0 引 言

电磁阀是运载火箭增压输送系统的重要元件，主要用于火箭飞行中控制增压气体的通断[1]。某型运载火箭电磁阀在进行关闭电流曲线测试时，在正常的关闭曲线反峰前，出现一个短暂的尖峰。本文结合AMESim和Maxwell仿真分析软件，对该尖峰现象进行了机理研究，提出结构改进措施，并进行了验证试验。试验结果表明，机理分析正确，改进效果良好。

1 电磁阀关闭电流曲线尖峰现象

1.1 电磁阀工作原理

电磁阀工作原理如图1所示，主要由线圈、套筒、阀体、弹簧、衔铁、挡铁组成[2]，其进气口与高压气瓶相连，出气口与推进剂贮箱相通。电磁阀通电工作时，衔铁在电磁吸力作用下与挡铁吸合，阀门开启，高压气瓶的气体流入贮箱进行增压；断电后，衔铁在弹簧力作用下向下运动回位密封，阀门关闭[3]。

图1 电磁阀工作原理示意 Fig.1 Working Principle Diagram of Solenoid Valve

1.2 关闭电流曲线尖峰现象

以衔铁为研究对象，分析其受力情况，如图4所示。在衔铁吸合状态下，所受向下的力有背压腔气压作用力F背、弹簧力F弹、挡铁的支持力F支和阀口腔与出口腔压差作用力F’，向上的力有电磁吸力F吸[6]，不考虑重力影响其力平衡关系为

因为完美。艾莉说，因为人类不可能这样完美。我指的是，无可挑剔的五官和身体，令人难以置信的持久。还有你的豪宅，你舒适的生活，你永远以逸待劳的生意。男人怎么能够这样完美？唯一的解释是，你是玩偶，就像戴菲儿……

图2 典型关闭电流特性曲线 Fig.2 Typical Closing Current Curve

基金项目：国家自然科学基金资助项目（51505036）

图3 关闭电流曲线尖峰现象特性曲线 Fig.3 Sharp Peek Phenomenon of Closing Current Curve

2 机理分析

2.1 不通气关闭曲线复测

为分析现象产生的机理，在电磁阀上下游均不通气的工况下进行关闭曲线复测，结果表明不通气时无此尖峰现象，这说明尖峰现象与通气状态有关，即与气体压力的作用有关。

2.2 衔铁受力分析

在进行电磁阀电流曲线测试时，通常得到的典型关闭曲线如图2中的Toff段所示[4]。电磁阀在D点断电后，电流从稳定值逐渐减少，到E点前衔铁开始动作，但因速度较慢，电流继续下降但比指数曲线平缓，越过E点后，衔铁速度继续增大，切割磁感线产生反向电动势，使电流不降反升，形成F点的正常关闭反峰。之后衔铁回位落座，电流继续呈指数规律下降[5]。

图4 吸合状态下衔铁受力情况示意 Fig.4 Force Condition of Armature Being Pulled

当电磁阀上下游无气体时，F背=F’=0。通电吸合时，F吸=208 N，F弹= 10 N，则可得F支=198 N；断电后，F弹不变，而F吸逐渐下降，相应的F支也逐渐下降，但衔铁还处于吸合位置。当电流下降到图 3所示的第 1个尖峰点（第2.2 s）时，根据电流值计算得此时F吸=62.5 N，仍然远远大于F弹，所以衔铁此时不应发生运动。直到第2.28 s时，F吸下降至9.4 N，此时衔铁已经在弹簧力的作用下开始运动，切割磁感线产生正常关闭反峰。而当电磁阀上下游有气体时，F背和F′均不再为0，就会影响衔铁的受力和运动。

本文通过A股上市公司2012～2016年数据分析，发现受到政府补助的企业，能够得到社会投资者跟进。社会投资者跟进政府补助的行为也是部分理性的，企业的盈余管理行为反而加大了部分理性的社会投资者对于政府补助的跟进。特别是机构投资者也存在跟进政府补助的行为，但是对于财务困境企业，政府补助与机构投资者投资负相关。同时，机构投资者在跟进政府补助时不会受到企业盈余管理的影响，是更为理性的社会投资者。

