液壓支架電磁閥數(shù)值仿真研究_圖文

1、浙江大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院碩士學(xué)位論文液壓支架電磁閥數(shù)值仿真研究姓名：王揚(yáng)彬申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：機(jī)械電子工程指導(dǎo)教師：楊華勇;徐兵20080501摘要現(xiàn)代煤礦開采已進(jìn)入綜采時(shí)代，液壓支架得到了廣泛的應(yīng)用，但液壓支架的核心一一電液控制系統(tǒng)掌握在國外少數(shù)幾個(gè)大公司手中。國內(nèi)主要液壓支架電液控制系統(tǒng)全部從國外引進(jìn)，進(jìn)口電液控制系統(tǒng)價(jià)格昂貴，維護(hù)維修成本高，導(dǎo)致液壓支架成本的急劇增加。電液控制閥國產(chǎn)化進(jìn)而研發(fā)新的控制閥，成為當(dāng)前提高國內(nèi)煤礦綜采比例的工作重心。傳統(tǒng)液壓閥設(shè)計(jì)計(jì)算采用集中參數(shù)計(jì)算，對(duì)閥道流場進(jìn)行了簡化，使得無法準(zhǔn)確得到液壓閥的壓力流量特性、動(dòng)態(tài)特性等，不能完全描述液壓閥的性能。本課題

2、針對(duì)傳統(tǒng)理論計(jì)算方面的缺陷，采用有限元方式進(jìn)行數(shù)值仿真研究，并利用數(shù)值計(jì)算的結(jié)果建立電磁閥數(shù)學(xué)模型，且數(shù)學(xué)模型得到物理樣機(jī)試驗(yàn)的驗(yàn)證。利用得到驗(yàn)證的數(shù)學(xué)模型對(duì)電磁閥系統(tǒng)進(jìn)行參、變量研究。根據(jù)課題的內(nèi)容和特點(diǎn)，本論文分以下五個(gè)章節(jié)來闡述相關(guān)內(nèi)容。第一章介紹液壓支架的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景，總結(jié)課題研究目的意義以及研究內(nèi)容。第二章對(duì)所研究的型液壓支架電磁閥結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡要介紹，分析其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。第三章對(duì)電磁鐵進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。主要計(jì)算不同參變量對(duì)電磁鐵靜態(tài)特性及動(dòng)態(tài)特性的影響，對(duì)電磁鐵剩磁特性進(jìn)行分析計(jì)算，分析總結(jié)電磁鐵結(jié)構(gòu)參數(shù)的取值原則，。第四章對(duì)電磁閥內(nèi)部流場進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。主要計(jì)算先導(dǎo)閥及主閥在穩(wěn)態(tài)工況下流

3、場分布，能量損失、液動(dòng)力、流量系數(shù)等。并通過對(duì)電磁閥不同結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行研究，找出對(duì)系統(tǒng)影響較大的參數(shù)及影響的原因。第五章建立電磁閥數(shù)學(xué)模型，并與物理樣機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析研究。利用得到驗(yàn)證的數(shù)學(xué)模型對(duì)電磁閥不同參、變量進(jìn)行仿真研究，分析電磁閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，獲得不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下電磁閥的動(dòng)態(tài)性能。第六章總結(jié)了本論文的研究工作和成果，并對(duì)下一步的工作進(jìn)行展望。關(guān)鍵詞：液壓支架電磁仿真系統(tǒng)仿真；（），（），；：【獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得逝姿盤堂或其

4、他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證二拈而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。學(xué)位論文作者簽名：扔崩多簽字日期：月侈日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解盤姿盤塋有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)逝江盤生可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書）學(xué)位論文作者簽名：揚(yáng)力！鄉(xiāng)導(dǎo)師簽名：簽字日期：籮年莎月眵日簽字日期：，占月；日學(xué)位論文作者畢業(yè)后去向：工作單位：通訊地址：

5、電話：郵編：艘¨立磁月數(shù)值仿真研究第一章緒論液壓盤架足以一矧乳化液為動(dòng)力，通過對(duì)電磁閥的控制實(shí)現(xiàn)支架的支撐、切頊、移絮和輸送機(jī)推移等的機(jī)械化設(shè)備。它能可靠而有效地支撐和控制。作面塒！板，隔離采空區(qū)，保證地下作業(yè)空間的安全。因此，以液壓支架為主盟設(shè)缶的綜合機(jī)械化系統(tǒng)的誕生和發(fā)展是煤礦生產(chǎn)發(fā)展坐上的一次重大擎命。液壓支架不儀從根本卜故靜了勞動(dòng)條件和安全狀況，也為作面產(chǎn)量和效率的迅速提商奠定了基礎(chǔ)，是煤礦三產(chǎn)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。液壓支架發(fā)展概況”世紀(jì)年代忉期可彎曲副板運(yùn)輸機(jī)往西德的推廣，年代干期淺截采煤機(jī)械在英田的應(yīng)用，為機(jī)械化采煤丌辟了廠闊的前景。然而，支護(hù)【作仍為于工操作，療動(dòng)繁重，效率

6、低，嚴(yán)重地影響械效率的發(fā)揮。為丁解決這問題，固外從“十年代初開始著手研制液¨、支架。第個(gè)液支架工作面年存英國問世，隨厲在蘇聯(lián)、西德、同本、法國、美國、波蘭和羅馬尼亞等國家陸續(xù)應(yīng)用和推廣。硝小同架液臟支架液、支架的出現(xiàn)，把剛采工作面的支護(hù)技術(shù)從手一支護(hù)發(fā)勝到機(jī)械化支護(hù)。液壓支架和可彎曲刮板運(yùn)輸機(jī)、淺截式采煤機(jī)械（粟煤機(jī)，刨煤機(jī)）的配合使陽，使回采工藝過柞破煤、裝煤、運(yùn)煤和支擴(kuò)全部實(shí)現(xiàn)丁機(jī)械化，即所謂綜臺(tái)機(jī)械化采煤，簡稱為綜聚。綜采的出現(xiàn)，是煤炭工業(yè)的一次重大變革，它標(biāo)志著煤炭工業(yè)機(jī)械化大生產(chǎn)的丌浙江大學(xué)碩上學(xué)位論文液壓支架電磁閥數(shù)值仿真研究始。綜合機(jī)械化采煤設(shè)備的應(yīng)用，使采煤工作面實(shí)現(xiàn)

