯加上活塞=擦除动作=阀门不阻塞

在最小的摩擦力和空气品质不好的环境下，产生最大的动作能力 优点：

即使在低工作压力下，大直径的迷你活塞（3c㎡）提供大的出力 空气加弹簧回位保证最大的回位出力

高精度的黏贴式密封控制压缩量-在最小的摩擦力下擦除污染颗粒 硬化处理的密封可擦除附属的污染物，减少摩擦和增加寿命 橡胶中内置的润滑材料降低摩擦力，增加无润滑寿命

两个密封各控制一个通孔，提供短行程，低损耗，最小的摩擦力，最小的磨损和长寿命 轻的铝制阀芯允许快速的反应 一个阀芯，结构简单，维护容易

先导控制：

设计优点：

MAC100系列高速切换阀

MAC35系列高速切换阀

Festo快速电磁阀

快速切换阀及对应切换频率简表如下： MH2 MH3 MHJ 型号 切换频率Hz 带快速切换电子元件 响应时间开/关(ms) 切换频率(Hz) 2±10%（从1Hz起） 150Hz 3/2.3 280Hz LF MF 500 1000 不带快速切换电子元件 响应时间开/关(ms) 切换频率(Hz) 7±10%（从1Hz起） 50Hz 8/4.5 50Hz HF HF/LP 500 500 根据实际情况，选择切换频率较低的MH2为研究方向。

MH2阀的特点：

直动式二位三通阀 标准额定流量：100l/min 不含铜和聚四氟乙烯 安装快速

选用带保护套（IP40/65）的预装配电缆或带M8接头的电缆来连接阀岛的多针分配器或输出模块，缩短安装时间。PRS气路板上可安装多达10个经过测试的预装配阀。

切换时间短

24VDC时，无需“外部过激励”，切换时间小于2ms。即使是连续使用或三班操作，切换时间误差小于0.2ms。非常适用于如对医药产品进行粘结或定量给料等应用场合。

品种多样，非常灵活

具有多种派生性。比如：

需切换时间为7ms,工作环境狭小，则采用便捷连接技术（IP40）的派生型。

还可选择水平安装或从顶部安装，选用快插式或带SUB-D插头的气路板派生型， 并可自由选择工作电压：5,12或24VDC。

安装方式

只有在电压为24VDC、带插片或成型电缆时，响应时间为2ms。 堵住进气口或排气口时可用作两位两通阀。

高速开关阀测试试验平台举例

考虑高电压对高速开关阀的伤害，采用单电源24V供电，高低双电压驱动，以单片机为控制核心建立了高速开关阀测试平台,如下图所示

主要包括：计算机、单片机、驱动控制器、液压系统、压力传感器、流量传感器、数据采集设备等。被测高速开关阀、压力传感器安装在专门设计的阀块上，控制腔通过软管接回油箱。高速开关阀供油口、控制口分别接压力传感器，用于检测压力变化。在回路上串联流量传感器，用于检测通过高速开关阀的流量。

工作时，由计算机通过串口传输控制参数给单片机，单片机根据得到的PWM参数产生相应的PWM波，经驱动控制器产生高低双电流，经达林顿管放大，控制高速开关阀动作。工作过程中，利用霍尔电流传感器、压力传感器、流量传感器检测工作状态，同时送由数据采集仪在线采集、离线分析。由于数据采集仪最大电压值不超过10V，另选择UTD2202数字存储示波器采集阀的控制脉冲和激励电压。