Формализованная математическая модель электромагнитного клапана

Электромагнитные клапаны активно применяются в промышленности на химических и нефтеперерабатывающих предприятиях, в фильтрационных гидропроводах, сельском хозяйстве, поливочных системах и устройствах смешения и дозирования, в системах бытового водо- и газоснабжения, в двигателях внутреннего сгорания, жидкостных ракетных двигателях и др. Оптимальное проектирование электромагнитных клапанов для тех или иных нужд должно учитывать статические (управляющие напряжение и силу тока, рабочие давление и температуру) и динамические параметры (время и скорость срабатывания). В научной литературе отсутствуют простые и универсальные математические модели электромагнитного клапана, которые можно использовать не только для наблюдения за его работой, но и на этапе проектирования изделия. Предложена математическая модель электромагнитного клапана с применением программы SimInTech. С помощью разработанной математической модели проведены численные эксперименты, которые корректно воспроизводят работу электромагнитного клапана. Показано, что переключение электромагнитного клапана определяется соотношением между внешним давлением, жесткостью удерживающей пружины, уровнем динамического демпфирования и электрофизическими характеристиками электромагнита.
EDN: IPGIMX, https://elibrary/ipgimx

Литература

[1] Pohl J., Sethson M., Krus P. et al. Modelling and validation of a fast switching valve intended for combustion engine valve trains. Proc. Inst. Mech. Eng. C J. Mech. Eng. Sci., 2002, vol. 216, no. 2, pp. 105–116, doi: https://doi.org/10.1243/0959651021541462

[2] Kajima T., Kawamura Y. Development of a high-speed solenoid valve: investigation of solenoids. IEEE Trans. Ind. Electron., 1995, vol. 42, no. 1, pp. 1–8, doi: https://doi.org/10.1109/41.345838

[3] Врублевский А.Н., Григорьев А.Л., Бовда А.М. Математическая модель быстродействующего электромагнита для топливной системы ДВС. Автомобильный транспорт, 2006, № 19, c. 138–143.

[4] Koch C.R., Lynch A.F., Chladny R.R. Modeling and control of solenoid valves for internal combustion engines. IFAC Proceedings Volumes, 2002, vol. 35, no. 2, pp. 197–202, doi: https://doi.org/10.1016/S1474-6670(17)33941-1

[5] Cope D., Wright A., Corcoran Ch.J. et al. Fully Flexible electromagnetic valve actuator: design, modeling, and measurements. SAE Tech. Pap., 2008, № 2008-01-1350, doi: https://doi.org/10.4271/2008-01-1350

[6] Fan Y., Wang H., Xie L. et al. Armature structure optimization of annular multipole solenoid valves based on electromagnetic force distribution. Actuators, 2023, vol. 12, no. 2, art. 54, doi: https://doi.org/10.3390/act12020054

[7] Naseradinmousavi P., Nataraj C. Nonlinear mathematical modeling of butterfly valves driven by solenoid actuators. Appl. Math. Model., 2011, vol. 35, no. 5, pp. 2324–2335, doi: https://doi.org/10.1016/j.apm.2010.11.036

[8] Kitio Kwuimy C.A., Nataraj C. Modeling and dynamic analysis of a magnetically actuated butterfly valve. Nonlinear Dyn., 2012, vol. 70, no. 1, pp. 435–451, doi: https://doi.org/10.1007/s11071-012-0466-3

[9] Иголкин А.А., Чубенко Т.А., Максимов А.Д. Разработка модели электромагнитного клапана c улучшенными характеристиками для жидкостного ракетного двигателя. Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение, 2020, т. 19, № 4, с. 31–42, doi: https://doi.org/10.18287/2541-7533-2020-19-4-30-42

[10] Kabib M., Batan M., Pramujati B. et al. Modelling and simulation analysis of solenoid valve for spring constant influence to dynamic response. ARPN J. Eng. Appl. Sci., 2016, vol. 11, no. 4, pp. 2790–2793.

[11] Badr M.F. Modelling and simulation of a controlled solenoid. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2018, vol. 433, art. 012082, doi: https://doi.org/10.1088/1757-899X/433/1/012082

[12] Zhang X., Lu Y., Li Y. et al. Numerical calculation and experimental study on response characteristics of pneumatic solenoid valves. Meas. Control., 2019, vol. 52, no. 9–10, pp. 1382–1393, doi: https://doi.org/10.1177/0020294019866853

[13] Zhao J., Fan L., Liu P. et al. Show citation investigation on electromagnetic models of high-speed solenoid valve for common rail injector. Math. Probl. Eng., 2017, vol. 2017, art. 9078598, doi: https://doi.org/10.1155/2017/9078598

[14] Распопов В.Я. Микромеханические приборы. Москва, Машиностроение, 2007. 400 с.

[15] Гуртов В.А., Беляев М.А., Бакшеева А.Г. Микроэлектромеханические системы. Петрозаводск, Изд-во ПетрГУ, 2016. 171 с.

[16] Герман-Галкин С.Г., Карташов Б.А., Литвинов С.Н. Модельное проектирование электромеханических мехатронных модулей движения в среде SiminTech. Москва, ДМК Пресс, 2021. 494 с.