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换挡电磁阀关键结构参数多目标优化

熊庆辉,禹燕飞

中国兵器北方车辆研究所北京思易特科技有限责任公司

摘要:电磁阀为涉及机械、电、磁和热等多物理场耦合的复杂结构系统，评价其性能需要综合考

虑各个学科。基于现有的电磁阀模型，借助仿真分析软件Ansysworkbench，考虑其在不同环境

温度（油液T）、不同驱动电压、不同流量、不同压力、不同结构尺寸参数以及不同工作频率（时

间长短等）等因素的影响下，它的性能变化。分析发现细长杆变形量、衔铁变形量以及线圈内部

变形量是体现电磁阀性能的重要因素。为了进一步优化电磁阀模型，基于此多场耦合分析模型，

结合多学科多目标优化软件Isight，对该电磁阀模型进行优化。使其最终达到在不同油液环境、

驱动电压、流量、压力、结构尺寸参数以及工作频率的条件下，细长杆变形量最小化，衔铁变形

量最小化，线圈内部变形量最小化，最终达到使电磁阀的性能和寿命最优的目的。

关键词:电磁阀，多物理场耦合，试验设计，近似模型，优化设计

Multi-ObjectiveOptimizationofShifting

ElectromagneticValveKeyStructureParameters

Abstract：Electromagneticvalveisacomplicatedstructuresysteminvolvingmulti-physicscoupling

withmechanical,electrical,magneticandthermalfield.Basedonexistingmodelofelectromagnetic

valve,byusingsimulationsystemAnsysWorkbench,toanalyzedifferentperformanceof

electromagneticvalveundertheinfluenceofdifferentenvironmenttemperature,drivingvoltage,flux,

pressure,structuredimensionandworkingfrequency.Thentofigureoutthesignificantparametersof

performanceofelectromagneticvaluearedeformationofslenderrod,armatureandcoil.Basedonthis

multi-physicscouplinganalysis,afurtheroptimizationisappliedonthemodelofelectromagneticvalve

byusingIsightwhichisamultiplecross-disciplinaryoptimizationsoftware.Inconditionofdifferentoil

environment,drivingvoltage,flux,pressure,structuredimensionparameterandworkingfrequency,to

minimizedeformationofslenderrod,armatureandcoilandfinallytoachieveoptimizationof

maximizingperformanceandservicelifeofelectromagneticvalve.

Keywords：Electromagneticvalve；Multi-physicscoupling；DesignofExperiment；Approximation

Models；OptimizationDesign

1.前言

电磁阀是用电磁控制的工业设备，是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器，并不限

于液压、气动。用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀具有结

构紧凑、体积小、控制方式简单、响应速度快、重复性良好和工作可靠等优点，在现代汽车、航

空、核能和工程机械等领域应用广泛，普遍用于汽车发动机、航空发动机燃油和冷却润滑系统、

起落架液压系统、舵面操纵系统、机械操作手臂等机电液控制系统的动力切换和执行机构中[1-2]，

电磁阀的稳定性和可靠性直接影响到整个机电液控制系统乃至装备运行的质量和安全。随着传统

的流体动力传动技术与自动化、IT技术的深