7、了高產(chǎn)、高效、安全、低耗的文明生產(chǎn)，使煤炭工業(yè)的面貌發(fā)生了深刻的變化。從圖、可以看出，隨著綜采機(jī)械化程度的提高，煤礦開采百萬噸死亡率呈下降趨判，。囂張臻一一、一一弋廣綜采比例，萬噸貯率入一澳大利亞美國波蘭南非俄羅斯中國簍踟。蠶賽螻張簍蜒側(cè)鑿圖年世界主要采煤國家百萬噸死亡率國有重點(diǎn)煤礦采煤機(jī)械化程度百萬噸死亡率一一斟繇訾斟獻(xiàn)鏟圖國內(nèi)采煤機(jī)械化程度與百萬噸死亡率關(guān)系我國在年由煤科院太原分院和鄭州煤機(jī)廠設(shè)計(jì)了型邁步式自移支架，從此開始了液壓支架的國產(chǎn)化道路，已先后試制了、型、型、型、一型、型、型、型等多種型式的液壓支架，并在開灤、大同、陽泉、鶴壁、徐州等局進(jìn)行了試驗(yàn)和使用，取得了較好的效果。年，北京

8、開采所、沈陽開采所、鄭州煤機(jī)廠在沈陽蒲河礦進(jìn)行了我國第一套放頂煤液壓支架的工業(yè)性試驗(yàn)，扎乙隊(duì)的柏渡女架鰱目數(shù)值仿真研，繼向研制出丁多種低位、中何和高位放項(xiàng)煤支架，成功地在緩傾斜厚煤層和急傾斜厚煤層水分層工作衄得到應(yīng)用自年丌始，田產(chǎn)液臟支架得到全】的發(fā)展，到年，液支架的產(chǎn)量達(dá)到架。，液壓支架在煤礦莉，得仝【奇）。液壓支架電液控制系統(tǒng)發(fā)展概況電液控制系統(tǒng)在液壓支架中的應(yīng)用，。期液二支架要采用手動(dòng)直控操作系統(tǒng)，煤礦丌采業(yè)一世紀(jì)年代棚，始重視支架液先導(dǎo)控制的研究，在年代中后期。泛采用液壓多芯管先導(dǎo)控制系統(tǒng)。有了先導(dǎo)控制的基礎(chǔ)，從年代開始兩方采煤國家大力著手電液先甘程序控制的研究和使用，液壓支架進(jìn)入電液

9、控制時(shí)代峨削液臟支架枉礦”中的應(yīng)用！液壓支架電液控制系統(tǒng)液¨、支架的電液控制系統(tǒng)是由先進(jìn)的電計(jì)算機(jī)技術(shù)與液嫗閥等液壓元器件相結(jié)合組成的，它是控制液堆支架實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)的核心。它代替了一般的液壓支架手動(dòng)液口：操縱閥控制系統(tǒng)，從而使液壓立架的操作更加靈活、快捷。液雎支架電液控制系統(tǒng)十要由電液摔制閥組、支架控制器、傳感器、電源箱、插座和電纜等：【成。乜控閥組葉的電磁先導(dǎo)閥用于將乜信號(hào)轉(zhuǎn)換為液兒三信號(hào)，控制豐控閥和常閉截止叫，抒閩則將先導(dǎo)閩發(fā)出的液壓信學(xué)經(jīng)液壓放大后，控制年油缸的動(dòng)作。支架控制器擁據(jù)預(yù)定的程序和備個(gè)傳感器反饋的信號(hào)，向各個(gè)先甘閥垃出電信號(hào)控制先導(dǎo)閥的動(dòng)作。傳感器有、山傳感器

10、、位移傳感器和外傳感器。眶力傳感器用于檢測電爿降時(shí)的爪：位移他感器用十榆測移架步距：！外傳感器丌】檢測采煤機(jī)的位置。源箱具有防爆、本安、過壓、短路、過載保護(hù)等功能。圖電液控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框圖液壓支架的電液控制系統(tǒng)是當(dāng)前國內(nèi)外工作面支護(hù)技術(shù)發(fā)展的主要方向之一，具有如下優(yōu)點(diǎn)，】：（）它可以將支架的降架、拉架、升架、推移前部輸送機(jī)、拉后部輸送機(jī)、收護(hù)幫板、伸護(hù)幫板：噴霧灑水及放項(xiàng)煤等動(dòng)作由原來的人工手動(dòng)操作改為電液自動(dòng)控制、程序化操作，能夠與高效采煤機(jī)相匹配加快工作面推進(jìn)速度，顯著提高采煤工作面的生產(chǎn)效率。（）它可以實(shí)現(xiàn)跟機(jī)自動(dòng)化作業(yè)、降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工人的勞動(dòng)條件，減少工作面的操作人員，改

11、變煤礦生產(chǎn)落后危險(xiǎn)的社會(huì)形象。（）它可以解決特殊地質(zhì)條件和困難生產(chǎn)條件下的生產(chǎn)工藝問題。例如在薄煤層工作面人員無法在工作面內(nèi)操作的條件下，采用電液控制可以實(shí)現(xiàn)無人化工作面（需與刨煤機(jī)系統(tǒng)配合使用）。（）它可實(shí)現(xiàn)多架同時(shí)推輸送機(jī)并可定量推進(jìn)，保證輸送機(jī)緩慢彎曲，避免中部槽連接處產(chǎn)生過大應(yīng)力，延長輸送機(jī)的壽命，同時(shí)可以保護(hù)工作面輸送機(jī)的平直性，實(shí)現(xiàn)工作面的平直推移。（）它易于實(shí)現(xiàn)帶壓移架，對(duì)于保護(hù)頂板的穩(wěn)定性和防止冒頂事故非常有利。（）它可以較好地控制支架初撐力，顯著地改善支護(hù)效果和工作面管理水平。煤礦綜采液壓支架電液控制系統(tǒng)的應(yīng)用，大大地加快了工作面的移架、推溜速度，改善了采煤工作面頂板的支護(hù)狀

12、況，使工作面產(chǎn)量成倍增加，直接功效大幅度提高，安全狀況明顯改善，噸煤成本大幅度下降，為煤礦生產(chǎn)的高效、安全和煤礦工人勞動(dòng)環(huán)境的改變提供了條件。綜采使煤礦實(shí)現(xiàn)了由手工操作向機(jī)械化的變革，電液控制系統(tǒng)使井下采煤實(shí)現(xiàn)由機(jī)械化向自動(dòng)化的革命，也可稱為采煤技術(shù)的第二次改朝換代的重大改革，是煤礦世紀(jì)的高新技術(shù)。液壓支架電液控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀，二十世紀(jì)年代中期，英國煤炭局首先提出研制電子控制液壓支架，年澳大利亞的科里曼爾煤礦最先將電子控制的液壓支架用于長壁綜采工作面。年底英國原道梯公司又為美國坎賽爾煤礦制造了兩按鈕式微處理機(jī)控制的液壓支架，于年投產(chǎn)。英國原伽立克公司年月研制出了“”電液控制系統(tǒng)在“”投入試驗(yàn)。

