電磁閥響應速度的影響因素

胡華

摘? 要：在現代工業制造中自動化程度越來越高，氣動元件的應用則毫無疑問變得越來越廣范。氣動電磁閥作為氣動系統中的控制元件，其性能參數是氣路系統優劣的重要因素之一。氣動電磁閥最重要的一個性能參數即是電磁閥的響應時間，目前各廠家的電磁閥響應時間也參差不齊，但國產電磁閥的響應速度普遍比國外品牌電磁閥的響應速度要慢，壽命和穩定性也要差，這是我們不容回避的客觀事實。文章將對電磁閥的響應速度的影響因素進行分析，為國產電磁閥的性能改善提供參考。

關鍵詞：氣動元件;電磁閥;自動化;響應速度;氣路系統

中圖分類號：TH134 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：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，對市場上最常見的兩位五通先導式單電控電磁閥進行分析，也是目前國內市場用量最多的一款電磁閥，后面我們全部簡稱“電磁閥”。為方便說明，附電磁閥的結構簡圖（如圖1）。

我們現在對影響電磁閥響應速度的因素分析，主要有以下幾個方面。

1 復位彈簧力的大小

（1）復位彈簧一般是壓縮彈簧，電磁閥在關閉時彈簧為伸出狀態，如果彈簧力設計太小，彈簧不能最快的將閥桿復位，則電磁閥關閉動作的響應速度會慢。

（2）電磁閥打開是線圈得電，先導部分通氣，使活塞動作推動閥桿換向。因此彈簧力設計過大，則電磁閥打開時，活塞推動閥桿的阻力會變大，而使電磁閥打開的響應速度變慢。

（3）彈簧力在設計選用時，要考慮電磁閥打開和關閉的響應速度的平衡。有些氣復位的電磁閥后蓋端不選用彈簧設計，而是同先導端一樣使用活塞設計氣復位的結構，設計復位活塞的有效截面積大小時同樣考慮電磁閥打開與關閉的響應速度的平衡。

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，閥桿在閥體內摩擦系數變大，動作阻力也會相應的變大。且密封圈磨損速度會加快，磨損后產生的異物進入到先導部分，影響閥的穩定性。響應速度也自然會慢很多。

（2）過盈量小，閥芯動作阻力小，響應速度快。但是易有內部泄漏，因密封圈為橡膠材質，其本身亦有制造公差，因此批量生產成品率會低?；蛟谑褂靡欢螘r間后，密封圈稍有磨損即出現泄漏，影響了閥的使用壽命。

（3）目前閥桿密封圈常規使用的有NBR（丁腈）材質，根據用戶的使用環境也有些使用HNBR（氫化丁腈）材質，FKM（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，建意雙邊過盈量設計在0.05～0.08之間。

3 閥體內孔加工的精度

（1）內孔的光潔度

內孔的光潔度也是影響閥桿與閥體動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。品牌的電磁閥的內孔粗糙度可以達到RZ1.6以下，約是Ra0.2。隨著國內的制造加工工藝與材料技術的逐漸成熟，也是完全可以達到。建意使用金剛石刀具數控加工后，內孔進行滾壓或珩磨處理。閥體在表面處理后與閥芯裝配前再拋光處理。

（2）內孔的直線度

很多國內制造商不注意該形位公差，但是很多閥的響應速度不快，或動作不穩定都是因為閥體加工的內孔直線度不好。一般氣動電磁閥的閥體內孔都是小孔，常用直徑在5～12mm，加工難度大，加工的刀具細長，加工時刀具易出現讓刀現象，成型的孔直線度就會不好。所以在前期設計刀具時刀桿的剛性是優先考慮的，內孔再通過后續的珩磨與拋光處理，將直線度控制在0.01以下。

（3）內孔各臺階過渡角的順暢度

電磁閥在換向動作時閥桿要經過一個臺階，此處是閥桿在整個動作行程中阻力最大的地方，如果過渡不順暢，會嚴重的影響閥桿的動作速度。國內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，需要依據密封圈的接觸輪廓設計出最佳的切線，再經過圓弧過渡，才能使過渡阻力最小。

該過渡輪廓在生產制造中需嚴格管控，因為在現代制造中都是用CNC車床進行加工，但是因為刀具有刀尖R角，在編程中如不補償R的大小，實際加工出的和設計需求的會相差甚遠。建議使用的刀具刀尖圓弧不大于R0.2，數控編程與調機時需將刀尖補償進，并且建議投入輪廓儀進行檢測。

4 先導座活塞的動作靈敏度

（1）電磁閥打開是靠先導部分的活塞推動閥桿，所以活塞的動作靈敏度也是其中的一個影響因素?；钊芊馊εc先導座孔的過盈量最好不要按照標準的設計，要依據密封圈的實際尺寸進行配作設計，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，先導座孔的光潔度也會影響到活塞動作時摩擦系數，為降低該部位的摩擦系數，先導座模具上需做鏡面拋光處理。

（3）根據電磁閥的大小規格不同，活塞厚度設計也不同，但是在空間允許的情況下活塞的厚度尺寸要做大，方便設計添加導向結構，否則活塞在初始動作時可能會動作不穩定。

5 油脂的選用

使用油脂潤滑，是降低閥體與閥桿、活塞與先導座的摩擦系數的非常有效的方法?，F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。其特點是可以與塑料相容、在高溫下具有良好的穩定性、抗氧化能力強、低蒸汽壓，在200℃時24小時測試，它的析出量與蒸發量都是極低的。所以各動密封部涂抹適量的優質氟油脂，可以使電磁閥的響應速度有明顯改善，且長期潤滑的效果較其它油品要好，電磁閥的壽命會提高。

6 其它先導與電磁部分的影響

另外先導座的進氣流量與電磁線圈的功率、動靜鐵芯勵磁的時間等也是影響電磁閥響應速度的因素。但具體規格的電磁閥對應的設計空間與材質使用基本固定，這幾項參數相對不變，所以我們在這里不具體分析了。

7 結束語

近幾年國內也出現一些制造的較好的電磁閥，感謝他們為中國制造所做的努力，希望此文對大家有所幫助，不正之處還望不吝指正！

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