2.3 背压腔憋压模式分析

电磁阀通电开启前，背压腔和阀口腔压力与上游气瓶压力一致，均为1.8 MPa。出口压力与下游压力一致，为0.4 MPa。电磁阀通电开启时，衔铁快速向上运动并与挡铁吸合。若此时衔铁和挡铁的接触面表面质量较好，形成密封环带，那么背压腔气体将被密封于背压腔内，形成憋压，如图5所示。

图5 背压腔憋压示意 Fig.5 Diagram of Pressure Suppression

由图5可知，电磁阀断电时，衔铁会额外受到F背的作用。当电流下降到第2.2 s时，F吸虽然仍远远大于F弹与 F′的合力，但由于背压腔憋住了高压，使得 F吸小于F弹，F′和F背三者的合力，衔铁提前发生了向下运动，并切割磁感线产生电流尖峰。当衔铁向下运动后，衔铁和挡铁脱离接触，背压腔的气体迅速流出到阀口腔中，两个腔的压力恢复平衡，向下的力F背大幅减小或消失，所以此时衔铁又被迅速吸回，尖峰消失，电流曲线恢复原来的下降趋势。

考虑到汇率转换及财年的统计问题，剔除了苹果、三星等手机制造商，加之手机制造企业本身数量有限，有一些规模比较小的手机制造企业不会公布财务报表，因此本文仅选取了10家注册地在中国的手机制造企业为研究对象，收集了这些企业在2016-2017年的研发费用、广告费用数据以及2017年的主营业务利润数据，进行线性回归。

文章编号：1004-7182(2018)02-0046-04DOI：10.7654/j.issn.1004-7182.20180209

综上所述，此种模式下，第2.2 s时的电流曲线尖峰是由于衔铁发生了向下运动切割磁感线产生，而衔铁向下运动是因为受到了背压腔憋压额外产生的向下的 F背的作用。为验证此种模式是否成立，分别使用AMESim和Maxwell进行了仿真分析。

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2.4 AMESim仿真分析

使用AMsim进行背压腔憋压仿真分析，通过提取衔铁的位移，计算衔铁与套筒间隙的流道面积，等效为可变截面积的孔板[7]。设置电磁阀入口压力为1.8 MPa，出口压力为0.4 MPa。计算得到的背压腔和阀口腔压力曲线如图6所示。由图6可知，压力稳定段背压腔压力为1.84 MPa，阀口腔压力为0.49 MPa。计算结果说明，背压腔确实发生了憋压现象。

图6 背压腔、阀口腔压力对比特性曲线 Fig.6 Pressure Contrast Curve

2.5 Maxwell仿真分析

采用Maxwell的瞬态磁场仿真模块对电磁阀响应时间进行仿真计算。Maxwell软件提供自适应网格剖分技术，可以对曲率大、间隙小的区域进行完善。网格在自适应剖分过程中，自动确定模型中网格需要加密的区域，并对其加密剖分，提高了计算的准确度。图7为电磁阀的磁路轴对称半剖面模型和网格自适应剖分图。

图7 Maxwell轴对称仿真模型和网格自适应剖分示意 Fig.7 Simulation Model by Maxwell

设置材料的电磁特性，输入挡铁和衔铁所用软磁材料的B-H曲线，对线圈加载100 ms开/150 ms关的27 V脉冲电压，设置励磁线圈的匝数为1600 匝、阻值为25 Ω。同时设置力学条件，输入弹簧初始负载力为10 N，设置衔铁黏性系数为10 N•m•s，衔铁质量为0.05 kg。求解时间步长选择固定步长设置，步长为1×10-3 s，时间历程为250 ms，非线性残差为0.000 1。由此开展电磁阀瞬态仿真计算[8]。

随着互联网和数据库技术的发展，国内外在参考文献管理系统的研究上也取得一定的成果，研发了专业的参考文献检测系统。国际上知名的参考文献管理软件包括Endnote(SCI汤姆森路透)、Mendeley，国内有单机版NoteExpress 和西安三才研发的网络版NoteFirst。将参考文献输入检测系统，系统自动将参考文献与权威数据库进行数据比较，逐条验证数据的准确性,并提供修改意见。