13、年底英國原道梯公司又研制出第二代全工作面集中電液控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主控制臺(tái)及電源均布置在工作面運(yùn)輸巷內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)全工作面集中控制。德國從二十世紀(jì)年代初開始大力發(fā)展液壓支架電液控制系統(tǒng)。威斯特伐利亞公司與西門子公司于年間合作研制出德國第一套支架電子控制裝置一一系統(tǒng)，年又研制出支架電控系統(tǒng)。年威斯特伐利亞公司與公司合作研制出電液控制系統(tǒng)，年又研制出更為先進(jìn)的支架電液控制系統(tǒng)，技術(shù)上己相當(dāng)可靠，并在全世界推廣應(yīng)用。年代后期威斯特伐利亞公司自行改進(jìn)推出系統(tǒng)，而公司改進(jìn)推出了系統(tǒng)。除此之外，日本三井三池株式會(huì)社、英國原米柯公司、德國原赫姆夏特公司（現(xiàn)合并為公司）、波蘭公司，法國、俄羅斯等國家也都先后研制成

14、功支架電液控制系統(tǒng)，并推廣使用。目前，國外液壓支架電液控制技術(shù)己發(fā)展到相當(dāng)成熟的階段，發(fā)展十分迅速。美國、澳大利亞、南非等國家的煤礦新裝備的綜采工作面幾乎全部采用電液控制的液壓支架。國內(nèi)自二十世紀(jì)年代中期即開始研制液壓支架電液控制系統(tǒng)。年北京煤機(jī)廠與晉城礦務(wù)局共同研制出第一套型支架電液控制系統(tǒng)，在晉城古書院煤礦進(jìn)行了井下工業(yè)性試驗(yàn)，這是我國第一個(gè)應(yīng)用到井下進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)的液壓支架電液控制系統(tǒng)，但在試驗(yàn)中存在很多問題，如電磁閥線圈燒壞，閥芯、閥桿時(shí)有卡滯現(xiàn)象。在基礎(chǔ)上改進(jìn)的第二代一型支架電液控制系統(tǒng)（架），于年月至年月在井下進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)，但隨后即被擱置一邊。鄭州煤機(jī)廠年月研制出卜型支架電液控制

15、系統(tǒng)，于年月在大同四臺(tái)礦完成架井下工業(yè)性試驗(yàn)，在型的基礎(chǔ)上又經(jīng)過多次改進(jìn)，于年浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓支架電磁閥數(shù)值仿真研究月開發(fā)出呱型支架電液控制系統(tǒng)，在邢臺(tái)煤礦進(jìn)行井下工業(yè)性試驗(yàn)并通過鑒定，從此即完全停止。煤科總院太原分院研制的型支架電液控制系糾，于年在大同礦務(wù)局馬脊梁礦進(jìn)行了國內(nèi)第一個(gè)全工作面井下工業(yè)性試驗(yàn)，并于年月通過鑒定，又于年在東勝補(bǔ)連塔煤礦進(jìn)行了架試驗(yàn)，但現(xiàn)已經(jīng)撤出。我國液壓支架電液控制系統(tǒng)研制已經(jīng)歷了十幾年時(shí)間，但功能性、準(zhǔn)確度，特別是可靠性方面都不能實(shí)現(xiàn)批量工業(yè)性生產(chǎn)。至此，國內(nèi)不得不采用引進(jìn)模式，來滿足國內(nèi)高產(chǎn)高效礦井的發(fā)展需求。液壓支架電磁閥的發(fā)展概；，】在液壓支架電液控

16、制系統(tǒng)中，電磁閥組是關(guān)鍵的元件之一。它的功能是將電控系統(tǒng)發(fā)出的電信號(hào)有效地轉(zhuǎn)換為液壓信號(hào)，以控制支架液壓缸的動(dòng)作，其性能及可靠性直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能和可靠性。長期以來，德國、公司和美國公司等歸屬的研發(fā)部門以及許多專家學(xué)者都致力于電磁閥組的研究和開發(fā)上。他們從電磁閥組的結(jié)構(gòu)工藝著手，對(duì)先導(dǎo)閥壓力損失和泄漏及其驅(qū)動(dòng)元件等方面的問題都進(jìn)行了大量而細(xì)致的實(shí)驗(yàn)研究，同時(shí)，還應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)先導(dǎo)閥內(nèi)部的流場進(jìn)行模擬研究。特別是德國一些公司相繼研制出一批高性能、高可靠度的電磁閥組。在長期的研究中，這些國家積累了大量的理論知識(shí)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在國內(nèi)，對(duì)液壓支架的研究起步相對(duì)國外要晚，而對(duì)其中的電磁閥組的研究則

17、要更晚一些。這些研究主要是在煤炭科學(xué)研究總院各個(gè)專業(yè)研究所、骨干的支架制造廠及其一些液壓件廠中有見到。二十世紀(jì)年代中期煤炭科學(xué)總院上海分院董信根、芮豐等對(duì)國外礦用電磁先導(dǎo)閥的主要參數(shù)的確定和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了綜合分析；年煤炭科學(xué)研究總院太原分院田永順對(duì)型礦用電磁先導(dǎo)閥可靠性進(jìn)行了研究分析；吳國強(qiáng)等人對(duì)液壓支架電液自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理及控制進(jìn)行了國產(chǎn)化研究。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展以及數(shù)值計(jì)算技術(shù)研究的不斷深入，使得對(duì)于幾乎一切流體力學(xué)問題，包括液壓技術(shù)中的流體力學(xué)問題的研究成為可能。年底歐共體撤消了軟件對(duì)中國出口的禁令，商業(yè)軟件逐漸進(jìn)入我國，這在一定程度上促進(jìn)了我國工業(yè)界技術(shù)的應(yīng)用推廣。國內(nèi)高校

