1、氣動高速開關(guān)閥因其體積小、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、抗污染能力強、功率質(zhì)量比大、切換迅速等優(yōu)點，在微電子、醫(yī)藥產(chǎn)品粘結(jié)、包裝裝配及農(nóng)產(chǎn)品色選系統(tǒng)等工業(yè)領(lǐng)域中獲得，了廣泛的應(yīng)用，并成為當今氣動技術(shù)研究和發(fā)展的重要方向之一．同時，伴隨數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展，氣動高速開關(guān)閥在工業(yè)自動化中正逐步取代價格高昂的氣動比例伺服閥，應(yīng)用領(lǐng)域由傳統(tǒng)的簡單開環(huán)控制系統(tǒng)向伺服控制系統(tǒng)中拓展，用于實現(xiàn)低成本的力、位移、速度伺服控制。掌握高速開關(guān)閥所涉及的系列關(guān)鍵技術(shù)，

2、研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的氣動高速開關(guān)閥將有助于更好地滿足日益提高的市場需求，進而推動我國在氣動元件領(lǐng)域研究的發(fā)展，為氣動自動化和氣動伺服控制技術(shù)的發(fā)展更好地服務(wù)，
　　 本文以氣動高速開關(guān)閥關(guān)鍵技術(shù)為研究對象，采用理論分析、解析計算、數(shù)值仿真和試驗研究相結(jié)合的方法，對開關(guān)閻所涉及的關(guān)鍵技術(shù)進行了系統(tǒng)、深入的研究，通過磁路分析和磁場有限元仿真，分別闡述了電磁鐵結(jié)構(gòu)及外部控制參數(shù)的作用機理．通過采用縮小銜鐵質(zhì)量的策略，在傳統(tǒng)E型電磁鐵

3、基礎(chǔ)上，提出了￡型電磁鐵新結(jié)構(gòu)，仿真與試驗結(jié)果表明，￡型電磁鐵在高速開關(guān)閥典型氣隙長度范圍內(nèi)電磁力輸出能力基本不變(40-60N)，而在各種工況下電磁鐵的開啟速度均有超過10％的性能提升．采用其設(shè)計的開關(guān)閥開關(guān)延時時間分別為0.Sins和0.8ms，氣源壓力為表壓5Bar時流量最高可達70L/min．在此基礎(chǔ)上，為進一步縮小電磁鐵結(jié)構(gòu)尺寸以滿足工業(yè)自動化應(yīng)用中對開關(guān)閥結(jié)構(gòu)緊湊性的要求，設(shè)計了輸出能力在20～30N，結(jié)構(gòu)尺寸為24mm*1

4、2mm*3mm的C型緊湊型電磁鐵結(jié)構(gòu)．試驗結(jié)果表明采用其設(shè)計的開關(guān)閥開關(guān)延時時間分別為0.Sms和0.Sms，氣源壓力為表壓4Bar時流量在45L/rain左右。最后將所設(shè)計開發(fā)高速開關(guān)閥成功應(yīng)用于簡易光學(xué)色選系統(tǒng)，對開關(guān)閥的分選能力進行了試驗驗證?，F(xiàn)將各章內(nèi)容分述如下：
　　 第一章主要探討了電液、氣動高速開關(guān)閥用電磁鐵關(guān)鍵技術(shù)的研究進展，分析總結(jié)了氣動高速開關(guān)閥在結(jié)構(gòu)特征、工作狀態(tài)及應(yīng)用需求方面所獨有的特點及其發(fā)展趨勢；介紹

5、了開關(guān)閥驅(qū)動方案、開關(guān)閥伺服控制技術(shù)和光學(xué)色選設(shè)備、磁性材料等相關(guān)技術(shù)進展；
　　 第二章從高速開關(guān)閥靜態(tài)流量特性、動態(tài)響應(yīng)特性、及其溫度特性與穩(wěn)定性、壽命特性等幾個方面出發(fā)，系統(tǒng)論述了氣動高速開關(guān)閥的靜態(tài)性能、動態(tài)性能及其影響因素，提出了相應(yīng)設(shè)計要點。闡述了磁性材料特性對開關(guān)電磁性能的影響，為電磁鐵材料選型提供了理論依據(jù)。最后，分別以E型、C型電磁鐵為電機械轉(zhuǎn)換機構(gòu)，設(shè)計了兩種不同結(jié)構(gòu)的氣動高速開關(guān)閥；
　　 第三章在

6、考慮電磁鐵邊緣磁通和泄露磁通，以及磁性材料飽和特性的基礎(chǔ)上，建立了電磁鐵的磁路分析模型，得出了有關(guān)電磁鐵靜態(tài)力位移關(guān)系表達式，初步確定了兩種電磁鐵的結(jié)構(gòu)參數(shù)。建立了電磁鐵有限元數(shù)值分析模型，對比分析了有限元分析與磁路分析之間的結(jié)果；通過二維有限元仿真詳細闡述了各結(jié)構(gòu)參數(shù)對E型電磁鐵靜動態(tài)特性的影響，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化得到了新型￡型電磁鐵結(jié)構(gòu)，對比分析了電磁鐵優(yōu)化前后的靜、動態(tài)特性；通過三維有限元仿真分析了各結(jié)構(gòu)參數(shù)對C型電磁鐵性能的影響，得到

7、了緊湊C型電磁鐵結(jié)構(gòu)及其參數(shù)。
　　 第四章針對有限元方法進行多場耦合求解資源消耗大，計算時間長的問題，分別建立了基于磁通變化和基于有限元-集總參數(shù)分析的開關(guān)閥動態(tài)性能求解模型，以提高開關(guān)閥動態(tài)特性求解效率。對比研究了不同計算方法下的開關(guān)閥動態(tài)性能仿真結(jié)果，在綜合考慮求解速度與計算精度條件下，以有限元求解方法分析了各參數(shù)對E型電磁鐵開關(guān)閥動態(tài)性能的影響，而以基于有限元．集總參數(shù)的混合模型分析了各參數(shù)對C型電磁鐵開關(guān)閥動態(tài)性能的影

8、響，揭示了開關(guān)閥動態(tài)性能變化規(guī)律。最后論述了通過檢測閥控腔動態(tài)壓力變化對開關(guān)閥動態(tài)性能進行檢測的可行性，提出了新型閥控腔動態(tài)壓力特性測試系統(tǒng)。
　　 第五章介紹了開關(guān)閥電磁鐵力特性測試系統(tǒng)、電磁鐵動態(tài)位移特性測試系統(tǒng)、基于檢測閥控腔動態(tài)壓力特性獲取開關(guān)閥響應(yīng)時間及壽命特性的測試系統(tǒng)、勵磁線圈電流特性測試及開關(guān)閥流量與溫升特性測試系統(tǒng)?；诖罱ǖ臏y試系統(tǒng)，分別對所開發(fā)的兩種電磁鐵結(jié)構(gòu)開關(guān)閥的靜動態(tài)特性進行了試驗分析，并將其與仿真結(jié)