考虑憋压的影响，根据AMESim背压腔和阀口腔憋压仿真结果，憋压会使衔铁在吸合后增加一定的关闭力，为在仿真计算中引入该力，在Maxwell运动设置中利用系统自带的“pwl（y，x）”函数，将气压力和弹簧力的合力随位移的变化关系作为衔铁的受力输入到仿真模型中，仿真得到的电流曲线如图8所示。

图8 Maxwell仿真电流曲线（憋压状态） Fig.8 Current Curve by Maxwell(Pressure Suppressed)

由图8可知，在第140 ms左右出现了与实测曲线类似的尖峰。峰值约0.2 A，持续时间约5 ms。此尖峰消失后，电流继续按原有趋势下降。

物种累积曲线被广泛应用于判断试验设计取样量是否充分以及估计物种丰富度（李巧，2011）。为了验证本次野外试验获取的数据是否具代表性，利用EstimateS 9.1.0对数据进行检验并制图。如果曲线一直上升，表明样本量不足，需增加试验；如果曲线最终变为渐近线，上升平缓，则表明抽样充分，可对数据作进一步分析（李巧，2011；Longino，2000）。

作者简介：史 刚（1987-），男，工程师，主要研究方向为弹箭体阀门设计

站在新的历史方位，高质量发展成为新的时代命题，如何在中海油海外业务开拓中将之贯彻落实又成为了对我新的考验。作为开拓中海油海外业务中的一员，我是幸福的，找到了自己的兴趣点，也是责任点，并愿意为之不断挑战自我、奋斗一生。

图9 Maxwell仿真衔铁位移曲线（憋压状态） Fig.9 Armature Displacement Curve by Maxwell(Pressure Suppressed)

2.6 小 结

根据上述分析，电磁阀关闭电流曲线尖峰现象可定位于衔铁和挡铁吸合后，接触面形成密封效果，导致背压腔憋压，给衔铁提供了一个额外向下的力，使得电流下降到一定值时衔铁即开始向下运动，产生第1个电流尖峰；衔铁运动的同时，背压腔气体迅速流出，气压力消失，衔铁又被吸回，电流按原有趋势继续下降，形成第2个正常的反峰。

3 现象复现试验

为进一步验证机理分析，进行了复现试验。选取一件电磁阀产品，该产品在不通气和通气测试时均未出现第1个尖峰。由于衔铁和挡铁均为金属，密封效应不易复现，人为在衔铁的顶端涂抹适量的7804密封脂，以提升密封效果。对此产品再次进行通气时的关闭曲线测试，得到的电流曲线中尖峰现象复现，说明对此现象的机理分析定位准确。

4 结构改进及验证

根据机理分析，尖峰现象的主要原因是背压腔的憋压，造成背压腔和阀口腔产生压差。该现象不影响电磁阀的正常关闭，但会增加一次衔铁的微动作。为消除此尖峰现象，对衔铁进行结构改进。在侧面打4个通气孔，可以有效连通背压腔和阀口腔，如图10所示。

图10 衔铁增加通气孔 Fig.10 Armature Adding Vent

增加通气孔后，在衔铁吸合状态下，背压腔和阀口腔压力一致，消除了憋压的影响，不会出现第 1个尖峰。经过仿真和试验验证，表明改进后第1个尖峰已消除，说明增加通气孔的措施合理有效。

5 结 论

通过本文的研究，可得出以下结论：

a）电磁阀关闭电流曲线尖峰产生的原因是衔铁与挡铁接触产生密封效应，造成背压腔憋压，电磁吸力还未下降到小于弹簧力和阀口腔与出口腔压差力的合力时，衔铁即开始向下运动，产生第1个电流尖峰；

b）尖峰现象只有电磁阀在通气状态下测试时才有可能产生，该现象不影响电磁阀的正常关闭动作；

c）通过在衔铁上增加通气孔，可消除此尖峰现象。

参 考 文 献

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