18、及相關(guān)企業(yè)開始利用計(jì)算流體力學(xué)軟件對(duì)液浙江大學(xué)碩上學(xué)位論文液壓支架電磁閥數(shù)值仿真研究壓支架電磁閥的各種復(fù)雜的流動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)值計(jì)算研究，分析了閥道流場分布、氣蝕產(chǎn)生現(xiàn)象及壓力損失等基礎(chǔ)性問題。如天地科技瑪珂電液控制有限公司利用計(jì)算流體力學(xué)軟件對(duì)電磁先導(dǎo)閥進(jìn)行了流場計(jì)算、流量特性預(yù)測的數(shù)值計(jì)算研究【】；太原理工大學(xué)王芳、廉自生等人利用標(biāo)準(zhǔn)紊流模型模擬了液壓支架系統(tǒng)中電磁先導(dǎo)閥流道內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)及閥芯所受穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力的情況【】。通過這些研究加深了國內(nèi)對(duì)液壓支架用電磁閥的設(shè)計(jì)理論的理解。本課題的研究意義及研究內(nèi)容本課題的研究意義煤炭是我國的主要能源，是國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展不可缺少的物質(zhì)基礎(chǔ)。我國煤炭資源

19、豐富，煤炭資源分布面積約多萬平方公里，占國土面積的。根據(jù)第三次全國煤炭資源預(yù)測與評(píng)價(jià)，全國煤炭資源總量萬億噸，煤炭資源潛力巨大，煤炭資源總量居世界第一。國務(wù)院制訂的能源中長期發(fā)展規(guī)劃綱要（）（草案）指出“要大力調(diào)整優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，堅(jiān)持以煤炭為主體，電力為中心，油氣和新能源全面發(fā)展的戰(zhàn)略”。鑒于我國“多煤、貧油、少氣（天然氣）的特點(diǎn)，在今后相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，能源結(jié)構(gòu)仍然以煤炭為主，煤炭在一次能源消耗中占左右，在我國能源結(jié)構(gòu)上占主要地位，有舉足輕重的作用。根據(jù)“十一五”計(jì)劃，國家將建成個(gè)高效安全的現(xiàn)代化礦井，國家將加大對(duì)煤礦建設(shè)項(xiàng)目的支持力度，已先后有個(gè)煤炭建設(shè)項(xiàng)目，由國家開發(fā)銀行出具貸款承諾，還

20、將多個(gè)高檔普采工作面升為綜采工作面，多個(gè)普采工作面升為高檔普采工作面。這樣，中國大型煤礦采掘機(jī)械化程度將達(dá)到，中型煤礦的機(jī)械化程度將達(dá)到以上；大型煤礦國內(nèi)先進(jìn)水平裝備率將達(dá)到，國際先進(jìn)水平裝備率將達(dá)到；中型煤礦國內(nèi)先進(jìn)水平裝備率將達(dá)到；小型煤礦機(jī)械化、半機(jī)械化程度將達(dá)以上。據(jù)此分析，隨著煤炭需求的急劇增長，上述煤礦采掘機(jī)械化指標(biāo)還會(huì)有所突破，這為液壓支架的發(fā)展提供了廣闊的市場前景【】。作為綜采液壓支架的核心電液控制系統(tǒng)一直掌握在國外少數(shù)幾個(gè)大公司手中，如德國公司、公司、美國公司。進(jìn)口電液控制系統(tǒng)價(jià)格昂貴，維護(hù)維修成本高，配件供應(yīng)周期長，導(dǎo)致液壓支架成本的急劇增加。目前，中國國有重點(diǎn)煤礦的綜采工

21、作面數(shù)已超過個(gè)，全部靠進(jìn)口國外的整套系統(tǒng)是不現(xiàn)實(shí)浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓支架電磁閥數(shù)值仿真研究的，這嚴(yán)重限制了液壓支架電液控制技術(shù)在煤礦開采中的推廣。因而，為了實(shí)現(xiàn)國家提出在“十一五”期間的目標(biāo)，必須加大液壓支架電液控制系統(tǒng)的國產(chǎn)化力度，降低液壓支架成本，為煤礦開采機(jī)械化打下基礎(chǔ)。近些年來國內(nèi)雖然對(duì)液壓支架的電液控制系統(tǒng)做了一些研究，但與國外比較除了在及材料方面的原因外，還存在以下幾個(gè)方面的差距：、國內(nèi)液壓支架閥類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思路還處于國外二十世紀(jì)年代水平，往往忽視了產(chǎn)品的維護(hù)維修性能，而國外同類產(chǎn)品則帶有更多的人性化特點(diǎn)，考慮安裝、操作使用的便利。、國內(nèi)設(shè)計(jì)手段還主要靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段

22、利用很少，而電磁先導(dǎo)閥、大流量主閥等，對(duì)性能要求相對(duì)較高，且實(shí)驗(yàn)存在一定難度，這就使得利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段對(duì)電磁閥進(jìn)行特性預(yù)測顯得尤為重要，而國外在這方面的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟。、國內(nèi)管理水平較低，成批生產(chǎn)產(chǎn)品保證不了加工質(zhì)量，達(dá)不到樣機(jī)的指標(biāo)，因此工作面使用故障多，發(fā)揮不了應(yīng)有的作用。電磁閥組是實(shí)現(xiàn)液壓支架電液控制的關(guān)鍵元件，電磁閥的性能好壞決定了電液控制系統(tǒng)的能否正常動(dòng)作。然而，國內(nèi)對(duì)于電磁閥組的研究僅限于其流場研究，缺少對(duì)整個(gè)液壓支架電磁閥組系統(tǒng)全面的特性研究。液壓支架電液控制系統(tǒng)基礎(chǔ)原理，核心技術(shù)，研發(fā)工藝等問題仍未解決。由于液壓支架采用乳化液作為工作介質(zhì)，它是由的水與的乳化油配成，其物理特性

23、接近于水，電磁閥更容易產(chǎn)生氣穴、銹蝕等問題，因而，液壓支架用電磁閥不能簡單的引用油壓閥的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，需要進(jìn)行更多的基礎(chǔ)性研究工作。在過去，由于缺少相應(yīng)的研究手段，對(duì)國外引進(jìn)的產(chǎn)品只能照搬照抄，無法理解國外的產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原理，參數(shù)選取的機(jī)理。所謂只能知其然，不知其所以然。若對(duì)國外產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)研究，雖然可以得到相關(guān)的參數(shù)，但試驗(yàn)方法費(fèi)用昂貴，而且只能表征初始狀態(tài)和最終狀態(tài)，中間過程無法得知，因而也無法幫助研究人員了解問題的實(shí)質(zhì)。然而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的推廣普及和計(jì)算方法的新發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真技術(shù)便可以更加有效和便捷的分析一些基礎(chǔ)性問題，縮小國內(nèi)外差距，從而加快液壓支架電液控制系統(tǒng)國產(chǎn)化的進(jìn)程。計(jì)算機(jī)

24、仿真技術(shù)的數(shù)值模擬相對(duì)于實(shí)驗(yàn)研究有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如成本低，周期短，能獲得完整的數(shù)據(jù)，能模擬出實(shí)際運(yùn)行過程中所測數(shù)據(jù)狀態(tài)。從某種意義上數(shù)值模擬比理論與試驗(yàn)對(duì)問題的認(rèn)識(shí)更為深刻、更為細(xì)致。它不僅可以了解問題的結(jié)果，而且可隨浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓支架電磁閥數(shù)值仿真研究時(shí)連續(xù)動(dòng)態(tài)地、重復(fù)地顯示事物的發(fā)展，了解其整體與局部的細(xì)致過程。對(duì)于設(shè)計(jì)、改造等商業(yè)或?qū)嶒?yàn)室應(yīng)用起到重要的指導(dǎo)作用，故計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真技術(shù)得到了越來越多的應(yīng)用。本文主要運(yùn)用算機(jī)數(shù)值仿真技術(shù)，采用數(shù)值仿真分析與實(shí)驗(yàn)分析相結(jié)合的方法，分析所引進(jìn)的液壓支架電磁閥組，建立液壓支架電磁閥組數(shù)學(xué)模型，并通過實(shí)測獲得相關(guān)的參數(shù)對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行修改，得到

25、驗(yàn)證過的模型，并以此為模型研究液壓支架電液控制閥的設(shè)計(jì)原理及參數(shù)選擇機(jī)理，真正消化和吸收國外的先進(jìn)的液壓支架電磁閥，從而一方面可以根據(jù)國內(nèi)的實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)滿足國內(nèi)需求的液壓支架電磁換向閥，另一方面把消化吸收得到的技術(shù)應(yīng)用到新產(chǎn)品的開發(fā)中。本課題研究的內(nèi)容本文以電磁學(xué)、流體傳動(dòng)與控制理論、流體力學(xué)等理論為基礎(chǔ)，采用理論分析，計(jì)算機(jī)仿真，有限元分析等方法進(jìn)行研究。鑒于目前國內(nèi)液壓支架及電磁閥的研究現(xiàn)狀，本課題具體研究內(nèi)容包括：、針對(duì)目前我國液壓電液控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)和整理，分析當(dāng)前我國在液壓支架電磁閥組研究方面存在的問題。、從電磁閥電磁鐵的工作特點(diǎn)入手，結(jié)合材料和磁路原理，對(duì)電

26、磁鐵進(jìn)行磁路分析，研究本安電磁鐵設(shè)計(jì)思路及其參數(shù)選取特點(diǎn)，利用有限元分析結(jié)果導(dǎo)入，建立電磁鐵動(dòng)態(tài)仿真模型，對(duì)電磁鐵的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行仿真分析。、針對(duì)電磁閥組先導(dǎo)閥及主閥進(jìn)行流場仿真分析，研究流體在閥內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)、研流量特性以及不同參、變量對(duì)電磁閥流場的影響，并計(jì)算電磁閥各個(gè)閥口的流量系數(shù)。、建立電磁閥組仿真模型，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，完善模型；對(duì)電磁閥進(jìn)行系統(tǒng)仿真分析，研究電磁閥工作特性及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研究不同參、變量對(duì)電磁閥性能的影響。壇架磴目數(shù)了真究第二章液壓支架電磁閥結(jié)構(gòu)介紹型電磁換向閥是先導(dǎo)式位三通電磁換向閥它足住吸收外先進(jìn)÷構(gòu)的特點(diǎn)并結(jié)合我罔困情而研制的一種新型礦用液壓支架電磁

27、刪，它山乜磁先旨閥及大流量卜閥組成，按一定的程序通過控制各個(gè)液壓干斤頂，實(shí)現(xiàn)液壓支架的備順動(dòng)作。電磁先導(dǎo)閥結(jié)構(gòu)介紹在液壓支架電液控制系統(tǒng)中，電磁先導(dǎo)閥是關(guān)鍵的元件之一，它由本安型電磁鐵作為電機(jī)槭轉(zhuǎn)換元件，驅(qū)動(dòng)先導(dǎo)蜊工作。它的功能是將電控系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)有效地轉(zhuǎn)換為液壓信號(hào)，以抖！制主閥動(dòng)作。其具體結(jié)構(gòu)如圖所示。幽電磁光導(dǎo)惻剖示目本安型電磁鐵圖電磁先導(dǎo)嗍宴物凹煤礦開采為了確保生產(chǎn)安全采用本安型電源，在的額定工作電壓，最大輸電流一般不得大于。因而，被本安型電源激勵(lì)的本安型電閥鐵驅(qū)動(dòng)電流便不能很大，般不超過左右，以允許支架電液控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)盡可能多的電磁閥刊時(shí)作，提高支架電液控制系統(tǒng)的性能。本安型電磁鐵

28、線圈屬于鐵芯電感，匝數(shù)比常規(guī)電磁鐵要大十倍，線圈電感很大。當(dāng)乜路斷路時(shí)，線幽產(chǎn)很高的反電動(dòng)勢，不僅延長放電時(shí)問，影響電磁蒯復(fù)位動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)可能造成電路斷路火花。能量足夠大的斷路電火花可能點(diǎn)燃爆炸性氣伴程和物，引起爆炸。為了保證電磁鐵的隔爆性能要求，在線圈繞完后，整體用黑色聚丙烯加熱包裹同化，隔絕屯火花與可燃性氣體的接觸。同時(shí)，對(duì)安皺在先導(dǎo)閥殼體內(nèi)的電路板的感什元什用環(huán)氧樹脂膠封為一體。¨生電閥敬值仿真”、先導(dǎo)閥乖體先導(dǎo)閥奉體由緩沖器奉體、大攤打、；臟；、閥鷹、小推桿、壓力腔閥芯、復(fù)位彈簧等組成。其具體結(jié)構(gòu)如崮所小。幽【磁先導(dǎo)刪結(jié)不意剛緩沖彈簧；緩沖器本體：犬?dāng)倯浺淮ㄓ颓婚y芯；閥鷹：

29、一壓力腔閥芯；一復(fù)位彈簧；頂塊；卜小推豐：蚓定節(jié)流先導(dǎo)閥工作過程：當(dāng)控制器發(fā)出控制信號(hào)時(shí)，電磁鐵得電，推動(dòng)緩沖器奉體向前運(yùn)動(dòng)，此時(shí)緩沖彈簧山于受到一定的預(yù)緊力的作用，緩沖彈簧像剛體樣，把電磁力傳遞到大推桿上，大推樸推動(dòng)回油腔閥芯向前運(yùn)動(dòng)，小推桿受到米自回油卒閥芯的作用力也推動(dòng)壓力腔閥芯克服復(fù)位彈簧力向自運(yùn)動(dòng)，卣罕關(guān)閉與口之間的回路，同時(shí)打丌與口之間的回路。當(dāng)彈簧力繼續(xù)增人，超過緩沖彈簧預(yù)緊力時(shí)，克服緩沖彈簧預(yù)緊力作用，緩沖彈簧受到壓縮，儲(chǔ)存多余電磁鐵輸?shù)哪芰?，緩沖器繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)直到與緩沖器襯食相接觸。當(dāng)控制器發(fā)山斷丌指令時(shí)，電磁鐵失乜，山丁感應(yīng)電流的作用，電磁鐵輸力緩慢減小。此時(shí)，儲(chǔ)存在緩沖器

30、的能鼙克服電磁力迅速推開電磁鐵，確保電磁鐵能常打開?！斑\(yùn)行一定距離之后，電磁力迅速減小，此時(shí)在復(fù)位彈簧力及液壓力的作用下，電磁先導(dǎo)閥完傘關(guān)閉與的回路。、閥口型式在乜磁先導(dǎo)削結(jié)構(gòu)中可采剛多種閥口型，以達(dá)到所要的功能。在磁先導(dǎo)閥中，常位論被盤磷目數(shù)值仿真研采用球密封型式和錐面密封型式，采州的是金屬一金脯密封，但這些類型的閥口對(duì)產(chǎn)品加精度要求較島，否則會(huì)存在漏現(xiàn)魏，而這些問題在液壓支架閥是不允許存在的，哲則容易造成嚴(yán)雨的生產(chǎn)事戰(zhàn)。在本型電磁先導(dǎo)閥采盤閥閥幾型式，閥門采川是軟硬密封，在壓力腔閥芯及回油腔閥芯巾填充聚甲醛高分子材料，它具冉優(yōu)良的力學(xué)性能，比強(qiáng)度，比剛度達(dá)，并具有良好的白滑性、耐磨性、耐摩

31、擦性、耐蠕變性和耐疲勞強(qiáng)度，這些優(yōu)趣的性能使得聚甲醛高分千材料成為液壓支架先導(dǎo)閥密？的瞧蚶材料。在先導(dǎo)閥淵座二祀用金屬材料，通過這種軟硬配合的密封型式，使得閥】不存在泄露現(xiàn)象。大流量主閥結(jié)構(gòu)介紹大流量閥是液控化三通換向閥，縫由控制二力控制的井在安全操作冉血當(dāng)控制壓力降低時(shí)自動(dòng)夫州液掙換向吲，卡要用丁煤礦邁步式液壓支架的擰制，以便伸或縮回立柱液缸。出丁支架沿【作向在水平巷道安裝并閂當(dāng)支架隨著：怍的變化而移動(dòng)，這就需要頻繁的切換。，）外存上作面要施加的支棒力需要很高的液體壓力，從而換向閥總體受到的很高的、力交變找荷，對(duì)閥座產(chǎn)生比較高的壓力。本型號(hào)大流量卜閥采用插裝型式，它由，閥套、挖制活塞、閥座、

32、閥芯、閥座、復(fù)他彈簧等組成地。其中幽油接可由控制活棗關(guān)，任油口關(guān)卅閉后，閥芯打丌接通高壓進(jìn)油川到負(fù)載之間的回路。其具體結(jié)構(gòu)如圖所示。彈簧蚓人流封土閥結(jié)構(gòu)不意酬左閥套；一控制活塞；一左閥座：一閥套；一閥芯；一閥座；一復(fù)位人學(xué)刪。學(xué)位镕女披磁目數(shù)值仿真研究、上閥工作過程當(dāng)控制囂發(fā)控制指令時(shí)，先導(dǎo)閥磁鐵得咆，接通口與控制之叫的回蹄，閥控制腔壓力緩慢上升，推動(dòng)控制話雍運(yùn)動(dòng)與有閥鷹起關(guān)閉負(fù)栽【】和回油之州的回路。隨厲控制腔壓力迅速升高達(dá)到二右，此時(shí)閥芯克服流體靜壓力及復(fù)位彈簧力推動(dòng)閥芯運(yùn)動(dòng)，接通高厄油口與負(fù)載臼之的網(wǎng)路。在閥芯打”過程中，控制腔壓力卜爿比較緩慢，因而，閥芯存外啟時(shí)日較長。當(dāng)控制器發(fā)出斷丌

33、指令時(shí)，電磁鐵失電，先導(dǎo)閥關(guān)閉，接通控制腔與回油】之間的回路?？刂魄粔毫徛陆?，閥芯慢慢復(fù)位，商至關(guān)閉。當(dāng)閥芯完仝關(guān)閉后，控制腔臟力迅速下降，當(dāng)壓力降到一定值時(shí)控制活塞向后運(yùn)動(dòng)，接通負(fù)載口與回油口之間的同路。幽電磁換向蚓油路示意幽、閥型式目前圜內(nèi)液壓支架所采用的大流量主閥主耍足錐閥形式，采州會(huì)屬一會(huì)屆密封，由于鋼材材或質(zhì)母不過關(guān)，極易因密封面的腐蝕導(dǎo)致內(nèi)泄露。當(dāng)前部分產(chǎn)品采用下面密封，以“煤研二二號(hào)”做閥顰，解決了內(nèi)泄露的問題，但存在閥摯損壞牢較高的現(xiàn)象。為了解決這些問題，小型號(hào)大流量主閥胤座乏用的芷聚甲醛，并采用。定的技術(shù)手段減小悶芯關(guān)閉瞬間的速度，減輕關(guān)閉瞬間閥芯對(duì)閥莊的沖擊，椿護(hù)閻座。

34、舀實(shí)際應(yīng)川過程中，這種型式的閥鷹小存在內(nèi)泄露及刪畢擬壞蘋高的現(xiàn)象。浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓支架電磁閥數(shù)值仿真研究液壓支架電磁閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)型電磁換向閥是國內(nèi)目前性能穩(wěn)定并批量用于礦井生產(chǎn)，已經(jīng)可以替代國外同類型產(chǎn)品，這是由于在設(shè)計(jì)過程中吸收了國外產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，解決以往液壓支架電磁閥存在的可靠性問題。它具有以下特點(diǎn)：、不存在銹蝕卡死問題。先導(dǎo)閥是液壓支架電磁閥的關(guān)鍵元件，零件尺寸較小，若出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象就有可能產(chǎn)生卡死，無法控制主閥動(dòng)作。在先導(dǎo)閥所有關(guān)鍵零件均采用黃銅加工，黃銅良好的抗銹蝕性能使得先導(dǎo)閥的可靠性得到很大提高。、軟硬密封，密封性好。閥芯與閥座的密封采用軟硬密封型式，即閥芯或閥座采用聚甲醛高分

35、子材料。當(dāng)閥口關(guān)閉時(shí)，利用流體的靜壓力作用在閥芯上使得高分子材料受壓出現(xiàn)微小變型，密封性能顯著提高。當(dāng)密封腔壓力越高時(shí)，作用在閥芯上的靜壓力越大，密封效果越好，使閥口得到零泄露的密封效果。、二級(jí)減壓，減小氣蝕的可能性。液壓支架的工作介質(zhì)為水與乳化油的乳化液，其物理性能接近于水，容易出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象。先導(dǎo)閥采用二級(jí)減壓設(shè)計(jì)，在先導(dǎo)閥的進(jìn)液口增加一個(gè)固定節(jié)流口，減小了閥口的壓降，從而減小出現(xiàn)氣蝕的可能性。、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，有效保護(hù)閥座材料。液壓支架在工作過程中要隨著工作面的變化而移動(dòng)，使得大流量主閥頻繁的開關(guān)，當(dāng)主閥關(guān)閉時(shí)，如果關(guān)閉速度過快會(huì)對(duì)閥座產(chǎn)較大的撞擊力，可能破壞采用高分子材料的閥座。在設(shè)計(jì)時(shí)合

36、里控制先導(dǎo)閥回油速度，使得閥芯的速度在控制在較小范圍之內(nèi)。浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓支架電磁閥數(shù)值仿真研究第三章液壓支架電磁閥電磁鐵數(shù)值分析電磁鐵作為液壓閥的驅(qū)動(dòng)部件，是液壓閥應(yīng)用最多的電機(jī)械轉(zhuǎn)換器，其功能是將輸入的電壓信號(hào)，轉(zhuǎn)換成力信號(hào)輸出。在電磁鐵的設(shè)計(jì)中，合理地選擇電磁鐵的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，將直接影響其工作特性和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。但是，由于磁路的非線性和存在著漏磁通，使磁路計(jì)算問題變得非常復(fù)雜和困難。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中一般采用經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)作用評(píng)估往往不夠具體和準(zhǔn)確，因此有必要精確分析各參數(shù)作用，為性能優(yōu)化提供完整依據(jù)。磁場是一個(gè)空間的點(diǎn)函數(shù)，在磁場內(nèi)的不同位置上，磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度具有不同的

37、值與方向。因此，很難用簡單的、便于求解的數(shù)學(xué)模型表達(dá)出來。為了便于計(jì)算，前人把磁場在空間分布特征轉(zhuǎn)化成磁路模型進(jìn)行計(jì)算，但又存在著如何正確應(yīng)用集中參數(shù)代替分布參數(shù)的處理問題。為了求出經(jīng)過簡化后得到的計(jì)算磁路的近似數(shù)學(xué)模型，許多人進(jìn)行過各種不同的嘗試。然而應(yīng)用這些數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行磁路計(jì)算，仍然很繁瑣，且計(jì)算準(zhǔn)確度也差。當(dāng)磁路具有形狀復(fù)雜的磁極時(shí)，就更難找到一個(gè)合適的磁導(dǎo)計(jì)算公式，除了采用作圖法或磁位網(wǎng)格法外，別無他法。然而這兩種方法的計(jì)算工作量非常大，手算是不現(xiàn)實(shí)的團(tuán)，。隨著電磁理論、數(shù)值數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，出現(xiàn)了電磁場有限元數(shù)值計(jì)算，它是具有強(qiáng)大生命力的邊緣學(xué)科。它是以電子計(jì)算機(jī)為工具，應(yīng)用

38、各種離散化數(shù)值計(jì)算方法，對(duì)各種電磁場問題進(jìn)行數(shù)值實(shí)驗(yàn)、計(jì)算模擬和分析研究，以解決各種實(shí)際問題。電磁場有限元數(shù)值計(jì)算的出現(xiàn)，不僅豐富電磁場研究手段，開拓了新的研究方向，而且由于其強(qiáng)大的數(shù)值運(yùn)算能力，可以計(jì)算用解析方法不能求解的方程，解決了某些電磁理論無法解決的問題。因此，本章采用該方法對(duì)電磁鐵進(jìn)行仿真分析，并與系統(tǒng)仿真軟件相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)電磁、機(jī)械聯(lián)合仿真，提高了仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性特別是瞬態(tài)過程結(jié)果的準(zhǔn)確性。鐵磁材料磁特性分析【：。鐵磁材料是液壓閥電磁鐵的主要材料，對(duì)磁性材料的選擇直接決定著電磁鐵的性能指標(biāo)。由于鐵磁材料的磁導(dǎo)率與其中的磁通密度或磁場強(qiáng)度有關(guān)而非恒定值，使得電磁鐵磁路分析成為非線性問題

39、。鐵磁材料的性能需通過磁化曲線、磁滯曲線及有關(guān)參數(shù)進(jìn)行了解，以便根據(jù)不同的需要合理地選取鐵磁材料。虧孺口也一¨鄉(xiāng)一尻厶么一圖鐵磁材料曲線圖磁滯曲線如圖所示，曲線為鐵磁材料的曲線。鐵磁材料從，開始磁化，圖中段隨著外磁場的增大，鐵磁材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度急劇增大，表現(xiàn)出較高的導(dǎo)磁能力和較小的磁阻，所以通常要求材料工作在點(diǎn)附近。當(dāng)時(shí)，隨著外磁場的增大磁感應(yīng)強(qiáng)度增長極慢，鐵磁材料內(nèi)部的磁場達(dá)到了飽和值。在磁飽和區(qū)域，導(dǎo)磁系數(shù)下降，磁阻增大。曲線。為鐵磁材料的導(dǎo)磁系數(shù)隨外磁場變化曲線，鐵磁材料在磁化起始階段及進(jìn)入磁飽和后，導(dǎo)磁系數(shù)均不大，但在附近，導(dǎo)磁系數(shù)達(dá)到最大值?？梢?，在磁化過程中鐵磁材料的導(dǎo)磁

40、系數(shù)是隨磁場強(qiáng)度而變的。如圖所示，如果將外磁場減小，磁感應(yīng)強(qiáng)度并不沿原來的曲線原路返回，而是沿曲線下降，即使磁化場減小到零時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度仍保留一定的數(shù)值，表示磁化場為零時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度（）。當(dāng)反向磁化場達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度才降到零。強(qiáng)制磁感應(yīng)強(qiáng)度降為零的外加磁場的大小。，稱為矯頑力。當(dāng)反向繼續(xù)增加磁化場，反向磁感應(yīng)強(qiáng)度很快達(dá)到飽和（、）點(diǎn)，再逐漸減小反向磁化場時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度又逐漸增大。反復(fù)若干循環(huán)后，可得到一個(gè)近似對(duì)稱于原點(diǎn)的閉合曲線，即磁滯回線。鐵磁材料在反復(fù)磁化過程中，必然克服阻力做功，鐵心發(fā)熱。這種在反復(fù)磁化過程中的能量損失叫磁滯損耗。磁滯損耗正比于交變磁化的頻率

41、、鐵心的體積和磁滯回線所包圍的面積。其大小與鐵磁材料的性質(zhì)、磁化頻率、磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值有關(guān)。工程上常用下列公式來計(jì)算磁滯損耗。品（）式中：鐵芯的磁滯損耗，為與材料性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)，指數(shù)與有關(guān)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)。因此，為了減少磁滯損失，應(yīng)當(dāng)選擇遲滯回線狹窄的材料作為鐵芯。電磁鐵靜態(tài)特性分析在銜鐵的實(shí)際運(yùn)動(dòng)過程中，只存在動(dòng)態(tài)吸力特性，靜態(tài)吸力特性是只是銜鐵緩慢移動(dòng)的一種特例而已。由于動(dòng)態(tài)吸力特性要受到電磁鐵所牽引的負(fù)載等因素的影響，以至于同一種結(jié)構(gòu)參數(shù)的電磁鐵也會(huì)有不同的吸力特性，因而習(xí)慣上常以靜態(tài)吸力特性作為電磁鐵的基本特性。本節(jié)利用有限元分析軟件進(jìn)行數(shù)值分析，研究電磁鐵靜態(tài)特性，并對(duì)重要結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)

42、化分析，研究不同結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對(duì)電磁鐵靜態(tài)輸出力的影響。磁場有限元分析方法，】麥克斯韋奠定了經(jīng)典電磁場理論，提出了電磁場普遍規(guī)律的數(shù)學(xué)描述麥克斯韋方程組。這些電磁場的基本方程組為解決電磁場工程技術(shù)問題提供了理論基礎(chǔ)，近代電磁場數(shù)值分析也是以此為依據(jù)而發(fā)展起來的。通常，電磁場基本方程組的積分形式為蟲乓（，莉（）蟲一瓦一；兵蟲蟲（）（）（）式中：、，和分別為磁場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、電場強(qiáng)度、電位移、電流密度、和電荷密度。為閉合曲線；為由所界定的曲面；為由所界定的體積。浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓支架電磁閥數(shù)值仿真研究電磁場各有關(guān)物理量之間的關(guān)系是由電磁場的輔助方程來表示的，對(duì)于各向同性媒質(zhì)，其關(guān)系式是：（

43、）式中：介電常數(shù)一磁導(dǎo)率曠電導(dǎo)率麥克斯韋方程組是電磁場矢量之間的表達(dá)式，如果直接用來求解電磁場問題，在數(shù)學(xué)上存有較大困難。因此在分析電磁場問題時(shí)，一般引入位函數(shù)來作為求解的輔助量?？紤]到分析磁場為穩(wěn)定磁場且結(jié)構(gòu)為軸對(duì)稱型，其標(biāo)量磁位方程可寫為丟（壺警）毫（差）一（）式中：標(biāo)量磁位邊界條件是求解電磁場問題的關(guān)鍵。在平面電磁場問題中，設(shè)求解區(qū)域?yàn)椋倪吔鐬橛?jì)算所采用的變量為，邊界條件通常分兩種不同情況給出。第一類邊界條件為：在邊界上滿足己知物理量廠（，）對(duì)于平面穩(wěn)定磁場問題，第一類邊界條件用標(biāo)量磁位函數(shù)給出，有以下形式標(biāo)量磁位：（）第二類邊界條件為：滿足物理量在邊界上的法向?qū)?shù)未丘（，）對(duì)于平面

44、穩(wěn)定電磁場問題，第二類邊界條件用標(biāo)量磁位函數(shù)給出，有以下形式標(biāo)量磁位：挲一（）、式中：磁通密度矢量的法向分量浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓支架電磁閥數(shù)值仿真研究式（）與邊界條件式（）、（）合在一起，描述了電磁鐵的磁場特性，是仿真模型的基礎(chǔ)。麥克斯韋方程組描述了電磁場的磁場特性，但由于磁場是非線性的，這些微分方程組無法得到解析解，只能通過數(shù)值計(jì)算的方法借助計(jì)算機(jī)求解微分或積分形式的磁場位勢方程，得到磁場的分布規(guī)律。目前常用的分析計(jì)算方法有有限差分法（）、有限元法（）及邊界元法（）。一般說來，是一種相當(dāng)成熟的經(jīng)典方法，而比具有更廣泛的適用范圍、更高的精度以及更好的經(jīng)濟(jì)適用性，特別適用于具有復(fù)雜介質(zhì)中的場

45、分析。有限元法是近幾十年來在工程技術(shù)各個(gè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的科學(xué)，是以變分原理為基礎(chǔ)建立起來的。有限元法是一種基于能量原理的數(shù)值方法，是處理連續(xù)介質(zhì)問題的一種普遍方法。運(yùn)用有限元法可以處理幾何形態(tài)復(fù)雜的非線彈性問題，因其理論依據(jù)的普遍性，不僅廣泛地被應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)工程，而且已被普遍推廣并成功地用來解決其它工程領(lǐng)域中的問題，例如熱傳導(dǎo)、滲流、流體力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、土壤力學(xué)、電磁場工程問題等。電磁場分析軟件簡介】當(dāng)今工業(yè)應(yīng)用中的電磁元件，如傳感器，調(diào)節(jié)器，電動(dòng)機(jī)，變壓器，以及其他工業(yè)控制系統(tǒng)比以往任何時(shí)候都使用得更加廣泛。由于設(shè)計(jì)者對(duì)性能與體積設(shè)計(jì)封裝的希望，因而先進(jìn)而便于使用的數(shù)字仿真技術(shù)的需求也顯著的增長。在工程人員所關(guān)心的實(shí)用性及數(shù)字化功能方面，的產(chǎn)品遙遙領(lǐng)先其他的一流公